WO2024090076A1 - 消音器付き風路 - Google Patents

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WO2024090076A1
WO2024090076A1 PCT/JP2023/033932 JP2023033932W WO2024090076A1 WO 2024090076 A1 WO2024090076 A1 WO 2024090076A1 JP 2023033932 W JP2023033932 W JP 2023033932W WO 2024090076 A1 WO2024090076 A1 WO 2024090076A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silencer
air duct
air passage
air
sound
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/033932
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English (en)
French (fr)
Inventor
美博 菅原
昇吾 山添
真也 白田
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/24—Means for preventing or suppressing noise
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the present invention relates to an air duct with a silencer, which is configured by placing a silencer midway through the air duct.
  • a radial fan assembly is provided in the outdoor unit, which takes in outside air and sends it to the indoor unit.
  • the air sent to the indoor unit passes through an air supply and exhaust duct, and a silencer (specifically, a muffler) provided in the air supply and exhaust duct reduces the sound that travels through the duct.
  • a silencer specifically, a muffler
  • the size of the silencer is restricted depending on the size of the device such as the air conditioner or blower, and the smaller the size of the silencer, the lower the sound silencing performance for low frequency sounds (e.g., below 1000 Hz). For this reason, there is a demand for improved sound silencing performance for low frequency sounds in such silencers, particularly sound at the first resonant frequency, which has a high transmittance, and sound in a frequency band lower than the first resonant frequency. Note that "sound at the first resonant frequency” refers to the lowest frequency sound that resonates within the silencer.
  • the sound-absorbing materials typically used in silencers are inferior in silencing low-frequency sounds compared to their ability to silencing high-frequency sounds, and one way to improve silencing performance for low-frequency sounds is to increase the volume of the sound-absorbing material.
  • the objective of the present invention is to provide an air duct with a silencer that can solve the problems of the conventional technology described above, suppress the size increase, and improve the sound silencing performance for low frequency sounds.
  • the present invention has the following configuration.
  • a silencer is disposed in the middle of the air duct,
  • the silencer has a silencer body and a conversion mechanism that converts sound energy into thermal energy and is accommodated in the silencer body.
  • the air passage has a first air passage portion formed inside the silencer main body, a second air passage portion located upstream of the first air passage portion, and a third air passage portion located downstream of the first air passage portion;
  • the acoustic impedance density of the internal space of the silencer body is smaller than the acoustic impedance density of each of the internal spaces of the second air passage portion and the third air passage portion;
  • the effective propagation length determined based on the characteristics of the propagation space of the sound wave in the silencer body is defined as ⁇ E , Determined based on the length of the first air passage portion, assuming that the wavelength of the sound at the frequency at which the silencer body resonates is ⁇ , An air duct with a silencer that satisfies ⁇ 1.97 ⁇ log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) ⁇ 0.76.
  • the silencer body is a housing, The cross-sectional area of the housing is larger than the cross-sectional area of each of the second air duct portion and the third air duct portion, The silencer-equipped air passage according to [1], wherein a rear space is provided inside the housing, the rear space being in communication with the air passage space in the first air passage section.
  • the first air passage portion has an air passage wall that divides the air passage space, The silencer-equipped air passage according to [1] or [2], wherein the air passage wall is provided with one or more openings that connect the air passage space and the rear space.
  • the silencer-equipped air duct according to any one of [1] to [ 3] , wherein the total area of all the opening areas of one or more openings is A1 , and the total area of the air duct wall in contact with the air duct space is A2 , the ratio of A1 to the sum of A1 and A2 is more than 10% and less than 85%.
  • the sound absorbing material is positioned in the rear space so as to cover at least a portion of the opening, The opening is located at the center of the first air passage portion in the first direction in which the first air passage portion extends.
  • the air passage with a silencer according to any one of [1] to [8].
  • the present invention provides an air duct with a silencer that can improve the sound silencing performance for low-frequency sounds while preventing the device from becoming too large.
  • FIG. 1 is a diagram showing an air blowing system in which an air duct with a silencer according to one embodiment of the present invention is used; 2 is a cross-sectional view showing the AA cross section of the silencer-equipped air duct shown in FIG. 1.
  • 3 is a cross-sectional view showing the cross section BB of the silencer-equipped air passage shown in FIG. 2.
  • 3 is a cross-sectional view showing the CC cross section of the silencer-equipped air passage shown in FIG. 2.
  • FIG. 13 is a diagram showing a first modified example of a silencer.
  • FIG. 11 is a diagram showing a second modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a third modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a fourth modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a fifth modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a sixth modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a seventh modified example of the silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between frequency, log 10 ( ⁇ E / ⁇ ), and sound transmission loss through a silencer.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) and transmission loss for a sound of a first resonant frequency.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between frequency and transmission loss in each of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example 1.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between aperture ratio and transmittance.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between frequency and transmittance according to the aperture position.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the aperture position and the transmittance at the first resonance frequency.
  • 11 is a diagram showing the relationship between frequency and transmission loss determined depending on the position of
  • the material and shape of each component used to implement the present invention may be set arbitrarily depending on the application of the present invention and the state of the art at the time of implementing the present invention.
  • the present invention includes its equivalents.
  • a numerical range expressed using “to” means a range that includes the numerical values before and after “to” as the lower and upper limits.
  • “orthogonal” and “parallel” include the range of error permitted in the technical field to which the present invention belongs.
  • “orthogonal” and “parallel” in this specification mean being within a range of less than ⁇ 10° from strictly orthogonal or parallel.
  • the error from strictly orthogonal or parallel is preferably 5° or less, and more preferably 3° or less.
  • the meanings of "same,””identical,””match,” and “equal” may include a generally acceptable range of error in the technical field to which the present invention belongs.
  • any,””allareas,” and “all” include not only 100% but also a generally acceptable range of error in the technical field to which the present invention pertains, and may include, for example, 99% or more, 95% or more, or 90% or more.
  • sound deadening means reducing sound, and is a concept that includes the meanings of both sound insulation and sound absorption.
  • Sound insulation means blocking sound, in other words, not allowing sound to pass through. Sound insulation also includes the reflection of sound (acoustics) and the cancellation of sound (acoustics). Sound absorption means reducing reflected sound, in other words, absorbing sound (acoustics).
