JP2002022254A - 騒音除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな装置を用いないで高域から低域までの
広い周波数帯域の騒音の波動としての伝播エネルギーを
効果的に低減することによって、空気の流通機能は保持
しながら、空気流通路を介して通過する騒音を阻止する
装置を提供する。 【構成】 焦点を有する音波反射板と、該音波反射板の
焦点に集束された音のエネルギーの消耗を促進する音波
干渉器とから成る消音装置を、前記空気流通路の騒音の
侵入を阻止する側の開口の周囲と、該開口面と対向する
位置とに、それぞれ設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気流の通路におい
て、空気の流通機能は保持しながら、騒音の空気流通路
の通過を阻止する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エヤコン吹き出し口から漏れる騒音、マ
ンションの自然換気口から室内に入り込む都市騒音、個
建住宅のエヤコン室外機の騒音、パソコンなどのＯＡ機
器の冷却用の送風機から出るブーンという低い周波数の
騒音や生産工場のモータや冷却用送風機から発生する騒
音など、換気や廃熱のために空気の流通を必要とする機
器は、空気流通路を介して通過する騒音が問題になるこ
とがある。一般的な騒音の低減対策としては、騒音の発
生源を囲ったり、空気の吸・排気口に消音用のマフラー
を接続したり、空気の通路に吸音材を施したりする方法
があるが、空気の流通と騒音の通過とは表裏一体となっ
ている場合が多く、空気流通時に圧力損失を生じないよ
うにするなど各種の条件を満たしながら対策するとなる
と、簡単にはいかないという場合の方が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気の流通機能を保持
しつつ、その流通する空気の中に含まれる騒音を吸音処
理する方法としては、いろいろな構造のものが考案され
ているが、吸音できる周波数範囲は、吸音材の特性とそ
の厚みや長さで限定されるため、どのような吸音材や方
法を用いたとしても、低い周波数帯域まで吸音するため
には、吸音材の厚みを厚くしたり構造を大きくしたりし
なければならない。また、生産工場や工事現場などで発
生する各種の騒音は、作業性の低下や保守がやりにくく
なる、通気性が悪くなるなどの理由で騒音の発生源をど
うしても囲うことができない場合もある。

【０００４】本発明は、上述の問題点を鑑みて成された
もので、一定の用途として限定はされるが、大きな装置
を用いないで高域から低域までの広い周波数帯域の騒音
の波動としての伝播エネルギーを効果的に低減すること
によって、空気の流通機能は保持しながら、空気流通路
を介して通過する騒音を阻止する装置を提供することを
目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】空気流通路内に焦点を有
する音波反射板と、該音波反射板の焦点に集束された音
のエネルギーの消耗を促進する音波干渉器とから成る消
音装置を設けて、前記空気流通路の騒音の侵入を阻止す
る側の開口をスリット状とすることによって、通過する
騒音の波動としてのエネルギーの流れの向きを整え、騒
音を音波反射板の焦点へ効率よく集めて消音する。

【０００６】焦点を有する音波反射板と、該音波反射板
の焦点に集束された音のエネルギーの消耗を促進する音
波干渉器とから成る消音装置を、前記空気流通路の騒音
の侵入を阻止する側の開口の周囲と、該開口面と対向す
る位置とに、それぞれ設けて空気の流通の空間を確保す
るとともに、騒音の波動としてのエネルギーの伝播性状
に合わせて騒音を音波反射板の焦点へ効率よく集めるこ
とによって、比較的大きな面を通過する騒音を消音す
る。

【０００７】

【作用】ここで、本発明による消音装置の作用について
説明する。一点から放射された音波の波面は、すべての
方向に均等に拡散される。したがって音波のエネルギー
流の方向はすべての方向に均等に分布していると考えら
れる。線音源から放射された音波の波面については、線
音源は点音源の集まりであると考えることができ、音波
の波面は筒状に２次元的に広がり、音波のエネルギー流
の方向もすべての方向に均等に分布していると考えられ
る。

