音の流体力学：細管内の音波伝播と熱音響現象

摘要

1687年，Newtonは大気中を伝播する音の速度理論を科学誌Principiaで初めて紹介した．1世紀後，彼の理論はLaplaceやPoissonによって修正され，大気中を伝播する音は等温的よりはむしろ断熱的であることが判明した．音響学の長い歴史の中で音速論争は科学史に残る注目すべき出来事となった．さらにこの論争が「音」と「熱力学」との関連性を示す重要なステップとなったことも事実である．「熱力学」の問題と関連して音速の正確な測定については現在でも研究されている．円筒管のような固体壁で囲まれた空間を伝播する音波の問題についても同様に長い歴史がある．HelmholtzやKirchhoffおよびLord Rayleighなど音響学の理論的研究に功績を残した著名な人物が登場する．管内音波は自由空間中を伝播する断熱音波と異なり管壁での粘性や熱伝導の効果により多様な現象を引き起こす．粘性だけを考慮したHelmholtzの理論をさらに発展させKirchhoffは熱伝導度も考慮し，ある仮定のもとで音の伝播定数を理論的に導いた．