  • the upstream side refers to the inlet side of the air passage 30 (i.e., the side where the air source 10 (see FIG. 1) described below is arranged), and the downstream side refers to the outlet side of the air passage 30.
  • the silencer-equipped air duct according to this embodiment (hereinafter, silencer-equipped air duct 100) is used in an air blowing system S.
  • the air blowing system S is used, for example, to transport (blow) air to a specified space (e.g., a room, etc.) within a building for the purpose of air conditioning or ventilation.
  • Buildings include detached houses, individual units in collective housing such as condominiums, stores such as restaurants and shops, and facilities such as hospitals, department stores, movie theaters, etc.
  • wind refers to an artificial flow of air or gas (air current).
  • air current air current
  • the air blowing system S is composed of an air blowing source 10 (blower) and an air duct with silencer 100.
  • the air duct with silencer 100 is composed of a silencer 20 disposed midway along the air duct 30. The detailed configuration of the air duct with silencer 100 will be described in a later section.
  • the air source 10 is a device that has an electric motor such as a motor, and operates when the electric motor is started to blow air. Specifically, it is a blower fan that constitutes an air conditioner, or a ventilation fan. As the fan, well-known fans such as an axial fan (propeller fan), a centrifugal fan, a line flow fan, and the like can be used.
  • the silencer-equipped air passage 100 includes an air passage 30 and a silencer 20 that reduces sound (noise) propagating within the air passage 30 when air is blown.
  • the air passage 30 is a flow path through which the air sent from the air source 10 flows.
  • the upstream end of the air passage 30 (more specifically, the second air passage section 32) is connected to the exhaust port of the air source 10 arranged outside the room via a cylindrical upstream air passage 12 (e.g., a duct, a pipe, a hose, etc.) as shown in FIG. 1.
  • the downstream end of the air passage 30 (more specifically, the third air passage section 33) is connected to the indoor space (room) inside the exterior wall W via a cylindrical downstream air passage 14 (e.g., a duct, a pipe, a hose, etc.).
  • the downstream air passage 14 penetrates the exterior wall W of the building that separates the indoor space and the outdoor space and enters the room to which the air is to be sent.
  • the air blower source 10 is not limited to being placed outdoors, but may be placed, for example, indoors (in a room), and the placement location is not important.
  • the air passage 30 may be disposed at any position between the air source 10 and the exterior wall W, and may be attached, for example, to the housing of the air source 10.
  • the air passage 30 may be disposed in either the indoor space or the outdoor space.
  • the material and structure of the upstream air passage 12 and the downstream air passage 14 are not particularly limited, and for example, flexible hoses such as vinyl hoses, flexible hoses, and tie duct hoses may be used.
  • the air passage 30 has a first air passage section 31 formed inside the silencer 20, a second air passage section 32 located upstream of the first air passage section 31, and a third air passage section 33 located downstream of the first air passage section 31.
  • the first air duct section 31 is formed inside the housing 21 (corresponding to the silencer body). In other words, the first air duct section 31 constitutes a part of the silencer 20. As shown in FIG. 3, the first air duct section 31 has an air duct space 41 surrounded by four imaginary sides that define the outer edge of the first air duct section 31, and an air duct wall 42 that separates the air duct space 41.
  • the air passage wall 42 has a pair of walls 42a, 42b arranged along two imaginary faces that face each other in the Y direction out of the four imaginary faces that surround the air passage space 41, and a wall 42c arranged along one imaginary face (the lower face in FIG. 3) located at one end in the Z direction.
  • wall 42a is composed of two wall pieces arranged in the X direction with an opening 43a (described later) in between
  • wall 42b is composed of two wall pieces arranged in the X direction with an opening 43b (described later) in between.
  • Wall 42c forms part of the end of housing 21 (the lower wall of housing 21 in FIG. 3) which will be described later.
  • Walls 42a, 42b, and 42c are flat walls that extend along the X direction and have rigidity.
  • the virtual face (the upper face in FIG. 3) located opposite the wall 42c in the Z direction does not have an air passage wall 42 arranged thereon.
  • one of the four virtual faces surrounding the air passage space 41 is open, forming an opening 43c.
  • the air passage wall 42 is provided with a plurality of openings 43a, 43b, 43c (three in this embodiment) that connect the air passage space 41 with the rear space 23 described below.
  • the openings 43a, 43b, 43c are located on three sides of the first air passage section 31, more specifically, on the outer edge of the first air passage section 31, at one end in the Z direction (more specifically, the end opposite the wall 42c) and at both ends in the Y direction.
  • each of the pair of walls 42a, 42b has an opening. More specifically, opening 43a is provided in the center of wall 42a in the X direction, and opening 43b is provided in the center of wall 42b in the X direction.
  • the openings 43a, 43b are preferably located within L/4 from the center of the first air passage portion 31 in the X direction.
  • the "length L" of the first air passage portion 31 is equal to the distance from one end of the inner wall surface of the housing 21 in the X direction to the other end in the X direction.
  • Each of the openings 43a, 43b is provided such that the distance between a center line (median line) parallel to the Z direction that bisects the opening in the X direction and a center line (median line) of the first air path portion 31 parallel to the Z direction that bisects the first air path portion 31 in the X direction is within L/4 in the X direction.
  • the center lines of the openings 43a, 43b and the center line of the first air path portion 31 coincide in the X direction.
  • the openings 43a and 43b are located within L/4.5 from the center of the first air passage section 31 in the X direction, and even more preferable that they are located within L/5.
  • the opening 43c is formed along one imaginary surface (the upper surface in FIG. 3) located at the other end in the Z direction (the end opposite the wall 42c) of the four imaginary surfaces surrounding the air passage space 41, and is formed from one end to the other end of the first air passage section 31 in the X direction.
  • the entire area of the one imaginary surface located at the other end in the Z direction is open to the rear space 23.
  • the ratio of A1 to the sum of A1 and A2 is preferably more than 10% and less than 85%.
  • the ratio of A1 to the sum of A1 and A2 is called the "opening ratio.”
  • the opening ratio is 10% or less, the degree to which the sound in the first air passage portion 31 can penetrate into the sound-absorbing material 22 in the rear space 23 decreases, so that the sound-absorbing material 22 cannot be used effectively.
