JP2007051625A - 反射板式消音管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】管路を1次元的な平面波として伝播する音波を、管路に沿って直進する音波と、反射板で進路を迂回させ位相遅延が与えられた音波とに2分し、双方の音波が同一の方向へ並列に互いに同振幅・逆位相関係で同期進行する関係となるようにして再び合流させ、互いに波動干渉させることによって、管路を通り抜ける消音対象周波数の音波の波動伝播エネルギーを選択的に消散する反射板式消音管。
【選択図】図2
Description
ここで、音波の干渉による伝播エネルギーの低減について考察する。理想的な音波干渉による消音は、互いに同振幅・逆位相関係にある1次音波と2次音波の波面が重なり合って同一方向に伝播し、両音波がその干渉作用によりキャンセリングし合うという、波動吸収原理に基づくものである。この原理を用いた音波干渉による消音で最も基本的なものは1次点音源と同位置ポイントに1次発生音と同振幅・逆位相の2次音波を発生させれば、2つの音波はキャンセリングし、拡散伝播する波動のエネルギーは完全に消失する。
同一の音源からほぼ同時刻に放射され、管路を1次元的な平面波として伝播する音波を、管路に沿って直進する音波と、反射板で進路を迂回させ位相遅延が与えられた音波とに2分し、前者を1次音波、後者を2次音波とする。双方の音波が同一の方向へ並列に互いに同振幅・逆位相関係で同期進行する関係となるようにして再び合流させると、管路内には無限個の1次音波と2次音波の干渉作用点が設けられた場合と等価となり、音波の伝播エネルギーの波動吸収原理は成立する。一たん消失した波動のエネルギーは再び出現することはない。
また、管路終端エッジ近傍外周囲に反射板を設ける反射板式消音管は、屈曲のない筒状の管路でよく、圧力損失は生じにくく、単純、コンパクトで、グラスウールなどの多孔性の吸音材を使用しないため、塵埃による目詰まり、オイルダストや排ガス、廃熱などによる機能劣化の心配もいらないなど、維持管理は容易であり、経済コストは安価である。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図1、図2,図3において、1は管路、2は第1の反射板、3は第2の反射板、4は直進路、5は反射機構室、6aは第1反射面、6bは第2反射面、7は直進音、8は逆位相音、9は軸流送風機、10はケーシング、11は反射板式消音管、21は迂回路である。
図1において、円筒状の管路1の中心軸上の中央に、先端が円錐状の第1の反射板2が先端を騒音の入射方向に向けて設置され、該第1の反射板2と背中合わせに第2の反射板3が円錐状の先端を管路1を通過する騒音の進行方向に向けて設置されている。第1の反射板2および第2の反射板3は、それぞれ音の反射率の高い部材が用いられている。背中合わせに配置された第1の反射板2と第2の反射板3の周囲には、直進路4を挟み込むような所定の間隔を保つ空間を介して反射機構室5が設けられ、反射機構室5の両側面は第1反射面6aおよび第2反射面6bによって構成されている。管路1,第1の反射板2、第2の反射板3、直進路4、迂回路21、反射機構室5が設けられて成る反射板式消音管11は、軸流送風機9のケーシング10に接合されている。
図1は、本発明を軸流送風機9に適用させた例であり、軸流送風機9より放射され、管路1を平面波状で通過する騒音の卓越周波数の音波は、第1及び第2の2つのグループに分けられ、第1のグループの音波は、管路1を通過する流体と共に直進路4を直進し、第2のグループの音波は、管路1内に設けられた第1の反射板2によって反射され、反射機構室5の側面に配された第1反射面6aの方向へ進む。第1反射面6aへ入射された音波は反射されて第2反射面6bへ進み、第2反射面6bへ入射された音波は第2反射板3へ反射される。第2反射板3へ入射された音波は、直進路4を直進する音波と同一方向へ向けて反射される。迂回路21を進む第2のグループの音波の伝播距離を制御対象周波数の1/2波長に相当する差に見合う分だけ拡張して直進路4を直進して通過する第1のグループの音波に対して逆位相となる伝播状態とし、双方の音波の伝播方向が同一方向でかつ互いに逆位相となる関係でタイミングを合わせて波動干渉させることによって、管路1を通過する卓越周波数の騒音の伝播エネルギーを消散させる。
図4は、実施例2の構成および作用を示す断面図、図5は、スライド式反射板機構を有する消音管の斜視図である。実施例2は、本発明をガスタービンエンジン排気管に用いたものである。図1、図2、図3と共通の部分は、共通の符号を付してある。
12は排気管、13は終端開口面、14は終端エッジ、15は第3の反射板、16は仕切板、17は干渉面、18は開口面、19は反射板カバー、20は第2の焦点である。
図4、図5において、管路1と、管路1の終端エッジ14を外側から包み込むように囲う第3の反射板15とで挟まれた空間を音波伝播の距離を拡張する迂回路21とする反射板式消音管11を構成し、反射板式消音管11は、ガスタービンエンジン排気管12に接続されている。干渉面17は、終端開口面13と開口面18より放射される双方の音波の波面の合流する位置を干渉面と見なして示したものである。
