CN113646541B - 风扇消音*** - Google Patents

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Abstract

提供一种风扇消音***，其在能够确保风扇风量的同时，将风扇产生的离散的多个频率的窄频带的声音进行消音。风扇消音***具有风扇及声共振结构，声共振结构配置在风扇产生的声音的近场区域内。

Description

风扇消音***
技术领域
本发明涉及一种风扇消音***。
背景技术
已知风扇在与其叶片数量和转速对应的频率下，在非常窄的频带中产生强烈的声音，作为噪声成为问题。为了降低这种噪声，提出在风扇产生的空气流(风)的通路中配置消音器。
例如，在专利文献1中记载有一种消音装置，其为具备光源灯单元等热源和热源的排热用排气风扇的设备中的消音装置，所述消音装置将排气风扇的排出空气的导风部件从排气风扇的空气流出侧到设备外部密封配置，在导风部件的面向通风道的周壁部上，将因由排气风扇产生的声波而振动自如的弹性膜体配置于至少与排出空气流冲撞且不封闭排气方向的空气流的位置，在弹性膜体的背面侧形成有空气室。该专利文献1中记载的消音装置使风扇产生的空气流(风)与弹性膜体接触以使弹性膜体振动，由此将声能改变为振动能而进行消音。
提出为了降低窄频带的噪声而使用共振型消音器。
例如，在专利文献2中记载有一种电动送风机，其具备：叶轮，具有多个叶片；空气引导件，具有配置于叶轮周围的多个固定叶片；电动机，驱动固定有叶轮的旋转轴；大致圆筒形的风扇外壳，在中央具有使气流流入到叶轮的进气口，在侧面上具备排气口，并以内含叶轮和空气引导件的状态固定于电动机；隔音筒，具有排气口，并以内含整个电动机的状态与风扇外壳气密地固定；大致圆筒形的消音构件，在圆周上具备具有规定的宽度和深度的凹部，并设置于电动机表面的规定位置；及薄膜部，设置于消音构件的凹部的开口端面，并具有柔性。在该专利文献2中记载有通过根据凹部深度来决定的特定频率的声音发生共振而进行消音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2001-142148号
专利文献2：日本专利公开2008-036065号
发明内容
发明要解决的技术课题
如专利文献1那样，在使风扇产生的空气流(风)与弹性膜体接触以使弹性膜体振动而进行消音的结构的情况下，为了使弹性膜体强烈地振动，需要配置成风直接吹到弹性膜体，因此配置成堵塞风扇产生的空气流的一部分风道。因此，对风扇带来大的压力损失，存在导致风量变小的问题。
并且，在专利文献1中，由于对弹性膜体施加大的风压，因此若风扇的风量及风压改变，则弹性膜体的特性发生变化。因此，无法利用通过弹性膜体的特性和背面空气层形成的共振效果。因此，由于无法获得针对因风扇旋转而产生的特定频率的声音大幅进行消音的效果，因此难以获得对风扇的大的消音效果。
已知风扇的噪声在与叶片数和转速对应的多个频率下离散地生成。如专利文献2那样的共振型消音器将与共振型消音器的共振频率一致的单一频率的声音进行消音，对其他频带的声音的消音效果低。因此，存在难以将离散地生成的多个频率的声音进行消音的问题。
本发明的课题是解决上述现有技术的问题，并提供一种风扇消音***，其在确保风扇风量的同时，能够将风扇产生的离散的多个频率的窄频带的声音进行消音。
用于解决技术课题的手段
本发明通过以下结构而解决课题。
[1]一种风扇消音***，其具有风扇及声共振结构，
声共振结构配置在风扇产生的声音的近场区域内。
[2]根据[1]所述的风扇消音***，其中，声共振结构的共振频率与由风扇的叶片的旋转引起的离散频率声音中的至少一个频率一致。
[3]根据[1]或[2]所述的风扇消音***，其中，当从与风扇的送风口垂直的方向观察时，声共振结构与送风口重叠的面积相对于送风口的面积为50％以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的风扇消音***，其中，声共振结构构成与风扇连接的通风道的壁面的一部分。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的风扇消音***，其中，声共振结构的具备振动体的面与垂直于风扇的送风口的轴平行地配置。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的风扇消音***，其中，在声共振结构的具备振动体的面侧具有使声音透过的防风部件。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的风扇消音***，其中，声共振结构与风扇接触。
[8]根据[7]所述的风扇消音***，其中，声共振结构经由防振部件与风扇接触。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的风扇消音***，其具备具有不同的共振频率的多个声共振结构，
共振频率高的声共振结构配置在比共振频率低的声共振结构更靠近风扇的位置。
[10]根据[1]～[9]中任一项所述的风扇消音***，其中，在基于风扇的送风方向上，声共振结构仅配置在风扇的下游侧。
[11]根据[1]～[9]中任一项所述的风扇消音***，其中，在基于风扇的送风方向上，声共振结构配置于风扇的上游侧及下游侧。
[12]根据[1]～[11]中任一项所述的风扇消音***，其中，声共振结构是膜型共振结构，所述膜型共振结构具有周缘部被固定且以可以膜振动的方式被支撑的膜、及形成于膜的一面侧的背面空间。
[13]根据[12]所述的风扇消音***，其中，膜型共振结构具有连通背面空间与外部的贯穿孔。
[14]根据[1]～[13]中任一项所述的风扇消音***，其中，风扇是轴流风扇。
发明效果
根据本发明，能够提供一种风扇消音***，其在确保风扇风量的同时，能够将风扇产生的离散的多个频率的窄频带的声音进行消音。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的风扇消音***的一例的立体图。
图2是从A方向观察图1的风扇消音***的图。
图3是图2的剖视图。
图4是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图5是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图6是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图7是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图8是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图9是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图10是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图11是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图12是示意性地表示本发明的风扇消音***的另一例的剖视图。
图13是示意性地表示比较例1的结构的图。
图14是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图15是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图16是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图17是示意性地表示比较例2的结构的图。
图18是表示频率与消音量的关系的曲线图。
图19是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图20是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图21是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图22是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图23是表示频率与消音量的关系的曲线图。
图24是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图25是表示电流与风速的关系的曲线图。