  • the opening ratio is preferably greater than 13% and less than 75%, and more preferably greater than 16% and less than 65%.
  • the second air duct section 32 and the third air duct section 33 are cylindrical sections that surround the internal space through which air flows. As shown in FIG. 1, the second air duct section 32 is a section that protrudes upstream from the upstream end of the silencer 20 in the X direction and is connected to the end of the upstream air duct 12.
  • the third air duct section 33 is a section that protrudes downstream from the downstream end of the silencer 20 in the X direction and is connected to the end of the downstream air duct 14.
  • the second air duct section 32 and the third air duct section 33 are part of the air duct 30 and also function as joints (joints) for connecting the silencer-equipped air duct 100 to the upstream air duct 12 and the downstream air duct 14.
  • the first air duct section 31 and the second air duct section 32 are arranged side by side in the X direction, sandwiching the upstream wall (hereinafter also referred to as the upstream wall) of a pair of walls that face each other in the X direction and constitute the housing 21. More specifically, the upstream end of the first air duct section 31 is connected to the inner surface of the upstream wall of the housing 21, and the downstream end of the second air duct section 32 is connected to the outer surface of the upstream wall of the housing 21.
  • the first air duct section 31 and the second air duct section 32 are in communication with each other through a through hole provided in the upstream wall of the housing 21.
  • the first air duct section 31 and the third air duct section 33 are arranged side by side in the X direction, sandwiching the downstream wall (hereinafter also referred to as the downstream wall) of a pair of walls that face each other in the X direction and constitute the housing 21. More specifically, the downstream end of the first air duct section 31 is connected to the inner surface of the downstream wall of the housing 21, and the upstream end of the third air duct section 33 is connected to the outer surface of the downstream wall of the housing 21.
  • the first air duct section 31 and the third air duct section 33 are in communication with each other through a through hole provided in the downstream wall of the housing 21.
  • each of the first air duct section 31, the second air duct section 32, and the third air duct section 33 is a linear air duct section extending in the X direction, and the central axis of each air duct section extends in the X direction and is located on the same imaginary line.
  • the cross-sectional shape of the air passage 30 (first air passage section 31, second air passage section 32, and third air passage section 33) is, for example, a square (rectangle).
  • the cross section of the air passage 30 means a cross section perpendicular to the extension direction of the air passage 30.
  • the extension direction of the air passage 30 is the X direction
  • the cross section of the air passage 30 means a plane extending in the Y direction and the Z direction.
  • the cross-sectional shape of the air passage 30 is not particularly limited, and may be, for example, a circle, a square, a quadrangle other than a square, a polygon other than a quadrangle, or an indeterminate shape.
  • cross-sectional area refers to the size of the cross section, and means the area of the range enclosed by the outer edge of the cross section.
  • first air duct section 31 it means the area of the air duct space 41
  • second air duct section 32 and the third air duct section 33 it means the area of the internal space enclosed by the respective outer edges.
  • the first air duct section 31, the second air duct section 32, and the third air duct section 33 may have the same cross-sectional shape and cross-sectional area, or either or both of the shape and the cross-sectional area may be different.
  • the material constituting the air passage 30 is not particularly limited, and may be a metal material, a resin material, a paper material, a reinforced plastic material, a carbon fiber, etc. However, from the viewpoint of ensuring moldability and freedom of design, a resin material is preferable.
  • the resin material examples include acrylic resin, polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyamide, polyarylate, polyetherimide, polyacetal, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyimide, ABS resin (acrylonitrile, flame-retardant ABS resin, butadiene, styrene copolymer synthetic resin), polypropylene, triacetylcellulose (TAC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polystyrene (PS), ASA (Acrylate Sthrene Acrylonitrile) resin, polyvinyl chloride (PVC) resin, and PLA (Polylactic Acid) resin.
  • reinforced plastic materials include carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and glass fiber reinforced plastics (GFRP).
  • Silencer 20 reduces sound propagating within air passage 30, and more specifically, silences sound generated due to the operation of air blower source 10 blowing air into air passage 30, more specifically, sound generated due to the rotational operation of a drive motor (not shown) of air blower source 10.
  • Silencer 20 is provided with respect to air passage 30, and is provided at a midpoint of air passage 30 as shown in FIG.
  • the silencer 20 has a housing 21 (corresponding to the silencer body), the aforementioned first air duct section 31 formed inside the housing 21, a rear space 23 that communicates with the air duct space 41 inside the first air duct section 31, and a conversion mechanism housed inside the housing 21 (more specifically, the rear space 23).
  • the conversion mechanism is a mechanism that converts sound energy into thermal energy, and in this embodiment is a sound absorbing material 22.
  • the housing 21 defines the outer edge of the silencer 20 and is a hollow rectangular parallelepiped (hexahedron) extending in the X direction.
  • a pair of walls that face each other in the X direction each have a through hole as described above, and the ends of the first air duct section 31 and the second air duct section 32 are connected to the through hole on the upstream side, and the ends of the first air duct section 31 and the third air duct section 33 are connected to the through hole on the downstream side wall.
  • the cross section of the housing 21 perpendicular to the X direction is rectangular, and the cross-sectional shape is constant in the X direction.
  • the cross-sectional shape of the housing 21 may be, for example, circular, a quadrangle other than a square, a polygon other than a quadrangle, or an indefinite shape, and may change in the X direction.
  • the cross-sectional area of the housing 21, more specifically, the cross-sectional area of the internal space surrounded by the housing 21, is larger than the cross-sectional area of the internal space of each of the second air duct section 32 and the third air duct section 33. That is, in this embodiment, the silencer 20 is an extension section that is more extended than the second air duct section 32 and the third air duct section 33, and the silencer-equipped air duct 100 can be said to be an air duct equipped with an extended silencer.
  • the first air duct section 31 is in contact with one end of the housing 21 in the Z direction (the bottom wall of the housing 21 in FIG. 3) at the center of the housing 21 in the Y direction. Strictly speaking, as described above, the end of the first air duct section 31 in the Z direction (wall 42c) forms part of the end of the housing 21 in the Z direction.
  • the material that constitutes the housing 21 is not particularly limited, and metal materials, resin materials, paper materials, reinforced plastic materials, carbon fiber, etc. can be used.
