構造音響

構造音響学は、構造物内の機械的波と、それが隣接する媒体とどのように相互作用し、放射するかを研究する学問です。構造音響学の分野は、ヨーロッパやアジアでは振動音響学と呼ばれることがよくあります。^[要出典] 構造音響学の分野で働く人々は、構造音響学者として知られています。^{[要出典]構造音響学の分野は、}騒音、変換、水中音響、物理音響など、他の多くの音響学 の分野と密接に関連しています。

圧縮波（縦波とも呼ばれる）は、波動と同じ方向（または反対方向）に膨張および収縮します。波動方程式は、x 方向の波の運動を規定します。

${\displaystyle {\partial ^{2}u \over \partial x^{2}}={1 \over c_{L}^{2}}{\partial ^{2}u \over \partial t^{2}}}$

ここで、は変位、は縦波の速度です。これは1次元の 音波方程式と同じ形をしています。は、構造の 特性（体積弾性率と密度）によって次のように決定されます。${\displaystyle u}$${\displaystyle c_{L}}$${\displaystyle c_{L}}$ ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle \rho}$

${\displaystyle {c_{L}}={\sqrt {B \over \rho }}}$

構造の 2 つの次元が波長に対して小さい場合(一般にビームと呼ばれる)、波の速度は ではなくヤング率 によって決まり、その結果、無限媒体の場合よりも遅くなります。 ${\displaystyle E}$${\displaystyle B}$

せん断波はせん断剛性によって発生し、同様の方程式に従いますが、変位は波の動きに垂直な横方向に発生します。

${\displaystyle {\partial ^{2}w \over \partial x^{2}}={1 \over c_{s}^{2}}{\partial ^{2}w \over \partial t^{2}}}$

せん断波の速度はせん断弾性係数 によって決まり、せん断弾性係数はおよびより小さいため、せん断波は縦波よりも遅くなります。 ${\displaystyle G}$${\displaystyle E}$${\displaystyle B}$

音の放射のほとんどは、伝播するにつれて構造を横方向に変形させる曲げ波（または屈曲波）によって引き起こされます。曲げ波は圧縮波やせん断波よりも複雑で、材料特性と幾何学的特性に依存します。また、異なる周波数が異なる速度で伝わるため、 分散性もあります。

有限要素解析は、複雑な構造の振動を予測するために使用できます。有限要素コンピュータ プログラムは、要素の形状と材料特性に基づいて質量、剛性、減衰マトリックスを組み立て、適用される荷重に基づいて振動応答を解きます。

${\displaystyle {[-\omega ^{2}\mathbf {M} +j\omega \mathbf {B} +(1+j\eta )\mathbf {K} ]}{\mathbf {d} =\mathbf {F} }}$

振動する構造が流体と接触している場合、界面の法線粒子速度は保存される（つまり、等しくなる）必要があります。これにより、構造からのエネルギーの一部が流体に逃げ、その一部は音として放射され、一部は構造の近くに留まり、放射されません。ほとんどのエンジニアリング アプリケーションでは、振動音響に関係する流体構造相互作用の数値シミュレーションは、有限要素法と境界要素法を組み合わせることによって実現できます。

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• Fahy F.、ガルドニオ P. (2007)。サウンド構造インタラクション (第 2 版)。学術出版局。 60-61ページ。ISBN 978-3-540-67458-0。

• asa.aip.org 1996-11-19 にWayback Machineでアーカイブ—アメリカ音響学会のウェブサイト