【０００８】スリット状の開口をくぐり抜ける音波の波
長が、すき間の幅より大きいときは回折がいちじるしく
なり音波の波面は半円筒状に２次元的に広がる。この、
ときのスリット状の開口は線音源と見なすことができる
ものであり、音波のエネルギー流は空気流通路内に設け
られた音波反射板の方向へ進む。音波反射板の曲面はス
リット状の開口から放射された音波が音波反射板で反射
され焦点へ収束されるような形状、たとえば楕円面のよ
うな形状とする。スリット状の開口をくぐり抜ける音波
のエネルギー流を音波反射板の焦点に集束させること
で、音波反射板の焦点を音波導入口として音波干渉器内
へ効率よく取り込み、音のエネルギーの消耗を促進する
ことができる。このように、スリット状の開口を通過す
る音波は、音波反射板の焦点に集束されるような伝播性
状に整えられるため、スリット状の開口を通過する前の
騒音は、音源の大きさや位置、音波の進行の方向などど
のような状態であってもよく、いったんスリット状の開
口をくぐり抜けた空気流は、その中に含まれる騒音成分
だけが取り除かれることになる。

【０００９】ここで、前述の音波干渉器について詳しく
説明する。この音波干渉器は、取り込まれた音波を内部
で多重に反射させ、音波の波動として有する空気粒子の
振動の方向性を散乱させるとともに、波動としてのエネ
ルギーを逆相関係で干渉させるものである。音波は波動
としての進行の方向性がランダムな状態で、かつ逆相関
係で干渉し合うと、音波の波動としてのエネルギーはそ
の瞬間に劇的に低減する。音波干渉器の内壁は変則的な
反射面から成り、内部には空気粒子の振動の方向性を散
乱させるための多孔性材料や、音波の反射伝搬距離、内
部滞留時間をかせぐための螺旋状の反射板などが挿入さ
れている。音波干渉器内に取り込まれた音波の内部での
反射伝搬距離が波長の１／４波長以上となれば、音波が
逆相関係で干渉し合う機会が生じやすくなる。つまり内
部での滞留時間が長くなればなるほど、音波干渉器の容
積の大きさの割合よりはるかに大きな波長、すなわち低
い周波数の音までその波動としてのエネルギーを低減で
きるようになる。（特願平１１−２３４４６６）

【００１０】次に、比較的大きな面を通過する音波の波
面の例として、送風機のファンの空気流について考察す
る。静止している空気に動く物体が接触すると、物体の
表面近傍を流れる空気流の流層間に速度勾配が生じ、空
気の流層間の粘性抵抗などによって摩擦音が生ずるが、
このとき生ずる空力音は、一般的に、音の周波数は流速
に比例し、音の大きさは流速の４〜６乗に比例するとい
われている。ファンが回転するとファン中心からの距離
が大きくなるほど周速度は大きくなる。ファンの中心か
ら伸びる羽根の長さの先端部からファン回転時に出力さ
れる騒音は、ファンの中心部に向かう他の部分が出力す
る騒音の大きさよりファンの中心からの距離の比の４〜
６乗則で大きくなるものであるから、羽根の外周部以外
の部分から出力される騒音は無視して取り扱うことがで
きる。

【００１１】したがって、たとえば小型の軸流送風機の
ファンを面音源とするとき、面音源から放射される音波
の波面は、線音源をファン外周部にリング状にして置い
た場合と同様であると考えることができる。この場合も
音波の波面は半円筒をリング状にしたようにして２次元
的に広がり、音波のエネルギー流の方向は波面の広がり
と同様にすべての方向に均等に分布していると考えられ
る。

【００１２】送風機のファンから放射された音波のエネ
ルギー流はファン外周部に沿って設けられた消音装置の
音波反射板と、ファンの回転面と対向する位置に設けら
れた消音装置の音波反射板の方向へ進む。２つの消音装
置のそれぞれの音波反射板の曲面を、ファン外周部にリ
ング状にした線音源から放射された音波がそれぞれの音
波反射板で反射されそれぞれの焦点へ収束されるような
形状、たとえば楕円面や放物面のような形状にすると、
音波のエネルギー流をそれぞれの音波反射板の焦点に集
束させることができ、音のエネルギーの消耗を促進する
それぞれの音波干渉器内へ効率よく取り込むことができ
る。したがって送風機のファンより出力された空気流
は、その中に含まれる騒音成分だけが取り除かれること
になる。このようにして、大きな装置を用いないで高域
から低域までの広い周波数帯域の騒音の波動としての伝
播エネルギーを効果的に低減するものであり、空気の双
方向の流通機能は保持しながら、音については空気流通
路を一方向に向かう音の通過を阻止するものとなる。