  • the detailed types of materials are the same as those of the air passage 30, so a description is omitted.
  • a rear space 23 is provided inside the housing 21, which communicates with the air passage space 41 in the first air passage section 31.
  • the rear space 23 is the internal space surrounded by the housing 21 excluding the first air passage section 31, and as shown in FIG. 3, it surrounds the first air passage section 31 on three sides.
  • the rear space 23 is separated from the air passage space 41 by walls 42a and 42b, and communicates with the air passage space 41 via openings 43a, 43b, and 43c.
  • a sound absorbing material 22 is arranged in the rear space 23. As shown in FIG. 3, the sound absorbing material 22 surrounds the first air passage section 31 on three sides and is arranged in the rear space 23 so as to cover at least a portion of each of the openings 43a, 43b, and 43c. In this embodiment, the sound absorbing material 22 covers the entire area of each of the openings 43a, 43b, and 43c, and fills the entire area of the rear space 23.
  • a material that absorbs sound by converting sound energy into thermal energy can be used as the sound absorbing material 22.
  • materials constituting the sound absorbing material 22 include porous materials such as foams, foam materials, and nonwoven fabric sound absorbing materials.
  • foams and foam materials include expanded urethane foams such as Calmflex F manufactured by Inoac Corporation and urethane foam manufactured by Hikari Co., Ltd., soft urethane foams, ceramic particle sintered materials, phenol foams, melamine foams, insulation boards, and polyamide foams.
  • nonwoven fabric sound-absorbing materials include microfiber nonwoven fabrics such as Thinsulate from 3M, polyester nonwoven fabrics (including those with a two-layer structure having a thin, high-density nonwoven fabric on the front side and a low-density nonwoven fabric on the back side) such as White Qeon from Tokyo Bouon Co., Ltd. and QonPET from Bridgestone KBG Co., Ltd., plastic nonwoven fabrics such as acrylic fiber nonwoven fabrics, natural fiber nonwoven fabrics such as wool and felt, meltblown nonwoven fabrics, metal nonwoven fabrics, glass nonwoven fabrics, floor mats, and carpets.
  • microfiber nonwoven fabrics such as Thinsulate from 3M
  • polyester nonwoven fabrics including those with a two-layer structure having a thin, high-density nonwoven fabric on the front side and a low-density nonwoven fabric on the back side
  • plastic nonwoven fabrics such as acrylic fiber nonwoven fabrics, natural fiber nonwoven fabrics such as wool and felt, meltblown nonwoven fabrics, metal nonwoven fabrics, glass nonwoven fabrics, floor mats,
  • various sound absorbing materials can be used, such as sound absorbing materials made of materials containing minute air particles, for example, glass wool, rock wool, gypsum board, wood wool cement board, and sound absorbing materials made of nanofiber fibers, etc.
  • sound absorbing materials made of materials containing minute air particles, for example, glass wool, rock wool, gypsum board, wood wool cement board, and sound absorbing materials made of nanofiber fibers, etc.
  • nanofiber fibers include silica nanofibers and acrylic nanofibers such as XAI manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
  • the silencer 20 configured as described above may be formed integrally with the air passage 30, or may be assembled to the air passage 30 as a separate part.
  • the unit of acoustic impedance density Z is rayl/ m2 .
  • the acoustic impedance density of the internal space of the housing 21 is smaller than the acoustic impedance density of each of the internal spaces of the second air path portion 32 and the third air path portion 33.
  • the acoustic impedance density of the internal space of the housing 21 is defined as Zs
  • the acoustic impedance density of the internal space of the second air path portion 32 is defined as Zin
  • the acoustic impedance density of the internal space of the third air path portion 33 is defined as Zout
  • the cross-sectional area A of the housing 21 means the cross-sectional area of the internal space surrounded by the housing 21, and the cross-sectional area A of each of the second air duct section 32 and the third air duct section 33 means the cross-sectional area of the internal space surrounded by the outer edge.
  • the same air flows through the silencer-equipped air duct 100, so the same values are applied for the density ⁇ and the sound speed c used in calculating Zs , Zin , and Zout . Therefore, in this embodiment, the acoustic impedance density Z is a value determined only by the cross-sectional area A and is inversely proportional to the cross-sectional area A.
  • the cross-sectional area A of the housing 21 is the largest, so the acoustic impedance density Zs of the housing 21 is the smallest, and Zs ⁇ Zin and Zs ⁇ Zout are satisfied.
  • Silencer-equipped air duct 100 satisfies -1.97 ⁇ log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) ⁇ 0.76, where ⁇ E is the effective propagation length and ⁇ is the wavelength of the air sound at the frequency at which housing 21 resonates (specifically, the first resonant frequency).
  • ⁇ is a propagation constant determined by the characteristics of the medium, and is defined in the Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 68, No. 9 (2012). Re[ ⁇ ] is the real part of the propagation constant ⁇ .
  • the "sound of the first resonant frequency" refers to the lowest frequency sound among the length-induced resonances occurring in the first air passage portion 31 when the medium is air.
  • the effective propagation length ⁇ E is an effective propagation length determined based on the sound-absorbing material 22 in the housing 21, and the wavelength ⁇ is the wavelength of sound at a frequency (specifically, the first resonant frequency) at which the housing 21 resonates when it does not contain the sound-absorbing material 22.
  • the propagation constant ⁇ can be obtained by measuring using the transfer function method with an acoustic tube and two microphones. This method complies with the standards of JIS A1405-2, ISO 10534-2, and ASTM E 1050.
  • the acoustic tube used can be one that uses the same measurement principle as WinZac manufactured by Nittobo Acoustic Engineering Co., Ltd. This method makes it possible to measure the propagation constant over a wide spectral range.
  • the effective propagation length ⁇ E coincides with the propagation length ⁇ because Vs / Vb is 1.
  • log10 ( ⁇ E / ⁇ ) is inversely proportional to the acoustic resistance, and specifically, as log10 ( ⁇ E / ⁇ ) increases, the acoustic resistance decreases, and as log10 ( ⁇ E / ⁇ ) decreases, the acoustic resistance increases.
  • the silencer 20 by configuring the silencer 20 so as to satisfy the above numerical conditions, it is no longer necessary to increase the volume of the sound-absorbing material contained within the silencer more than necessary, thereby preventing the silencer (air duct with silencer) from becoming too large.