图26是示意性地表示实施例5的结构的图。
图27是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图28是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图29是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图30是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
图31是示意性地表示比较例7的结构的图。
图32是示意性地表示实施例9的结构的图。
图33是表示频率与测定音量的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
以下记载的构成要件的说明根据本发明的代表性实施方式而完成，但是本发明并不限定于这种实施方式。
另外，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包括的范围。
并且，在本说明书中，“正交”、“平行”及“垂直”包括在本发明所属技术领域中被容许的误差范围。例如，“正交”是指相对于严格的正交在小于±10°的范围内等，相对于严格的正交的误差优选为3°以下。并且，关于角度也是指相对于严格的角度在小于±10°的范围内。
在本说明书中，“相同”、“一致”包括在技术领域中通常容许的误差范围。
[风扇消音***]
本发明的风扇消音***，
其具有风扇及声共振结构，
声共振结构配置在所述风扇产生的声音的近场区域内。
风扇产生的声音的近场区域是声波处于近场状态的区域。另外，声波在近场状态为如下。
从声源产生的声波均根据每个波的波数的衰减差异或空间限制(管道壁、流路的弯曲等)来决定传播的方向和强度。然而，从声源产生的声波在刚产生声波之后不会被上述衰减或限制的影响所支配，也包括无法传播至远处的高波数成分在内，在宽波数范围内具有振幅。该声波在传播一定距离以上传播之后变成平面波，方向性被确定。将从该声源刚产生声波之后的状态称为“近场”状态。从而，将满足上述条件的声源附近的区域设为近场区域。
已知在该区域中，作为波动理论，在传播λ/4左右的期间，不能传播到远处的波数成分将无法传播。
因此，在本发明中作为声源的风扇由于从风扇的叶片部分产生声音，因此从风扇的叶片部分小于λ/4距离的区域是近场区域。另外，在风扇配置于流路中的情况下，沿着流路的与风扇的距离小于λ/4的区域是近场区域。
近场状态的声音(以下，也称为近场声音)也包括从声源发出的声音中比传播声波的波数高的波数且无法传播到远处的声音(声速为c、频率为f时，波数k＞2π×f/c的波数。)在内，以空间上紧靠声源的方式存在。具体而言，在声传播所遵循的波动方程式中，k＞2π×f/c的高波数的声音成分由于波的振幅相对于距离按指数函数衰减，因此无法传播到比声源更远处，然而在近场区域中，由于衰减的影响小，因此这种高波数的声音与声源混为一体并作为近场声音而仅局部存在于声源周边。
可以认为，在本发明的风扇消音***中，通过将声共振结构配置于近场区域内，在近场区域内对近场声音产生以下两种相互作用，从而可以获得消音效果。
第一种相互作用的机理为如下。
近场声音的高波数的声波的特征为空间波的尺寸(波数的倒数)小。因此，对于靠近声源配置的声共振结构，能够在空间上进行局部的相互作用。具体而言，声压仅局部施加于声共振结构的极少一部分等。通过在声共振结构中产生这种对通常的传播至远处的波数的声波是困难的局部相互作用，在声共振结构中容易产生非线性效应。第一种相互作用的机理推测为，通过该非线性效应，消音效果也作用于声共振结构的目标消音频率(共振频率)以外的频率的声音。
第二种相互作用的机理推测为，为通过由声共振结构反射而返回至声源位置的声音，抑制来自声源的声波生成的效果。
当风扇旋转时，叶片切割空气，由此在叶片周围的空气中生成微小的流体涡流。通过该涡流在叶片的边缘部等变形而产生声音，这是由风扇产生声音(空气动力声)的机理。通过将声共振结构配置于声源的附近，从声源产生的声音通过声共振结构而反射，该反射声音传播到声源并与从声源产生的声音进行干涉。该干涉的结果，减小声源位置上的声压。
作为此时的效果，首先因声源位置上的声压下降而来自声源的声音的放射量降低。由此，放射音量大幅下降。
此外，不仅是从声源发出声音的过程，而且声源本身的生成、在此次风扇中微小涡流本身的生成也能够被抑制的可能性高。在配置于近场区域的声共振结构中，不仅与从声源发出的传播至远处的声波，而且与具有高波数并滞留在声源附近的近场声音也相互作用。关于该近场声音，通过与声共振结构强烈地相互作用，从声涡流发出的声音的波数模式偏向于不会传播到远处的声音即近场声音，并且因由该相互作用引起的反射而声源位置的声压在近场变小，成为声源的微小涡流的生成量被极大地抑制。
另一方面，在配置于远场的声共振结构中，由于声源位置声压在近场波数下未下降，因此成为声源的微小涡流的生成本身几乎无法抑制。因此，在将声共振结构配置于能够将声波的波数从低波数覆盖至近场声音的波数为止的近场区域的情况下，成为声源的微小涡流的生成量变得极小。
由于成为声源的微小涡流的生成量下降，因此不仅声共振结构的频率，而且也能够降低其他频率的空气动力声。尤其，风扇的峰值声音由于从来自各个叶片的微小涡流发出的声音的相位一致，因此产生彼此加强的干涉效应而发出强烈的声音。此时，由于成为与声源数量的平方成正比的能量，因此在作为声源的微小涡流的数量减少的情况下，按照其平方发出的声音的能量减小。因此，容易受到微小涡流的生成量减少时声音的降低效果的很大影响。因此，对于多个峰值声音，显现出选择性消音效果。可以认为，本发明中的多个离散频率声音抑制效果是以基于该第二个机理的声源数的减少、以及伴随于此的峰值声音抑制效果作为主要贡献而产生的。
另外，由于被称为除了风扇峰值声音以外的宽频带噪声(紊流噪声)的噪声是在叶片各自的声源的相位分散、彼此加强和彼此抵消复杂地发生之后生成的，因此认为即使声源数减少，噪声量也几乎不减少，其结果，只有峰值声音选择性地被抑制。
这种效果在光学领域中例如在JR Lakowicz et.al.,"Radiative DecayEngineering:2.Effects of Silver Island Films on Fluorescence Intensity,Lifetimes,and Resonance Energy Transfer"Analytical Biochemistry,301,261-277(2002).中示出金属粒子与荧光粒子的距离、发光强度或光源的寿命、生成率。可以认为，关于声波或声源，也产生相同的效果。
当声共振结构位于近场区域时，由于与声源的距离最大小于λ/4，因此由传播引起的声波的相位变化小。另一方面，声波的相位因通过声共振结构反射而反转(π的相位变化)。因此，从声源产生的声音和通过声共振结构反射而返回到声源的声音，由于其相移大致成为相位反转状态，因此以反相位进行干涉。因此，两种声音彼此在声源位置抵消，从而产生声源位置上的消音效果。
如上所述，本发明的风扇消音***根据通过将声共振结构配置于近场区域而因近场声音特有的空间上局部存在的声音而显现出基于局部相互作用的非线性效应的机理、以及通过减小声源位置上的声压而抑制生成声源即流体涡流的机理，能够与声共振结构的共振频率无关地在宽频带中获得消音效果。因此，对风扇产生的离散的多个频率的声音(以下，也称为离散频率声音)获得消音效果。
并且，上述两个相互作用的机理是通过在近场区域中配置声共振结构而产生的声源(声波)与声共振结构的相互作用所带来的效果。因此，由于与风的流动无关，因此不需要将声共振结构配置成风直接吹到声共振结构。即，不需要将声共振结构配置成堵塞风扇产生的空气流的一部分风道。因此，在确保风扇风量的同时，能够将风扇产生的声音进行消音。
在此，如上所述，来自声源的距离小于λ/4的区域是近场区域。从而，近场区域的大小根据声波的波长(频率)而不同。
在本发明中，在声共振结构的共振频率fr(在存在多个共振的情况下，其最低阶数)的情况下，将该波长设为λ，并将从风扇声源部小于λ/4的区域设为近场区域。
另外，从能够进一步提高消音效果的观点考虑，声共振结构的至少一部分优选配置于从风扇(声源)λ/6距离的区域，更优选配置于λ/8距离的区域。在上述第二个机理中，声源与声共振结构的距离越近，在声共振结构中反射而返回到声源的过程中的相位变化变得越小，因此由反射声音和来自声源的声音的干涉产生的消音效果进一步提高。
