JP6236628B2 - 能動消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、送内部風路に配置して送風機運転時に発生する騒音を消音する能動消音装置に関するものである。

近年、空調機や換気扇などの送風機において、その運転時に発生する騒音を低下することが求められている。このような課題を解決する手段の一つとして、送内部風路にダクト構成の能動消音装置を搭載するという方法が挙げられる。

従来、この種の能動消音装置として、風路内の気流の影響を緩和するために低速気流範囲に空間を設けてマイクロホンを設置したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その能動消音器について図９、図１０を参照しながら説明する。

従来、ダクト構成の能動型消音装置としては、薄板鋼板製の角型ダクト１０１の内部に上流側から適宜間隔をそれぞれ設けて順次付設された内部原音のリファレンスマイク１１１，消音用スピーカ１１２，エラーマイク１１３ と、それらとそれぞれ接続された演算制御器１０２とから構成されるものが知られている。

この種の装置において、角型ダクト１０１内を気流１０３とともに伝搬する発生音は、リファレンスマイク１１１で周波数等が検出され、演算制御器１０２で上記原音と逆位相の信号が作成され、それが消音用スピーカ１１２から角型ダクト１０１内に放出され上記原音をキャンセル消音し、エラーマイク１１３ が内部音をモニターし、演算制御器１０２でエラーマイク１１３の出力が零になるように消音用スピーカ１１２を自動的に調整しており、リファレンスマイク１１１，エラーマイク１１３を図７に示すように、それぞれ角型ダクト１０１の隅部低速気流範囲内にマイクロホン用区画１０４を設けて配設している。

これにより、リファレンスマイク１１１，エラーマイク１１３をそれぞれダクトの隅部低速気流範囲内のマイクロホン用区画１０４に連通口１０５を介して配設したので、上記ダクト内の気流が発生する局部的な乱れに基づく騒音を拾うことがないとともに、上記気流を伝播する騒音原音を十分拾うことができ、消音器のフィードバック機能が向上する。

実開平５−１１１９８号公報

しかしながら上記従来の特許文献１に記載の装置では、送風装置内への設定などにより、有限長のダクトが送風機躯体に内包されて、ダクトの下流端から躯体内全体に広がるような急拡大風路となる場合、ダクト下流端部から渦が発生するため、ダクト下流端部と下流側マイクとなるリファレンスマイクもしくはエラーマイクが（騒音源は気流に対して上流側下流側どちらでもよいため）、渦により発生する局部的な乱れに基づく騒音を拾うことになり、騒音原音を検知するにあたってのノイズとなり十分な消音効果が得られないという課題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、気流による消音効果の低下を抑制する能動消音装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は上記目的を達成するために、送風装置内部に配置される矩形のダクトと、前記ダクト内に気流方向上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクの順に設置した能動消音装置であって、前記下流マイクを前記ダクトの下流端部の近傍に設置し、かつ下流マイク設置面の前記下流マイクよりも下流の位置から前記下流端部に向けて風路が徐々に狭くなるように絞り形状を備えたものであり、これによって所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、気流場におけるダクト構成の能動消音装置において、ダクトの下流端で急拡大風路となるような有限長の能動消音装置であっても、気流による消音効果の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の側断面図 同能動消音装置の概要断面図 従来の能動消音装置の概要断面図 本発明の実施の形態１の効果のグラフ 同能動消音装置の概要断面図 従来の能動消音装置の概要断面図 本発明の実施の形態１の応用例の側断面図 本発明の実施の形態２の側断面図 従来の能動消音装置を示す概要斜視図 従来の能動消音装置を示す概要斜視図

本発明の請求項１記載の能動消音装置は、送内部風路に配置される矩形のダクトと、前記ダクト内に気流方向上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクの順に設置した能動消音装置であって、前記下流マイクを前記ダクトの下流端部の近傍に設置し、かつ前記下流マイクよりも下流の位置から前記下流端部に向けて下流マイク設置面の風路が徐々に狭くなるように絞り形状を備えたものである。

これにより、下流マイクに最も近接する下流マイク設置面のダクト下流端部からの渦が、絞りが無い場合は下流マイク設定面と同一面上に流れていくために、この渦を起因とする直接波が下流マイクに伝わり易い位置となり、絞り形状を備え場合には、渦はマイク設置面と同一面上のダクト内向きに放出されるものの、主流に流されてダクトに沿った渦となるので、下流マイクにとっては絞られたマイク設置面の向こう側に渦が位置することとなり、渦を起因とする直接波を絞り形状が遮ることになる。さらに、絞り形状は流れを偏向する際に、絞り形状近傍の局所的な流速が低下する。マイク近傍に流速の大きな流れがあることでノイズ音を検知することになるが、絞り形状による流速の低下領域に下流マイクを配置することでノイズを抑制できる。よって、これらの気流によるノイズを低減することで能動消音装置の消音効果の低下を抑制することができる。

また請求項２記載の能動消音装置は、矩形のダクトを気流方向に平行に複数並べて組み合わせた能動消音装置であって、絞り形状を対称となる内側の面、または外側の面に統一して備えたものである。