  • the silencer-equipped air duct 100 it is possible to improve the noise reduction performance for low-frequency sounds (specifically, 1000 Hz or less) while suppressing an increase in size.
  • silencer-equipped air duct 100 satisfies -1.80 ⁇ log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) ⁇ 0.48, in which case a sound silencing effect with a transmission loss of 5 dB or more can be achieved for the sound of the first resonant frequency.
  • silencer-equipped air duct 100 satisfies -1.69 ⁇ log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) ⁇ 0.27, in which case a sound silencing effect with a transmission loss of 7 dB or more can be achieved for the sound of the first resonant frequency.
  • the cross-sectional area of the housing 21 is larger than the cross-sectional area of each of the second air duct portion 32 and the third air duct portion 33, i.e., the silencer 20 forms an extension portion. This realizes a silencer that satisfies the relationships Zs ⁇ Zin and Zs ⁇ Zout in acoustic impedance density Z.
  • the air duct wall 42 is provided with openings 43a, 43b, and 43c, as shown in FIG. 1. This allows the air duct space 41 to communicate with the rear space 23, and allows sound in the air duct space 41 to enter the sound-absorbing material 22 in the rear space 23, allowing the silencer 20 to exert its silencing effect appropriately.
  • the ratio of A1 to the sum of A1 and A2 is more than 10% and less than 85%. This allows the silencer 20 to exhibit an appropriate silencing effect for sounds with frequencies lower than the first resonant frequency (355 Hz in FIG. 15), as shown in FIG.
  • the openings 43a, 43b are located at the center of the first air duct section 31 in the X direction.
  • the openings 43a, 43b are provided at a position where the particle speed of the air (wind) flowing through the first air duct section 31 is fast, and the sound-absorbing material 22 is disposed at this position, so that sound of the first resonant frequency can be more effectively silenced.
  • the openings 43a, 43b are located within L/4 from the center of the first air duct section 31 in the X direction. This more effectively utilizes the effect of providing the openings 43a, 43b at a position where the particle speed of the air (wind) flowing through the first air duct section 31 is faster, thereby more effectively silencing the sound of the first resonant frequency.
  • the wall 42c located at the end of the first air duct section 31 in the Z direction constitutes part of the end of the housing 21 in the Z direction (the lower end in FIG. 3). This ensures a sufficient gap between the end of the first air duct section 31 opposite the wall 42c in the Z direction (i.e., the opening 43c) and the end of the housing 21 opposite the wall 42c in the Z direction (the upper end in FIG. 3). As a result, the peak frequency of silencing in the silencer 20 can be shifted to a lower frequency side compared to when the first air duct section 31 is located in the center of the housing 21 in the Z direction as shown in FIG. 5 (see FIG. 18).
  • the air duct wall 42 has a pair of walls 42a, 42b that face each other in the Y direction, sandwiching the air duct space 41. This allows the position of the air duct space 41 in the Y direction to be determined by the pair of walls 42a, 42b, and allows the air sent from the air source 10 to be appropriately sent inside the housing 21, i.e., in the first air duct section 31.
  • the pair of walls 42a, 42b each have an opening 43a, 43b. This allows sound in the air passage space 41 to enter the area of the sound-absorbing material 22 adjacent to each of the pair of walls 42a, 42b, so that the sound-absorbing effect of the silencer 20 is properly exerted.
  • the silencer-equipped air duct 100 silences the sound generated due to the operation of the air source 10 that sends air into the air duct 30.
  • the silencer-equipped air duct 100 can provide a noise-reduction effect in an air blowing system that blows air into a specified space (e.g., a room) within a building for the purpose of air conditioning, ventilation, etc.
  • the conversion mechanism that converts sound energy into heat energy is the sound-absorbing material 22.
  • the conversion mechanism may not use the sound-absorbing material 22, but may use, for example, wall friction.
  • sound energy may be converted into heat energy based on the surface roughness imparted to the wall surfaces that define the rear space 23 (i.e., the inner wall surfaces of the housing 21 and the outer wall surfaces of the air passage wall 42 shown in FIG. 3).
  • the wall 42c forming the end of the first air passage section 31 in the Z direction constitutes part of the end of the housing 21 in the Z direction (the bottom wall of the housing 21 in FIG. 3).
  • the wall 42c may be disposed at a distance from the end of the housing 21 in the Z direction (the bottom wall of the housing 21 in FIG. 5), as in the silencer 20A shown in FIG. 5.
  • sound absorbing material 22A may be disposed in the space between the wall 42c and the housing 21 (rear space), as shown in FIG. 5.
  • each of the pair of walls 42a, 42b is provided with one opening 43a, 43b.
  • each of the pair of walls 42a, 42b may be provided with multiple openings.
  • each of the walls 42a, 42b may be made of a punched metal with multiple through holes (openings), a wire mesh, or the like.
  • the sound absorbing material 22 fills the entire rear space 23.
  • the sound absorbing material 22B may be disposed in only a part of the rear space 23, as in the silencer 20B shown in Fig. 6.
  • sound absorbing material 22B that is sufficiently thinner in the Y direction than the regions may be disposed along the openings 43a, 43b.
  • one or more communication holes 24C that connect the air passage space 41 and the rear space 23 and penetrate the sound absorbing material 22C may be provided in the sound absorbing material 22C.
  • the air passage wall 42 is provided with a plurality of openings 43a, 43b, and 43c, as shown in FIG. 1.
  • the openings 43a, 43b, and 43c are located on three sides of the first air passage section 31, and more specifically, as shown in FIG. 3, the openings 43a, 43b, and 43c are located on the outer edge of the first air passage section 31, at one end in the Z direction (opposite the wall 42c) and at both ends in the Y direction.
  • this is not limited to this, and for example, as in the silencer 20D shown in FIG. 8, only the opening 43c may be provided in the air passage wall 42.
  • the sound absorbing material 22 may not be arranged in the area of the back space 23 located outside the air passage wall 42 in the Y direction.
  • the pair of walls 42a, 42b are flat walls that extend along the X direction and have rigidity, as shown in FIG. 4.