在本发明中，声共振结构在其共振频率下与声波发生共振以产生消音效果。若为发生共振现象的结构，则能够选择各种结构，例如作为声共振结构的代表性结构，能够举出膜型共振结构、亥姆霍兹共振结构及气柱共振结构。关于各个声共振结构，后面进行详述。
使用附图对本发明的风扇消音***的结构进行说明。
图1是表示本发明的风扇消音***的优选实施方式的一例的示意性立体图。图2是从A方向观察图1的前视图。图3是图2的剖视图。另外，在图2中，声共振结构以截面示出。另外，在图2及图3中，省略风扇的转子等的图示，仅示出外形及送风口。
图1～图3所示的风扇消音***10具有轴流风扇12a及膜型共振结构30a。
轴流风扇12a基本上是公知的轴流风扇，其使具有多个叶片的转子旋转以对气体赋予动能，从而将气体向轴向输送。
具体而言，轴流风扇12a具有外壳16、安装于外壳16上的马达(未图示)、以及具备安装于马达并旋转的轴部20及向轴部20的径向外侧突出形成的叶片22的转子18。
另外，在以下说明中，将轴部20(转子18)的旋转轴简称为“旋转轴”，将轴部20(转子18)的径向简称为“径向”。
马达是通常的电动马达，其使转子18旋转。
转子18的轴部20大致呈圆柱状且将一个底面侧安装于马达的旋转轴上，并通过马达进行旋转。
叶片22在轴部20的周面上以从周面向径向外侧突出的方式形成。并且，转子18具有多个叶片22，多个叶片22在轴部20的周面的周方向上排列。在图1所示例中，转子18设为具有4个叶片22的结构，但是并不限定于此，只要具有多个叶片22即可。并且，外壳16的框架在图面中为4个，但是也并不限定于此。
并且，叶片22的形状能够设为在以往公知的轴流风扇中使用的各种形状。
在轴流风扇12a中，具有叶片22的转子18通过马达进行旋转，由此使气流(风)在旋转轴方向上产生。气流的流动方向不受限定，可以在旋转轴方向上从马达侧向与马达相反的一侧流动，也可以从与马达相反的一侧向马达侧流动。
外壳16固定有马达，并且包围可旋转的转子18(叶片22)的径向周围。
旋转轴方向上的外壳16的厚度比叶片22及轴部20的厚度厚，以使能够从外部保护转子18。
外壳16具有向旋转轴方向开口的送风口16a，在送风口16a内配置有转子18。若具有叶片22的转子18进行旋转，则从送风口16a的一个开口面侧进行进气，并从另一个开口面侧进行送气。即，将通过转子18进行旋转而产生的气流(风)向旋转轴方向进行送气。
外壳16的厚度只要能够从外部保护转子18、且在因转子18旋转而产生的空气的流动中抑制径向空气的流动以增加旋转轴方向的风量即可，相对于叶片22和/或轴部20的厚度，只要是1.01倍～3.00倍左右的厚度即可。
轴流风扇12a还可以具有公知的轴流风扇所具有的各种结构。
例如，在图1所示例中，轴流风扇12a具有当将轴流风扇12a固定于各种设备时***螺钉等紧固部件的孔。
膜型共振结构30a将轴流风扇12a产生的离散频率声音进行消音。
膜型共振结构30a具有框体32和膜34，并具有形成有被框体32及膜34包围的背面空间35的结构，其通过以可振动的方式支撑于框体32上的膜34进行膜振动而产生共振。
在图1～图3所示例中，框体32为呈长方体状且在一面上形成有具有底面的开口部的形状。即，框体32为一面开放的有底方筒状。
膜34是膜状部件，其覆盖框体32的形成有开口部的开口面，并将周缘部固定于框体32而以可振动的方式被支撑。
并且，在膜34的背面侧(框体32侧)形成有由框体32和膜34包围的背面空间35。在图1～图3所示例中，背面空间是封闭的封闭空间。
图1～图3所示例中，膜型共振结构30a配置于轴流风扇12a的送风方向的下游侧。并且，膜型共振结构30a配置于不堵塞由轴流风扇12a的送风(送风口16a)的位置，具体而言，配置于成为由轴流风扇12a输送的风的风道的区域的周围。并且，在膜型共振结构30a中，膜34与轴流风扇12a的旋转轴方向(图3中X方向)平行，并且膜34朝向旋转轴侧配置。
在此，以往在将膜型共振结构等声共振结构用于消音的情况下，通过使声共振结构的共振频率与消音对象的声音频率匹配并利用共振现象，由此将该频率的声音进行消音。因此，对其他频带的声音的消音效果低，存在难以将多个离散频率声音进行消音的问题。
相对于此，在本发明的风扇消音***中，通过将膜型共振结构30a配置于风扇产生的声音的近场区域内而产生上述两个相互作用的机理，从而能够将轴流风扇12a产生的多个离散频率声音进行消音。
此时，膜34的可振动部的至少一部分需要存于近场区域内，更优选膜34的可振动部的重心位置需要存在于近场区域内。
在此，在本发明的风扇消音***中，在膜型共振结构30a(声共振结构)的共振频率中没有特别限制。
并且，为了有效地应用由声共振结构的原始共振产生的消音效果，声共振结构的共振频率优选在可听范围内(20-20000Hz)，更优选在100-16000Hz的范围内。
膜型共振结构30a(声共振结构)的共振频率优选与由风扇叶片的旋转引起的离散频率声音的至少一个频率一致。由此，在离散频率声音中，能够进一步提高与声共振结构的共振频率一致的频率下的消音效果。
例如，声共振结构的共振频率优选与在离散频率声音中声压的大小，更具体而言，A特性声压级最大的离散频率声音一致。由此，能够有效地消音对风扇噪声的贡献度大的离散频率声音。
并且，声共振结构的共振频率优选与在多个离散频率声音中最低频侧的声音一致。在通常的消音材料中，频率越低，消音越困难，因此在通过共振效果将低周波音选择性地进行消音的基础上，能够与其他消音材料进行组合。
另外，在本发明中，使声共振结构的共振频率与风扇的离散频率声音中的一个频率一致是声共振结构的共振频率在风扇的离散频率声音中的一个频率的±10％以内的范围。
另外，在轴流风扇的情况下，若将转速设为z(rps)，将叶片数设为N，则以m×N×z(Hz)(m为1以上的整数)的频率强烈地产生声音(离散频率声音)。
并且，膜型共振结构的共振频率根据膜34的大小(振动面的大小，即框体32的开口部的大小)、厚度、硬度等来决定。从而，通过调整膜34的大小、厚度、硬度等，能够适当地设定膜型共振结构的共振频率。
并且，如上所述，膜型共振结构30a在膜34的背面侧具有背面空间35。由于背面空间35被封闭，因此通过膜振动与背面空间的相互作用而产生吸音。
具体而言，在膜振动中存在由膜的条件(厚度、硬度、大小、固定方法等)来确定的基本振动模式和高次振动模式的频带，至于哪一种模式的频率被强烈激励而有助于吸音，是由背面空间的厚度等来确定的。若背面空间的厚度薄，则定性地产生背面空间硬化的效果等，因此容易激励膜振动的高次振动模式。
并且，在图1～图3所示例中，膜型共振结构30a的背面空间35设为由框体32和膜34完全包围的封闭空间，但是并不限定于此，只要以空气的流动不受阻碍的方式空间大致分隔即可，除了完全封闭空间以外，在膜34或框体32上也可以具有部分开口。这种局部具有开口的方式在如下方面是优选的：因温度变化而背面空间内的气体膨胀或收缩以对膜34施加张力，从而膜34的硬度发生变化，由此能够防止吸音特性发生变化。
通过在膜34上形成贯穿孔，发生由空气传播声音引起的传播。由此，膜34的声阻抗发生变化。并且，膜34的质量因贯穿孔而减少。由此，能够控制膜型共振结构30a的共振频率。
关于形成贯穿孔的位置，不受特别的限定。
膜34的厚度优选小于100μm，更优选为70μm以下，进一步优选为50μm以下。另外，在膜34的厚度不一样的情况下，只要平均值在上述范围内即可。
另一方面，若膜的厚度薄，则变得难以处理。膜厚优选为1μm以上，更优选为5μm以上。
膜34的杨氏模量优选为1000Pa～1000GPa，更优选为10000Pa～500GPa，最优选为1MPa～300GPa。
膜34的密度优选为10kg/m3～30000kg/m3，更优选为100kg/m3～20000kg/m3，最优选为500kg/m3～10000kg/m3。
并且，背面空间35的厚度(与膜34的表面垂直的方向的厚度)优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。
另外，在背面空间35的厚度不同的情况下，平均值只要在上述范围内即可。
并且，在图1～图3所示例中，从与膜34的表面垂直的方向观察的膜型共振结构30a的形状，即膜34的振动区域的形状设为四边形，但是并不限定于此，也可以是圆形，或者三角形等多边形、椭圆形等。