【００１３】

【実施例】実施例１ 本発明の騒音除去装置の１実施例を、図１、図２、図３
によって説明する。図１は、本発明による騒音除去装置
の実施例１の構成および作用を示す図、図２は、斜視
図、図３は、空気の流れ線図である。実施例１は、本装
置を換気サイレンサーとして用いたものである。図１、
図２、図３において、１は音波反射板、２は音波干渉
器、３は音波導入口、４は騒音側開口、５は静音側開
口、６は第１の焦点、７は第２の焦点、８は本体であ
り、９、１０、１１は空気流通路を構成する。１２は騒
音源である。音波反射板１は、第１の焦点６および第２
の焦点７を有する反射板で音の反射率の高い部材から成
り、長方形の平板を曲げ、形状を楕円面とする音波反射
板である。図１においては、図の中央で上下対象に２枚
の反射板を用いている。音波干渉器２は、それぞれ対向
する壁面が平行とならない変則的反射面で構成されてお
り、音波干渉器２内での音波の拡散性が良く、定在波の
生じ難い形状でかつ気密性の高い構造である。音波干渉
器２の内部には密度が小さく透過損失の小さなたとえば
グラスウールやロックウールのような多孔性の音響材料
が詰められている。この多孔性材料は変則的反射面を有
するたとえば螺旋状の反射板などとともに詰められてい
る場合であってもよい。音波導入口３は音波反射板１の
第２の焦点７に集束された音を音波干渉器２へ導入する
ために設けられた開口で、音波干渉器２の容積に対して
十分小さな必要最小限の幅のスリット状の開口である。
音波干渉器２内へ一たん閉じ込められた音波は、音波干
渉器２内で多重反射をくり返すが、狭い音波導入口３を
逆方向へ進み音波干渉器２の外へ容易には出ることがで
きない。騒音側開口４は、細長いスリット状である。

【００１４】以下、その動作について図１、図２、図３
に示した図と共に説明する。空気流は、空気流通路９、
１０、１１または空気流通路１１、１０、９と任意の方
向に流れるものとする。前方の騒音源１２は点音源、線
音源、面音源、動く音源のいずれでもよく、騒音源１２
より放射された音波は、空気流の流れの向きには関係な
く騒音側開口４より空気流通路９へ侵入する。騒音を構
成する音波の周波数成分は広い周波数帯域の音の成分を
含んでいるものとして、その大部分は、波長の長さが騒
音側開口４のスリットの幅より十分に大であると考える
こととする。騒音側開口４より空気流通路９へ侵入する
騒音は、スリット状の騒音側開口４の位置での回折がい
ちじるしくなり、音波の波面は騒音側開口４部を線音源
のようにして均一に拡散し、音波反射板１の方向へ進
む。このようにして騒音側開口４より空気流通路９へ侵
入した騒音は音波反射板１に入射されるが、音波反射板
１の曲面は第１の焦点６および第２の焦点７を有する楕
円面であるため、騒音側開口４部と第１の焦点６がほぼ
一致した位置になるように設定しておくと、騒音側開口
４部を中心にして放射状に広がる音のエネルギー流は音
波反射板１に反射してその大部分が第２の焦点７に集ま
り、音波導入口３を通過し、音波干渉器２内へ入る。

【００１５】音波干渉器２内に閉じ込められた音波は、
音波干渉器２内で定在波となって現れることはなく、音
波干渉器２内で多重反射をくり返す。音波干渉器２内に
は多孔性材料や変則的反射面を有する螺旋状の反射板な
どが詰められているため、音波の伝搬経路は複雑かつ長
くなるとともに、音波の音波干渉器２内での滞留時間も
長くなる。したがって音波の散乱作用がくり返されるこ
とになって、音波の波動としての空気粒子の振動の方向
性が次第に弱められた状態となる。このような性状の音
波が音波干渉器２内をランダムに飛び交うと、音波の空
気粒子の振動の方向性がほぼ一致する状態かつ逆相関係
の音波が干渉し合う機会も多くなり、波動としてのエネ
ルギーは急激に失われていく。このようにして音波干渉
器２内へ収納された騒音は、波動としてのエネルギーが
低減される。