  • the walls 42a, 42b may be rigid walls that extend along a direction inclined with respect to the X direction, as in the silencer 20E shown in FIG. 9. More specifically, as shown in FIG. 9, the pair of walls 42a, 42b arranged upstream of the openings 43a, 43b in the X direction may extend at an incline toward the outside in the Y direction (toward the rear space 23) as they move downstream.
  • the pair of walls 42a, 42b arranged downstream of the openings 43a, 43b in the X direction may extend at an incline toward the inside in the Y direction (toward the air passage space 41) as they move downstream.
  • the cross section of the housing 21 perpendicular to the X direction is rectangular as shown in FIG. 1, and the cross-sectional shape is maintained as a constant shape in the X direction.
  • the cross section of the housing may be circular, a quadrangle other than a square, a polygon other than a quadrangle, or an indefinite shape, and may change in the X direction.
  • the cross section of the housing 21F perpendicular to the X direction is polygonal, and the cross-sectional area may decrease toward the outside in the X direction (i.e., the direction toward the second air path section 32 and the third air path section 33).
  • the first air path section 31, the second air path section 32, and the third air path section 33 are each a linear air path section extending in the X direction, and the central axis of each air path section extends in the X direction and is located on the same imaginary line.
  • the direction in which the first air path section 31G extends may extend at an angle to the direction in which the second air path section 32G and the third air path section 33G extend, as in the silencer 20G shown in FIG.
  • the configuration of the housing 21G that houses the first air path section 31G may be changed depending on the direction in which the first air path section 31G extends (X direction). For example, as shown in FIG. 11, the direction in which the housing 21G extends may be inclined with respect to the direction in which the second air path section 32G and the third air path section 33G extend.
  • Simulations 1 to 4 were carried out to examine the effects of an air duct with a silencer according to the present invention.
  • the simulations were carried out using the acoustic module of the finite element method calculation software COMSOL version 6.0 (COMSOL, Inc.).
  • Comparative Example 1 a calculation model of an air passage with a silencer was generated.
  • the calculation model had the same configuration as that shown in Figs. 1 to 4 in the above embodiment.
  • the dimensions of the first air passage section were set to a length of 200 mm (the dimension of length L in Fig. 4), a width of 21 mm (length in the Y direction), and a height of 21 mm (length in the Z direction).
  • An opening (corresponding to openings 43a and 43b in Fig. 1) provided on each of a pair of walls (corresponding to walls 42a and 42b in Fig. 1) facing each other in the Y direction was placed at the center of the first air passage section in the X direction, and the dimensions were set to a length of 140 mm (X direction) and a height of 21 mm (Z direction).
  • the entire back space was filled with sound absorbing material, and the flow resistance of the sound absorbing material was set to 18 Pa ⁇ s/ m2 .
  • the density ⁇ of the air flowing through the air passage was set to 1.29 kg/ m3
  • the sound speed c of the sound propagating through the air was set to 340 m/s.
  • the cross-sectional area of the housing was set to 0.004 m2
  • the cross-sectional areas of the second air passage section and the third air passage section were each set to 0.000441 m2 .
  • the acoustic impedance density Zs of the internal space of the housing was 109650 rayl/ m2
  • the acoustic impedance density Zin of the second air passage section and the acoustic impedance density Zout of the third air passage section were 994558 rayl/ m2 .
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the flow resistance of the sound absorbing material was set to 1,800,000 Pa ⁇ s/m 2. This resulted in log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) being ⁇ 2.07. The other conditions were the same as those in Comparative Example 1.
  • Example 1 In Example 1, the flow resistance of the sound absorbing material was set to 14,384 Pa ⁇ s/m 2. This resulted in log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) being ⁇ 0.76. The other conditions were the same as those in Comparative Example 1.
  • the sound (sound waves) emitted by the air source was incident on the entrance of the air duct with silencer (more specifically, the upstream end of the second air duct section), and the amplitude per unit area of the sound reaching the exit of the air duct with silencer (more specifically, the downstream end of the third air duct section) was calculated (see Figure 1 for the calculation model).
  • the amplitude per unit area of the sound emitted by the air source was set to 1.
  • the transmission loss was calculated from the ratio of the amplitude of the sound emitted by the air source to the amplitude of the sound reaching the exit of the air duct with silencer.
  • Fig. 12 is a diagram showing the relationship between frequency, log 10 ( ⁇ E / ⁇ ), and transmission loss.
  • Fig. 13 is a diagram showing the relationship between log 10 ( ⁇ E / ⁇ ) and transmission loss for a sound with a first resonant frequency of 850 Hz, and is a cross section at a frequency of 850 Hz in Fig. 12.
  • Fig. 14 is a diagram showing the relationship between frequency and transmission loss in each of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example 1.
  • Example 1 exhibited a large transmission loss compared to both Comparative Examples 1 and 2 for low-frequency sounds below 1000 Hz, including the first resonant frequency of 850 Hz, and it was found that the sound-dampening effect of the muffler was adequately demonstrated.
  • FIG. 2 A calculation model with a different aperture ratio was generated based on the calculation model of Example 1. Specifically, the aperture ratio was changed by changing the width dimension in the X direction of a pair of openings (corresponding to openings 43a and 43b in FIG. 1) formed in a pair of air passage walls sandwiching the first air passage section. Note that, in each of the aperture ratios, each of the pair of openings was disposed in the center of the first air passage section in the X direction.
  • the first air passage portion is disposed at the center of the housing in the Z direction as shown in Fig. 5.
  • the space between the outer edge (four faces) of the first air passage portion and the housing i.e., the rear space, is filled with sound absorbing material over the entire rear space.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the aperture ratio and the transmittance, with the horizontal axis representing the aperture ratio and the vertical axis representing the transmittance. As shown in FIG. 15, when the opening ratio is in the range of more than 10% and less than 85%, it was found that the transmittance is reduced for low-frequency sounds, particularly for sounds of 355 Hz, which is lower than the first resonant frequency of 850 Hz.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between frequency and transmittance for each opening position, with the horizontal axis showing frequency and the vertical axis showing transmittance.
  • Figure 17 is a diagram showing the relationship between opening position and transmittance for the sound of the first resonance frequency, with the horizontal axis showing the distance in the X direction from the center line of the first air duct section to the center line of the opening (hereinafter referred to as distance D), and the vertical axis showing the transmittance at the first resonance frequency of 850 Hz.