在本发明的风扇消音***中，如上所述，由于是通过在近场区域配置声共振结构因声源(声波)与声共振结构的相互作用而产生的效果，即使将声共振结构配置成风直接吹到声共振结构，也可以获得消音效果。从确保风扇风量的观点考虑，声共振结构优选以不堵塞风扇产生的空气流的风道的方式配置。
具体而言，当从与风扇的送风口垂直的方向观察时，声共振结构与送风口重叠的面积相对于送风口的面积优选为50％以下，更优选为10％以下，如图2所示，进一步优选为0％，即不重叠。
并且，在声共振结构和送风口重叠的情况下，期望是安装斜坡状结构等在使风顺畅地流动的同时，抑制产生风噪声的结构。
并且，在声共振结构的具备振动体的面优选与垂直于风扇的送风口的轴平行地配置。
在图2所示例中，膜34是膜型共振结构30a的振动体，膜型共振结构30a的配置有膜34的面与垂直于轴流风扇12a的送风口16a的轴平行地配置。
另外，在声共振结构是亥姆霍兹共振结构或气柱共振结构的情况下，共振结构的贯穿孔内的空气是振动体，形成有贯穿孔的面是具备振动体的面。
风扇的风是不稳定流体现象，若不稳定的风撞击到膜型共振结构的膜并使膜晃动，则在膜上产生由风引起的振动。在膜上产生的振动包括宽频光谱，但是其中在设计为膜型共振结构的共振的频率下，在膜面上发生共振振动现象。在该共振振动中，在膜上产生的振动容易长时间保留，在风扇的风持续流动中，该共振振动容易放大。由此，有时导致从该共振振动的膜如扬声器一样传输声音。尤其，在从风扇产生强风量的条件下，在以来自风扇的风撞击到膜型共振结构的膜面的方式配置共振结构的情况下，导致在膜型共振结构的共振频率附近声音放大，有时无法获得消音效果。
从而，通过设为声共振结构的具备振动体的面与垂直于风扇的送风口的轴平行地配置的结构，由此能够抑制风扇产生的空气流撞击到声共振结构的具备振动体的面以使膜晃动，从而能够抑制消音效果因风而降低。
在此，在图1所示例中，风扇消音***设为具有一个膜型共振结构30a(声共振结构)的结构，但是并不限定于此，也可以设为具有两个以上声共振结构的结构。
例如，如图4所示例，也可以设为将两个膜型共振结构30a配置于轴流风扇12a的送风方向的下游侧的、不堵塞送风(送风口16a)的位置上的结构。
在图4中，两个膜型共振结构30a配置成膜34与轴流风扇12a的旋转轴方向平行，并且膜34朝向旋转轴侧，并且两个膜型共振结构30a的膜34侧的面对置。
并且，在图4所示例中，两个膜型共振结构30a设为以对置的方式配置的结构，但是并不限定于此，如图5所示例的图5中右侧的两个膜型共振结构30a、上侧的两个膜型共振结构30a及左侧的两个膜型共振结构30a那样，膜型共振结构30a也可以将膜面设在同一平面上并以相同的朝向而配置。另外，图5是从轴流风扇12a的旋转轴方向观察风扇消音***的图，省略了轴流风扇12a的图示。
并且，在风扇与通风道连接的情况下，如图4及图5所示例，膜型共振结构30a(声共振结构)可以构成与风扇连接的通风道的壁面(管路26)的一部分。由此，膜型共振结构30a能够设为配置于不堵塞送风(送风口16a)的位置上的结构。
并且，在图1等所示例中，膜型共振结构30a(声共振结构)设为配置于与轴流风扇12a(风扇)直接接触的位置山疙瘩结构，但是若配置在风扇产生的声音的近场区域内，则也可以配置于与风扇分开的位置。
例如，在图6所示例中，膜型共振结构30b配置于从轴流风扇12a分开的位置，在膜型共振结构30b与轴流风扇12a直接配置有管路26。即，在图6所示例中，在轴流风扇12a的下游侧连接有形成轴流风扇12a产生的风的通路的管路26，在管路26的出口侧的端部配置有膜型共振结构30b。
从将声共振结构配置于风扇产生的声音的近场区域内的观点考虑，声共振结构优选与风扇接触或者沿着风扇外壳的外周配置。在声共振结构是膜型共振结构的情况下，膜型共振结构的框体优选与风扇的外壳接触。声共振结构与风扇可以是直接用螺钉等被固定的结构，也可以是经由垫圈被固定的结构，也可以是经由粘接剂或粘合剂被固定的结构。
或者，声共振结构优选配置成经由防振部件而与风扇接触。
图7所示例中，膜型共振结构30a的框体32的侧面经由防振部件36接触到轴流风扇12a。膜型共振结构30a设为经由防振部件36接触到轴流风扇12a的结构，由此抑制轴流风扇12a的振动传递到膜型共振结构30a，并能够防止膜型共振结构30a的膜通过轴流风扇12a的振动而振动以产生声音、以及轴流风扇12a和膜型共振结构30a成为一体的共振。
作为防振部件36，能够使用由橡胶、海绵、发泡体等构成的通常用作防振部件的部件。并且，防振部件通过兼作吸音材料例如多孔质吸音材料，能够同时具有高频下的宽频带吸音效果和抑制振动向共振结构传递。具体而言，能够使用Inoac Corporation制造的CalmFlexF2等发泡系吸音体。
并且，在风扇消音***具有多个声共振结构的情况下，优选具有具备不同的共振频率的声共振结构。由于风扇消音***具有共振频率不同的声共振结构，因此对多个离散频率声音可以获得更高的消音效果。
例如，在图8所示例中，风扇消音***具有膜型共振结构30a和膜型共振结构30b。膜型共振结构30a的共振频率与膜型共振结构30b的共振频率不同。
在此，在风扇消音***具有共振频率不同的声共振结构的情况下，共振频率高的声共振结构优选配置于比共振频率低的声共振结构更靠近风扇的位置。
在图8所示例中，配置于靠近轴流风扇12a的一侧的膜型共振结构30a的共振频率比配置于远离轴流风扇12a的一侧的膜型共振结构30b的共振频率高。由此，能够大幅将多个离散频率声音进行消音。
并且，在图1等所示例中，设为在基于风扇的送风方向上声共振结构仅配置于风扇的下游侧的结构，但是并不限定于此，也可以设为声共振结构配置于风扇的上游侧的结构，如图9所示例，也可以设为声共振结构配置于风扇的上游侧及下游侧的结构。在包括服务器风扇在内的大部分设备中，为了减小人听到的噪声，期望能够在风扇与设备外壳之间的空间内配置声共振结构。
从获得更高的消音效果的观点考虑，声共振结构优选至少配置于风扇的下游侧，更优选配置于风扇的上游侧及下游侧。
在设为将声共振结构配置于风扇的上游侧及下游侧的结构的情况下，上游侧声共振结构的共振频率与下游侧声共振结构的共振频率可以相同，也可以不同。
并且，也可以设为在声共振结构的具备振动体的面侧具有使声音透过的防风部件的结构。
具体而言，在图10所示例中，风扇消音***具有膜型共振结构30a作为声共振结构，在膜型共振结构30a的振动体及膜34的表面上具有以覆盖膜34的方式配置的防风部件48。
防风部件48是使声音通过并抑制风进入的部件。通过在膜34的表面上配置防风部件48，抑制风扇产生的空气流对膜型共振结构的振动体即膜施加风压以使膜晃动，从而能够抑制消音效果因风而降低。
作为防风部件48，能够使用海绵等发泡体，尤其连续气泡发泡体、布、无纺布等纤维体等多孔质结构。并且，在杨氏模量极小的硅橡胶膜等橡胶材料膜、如保鲜膜那样的厚度为10μm左右的薄塑料膜等中，这些膜材料能够使用以未拉紧而松弛地固定为特征的膜。由于这些膜与膜型共振结构的膜34在厚度、硬度及固定方法上截然不同，因此在可听范围内不具有强烈的共振而使声音通过。
并且，在图1～图3所示例中，风扇消音***设为仅具有膜型共振结构30a的结构，但是并不限定于此，风扇消音***也可以设为还具有多孔质吸音材料的结构。
例如，也可以设为在由膜型共振结构30a的框体32和膜34包围的空间内，即在背面空间35内具有多孔质吸音材料的结构。或者，可以设为在膜型共振结构30a的膜34的表面上具有多孔质吸音材料的结构。
通过设为风扇消音***具有多孔质吸音材料的结构，能够将除了共振器选择性地进行消音的主导音以外的频率的声音在宽频带进行消音。并且，也可以将多孔质吸音材料用作防风部件。
作为多孔质吸音材料不受特别的限定，可以适当地利用公知的多孔质吸音材料。例如，可以利用发泡氨基甲酸酯、软质氨基甲酸酯泡沫、木材、陶瓷粒子烧结材料、苯酚泡沫等发泡材料及包含微小空气的材料；玻璃棉、岩棉、超细纤维(3MCompany制造的新雪丽(Thinsulate)等)、地板垫、绒毯、熔喷无纺布、金属无纺布、聚酯无纺布、金属棉、毛毡、隔热板和玻璃无纺布等纤维及无纺布类材料、木棉水泥板、二氧化硅纳米纤维等纳米纤维系材料、石膏板等各种公知的多孔质吸音材料。
并且，多孔质吸音材料的流动阻力不受特别的限定，优选为1000～100000(Pa·s/m2)，更优选为3000～80000(Pa·s/m2)，进一步优选为5000～50000(Pa·s/m2)。
多孔质吸音材料的流动阻力，能够通过测定1cm厚度的多孔质吸音材料的垂直入射吸音率，并以Miki模型(J.Acoust.Soc.Jpn.，11(1)).pp.19-24(1990))进行拟合而评价。或者，可以按照“ISO 9053”进行评价。
