空力騒音 — CAE用語解説

自転車のスポークや電力線が風の中で「ヒューン」と鳴る音がカルマン渦騒音の典型例だ。円柱などの後ろに規則的に渦（カルマン渦列）が放出され、その周波数が「ヒューン」という純音になる。この音の周波数はStrouhal数 St = fD/U（f：周波数、D：柱の直径、U：流速）で予測できる。ジェット騒音は乱流混合による広帯域騒音、翼端渦騒音は翼端の渦が発生するゴーという低周波音だ。

音波は圧力変動の中でも10⁻⁵程度の微小成分で、CFDで直接捉えようとすると格子が非常に細かく（音速で伝播できる精度）必要で、実用的に不可能に近い。だから「LES/DESで乱流・渦を精度よく計算」→「その結果をFW-H（Ffowcs Williams-Hawkings）方程式に入力して音場を計算」という2ステップが標準だ。自動車の後写鏡やフロントピラーの風切り音評価がその典型例で、風洞実験の代替や補完として使われている。

LESで解像できる周波数はメッシュ密度と時間刻みに依存し、現実的には数百〜数千Hzが限界になることが多い。それより高周波域はStatistical Energy Analysis（SEA）という統計的手法と組み合わせる。低周波（車室内こもり音、機器構造音）はFEM-FEM連成で精度が出る。つまり周波数帯ごとに手法を使い分ける「ハイブリッドアプローチ」が実務の現実解だ。