  • the transmittance is high in the frequency band including the first resonant frequency of 850 Hz, with the first resonant frequency at its peak.
  • the transmittance of the frequency band centered on the first resonant frequency of 850 Hz decreases as the distance D is shortened, and when the distance D is 0 mm, the transmittance becomes the same as that of the low-frequency band other than the first resonant frequency. This is presumably because the opening is disposed at a position where the particle speed of the air flowing through the first air passage portion is high, and therefore the transmittance of the frequency band centered on the first resonant frequency of 850 Hz is reduced.
  • the transmittance becomes high in the frequency band including the first resonant frequency of 850 Hz and in the frequency bands including other resonant frequencies, as shown by the dashed dotted line in Figure 16.
  • Fig. 18 is a diagram showing the relationship between frequency and transmission loss determined according to the position of the first air duct section in the Z direction, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing transmission loss.
  • the "bottom surface" indicated by a thick solid line means the case where the end of the first air passage portion in the Z direction is at the position of the first pattern.
  • the "center” indicated by a thin solid line means that the end of the first air passage portion in the Z direction is at the position of the second pattern.
  • the "middle” indicated by the dashed line means that the end of the first air passage portion in the Z direction is at the position of the third pattern.
  • Air source (blower) 12 upstream air passage 14: downstream air passage 20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G: silencer 21, 21F, 21G: housing (silencer body) 22, 22A, 22B, 22C Sound absorbing material 23 Back space 24C Communication hole 30 Air passage 31, 31G First air passage section 32, 32G Second air passage section 33, 33G Third air passage section 41 Air passage space 42 Air passage wall 42a, 42b, 42c Wall 43a, 43b, 43c Opening 100 Air passage with silencer D Distance L Length S Air blowing system W Outer wall

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Abstract

大型化を抑制しつつ、低周波数の音に対する消音性能を向上させることが可能な消音器付き風路を提供する。　風路の途中位置に消音器を配置して構成される消音器付き風路において、消音器は、消音器本体と、消音器本体内に収容された音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構と、を有し、風路は、消音器本体の内部に形成された第１風路部と、第１風路部よりも上流側に位置する第２風路部と、第１風路部の下流側に位置する第３風路部と、を有し、消音器本体の内部空間の音響インピーダンス密度は、第２風路部及び第３風路部の各々の内部空間の音響インピーダンス密度よりも小さく、消音器本体内の音波の伝搬空間の特性に基づいて決定される実効伝搬長をαＥとし、第１風路部の長さに基づいて決定され、消音器本体が共鳴する周波数の音の波長をλとした場合、－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６を満たす。

Description

消音器付き風路
　本発明は、風路の途中位置に消音器を配置して構成される消音器付き風路に関する。
　空調機器又は送風機等からの風を、ダクト等の風路を通じて送風する場合、例えば、送風機の作動に起因する騒音等が、風路を通じて送風先に伝播され得る。このような騒音を風路の途中位置で消音するための技術は、既に開発されており、特許文献１に記載された技術が、その一例として挙げられる。
　特許文献１に記載の空調調和機では、ラジラルファン組立体が、室外機に設けられ、室外の空気を取り込んで室内機に風を送る。この際、室内機に送られる空気が、給排気ダクトを通り、給排気ダクトに設けられた消音器（具体的には、マフラー）が、給排気ダクトを伝わる音を低減する。
特開２００４－０６９１７３号公報
　給排気ダクト等の風路に消音器を設ける場合、空調機器又は送風機等の装置のサイズに応じて消音器のサイズにも制約が生じ、サイズが小さい消音器ほど、低周波数（例えば、１０００Ｈｚ以下）の音に対する消音性能が低下する傾向にある。そのため、このような消音器において、低周波数の音に対する消音性能の向上、特に、透過率が高い第１共鳴周波数の音、及び第１共鳴周波数よりも低い周波数帯域の音に対する消音性能の向上が求められている。なお、「第１共鳴周波数の音」とは、消音器内で共鳴する音のうち、最も低い周波数の音を意味する。
　また、消音器において一般的に使用される吸音材は、高周波数の音に対する消音性能に比べると低周波数の音に対する消音性能が劣り、低周波音に対する消音性能を向上させるには、吸音材の体積を増やすことが考えられる。しかしながら、この場合、消音器が大型化してしまい、サイズに制約がある場合には適用することできない。
　本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、大型化を抑制しつつ、低周波数の音に対する消音性能を向上させることが可能な消音器を備えた消音器付き風路を提供することである。
　この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
　［１］　風路の途中位置に消音器を配置して構成される消音器付き風路において、
　消音器は、消音器本体と、消音器本体内に収容された音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構と、を有し、
　風路は、消音器本体の内部に形成された第１風路部と、第１風路部よりも上流側に位置する第２風路部と、第１風路部の下流側に位置する第３風路部と、を有し、
　消音器本体の内部空間の音響インピーダンス密度は、第２風路部及び第３風路部の各々の内部空間の音響インピーダンス密度よりも小さく、
　消音器本体内の音波の伝搬空間の特性に基づいて決定される実効伝搬長をαＥとし、
　第１風路部の長さに基づいて決定され、消音器本体が共鳴する周波数の音の波長をλとした場合、