これにより、送風装置内で、例えば能動消音装置の下流近傍に軸流ファンを備える場合には、ダクトを組み合わせた能動消音装置の外周側にそれぞれのダクトの絞り形状を備えることで気流を中心に向けて整流でき、例えば能動消音装置の延長線上の下流近傍に障害物を備えて風路が外側に分けられる場合には、ダクトを組み合わせた能動消音装置の内周側にそれぞれのダクトの絞り形状を備えることで気流を外側に向けて整流でき、外部の乱れを起因とするノイズの抑制や、新たな騒音源の発生を抑制することで、能動消音装置の消音効果の低下を抑制することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を参照しながら説明する。

図１の略立方体の送風装置の一部の即断面図に示すように、本実施の形態１の能動消音装置１は、送風装置の内部風路２の軸流ファン３の上流側に設置され、図中の左方から右方へ向く気流のある状態で、軸流ファン３を音源として右方から左方へ伝わり吸込み空間４に放出される音を消音するものである。

ここで、能動消音装置１は、矩形のダクト５と、内部の上流マイクとしてのエラーマイク６とスピーカ７と下流マイクとしてのリファレンスマイク８から構成され、矩形のダクト５の外部にエラーマイク６やスピーカ７やリファレンスマイク８の配線等を取り回す収納部９を備えている。また、対象周波数＜０．５×音速÷ダクト幅 で条件付けられるので、ダクト幅を８５ｍｍとして２ｋＨｚ程度までを消音対象周波数とした場合に、このとき必要な風量（この場合例えば１５０ｍ³／ｈ）を確保するための大きな軸流ファン３となっている。よって、能動消音装置１は送風装置の外郭よりも一回り小さく構成されており、能動消音装置１と軸流ファン３の間で急拡大する風路となっている。

また、リファレンスマイク８をダクト５の下流端部１０の近傍に設置しており、リファレンスマイク８の位置から下流端部１０に向けて風路が徐々に狭くなるように絞り形状部１１を備えている。

さらに、下流端部１０は、縁を気流方向と略垂直となるように外側に折り曲げた折り曲げ部１２を有した構成となっている。

上記構成により、能動消音装置１において、軸流ファン３が稼動すると、気流が発生すると同時に、軸流ファン３の騒音は内部風路２を通り吸込み空間４へ放射される。この途中に能動消音装置１が配置され、リファレンスマイク８で検出される騒音信号が演算制御器（図示せず）に入力され、演算制御部はリファレンスマイク８で受信する音と消音点となるスピーカ近傍の音やエラーマイク６での音の相関が高い条件下で、リファレンスマイク８からの信号に基づいてスピーカ７に出力する消音信号を相関性から予測した消音信号を生成し、この消音信号が送風機の騒音と逆位相となった打ち消し音によって騒音を消音する。さらに、エラーマイク６が内部音をモニターし、演算制御器でエラーマイク６の出力が零になるようスピーカ７を自動的に調整する。

このとき、内部風路２での下流端部１０の気流と音波について、絞り形状部１１の無い従来の構成における概要断面図を図２に、本発明の構成における概要断面図を図３に示す。

図２では、ダクト内壁１３に付着して移動する気流が下流端部１０の地点でダクト内壁１３から剥離しており、剥離により端部渦１４が発生する様子を示している。ここで、端部渦１４の圧力変動を音源とした空間で発生した音波は近傍のみにノイズとなって影響を与えるが、音波の伝播１５に示すように端部渦１４とリファレンスマイク８の間を遮るものがないために、リファレンスマイク８のみのノイズが大きな影響を与えることになるので、リファレンスマイク８と消音点の相関性が低くなり、消音効果が低下する。

しかし図３では、ダクト内壁１３に付着して移動する気流は、下流端部１０で絞り形状部１１に沿って巻き上げられるが、主流に流されてリファレンスマイク８にとって絞り形状部１１の向こう側に端部渦１４が位置する。このため、端部渦１４からの音は音波の伝播１５に示すように絞り形状部１１に妨げられ、リファレンスマイク８への影響が小さくなり、リファレンスマイク８と消音点の相関性は低くならず、消音効果の低下を抑制することができる。

ここで、図４に本発明の効果のグラフの一例を示す。相関係数が高いほど能動消音装置の消音効果を大きく出来るが、本発明の能動消音装置により相関係数を高めることが可能となる。

なお、実施の形態１の能動消音装置１は、図７の応用例の側断面図に示すように、送風装置の内部風路２の軸流ファン３の下流側に設置され、図中の右方から左方へ向く気流のある状態で、軸流ファン３を音源として右方から左方へ伝わり吹出し空間１８に放出される音を消音するものでもよく、この場合は絞り形状部１１を下流端部１９に備えることで、エラーマイク６への影響が小さくなり、エラーマイク６とリファレンスマイク８との相関性は低くならず、消音効果の低下を抑制することが可能となる。