并且，可以层叠多种不同流动阻力的多孔质吸音材料。
在此，在图1～图3所示例中，风扇消音***设为具有膜型共振结构30a作为声共振结构的结构，但是并不限定于此。风扇消音***可以具有亥姆霍兹共振结构和/或气柱共振结构作为声共振结构。
图11中示出具有亥姆霍兹共振结构40的结构的风扇消音***的一例的示意性剖视图。在图11所示的风扇消音***中，作为声共振结构而具有亥姆霍兹共振结构40来代替膜型共振结构30a，除此以外，具有与图4所示的风扇消音***相同的结构。
在图11所示例中，声共振结构是亥姆霍兹共振结构40。亥姆霍兹共振结构40具有：框体42，其为呈棱柱状且在一面上形成有具有底面的开口部的形状；及板状盖部44，覆盖框体42的形成有开口部的开口面并将周缘部固定于框体42，并且具有贯穿孔46。亥姆霍兹共振器40为如下结构：由框体42和盖部44包围的内部空间43中的空气起到弹簧的作用，形成于盖部44的贯穿孔46内的空气起到质量(mass)的作用，并进行质量弹簧的共振，通过贯穿孔46的壁附近部上的热粘性摩擦进行吸音。
在图11所示例中，具有贯穿孔46的盖部44与轴流风扇12a的旋转轴方向平行，并且盖部44朝向旋转轴侧配置。
以往，在将亥姆霍兹共振结构用于消音的情况下，通过使亥姆霍兹共振结构与欲消音的声音的频率一致，能够将该频率的声音进行消音。因此，对除了共振频率以外的频带的声音的消音效果低，存在难以将风扇产生的多个离散频率声音进行消音的问题。
相对于此，在本发明的风扇消音***中，通过将亥姆霍兹共振结构40配置于风扇产生的声音的近场区域内，能够产生上述两个相互作用的机理以将风扇产生的多个离散频率声音进行消音。
在将亥姆霍兹共振结构40用作声共振结构的情况下，亥姆霍兹共振的共振频率也优选与轴流风扇12a产生的离散频率声音中的任一个频率一致。
亥姆霍兹共振的共振频率根据被框体42及盖部44包围的内部空间的容积、贯穿孔46的面积、长度等来决定。从而，通过调整由亥姆霍兹共振结构40的框体42及盖部44包围的内部空间的容积及贯穿孔46的面积、长度等，能够适当地设定共振频率。
在此，在图11所示例中，设为在盖部44上形成有贯穿孔46的结构，但是并不限定于此，也可以在框体42上形成有贯穿孔46。然而，此时贯穿孔的出入口需要朝向轴流风扇12a产生的离散频率声音传播的方向、图11中风扇的流路方向。
并且，在图11所示例中，亥姆霍兹共振结构40设为框体42及盖部44分体的结构，但是框体42及盖部44也可以形成为一体。
在亥姆霍兹共振结构40中，贯穿孔46内的空气是振动体，具有贯穿孔46的盖部44的表面是具备振动体的面。从而，具有贯穿孔46的盖部44的表面优选与垂直于送风口的轴平行地配置。并且，在盖部44的表面上也可以配置防风部件。
并且，从与盖部44的表面垂直的方向观察的亥姆霍兹共振结构40的形状可以是四边形，或者也可以是三角形等多边形、圆形、椭圆形等。
在图11所示例中，风扇消音***设为具有两个亥姆霍兹共振结构40的结构，但是并不限定于此，也可以设为具有一个亥姆霍兹共振结构的结构，也可以设为具有3个以上亥姆霍兹共振结构的结构。在构成为具有多个亥姆霍兹共振结构的情况下，各个亥姆霍兹共振结构的框体可以形成为一体，还可以是设为共用内部空间。
并且，在构成为具有多个亥姆霍兹共振结构的情况下，可以构成为具有共振频率不同的亥姆霍兹共振结构。
并且，在本发明中，消音器具有的共振器可以是气柱共振结构。
气柱共振结构通过在具有开口的共振管内生成驻波而引起共振。
以往，在将气柱共振结构用于消音的情况下，通过使气柱共振结构与欲消音的声音的频率一致，能够将该频率的声音进行消音。因此，对除了共振频率以外的频带的声音的消音效果低，存在难以将风扇产生的多个离散频率声音进行消音的问题。
相对于此，在本发明的风扇消音***中，通过将气柱共振结构配置于风扇产生的声音的近场区域内，能够产生上述两个相互作用的机理以将风扇产生的多个离散频率声音进行消音。
在将气柱共振结构用作声共振结构的情况下，气柱共振的共振频率也优选与风扇产生的离散频率声音中的任一个频率一致。
气柱共振的共振频率根据共振管的长度等来决定。从而，通过调整共振管的深度、开口的大小等，能够适当地设定共振声音的频率。
另外，在将声共振结构设为具有内部空间和连通内部空间与外部的贯穿孔(开口部)的结构的情况下，至于是成为气柱共振的共振结构，还是成为亥姆霍兹共振的共振结构，根据贯穿孔的大小、位置、内部空间的大小等来决定。从而，通过适当地调整这些，能够选择气柱共振和亥姆霍兹共振中的任一种共振结构。
在气柱共振结构的情况下，若开口部窄，则声波在开口部反射，声波难以进入到内部空间内，因此优选开口部在一定程度上较广。具体而言，在开口部为矩形的情况下，短边长度优选为1mm以上，更优选为3mm以上，进一步优选为5mm以上。在开口部为圆形的情况下，直径优选在上述范围内。
另一方面，在亥姆霍兹共振的情况下，由于需要在贯穿孔中产生热粘性摩擦，因此优选在一定程度上较窄。具体而言，在贯穿孔为矩形的情况下，短边长度优选为0.5mm以上且20mm以下，更优选为1mm以上且15mm以下，进一步优选为2mm以上且10mm以下。在贯穿孔为圆形的情况下，直径优选在上述范围内。
另外，本发明的风扇消音***可以构成为具有不同类型的声共振结构。例如，可以构成为具有亥姆霍兹共振结构和膜型共振结构。
在此，从小型化薄型化等观点考虑，优选将膜型共振结构用作声共振结构。
作为膜型共振结构、亥姆霍兹共振结构及气柱共振结构的框体及盖部的材料(以下，统称为“框材料”)，能够举出金属材料、树脂材料、增强塑料材料及碳纤维等。作为金属材料，例如能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼、铜及它们的合金等金属材料。并且，作为树脂材料，例如能够举出丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、ABS树脂(丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)共聚合成树脂)、聚丙烯及三乙酰纤维素等树脂材料。并且，作为增强塑料材料，能够举出碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)及玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics)。并且，能够举出天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、EPDM(乙烯/丙烯/二烯橡胶)、硅橡胶等、以及包含它们的交联结构体的橡胶类。
并且，作为框材料，也能够使用各种蜂窝芯材料。由于蜂窝芯材料为轻量且用作高刚性材料，因此容易获得现有产品。可以将由铝蜂窝芯、FRP蜂窝芯、纸蜂窝芯(Shin NipponFeather Core Co.,Ltd制造、Showa Aircraft Industry Co.,Ltd.制造等)、热塑性树脂(PP，PET,PE，PC等)蜂窝芯(GIFU INDUSTRY CO.,LTD.制造TECCELL等)等各种材料形成的蜂窝芯材料用作框体。
并且，作为框材料，也能够使用包含空气的结构体，即发泡材料、中空材料、多孔质材料等。在使用大量的共振器的情况下，为了在各个单元之间不通气，例如能够使用独立气泡的发泡材料等形成框体。例如，能够选择独立气泡聚氨酯、独立气泡聚苯乙烯、独立气泡聚丙烯、独立气泡聚乙烯、独立气泡橡胶海绵等各种材料。通过使用独立气泡体，与连续气泡体相比，由于不使声音、水、气体等通过，并且结构强度大，因此适合用作框材料。并且，在上述多孔质吸音体具有充分的支撑性的情况下，可以仅由多孔质吸音体形成框体，也可以将作为多孔质吸音体和框体的材料而举出的材料例如通过混合、混炼等进行组合而使用。如此通过使用内部包含空气的材料***，能够使器件轻量化。并且，能够赋予绝热性。
在此，从可以配置在成为高温的位置上的观点考虑，框材料优选由耐热性比阻燃材料高的材料构成。耐热性例如能够由满足建筑基准法实施条例的第108条第2款的时间来定义。满足建筑基准法实施条例的第108条第2款的时间为5分钟以上且小于10分钟时为阻燃材料，10分钟以上且小于20分钟时为准不燃材料，20分钟以上时为不燃材料。然而，耐热性通常针对每个领域而被定义。因此，根据利用风扇消音***的领域，只要将框材料由具有相当于在该领域中定义的阻燃性以上的耐热性的材料构成即可。