【００１６】騒音源１２より放射された騒音は、空気流
通路９、１０、１１を通過する空気流の流れの向きに関
係なく、騒音側開口４より空気流通路９へ侵入するが、
その波動としてのエネルギーの大部分は音波反射板１と
音波干渉器２との作用によって消耗されてしまうため、
騒音側開口４より侵入したときの騒音のエネルギーをそ
のまま保持した状態で空気流通路１０、１１を通過し
て、静音側開口５より外部へ出ることがない。つまり、
空気流は、騒音側開口４および空気流通路９、１０、１
１、静音側開口５を双方向に自由に流通することができ
るが、空気を媒体として伝播される騒音は、騒音側開口
４および空気流通路９、１０、１１、静音側開口５の向
きに通過することができないということになる。したが
って、本発明の騒音除去装置によれば、空気の双方向の
流通機能は保持しながら、音については空気流通路を一
方向に向かう音の通過を阻止することができるため、騒
音成分だけを通過させずに静かな空気だけを通過させる
ことのできる換気サイレンサーを得ることができる。

【００１７】実施例２ 図４、図５に基づいて本発明による実施例２を説明す
る。図４は、本発明による騒音除去装置の実施例２の構
成および作用を示す断面図、図５は斜視図である。実施
例２は、本装置を送風機サイレンサーとして利用したも
のである。図１と共通の部分は、同一符号を付してあ
る。１３は送風機、１４は送風ファン、１５は送風ファ
ン先端部、１６は送風機取付板、２１は音波反射板、２
２は音波干渉器、２３は音波導入口、２７は第３の焦点
である。送風機１３は、送風機取付板１６に取り付けら
れている。送風ファン１４を面音源として、本体８は騒
音側開口４が送風ファン１４の送風面に接するようにし
て取り付けられている。音波反射板１は、第１の焦点６
および第２の焦点７を有する反射板で、送風ファン１４
を保護するファンカバーの径と等しい内径を有するリン
グ状の反射板で、湾曲する形状を楕円面とする音波反射
板である。第１の焦点６は、送風ファン先端部１５の位
置に合わせて設定する。音波反射板２１は、第３の焦点
２７を有する反射板で、長方形の平板を曲げ、形状を放
物面とする音波反射板である。音波反射板１および音波
反射板２１は音の反射率の高い部材から成り、図４にお
いて、音波反射板２１は図の中央で上下対象に２枚の反
射板を用いている。音波干渉器２および２２は、それぞ
れ対向する壁面が平行とならない変則的反射面で構成さ
れており、それぞれ音波の拡散性が良く、定在波の生じ
難い形状でかつ気密性の高い構造であり、音波干渉器２
と音波干渉器２２はそれぞれ音響的に連結されている。
音波干渉器２および２２の内部にはそれぞれ密度が小さ
く透過損失の小さなグラスウールやロックウールのよう
な多孔性の音響材料が詰められている。これらの多孔性
材料は変則的反射面を有するたとえば螺旋状の反射板な
どとともに詰められている場合であってもよい。音波導
入口３および２３は音波反射板１および２１の第２の焦
点７および第３の焦点２７に集束された音を音波干渉器
２および２２へ導入するために設けられた開口で、音波
干渉器２および２２の容積に対して十分小さな必要最小
限の幅のスリット状の開口である。音波干渉器２および
２２内へ一たん閉じ込められた音波は、音波干渉器２お
よび２２内で多重反射をくり返すが、狭い音波導入口３
または２３を逆方向へ進み音波干渉器２または２２の外
へ容易には出ることができない。

【００１８】以下、その動作について図４、図５に示し
た図と共に説明する。送風機１３によって送り出される
空気流は、空気流通路９、１０または空気流通路１０、
９と任意の方向に送り出されるものとする。送風機１３
によって発生する騒音はモータの駆動音とファンの風き
り音であるが、ここでは、送風機１３の騒音は送風ファ
ン１４から出力される騒音が主な原因であるとして扱っ
ていく。送風ファン１４の騒音は送風機１３によって送
り出される空気流の流れの向きには関係なく騒音側開口
４より空気流通路９へ伝搬する。送風ファン１４が回転
すると送風ファン１４の中心から先端部に向かう距離が
大きくなるほど周速度は大きくなる。送風ファン１４が
回転時に出力する騒音の大きさは、送風ファンの先端部
１５へ近づくにしたがって中心からの距離の比の４〜６
乗則で大きくなることを考えると、羽根の外周部以外の
部分から出力される騒音は無視して取り扱うことができ
る。したがって、送風ファン１４から出力される騒音の
音波の波面は、送風ファン先端部１５をリング状の線音
源として各部から放射状に拡散する。リング状の線音源
部を中心にして放射状に広がる音のエネルギー流は音波
反射板１および２１で反射され、そのエネルギー流の大
部分が第２の焦点７および第３の焦点２７に集まり、音
波導入口３および２３を通過して、音波干渉器２および
２２内へ入る。