また、下流端部１０の折り曲げ部１２の気流について、折り曲げ部の無い従来の構成における概要断面図を図５に、本発明の構成における概要断面図を図６に示す。

図５では、ダクト内壁１３に付着して移動する気流が下流端部１０の地点でダクト内壁１３から剥離しており、剥離により端部渦１６が発生する様子を示している。ここでダクト５の外側に空間１７を有しているので、この部分の空気がダクト５から吹出される主流に誘引されることで下流端部１０の下流でダクト中心の流れが発生し、端部渦１６もダクト中心方向へ引き寄せられる。これによりダクト５の内部に備えられたリファレンスマイク８に端部渦１６が接近することとなるのでリファレンスマイク８へノイズとなって影響を与え、リファレンスマイク８と消音点の相関性が低くなり、消音効果が低下する。

しかし図６では、ダクト内壁１３に付着して移動する気流は、ダクト５の外側の空間が折り曲げ部１２で遮られているために、中心に向かう誘引気流は発生せず、下流端部１０の下流はほぼダクトに沿った流れになり、端部渦１６も下流へ直進する。これによりダクト５の内部に備えられたリファレンスマイク８に端部渦１６が接近しなくなるのでリファレンスマイク８への影響は小さくなり消音効果の低下を抑制することができる。

なお、折り曲げ部１２は絞り形状部１１の端部につけてもよく、外側空間の流れと遮られることで、端部渦１６のリファレンスマイクへの接近を防ぎ、消音効果の低下を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、図８を参照しながら説明する。

図８の送風装置の一部の即断面図に示すように、能動消音装置２０は、送風装置の内部風路２の遠心ファン２１、ファンケーシング２２の上流側に設置され、図中の左方から右方へ向く気流のある状態で、図中の上下となる軸の両側方向に吸込み口を持つ遠心ファン２１を音源として右方から左方へ伝わり吸込み空間４に放出される音を消音するものである。

ここで、能動消音装置２０は、風路の抵抗を下げるために複数の矩形のダクト５を組合せて風路断面積を大きくしており、それぞれのダクト５のダクトが接して仕切り面となる内部風路２の中央部に下流マイクとしてのエラーマイク６とスピーカ７と上流マイクとしてのリファレンスマイク８を備えている。

また、それぞれのダクト５において、リファレンスマイク８をダクト５の下流端部１０の近傍に設置しており、リファレンスマイク８の位置から下流端部１０に向けて風路が徐々に狭くなるように、リファレンスマイク８と同一面に絞り形状部１１を備えている。

上記構成により、遠心ファン２１は内部風路２の気流を両外側に分断する構造となっている。

ここで、絞り形状部１１を内部風路２の中央部に備えているため、絞り形状部１１に導かれるように気流は外側へ曲げられ整流効果を生むことになる。よって、絞り形状部１１を他の面に備えた場合と比較して、気流が乱れにくくなるので、機内の圧力損失を減らして送風装置の風量を増大できると共に、気流の乱れから発生する音を小さく出来、リファレンスマイク８へのノイズの影響が小さくなり、リファレンスマイク８と消音点の相関性は低くならず、消音効果の低下を抑制することが可能となる。

また、実施の形態２では、軸の両側方向に吸込み口を持つ遠心ファン２１の場合に、絞り形状部１１をダクトが接して仕切りとなる内部風路２の中央部に設けたが、ファンを軸流ファンとなったり、内部風路２の外側に障害物構造が設けられたりする場合には、気流を内部風路２の中央部へ導くために、エラーマイク６とスピーカ７とリファレンスマイク８と絞り形状部１１をダクトが接していない外側面に設けて絞り形状部１１で気流を中央部に導くことで、リファレンスマイク８へのノイズの影響が小さくなり、リファレンスマイク８と消音点の相関性は低くならず、消音効果の低下を抑制することが可能となる。

本発明にかかる能動消音装置は、気流場に設置しても、消音効果の低下を抑制でき、換気装置内部や換気風路の途中に備える能動消音装置として有用である。

１ 能動消音装置
２ 内部風路
３ 軸流ファン
４ 吸込み空間
５ ダクト
６ エラーマイク
７ スピーカ
８ リファレンスマイク
９ 収納部
１０ 下流端部
１１ 絞り形状部
１２ 折り曲げ部
１３ ダクト内壁
１４ 端部渦
１５ 音波の伝播
１６ 端部渦
１７ 空間
１８ 吹出し空間
１９ 下流端部
２０ 能動消音装置
２１ 遠心ファン
２２ ファンケーシング

Claims (2)

1. 送内部風路に配置される矩形のダクトと、前記ダクト内に気流方向上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクの順に設置した能動消音装置であって、前記下流マイクを前記ダクトの下流端部の近傍に設置し、かつ下流マイク設置面の前記下流マイクよりも下流の位置から前記下流端部に向けて風路が徐々に狭くなるように絞り形状を備えたことを特徴とした能動消音装置。
2. 矩形のダクトを気流方向に平行に複数並べて組み合わせた能動消音装置であって、絞り形状を対称となる内側の面、または外側の面に統一して備えたことを特徴とした請求項１に記載の能動消音装置。

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