框体及盖部的壁厚(框厚度)也不受特别的限制，例如能够根据框体的开口截面的大小等来设定。
作为膜34的材料，可以利用铝、钛、镍、坡莫合金、42合金、可伐合金、镍铬、铜、铍、磷青铜、黄铜、镍银、锡、锌、铁、钽、铌、钼、锆、金、银、铂、钯、钢、钨、铅及铱等各种金属；PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TAC(三乙酰纤维素)、PVDC(聚偏二氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PMP(聚甲基戊烯)、COP(环烯烃聚合物)、ZEONOR、聚碳酸酯、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、PAR(聚芳酯)、芳纶、PPS(聚苯硫醚)、PES(聚醚砜)、尼龙、PEs(聚酯)、COC(环状烯烃·共聚物)、醋酸丁酸纤维素、硝基纤维素、纤维素衍生物、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、POM(聚甲醛)、PEI(聚醚酰亚胺)、聚轮烷(滑动环材料等)及聚酰亚胺等树脂材料等。此外，也能够使用薄膜玻璃等玻璃材料、如CFRP(碳纤维增强塑料)及GFRP(玻璃纤维增强塑料)那样的纤维增强塑料材料。并且，能够使用天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、EPDM、硅橡胶等，以及包含它们的交联结构体的橡胶类。或者，也可以是将它们组合而成的材料。
并且，在使用金属材料的情况下，从抑制生锈等观点考虑，可以对表面实施金属镀覆。
从对热、紫外线、外部振动等的耐久性优异的观点考虑，在要求耐久性的用途中，优选将金属材料用作膜34的材料。
并且，膜或盖部对框体的固定方法不受特别的限制，可以适当地利用使用双面胶带或粘接剂的方法、螺固等机械固定方法、压接等。关于固定方法，与框材料及膜同样，也能够从耐热、耐久性、耐水性的观点进行选择。例如，作为粘接剂，能够选择CEMEDINE Co.,Ltd.“Super X”系列、ThreeBond Co.,Ltd.“3700系列(耐热)”、TAIYO WIRE CLOTH CO.,LTD制造的耐热环氧系粘接剂“Duralco系列”等。并且，作为双面胶带，能够选择3M公司制造的高耐热双面胶带9077等。如此，针对所要求的特性，能够选择各种固定方法。
在此，在图1等所示例中，风扇消音***设为具有轴流风扇12a作为风扇并抑制轴流风扇(螺旋桨式风扇)的噪声的结构，但是并不限定于此，能够适用于多叶片式风扇、涡轮风扇、离心式风扇、线流风扇等以往公知的风扇。
多叶片式风扇从具有叶片的转子的旋转轴方向进气，并向与旋转轴垂直的方向送气，在侧面上具有送风口。因此，例如如图12所示，在风扇是多叶片式风扇12b的情况下，膜型共振结构30a(声共振结构)以与送风口38接触的方式配置。膜型共振结构30a的结构与图1等所示例相同。
在图12所示例中，膜型共振结构30a配置于不堵塞多叶片式风扇12b的送风口的位置。并且，在膜型共振结构30a中，膜34平行于与多叶片式风扇12b的送风口垂直的方向，并且膜34朝向送风口侧配置。
如此在多叶片式风扇的情况下，由于从风扇的叶片部分产生声音，因此从风扇的叶片部分小于λ/4距离的区域也是近场区域。从而，通过将声共振结构配置在近场区域内，能够在近场区域内产生上述两种相互作用以获得消音效果。
实施例
以下，根据实施例对本发明进行更详细的说明。以下实施例中所示材料、使用量、比例、处理内容及处理顺序等，只要不脱离本发明的主旨，就能够适当地进行变更。从而，本发明的范围不应该由以下所示实施例限定地解释。
[比较例1]
作为风扇而使用了轴流风扇(SANYO DENKI CO.,LTD.制造Model:109P0612K701)。该轴流风扇的外径为60mm×60mm，厚度为15mm。由于在风扇的排气方向侧带有外壳，因此从送风口前表面端部至转子的叶片的距离为5mm左右。
为了抑制来自风扇的固体振动的影响，在风扇的下部配置了厚度为5mm的防振橡胶。并且，为了抑制从风扇的侧方作为固体振动发出的声音，由厚度为5mm的亚克力包围了风扇外壳的侧面。
使用5mm厚度的亚克力板剪切并组合短边为30mm长度的矩形板，由此具有与风扇的外径相等的60mm见方的内径，从而制作出管道方向长度为30mm的正方形管道。使用激光切割机进行了亚克力板的加工。
将该管道以使风扇的风道与管道的截面一致的方式配置于风扇的送风口侧的表面。用胶带连接并封闭包围风扇外壳的框和管道的外侧，由此如图13所示制作出管道密接于风扇的结构。
＜测定＞
使用所制作的结构驱动风扇并测定出音量。
在声音测定中，在从风扇中心位置在轴向上分开200mm距离的位置上，为了避免风的影响，在水平方向和垂直方向上从中心轴偏离50mm的点上配置了麦克风(ACO Co.,Ltd.制造1/2inch麦克风4152)。麦克风配置于排气侧及进气侧的两侧。
使用直流稳压电源进行了风扇的驱动。风扇的驱动条件设为12V、0.25A。
将由排气侧麦克风测定出的结果示于图14中。图14所示的曲线图的横轴设为对数显示。从图14可知，叶片旋转的风扇的特征即大的峰值声音(窄频声音)以多个频率出现。即，可知产生了离散频率声音。其中，大的峰值呈整数倍的关系。尤其，1.1kHz和2.2kHz的音量大。
并且，使用风速计测定管道的出口侧端部的风速的结果，是3.1m/s的风速。以下，直至实施例3，在风速上未观察到变化。
[实施例1]
将管道的内壁设为如下制作出的膜型共振结构，除此以外，以与比较例1相同的方式制作出风扇消音***。膜型共振结构的共振频率设为2.2kHz。
＜膜型共振结构的设计＞
使用COMSOL MULTIPHYSICS(COMSOL Inc.制造)进行基于有限元法的声学结构耦合计算，从而设计出膜型共振结构。将膜的材料设为PET，将厚度设为75μm，并改变尺寸和背面距离进行了设计。可知在膜的振动部即内径为24mm的圆形框体中，并且背面距离为6mm的膜型共振结构中，在2.2kHz下具有共振，并具有高吸收。
可知背面距离的6mm相当于相对于2.2kHz波长λ为0.038×λ的距离，能够以非常薄的结构实现共振。在通常的单侧闭管的气柱共振结构的情况下，由于所需长度为0.25×λ，因此可知相对于气柱共振结构能够将厚度减小至约15％的尺寸。
＜膜型共振结构的制作＞
通过用激光切割机加工亚克力板，制作出上述设计的结构。具体而言，加工厚度为3mm的亚克力板，从而制作出外形为30mm的正方形且其中具有24mm直径的开口部的两个有孔板部件和外形为30mm的正方形板部件。两个有孔板部件及板部件依次重合，并用双面胶带(ASKUL Corporation制作的“Power of the field”)贴合，从而制作出框体。
用双面胶带将厚度为75μm的PET膜(TORAY INDUSTRIES,INC.制造的Lumirror)贴合于框体的开口面上。通过根据框体的外形而切割PET膜而制作出外部形状为30mm见方的正方形、框体的内部形状为24mm、PET膜的厚度为75μm、背面距离为6mm的膜型共振结构。
制作出6个该膜型共振结构，并制作出管道的4个面中3个面分别设为两个膜型共振结构的管道(长度为30mm)(参考图5)。
＜测定＞
驱动所制作的风扇消音***的风扇，并以与比较例1相同的方式排气侧及进气侧测定出音量。
将排气侧测定结果示于图15中，将进气侧测定结果示于图16中。图15及图16中也示出比较例1的结果。
从图15可知，在膜型共振结构的共振频率2.2kHz下，可获得约为20dB的大的消音效果。进而，可知对图15中用箭头示出的通过风扇旋转产生的不同频率的多个离散频率声音，也可以获得消音效果。即，可知即使在除了膜型共振结构的共振频率以外的频率下，也可以获得消音效果。如此，可知本发明的风扇消音***通过在风扇产生的声音的近场区域内配置声共振结构，能够将除了声共振结构的共振频率以外的频率的声音进行消音，因此能够将通过风扇旋转而产生的不同频率的多个离散频率声音进行消音。
并且，可知通过使膜型共振结构的共振频率与通过风扇旋转而产生的不同频率多个离散频率声音中的一个频率一致，能够进一步提高该频率下的消音效果。
并且，从图16可知在进气侧在膜型共振结构的共振频率及其他频率下音量也降低。即，可知排气侧的消音效果并不是反射声音而输出到进气侧，而是与排气侧及进气侧一同进行消音。可以认为，该效果是因为通过膜型共振结构吸收由膜振动引起的声音、以及通过根据膜型共振结构反射的声音与声源干涉而抑制了从声源发出声音的现象而产生的。