図4は、本発明をガスタービンエンジンの排気管12に適用させた例であり、排気管12を平面波状で通過する騒音の卓越周波数の音波のうち、管路1の終端開口面13から放射されほぼ筒状に直進伝播する音波を第1のグループとし、管路1の終端エッジ14を回折して外側周囲へ拡散する音波を第2のグループとするとき、第3の反射板15は管路1の中心軸を含む平面上に終端エッジ14上の1点を焦点とする2次曲線を管路1の軸を中心に回転したときできる面である。終端エッジ14を新たな発音源のようにして放射拡散される回折音は第3の反射板15によって所定の方向へ向かう指向性の与えられた反射音となって放射される。終端開口面13と干渉面17間の音波の伝播距離に対して回折音の新たな発音源となる終端エッジ14から第3の反射板15で反射されて干渉面17に至る音波の伝播距離を制御対象周波数の1/2波長に相当する差に見合う分だけ拡張し、第2のグループの音波の伝播状態を第1のグループの音波に対して逆位相と成し、終端開口面13から放射されほぼ筒状に進む第1のグループの音波と音波の伝播方向が近似的に同一方向で逆位相となる第2のグループの音波とを、干渉面17の各所でそれぞれタイミングを合わせて波動干渉させることによって、双方の音波の伝播エネルギーを瞬時かつ劇的に低減する。
仕切板16は、円筒状の管路1の外壁と第3の反射板15とで挟まれた空間を等間隔に分割して仕切る音波の仕切板であり、終端エッジ14を稜線とする各点を回折し第3の反射板15で反射されて干渉面17に至るまでの仕切板16で仕切られた音波の回折拡散する伝播ルートの乱れを一定範囲内に抑制する導波板として、第2のグループの音波の伝播距離の誤差によって生ずる干渉効率の劣化が大きくなることのないように制御する。
なお、第2の焦点20の位置はスライド式反射板カバー19の位置に対応して移動するため、第2のグループの音波の回折音の新たな発音源となる終端エッジ14から干渉面17に至る迂回ルートの音波の伝播距離を制御対象周波数の波長に応じて調整可能となる。
また、管路1が大口径の場合は、複数組の反射板式消音管11を適宜に組み合わせて配置し、流体の流れによる流線の屈曲が大きくでないようにして、流体の流量や流速を一定の範囲内に保ちながら、圧力損失などによる機能の劣化を軽減する。
また、流体は、水や海水のような液体であっても気体の場合と同様に適応できることは言うまでもなく、上記実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。そして、このように本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が得られる。
2 第1の反射板
3 第2の反射板
4 直進路
5 反射機構室
6a 第1反射面
6b 第2反射面
7 直進音
8 逆位相音
9 軸流送風機
10 ケーシング
11 反射板式消音管
12 排気管
13 終端開口面
14 終端エッジ
15 第3の反射板
16 仕切板
17 干渉面
18 開口面
19 反射板カバー
20 第2の焦点
21 迂回路
Claims (3)
- 流体を媒質として管路を伝播する音波のうち消音対象周波数の音波の伝播性状が一次元的に進む平面波状として扱いうる管路において、管路を直進伝播する音波を第1の音波のグループと第2の音波のグループとの2つのグループに管路に沿って分割するとき、上記第1のグループの音波が進路を遮られることなく直進する直進路と、上記第2のグループの音波の直進伝播する進路を遮り進行方向の異なる向きに反射する第1の反射板と、該第1の反射板によって反射され進行方向の変えられた上記第2のグループの音波の進路を上記直進路を直進して進む上記第1のグループの音波の進行方向と同一方向に向けて反射する第2の反射板とによって音波伝播の迂回路を構成し、上記直進路を直進伝播する上記第1のグループの音波と、上記第1および第2の反射板によって音波伝播距離が消音対象周波数の波長の1/2相当分が延長され180°の位相遅延が与えられて上記迂回路を進行する上記第2のグループの音波とを、双方の音波の伝播経路の違いにより互いに逆位相関係で同期し、かつ、それぞれ双方の音波を分割前と同様の同一方向に伝播する状態で互いに波動干渉させることによって、管路を通り抜ける消音対象周波数の音波の波動伝播エネルギーを選択的に消散させることを特徴とする反射板式消音管。
- 流体を媒質として管路を伝播する音波のうち消音対象周波数の音波の伝播性状が一次元的に進む平面波状として扱いうる管路において、管路終端開口面から管路の軸方向に平面波状に直進伝播する音波を第1のグループとし、管路終端のエッジを回折音の新たな発生源として上記第1のグループの音波伝播エリアの外側周囲へ回折放射される音波を第2のグループとするとき、上記第1のグループの音波が管路終端開口面から筒状に直進する直進路と、管路終端のエッジ部を外側から包み込むように囲う第3の反射板と、該第3の反射板によって上記第2のグループの音波が回折伝播する進路を管路終端開口面から筒状に直進する上記第1のグループの音波の進行方向と同一方向に、あるいは近似的に同一方向と見なせる方向に進行方向の変えられる音波伝播の迂回路を構成し、上記直進路を直進伝播する上記第1のグループの音波と、上記第3の反射板によって音波伝播距離が消音対象周波数の波長の1/2相当分が延長され180°の位相遅延が与えられて上記迂回路を進行する上記第2のグループの音波とを、双方の音波の伝播経路の違いにより互いに逆位相関係で同期し、かつ、それぞれ双方の音波を同一方向に伝播する状態で互いに波動干渉させることによって、管路を通り抜ける消音対象周波数の音波の波動伝播エネルギーを選択的に消散させることを特徴とする反射板式消音管。
- 上記請求項1又は請求項2記載の第1、第2又は第3の反射板の近傍に可動式の反射機構を設けて、上記第1のグループの音波伝播距離に対して上記第2のグループの音波伝播ルートの迂回による延長距離を可変できるようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の反射板式消音管。
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