歌口と楕円形の太鼓

風車の超低周波音でいろいろ教えていただいています。

塔が傾くと、中央部が楕円形となり、もとの円の半径ｒと比べて、短径＜ｒ＜長径
となる。
大きく傾いて、切り口が楕円形になると、容積が減り、空気は外に出る。
塔がもとに戻ると、容積が元に戻るので、吐き出した空気を吸い込む。
この動きは、笛の歌口での動きと同じだと考えます。
塔の胴の部分の変形は、中央部の変形は大きいが、上下の部分は変形が小さい。
形は縦長の楕円形のようになる、長径の方角と、短径の方角では、位相が逆になるが、
共に、楕円形の太鼓の膜が、振動して空気を震わせるのと同じ働きをする。

笛の歌口の様子は、ネットで見ました。
空気の上下振動が、大気中に広がって行くときの様子は、あまり詳しくは説明してなかったので、
歌口からの、音の広がり方の詳しい解説。
楕円形の太鼓の膜の動きと、空気中に伝わって行く音の指向性の計算が出来れば、
とりあえずの説明になると思っています。

そこで、質問です
１．笛の歌口での空気の上下振動が、音として空気中に拡散されるときの詳しい説明の書いてある本。
２．楕円形の太鼓の両側の皮を同時に叩いた時の、太鼓の皮の揺れ方や、倍音のでき方、音の指向性などが詳しく書いてある本。
３．コンピュータでの近似計算で１と２を扱っている本
４．その他使えそうな情報
など、ありましたら、教えて下さい。

なお、丸い形の太鼓の話は、前に読んだ物理の本に書いてありました。

色々考えたのですが、単純な考え方でまとめてみることにしました。

よろしくお願いします。

質問者からの補足コメント

• 

  細かな揺れに注目しています。
  ナセルの揺れと地上40ｍの揺れですが、
  時間が短いので、ぺこぺこと動く程度だと思います。
  参考にしているのは、下の論文です。
  
  https://www.jstage.jst.go.jp/article/jweasympo/4 …

    補足日時：2023/05/21 18:17

• 

  書き方が悪くてすみません。
  イメージとしては、
  風を受けて上部で３０ｃｍくらい傾いている塔がある。
  この塔の最上部を、金槌で叩いて音を出す。
  金槌の代わりが、真上に来た時のブレードに掛る揚力です。

    補足日時：2023/05/22 07:51

• 

  風速が激しく変化するデータはあるので、
  変化に合わせて、風による塔の全体的な傾き方が、
  どの程度変化するかは、計算できると思います。
  まだやっていないので、
  風速の変化による塔全体の傾きの変化を調べる。
  ブレードの揚力による微小な変化を調べる。
  事が必要だと持っています。
  ナセルの振動データを公開してくれるようにお願いのメールを出したのですが、
  まだ、返事はありません。
  
  風の変化のデータ、
  低周波音の計測結果
  FFTとWaveletによる解析結果
  は公開できます。

    補足日時：2023/05/22 09:18

No.1 ベストアンサー 回答者： masa2211 回答日時： 2023/05/21 10:43

＞塔の胴の部分の変形は、中央部が大きく上下の部分は小さい。

>塔が傾くと、中央部が楕円形となり
>大きく傾いて、切り口が楕円形になる

>この動きは、笛の歌口での動きと同じだと考えます。

この3か所が、現実と一致しません。よって、質問1以前に破綻します。



風車の塔は、構造力学で言う片持梁なので、最大の変形は塔の天頂。
中央部が最大となるのは、単純梁の場合で、上端と下端が拘束されているときだが、風車の塔で上端を拘束することは通常の塔では不可能。

まあ、コレは、致命傷ではないけど.....


塔の傾き。　道路橋の変形と同等と考えると、
道路橋の場合、最大で支間の1/500程度。
風車の塔を高70ｍとすると、単純梁換算で140ｍだから、塔の変形は30センチ。
ただし、この値は、無風時と強風時の差を意味する。
騒音に関する寄与分は、あなたの理論では、風車の羽の位置による風圧の差になるから、30センチよりはるかにに小さいのは明らか。

笛の歌口での動きは、笛口の上下で流れが違う（＝少なくとも片方で渦を巻く）ことによるもの。塔が円になったり楕円になったり、という動きは、渦に無関係。塔の内部に風が吹き込むのなら、笛の歌口での動きととらえてもいいけど、あなたの理論はそういう事象とは別事象です。
塔が原因でカルマン渦は起きますが、コレは塔の直径なら関係します。楕円になることによる変形量は、無視しても差し支えない効果しか与えません。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

カルマン渦による音の周波数は、何ヘルツになりますか？

風車にもよりますが、
私が、精密騒音計で計測した場合では、時間的に平均を取る結果となるFFTでは、0.8Hzでしたが、時間の変化につれて周波数がどの様に変化するのかをＷａｖｅｌｅｔ解析で調べると、0.74Hzから0.91Hｚの間でした。

ビデオで撮影したものを使って、ブレードが21回真上に来るのにかかる時間を使って、3*ｎ/60＝ｆで計算した結果と小数第２位まで一致していました。

また、別のデータでは、
塔の地上40ｍ付近では、ブレードが真上に来た時の揚力ベクトルの方向（２１0度）および、それと直角の方向（300度）に大きく振動していると言う計測結果が公開されています。
塔のてっぺんにあるナセルは、揚力ベクトルの方向に関して大きく揺れるとの観測結果があります。
大きく動くと言っても、空気粒子は、粗密波としての振動を伝えるときには、それほどの距離は移動しません。数ミクロン程度だったと思います。

カルマン渦が原因で起きる超低周波音の周波数と、微妙な周波数変化はどのような数値になっているのでしょうか？

探しているのは、風車から超低周波音が発生する仕組みを説明している資料です。なかなか見つかりません。

もちろん、カルマン渦説も見ましたが、カルマン渦の場合に発生する音の周波数が書いてないのです。
一番困るのは、実際の超低周波音の計測結果を示して、解説している理論が見つからないのです。
実際の計測をもとにして、風車の超低周波音について書いてある論文がありましたら、教えていただきたいと思います。

よろしくお願いします。

お礼日時：2023/05/21 11:29