在实施例1的风扇消音***中，从风扇的声源部分(叶片)至膜型共振结构的膜振动部的中央为止的距离为“从风扇的叶片前表面至送风口前表面为止的距离5mm”+“从膜型共振结构的膜的中心位置至风扇的送风口前表面为止的距离15mm”＝20mm。频率为2.2kHz的波长/4为39mm，因此可知膜型共振结构配置于近场区域内。
[比较例2]
如图17所示，比较例2设为如下结构：将膜型共振结构30a与轴流风扇12a分开配置，在膜型共振结构30a与轴流风扇12a之间配置了管道100。膜型共振结构30a使用了与实施例1的膜型共振结构相同的结构。除了长度为60mm以外，管道100设为与比较例1的管道相同。
在该结构中，风扇的声源部分(叶片)与膜型共振结构的距离为80mm。从而，膜型共振结构30a构成为配置于近场区域外侧。
＜测定＞
驱动比较例2的风扇消音***的风扇，以与比较例1相同的方式在排气侧及进气侧测定出音量。另外，在比较例2中，分别将膜型共振结构30a的部分与替换为管道时的音量的测定结果进行比较，并从差分求出消音量。
将结果示于图18中。
并且，在图19中示出将比较例3和比较例3的膜型共振结构30a的部分替换为管道时(简单管道)的音量的测定结果。
从图18可知，在比较例2中，能够在膜型共振结构30a的共振频率下进行消音。
然而，从进一步扩大频率范围的图19可知，在比较例3的结构中，在除了膜型共振结构30a的共振频率以外的频率下，可以获得消音效果。
在比较例2中，由于膜型共振结构和声源分开λ/2，因此通过作为通常的声音波动的干涉效应(远场干涉)而显现出消音效果。另一方面，由于认为未产生上述近场区域中的机理，因此自然不会有助于除了膜型共振结构的共振频率以外的消音。
相对于此，如实施例1那样，在将膜型共振结构配置于近场区域的情况下，需要将膜型共振结构和声源的相互作用设为一体进行处理，还需要考虑不会传播至远处的高波数的近场声音的相互作用。在该情况下，可以认为通过上述机理也有助于除了膜型共振结构的共振频率以外的频率的声音的释放量。因此，在近场区域中，能够对宽频带的声音赋予消音效果。
根据以上结果可知，如本发明的实施例1那样，通过在近场区域配置膜型共振结构，能够将风扇产生的多个离散频率声音进行消音。并且，可知通过使膜型共振结构的共振频率与离散频率声音的一个频率一致，在该频率下可以获得更高的消音效果。并且，可知不堵塞风道而能够将风扇噪声进行消音。
[实施例2]
使用与实施例2相同的膜型共振结构进行了通过改变风扇的类型而改变峰值声音频率的研究。使用了SANYO DENKI CO.,LTD.制造的DC轴流风扇“9GA0612G9001”(框架尺寸为60mm、厚度为10mm)。以与实施例1相同的方式固定该风扇，并分别测定了在该排气侧安装与实施例1相同的膜型共振结构的情况(实施例2)、以及在相同的位置上不是安装共振结构，而是安装相同的管道长度的长度为30mm的管道的情况(比较例3)。
在图20中示出测定结果。在该风扇的情况下，峰值声音的频率以偏离膜型共振结构的共振频率的频率出现。在膜型共振结构的共振频率2.2kHz的附近，8dB左右的消音效果较宽地出现。另一方面，可知在风扇的峰值声音频率(1.2kHz、2.4kHz、3.6kHz)下，在各个膜型共振结构在近场区域的情况下能够由原始峰值声音量进行消音。
如此，可知对于与膜型共振结构的共振频率偏离的风扇的峰值声音频率，也能够通过近场区域内的共振结构将峰值声音进行消音。
另外，关于峰值声音的消音量，可知与共振频率偏离风扇峰值声音频率的本实施例的情况相比，使共振频率与风扇峰值声音频率一致的实施例1的情况的消音量优选更大。
[实施例3]
将膜型共振结构的共振频率设为1.1kHz，除此以外，以与实施例1相同的方式制作出膜型共振结构。
＜膜型共振结构的制作＞
使用COMSOL MULTIPHYSICS并通过有限元法进行了设计的结果，可知通过将实施例1的膜型共振结构的背面距离设为6mm至15mm，共振频率成为1.1kHz。用激光切割机加工亚克力板，并以与实施例1相同的方法制作出膜型共振结构。
将所制作的膜型共振结构配置于从风扇的送风口的表面分开30mm的位置。在膜型共振结构与风扇之间连接了管道(管路)(参考图6)。从膜型共振结构中心到风扇声源部分(叶片)的距离为50mm。另一方面，由于频率为1.1kHz的波长/4为78mm，因此可知膜型共振结构配置于近场区域内。
＜测定＞
驱动所制作出的风扇消音***的风扇，并以与实施例1相同的方式在排气侧及进气侧测定出音量。
将结果示于图21中。并且，在图21中也示出将实施例3的膜型共振结构替换为管道时(简单管道)的音量的测定结果。
从图21可知，在膜型共振结构的共振频率1.1kHz下可以获得10dB左右的大的消音效果。此外，可知对于风扇产生的多个离散频率声音也可以获得消音效果。
[实施例4]
设为在实施例1的风扇消音***的膜型共振结构的下游侧配置了在实施例3中所制作出的膜型共振结构的结构(参考图8)，除此以外，以与实施例1的方式制作出风扇消音***。
将结果示于图22中。并且，在图22中也示出将实施例4的膜型共振结构替换为管道时(简单管道)的音量的测定结果。
可知在膜型共振结构各自的共振频率1.1kHz及2.2kHz下也可以获得15dB左右的大的消音效果。即，可知即使串联配置膜型共振结构，各自的消音效果也发挥功能。
并且，可知即使对于图22中用箭头示出的风扇产生的多个离散频率声音，也可以获得消音效果。即，可知即使在除了膜型共振结构的共振频率以外的频率下，也可以获得消音效果。
求出图22的两个数据的差分，并作为消音量示于图23中。可知在1.1kHz附近及2.2kHz附近，将风扇的噪声峰值消音15dB以上，并且在除此以外的频带中也可以获得消音效果。
关于实施例4的风扇消音***，为了评价通过耳朵听到的噪声的大小，示出倍频带评价和整体噪声量评价。在图24中，以每1/3倍频带进行评价，并且示出将音量设为考虑到人耳朵的灵敏度的校正即A特性评价(单位是dBA)的结果。通过将1.1kHz、2.2kHz及其他频率的噪声峰值进行消音，可知即使是对频率广泛地平均化并进行评价的1/3倍频带评价，整体的声音也降低。并且，对频率可听范围整个频带进行A特性校正并积分，计算出噪声级。在简单管道的情况下为81.9(dBA)的噪声在实施例4的风扇消音***中能够将噪声级降低至74.9(dBA)。若噪声级具有3dBA的差异，则一般人能够充分察觉到，因此该7dBA的消音效果是在体感上也足够安静的水平。
如此示出如下内容：通过进行用于抑制从风扇产生的离散频率声音的研究，并将声共振结构配置于近场区域内，不仅将共振频率声音，而且将风扇产生的整个离散频率声音进行消音，从而能够获得大的消音效果。
[实施例5]
与实施例1～实施例4相比，为了在强风条件下进行测定，变更了风扇的类型。使用了SANYO DENKI CO.,LTD.制造的9GA0612P1J03(厚度38mm)风扇。图25中示出改变了供给到该风扇的电流量时的风速。通过增大电流量，能够获得高风速高风量。
在该风扇的排气侧配置了与实施例2相同结构的膜型共振结构。然而，将膜型共振结构的膜面设为比实施例2更靠外周侧降低了5mm的形状(图26参照)。这是为了在后面的实施例6中配置防风部件。
＜测定＞
驱动所制作的风扇消音***的风扇，并以与比较例1相同的方式排气侧及进气侧测定出音量。
将排气侧的测定结果示于图27中。并且，作为比较例4，还同时示出将实施例5的膜型共振结构代替为管道时的测定结果。在实施例5和比较例4中，流路方向的结构长度均为30mm且相等。
并且，使用风速计测定出实施例4及比较例4的出口侧端部上的风速。其结果，确认到风速均为14.5m/s，并且在安装了膜型共振结构的情况下和筒结构中风速未改变。
从图27可知，如图27中用箭头表示，除了膜型共振结构的共振频率以外的频率的峰值可以获得消音效果。然而，关于共振频率1.1kHz附近的峰值，在其周边的频率下具有声音放大的效果，可知几乎无法获得峰值消音效果。
在实施例5中，由于是风扇的风量大且进行旋转的风扇，因此风变得不稳定。该风通过对膜面施加风压，在膜面上发生由风引起的振动。在膜上发生的振动包括宽频率光谱，但是其中在膜型共振结构的设计中设计为共振的频率，即旨在消音的频率及其周边发生共振现象。在该共振频率下，在膜面上发生的振动容易长时间残留，在风扇持续运转的状态下，其振幅也容易放大。因此，从此处如扬声器一样传输声音。如此可以认为，在紧靠风扇处产生强风量的情况下，导致在共振频率附近声音放大，几乎无法获得目标消音效果。