【００１９】以下、音波反射板１および２１に入射され
た音波が干渉によって音波の波動エネルギーが低減され
るまでの各部の動作は、上述の実施例１の場合と同様で
ある。

【００２０】送風機１３より放射された騒音は、空気流
通路９、１０を通過する空気流の流れの向きに関係な
く、騒音側開口４より空気流通路９へ送り出されるが、
その波動としてのエネルギーの大部分は音波反射板１お
よび２１と音波干渉器２および２２との作用によって消
耗されてしまうため、騒音側開口４より送り出されたと
きの騒音のエネルギーをそのまま保持した状態で空気流
通路９、１０を通過して、静音側開口５より外部へ出る
ことがない。つまり、空気流は、騒音側開口４および空
気流通路９、１０、静音側開口５を双方向に自由に流通
することができるが、空気を媒体として伝播される騒音
は、騒音側開口４および空気流通路９、１０、静音側開
口５の向きに通過することができない。したがって、本
発明の騒音除去装置によれば、実施例２の送風機サイレ
ンサーを送風機１３の空気の吸引側と放出側の双方に用
いると、空気の流通機能は劣化させず、静かな空気だけ
を吸・排出する送風機サイレンサーを提供できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、焦点を有する音波反射
板と音波干渉器という比較的単純な装置の組み合わせ
で、低い周波数から高い周波数の音まで従来の消音方式
では得られなかった消音の機能と効果が得られる。技術
的な思想の特徴としては、騒音を波動としてとらえ、騒
音の発生、伝播、消音のメカニズムを解明する上で、音
の物理的な性状、すなわち音波の直進性、反射、回折、
干渉などの諸特性を利用しつつ、さらに空気流通路内で
の空気の流通と騒音の伝搬とを同じ条件では扱わず、騒
音の波動としてのエネルギーの流れと空気粒子の振動の
方向性とを適切にコントロールするという手法をベース
にした点である。本発明の騒音除去装置によれば、大き
さの割りに低い周波数帯域までの騒音を低減できる。こ
れは、相対的に装置を小さくしてもそれなりの低減効果
が維持できるということでもあり、空気の流通機能を確
保しながら騒音除去装置の大きさをコンパクトにまとめ
ることができるため、たとえは送風機騒音などについて
は、騒音源と一体と見なせるほど近接させた位置で装置
の容積をそれほど大きくすることなく送風機騒音を除去
する装置が得られる。また、高温、多湿で大量の換気が
必要で、かつ、騒音の拡散を防止したい産業機械装置の
防音室やエンクロージャーの換気窓、あるいは通気・吸
音壁などとして用いると作業環境の改善にも貢献でき
る。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成および作用を示す図である。

【図２】実施例１の斜視図である。

【図３】実施例１の空気の流れ線図である。

【図４】実施例２の構成および作用を示す断面図であ
る。

【図５】実施例２の斜視図である。

【符号の説明】

１、２１ 音波反射板 ２、２２ 音波干渉器 ３、２３ 音波導入口 ４ 騒音側開口 ５ 静音側開口 ６ 第１の焦点 ７ 第２の焦点 ８ 本体 ９、１０、１１ 空気流通路 １２ 騒音源 １３ 送風機 １４ 送風ファン １５ 送風ファン先端部 １６ 送風機取付板 ２７ 第３の焦点

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｂ 11/178 Ｈ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気流通路内に焦点を有する音波反射板
   と、該音波反射板の焦点に集束された音のエネルギーの
   消耗を促進する音波干渉器とから成る消音装置を設け、
   前記空気流通路の騒音の侵入を阻止する側の開口をスリ
   ット状とすることを特徴とする騒音除去装置。
2. 【請求項２】 焦点を有する音波反射板と、該音波反射
   板の焦点に集束された音のエネルギーの消耗を促進する
   音波干渉器とから成る消音装置を、前記空気流通路の騒
   音の侵入を阻止する側の開口の周囲と、該開口面と対向
   する位置とに、それぞれ設けたことを特徴とする騒音除
   去装置。