[实施例6]
在实施例5的风扇消音***中，在膜型共振结构的膜的表面上配置了防风部件，除此以外，以与实施例5相同的方式制作出风扇消音***(参考图10)。
作为防风部件而使用了氨基甲酸酯海绵(厚度为5mm)。为了尽可能防止对膜振动的影响，在海绵的膜侧的表面上不使用双面胶带等，而在海绵的空气侧面的一部分(相当于海绵下部的膜型共振结构的框部分的位置)使用透明胶带安装于膜型共振结构的侧壁部，以使海绵不偏离膜型共振结构。
＜测定＞
驱动所制作的风扇消音***的风扇，并以与比较例1相同的方式排气侧及进气侧测定出音量。
将排气侧测定结果示于图28中。并且，也同时示出比较例4的测定结果。
并且，使用风速计测定出实施例6的出口侧端部上的风速。其结果，确认到风速为14.5m/s，并且风速未改变。
从图28可知，能够大幅抑制在实施例5中生成的共振频率(1.1kHz)附近声音的放大。并且，可知如图28中用箭头表示，也可以获得降低除了共振频率以外的频率的峰值声音的效果。并且，可知在图28中，在5.4kHz以上的高频区域中的宽频带中能够进行消音。这是由配置于膜面上的海绵引起的吸音效果。
从以上结果可知，通过在膜表面上配置防风部件，当在紧靠风扇的附近配置了膜型共振结构时，能够大幅抑制导致在共振频率附近声音响起的现象。并且，可知通过将多孔质吸音材料用作防风部件，能够兼顾多孔质吸音材料的消音效果和由膜型共振结构引起的消音效果。
[实施例7]
作为声共振结构而使用了亥姆霍兹共振结构，除此以外，以与实施例5相同的方式制作出风扇消音***。
设计共振频率为1.1kHz的亥姆霍兹共振结构的结果，贯穿孔长为3mm，贯穿孔直径为4mm，内部空间厚度为12mm，内部空间直径为24mm。
为了成为这种结构，用激光切割机加工亚克力板而制作出亥姆霍兹共振结构。以与实施例5相同的方式制作出风扇消音***，以使亥姆霍兹共振结构6个单元构成管道壁面。
将供给到风扇的电流量为0.3A时的测定结果示于图29中。并且，还示出代替亥姆霍兹共振结构而安装了相同长度的管道时的测定结果(比较例5)。此时，风速为5.5m/s。
从图29可知，在将亥姆霍兹共振结构用作声共振结构的情况下，也能够获得对除了频率以外的频率的峰值声音的消音效果。另一方面，关于共振频率1.1kHz的峰值的消音量少，在其周边产生声音放大。这是在亥姆霍兹共振结构的贯穿孔部产生的风噪声中，在共振结构的共振频率下因发生共振而声音放大且声音响起的效果。
[实施例8]
将供给到风扇的电流量设为1.3A，除此以外，以与实施例7相同的方式测定出音量。将测定结果示于图30中。并且，还示出代替亥姆霍兹共振结构而安装了相同长度的管道时的测定结果(比较例6)。并且，风速为15.1m/s。
从图30可知，将除了共振频率以外的频率的多个峰值声音进行消音的效果在高风量下的亥姆霍兹共振结构中也能够获得。另一方面，可知共振被放大的风噪声通过成为高风速而变得更大，关于共振频率附近的峰值声音发生了放大。
由以上可知，能够通过共振结构将多个离散频率声音进行消音的效果并不限定于膜型共振器，而是普遍的。并且，可以认为，由该亥姆霍兹共振的风噪声引起的放大效果与膜型共振结构鸣响的现象相比放大量更大，因此特别是在强风下使用的情况下，膜型共振结构更优选。
[比较例7]
为了研究对除了轴流风扇以外的风扇的应用，研究了对鼓风机用多叶片式风扇的应用。使用了SANYO DENKI CO.,LTD.制造的鼓风机9BMC12P2G001。将该鼓风机风扇配置于厚度为10mm的防振橡胶上，设为将从上部吸入的空气向水平方向排出的结构。在从送风口分离30mm的位置，配置具有与送风口相同大小的开口(约30mm×52mm的开口部)的厚度为5mm的亚克力板作为竖挡板102，以风不直接吹到其前端的配置而配置测量用麦克风MP并进行了实验。在此时的竖挡板102的开口部测定出的风速为7.7m/s。
在通过用厚度为5mm的亚克力板制作出的管道100来连接送风口与竖挡板102的开口部之间的状态下进行了测定。将示意图示于图31中。
[实施例9]
在送风口与竖挡板102的开口部之间以管道状配置了4个实施例4的膜型共振结构30a，除此以外，以与比较例7相同的方式制作出风扇消音***(参考图32)。
膜型共振结构30a与多叶片式风扇的叶片的距离最小为24mm，膜型共振结构30a配置于近场区域内。
＜测定＞
在实施例9及比较例7中，驱动风扇并用计测用麦克风MP测定出音量。
将测定结果示于图33中。
从图33所示结果可知，在实施例9的结构中，在共振频率附近能够降低峰值声音，并且对在其他频率下出现的峰值声音也显现出消音效果。由该结果示出，即使是多叶片风扇，也与轴流风扇的情况相同，通过将声共振结构配置于近场区域内，也可以获得多个离散频率声音的消音效果。
根据以上结果，本发明的效果显著。
符号说明
10-风扇消音***，12a-轴流风扇，12b-多叶片式风扇，16-外壳，16a-送风口，18-转子，20-轴部，22-叶片，26-管路，30a、30b-膜型共振结构，32、42-框体，34-膜，35-背面空间，36-防振部件，38-送风口，40-亥姆霍兹共振器，43-内部空间，44-盖部，46-贯穿孔，48-防风部件，100-管道，102-竖挡板，MP-麦克风。

Claims (14)

1.一种风扇消音***，其具有风扇以及声共振结构，
当将所述声共振结构的共振频率的波长设为λ、将传播声波的频率设为f、将声速设为c、并将从所述风扇的叶片部分小于λ/4距离的范围且波数k＞2π×f/c的声音所在的空间设为近场区域时，所述声共振结构被配置在所述风扇产生的声音的所述近场区域内。
2.根据权利要求1所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构的共振频率与由所述风扇的叶片的旋转引起的离散频率声音中的至少一个的频率一致。
3.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
在从与所述风扇的送风口垂直的方向观察时，所述声共振结构与所述送风口重叠的面积相对于所述送风口的面积为50％以下。
4.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构构成与所述风扇连接的通风道的壁面的一部分。
5.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构的具备振动体的面与垂直于所述风扇的送风口的轴平行地配置。
6.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
在所述声共振结构的具备振动体的面侧具有使声音透过的防风部件。
7.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构与所述风扇接触。
8.根据权利要求7所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构经由防振部件与所述风扇接触。
9.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，
该风扇消音***具备具有不同的共振频率的多个所述声共振结构，
共振频率高的所述声共振结构配置于比共振频率低的所述声共振结构更靠近所述风扇的位置。
10.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
在基于所述风扇的送风方向上，所述声共振结构仅配置于所述风扇的下游侧。
11.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
在基于所述风扇的送风方向上，所述声共振结构配置于所述风扇的上游侧以及下游侧。
12.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
所述声共振结构是如下的膜型共振结构，所述膜型共振结构具有周缘部被固定、且以能够膜振动的方式被支承的膜、以及形成于所述膜的一面侧的背面空间。
13.根据权利要求12所述的风扇消音***，其中，
所述膜型共振结构具有连通所述背面空间与外部的贯穿孔。
14.根据权利要求1或2所述的风扇消音***，其中，
所述风扇是轴流风扇。
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