　－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６を満たす、消音器付き風路。
　［２］　消音器本体は、筐体であり、
　筐体の断面積は、第２風路部及び第３風路部の各々の断面積よりも大きく、
　筐体の内部には、第１風路部内の風路空間と連通する背面空間が設けられている、［１］に記載の消音器付き風路。
　［３］　第１風路部は、風路空間を仕切る風路壁を有し、
　風路壁には、風路空間と背面空間とを連通する１以上の開口が設けられている、［１］または［２］に記載の消音器付き風路。
　［４］　１以上の開口のすべての開口面積を合計した合計面積をＡ１とし、風路空間と接する風路壁の全体の面積をＡ２とした場合に、Ａ１とＡ２との和に対するＡ１の割合は、１０％超且つ８５％未満である、［１］～［３］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［５］　変換機構は、吸音材である、［１］～［４］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［６］　吸音材は、開口の少なくとも一部を覆うように背面空間に位置し、
　開口は、第１風路部が延出する第１方向における第１風路部の中央に位置する、［１］～［５］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［７］　第１方向における第１風路部の長さをＬとした場合、
　開口は、第１方向における第１風路部の中央からＬ／４以内に位置する、［１］～［６］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［８］　第１風路部が延出する第１方向と交差する第２方向における第１風路部の端が、第２方向における筐体の端の一部を構成している、［１］～［７］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［９］　風路壁は、第１風路部が延出する第１方向と交差する方向において、風路空間を挟んで互いに対向する一対の壁を有する、［１］～［８］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［１０］　一対の壁の各々には、開口が設けられている、［１］～［９］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　［１１］　消音器は、風路内に風を送る送風機の動作に起因して発生する音を消音する、［１］～［１０］のいずれかに記載の消音器付き風路。
　本発明によれば、大型化を抑制しつつ、低周波数の音に対する消音性能を向上させることが可能な消音器を備えた消音器付き風路を提供することができる。
本発明の一つの実施形態に係る消音器付き風路が用いられる送風システムを示す図である。 図１に示す消音器付き風路のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図２に示す消音器付き風路のＢ－Ｂ断面を示す断面図である。 図２に示す消音器付き風路のＣ－Ｃ断面を示す断面図である。 消音器の第１の変形例を示す図である。 消音器の第２の変形例を示す図である。 消音器の第３の変形例を示す図である。 消音器の第４の変形例を示す図である。 消音器の第５の変形例を示す図である。 消音器の第６の変形例を示す図である。 消音器の第７の変形例を示す図である。 周波数とｌｏｇ１０（αＥ／λ）と消音器による音の透過損失との関係を示す図である。 第１共鳴周波数の音における、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）と透過損失との関係を示す図である。 比較例１、比較例２、及び実施例１のそれぞれにおける、周波数と透過損失との関係を示す図である。 開口率と透過率との関係を示す図である。 開口位置に応じた周波数と透過率との関係を示す図である。 第１共鳴周波数において、開口位置と透過率との関係を示す図である。 第１風路部の位置に応じて決まる、周波数と透過損失との関係を示す図である。
　本発明の消音器付き風路について、添付の図面に示す好適な実施形態を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の理解を容易にするために挙げた一例にすぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明の構成は、その趣旨を逸脱しない限り、下記の実施形態から変更又は改良され得る。
　また、本発明を実施するために用いられる各部材の材質及び形状等は、特に断る場合を除き、本発明の用途及び本発明の実施時点での技術水準等に応じて任意に設定できる。また、本発明には、その等価物が含まれる。
　また、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
　また、本明細書において、「直交」及び「平行」は、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、本明細書の「直交」及び「平行」は、厳密な直交又は平行に対して±１０°未満の範囲内であること等を意味する。なお、厳密な直交又は平行からの誤差は、５°以下であることが好ましく、３°以下であることがより好ましい。
　また、本明細書において、「同じ」、「同一」、「一致」及び「等しい」という意味には、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差の範囲が含まれ得る。
　また、本明細書において、「いずれも」、「全域」及び「すべて」という意味には、１００％である場合のほか、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差の範囲が含まれ、例えば９９％以上、９５％以上、又は９０％以上である場合が含まれ得る。
　また、本発明での「消音」は、音を低減することであり、遮音及び吸音の両方の意味を含む概念である。遮音は、音を遮蔽すること、換言すれば、音を透過させないことを意味する。また、音の遮蔽には、音（音響）の反射、及び、音（音響）の打ち消し合いが含まれる。吸音は、反射音を少なくすること、つまり音（音響）を吸収することを意味する。
　［本発明の消音器付き風路の基本構成］
　本発明の一つの実施形態（以下、本実施形態という）に係る消音器付き風路の基本構成について、図面を参照しながら説明する。
　なお、以下の説明において、第１風路部３１（図１参照）が延出する第１方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する第２方向をＺ方向とする。また、上流側とは、風路３０の入口側（つまり、後述の送風源１０（図１参照）が配置された側）を意味し、下流側とは、風路３０の出口側を意味する。
　本実施形態に係る消音器付き風路（以下、消音器付き風路１００）は、送風システムＳに用いられる。送風システムＳは、例えば、空調又は換気等の目的で建物内における所定空間（例えば、部屋等）に風を搬送（送風）するために利用される。建物は、戸建て住宅、マンションのような集合住宅における各住戸、レストラン及び商店等のような店舗、並びに、病院、デパート及び映画館等のような施設等が含まれる。
　なお、「風」とは、人工的な空気又は気体の流れ（気流）である。風を構成する空気又は気体の組成、及び、各成分の比率については、特に限定されないが、以下では、通常の空気を送風する場合を想定して説明することとする。
　送風システムＳは、図１に示すように、送風源１０（送風機）と、消音器付き風路１００とによって構成される。消音器付き風路１００は、風路３０の途中位置に消音器２０を配置して構成される。消音器付き風路１００の詳細構成については、後の項で説明する。
　送風源１０は、モータ等の電動機を備え、電動機の起動によって作動して送風する機器であり、具体的には、空調機器を構成する送風ファン、又は換気用の送風ファンである。ファンとしては、軸流ファン（プロペラファン）、シロッコファン、ターボファン、遠心ファン、及びラインフローファン（登録商標）等の公知のファンが利用可能である。
　［本実施形態に係る消音器付き風路］
　次に、図１～４を参照しながら本実施形態に係る消音器付き風路１００について説明する。消音器付き風路１００は、図１に示すように、風路３０と、送風時に風路３０内を伝播する音（騒音）を低減する消音器２０とを備える。
　（風路）
　風路３０は、送風源１０から送られる風が流れる流路である。風路３０（より具体的には、第２風路部３２）の上流側の端は、図１に示すように、筒状の上流側風路１２（例えば、ダクト、パイプ又はホース等）を介して、室外に配置された送風源１０の排気口と連通している。風路３０（より具体的には、第３風路部３３）の下流側の端は、筒状の下流側風路１４（例えば、ダクト、パイプ又はホース等）を介して、外壁Ｗの内側の室内空間（部屋）と連通している。下流側風路１４は、室内空間及び室外空間を隔てる建物の外壁Ｗを貫通して、送風先の部屋内に進入する。
　なお、送風源１０は、室外に配置される場合に限定されず、例えば室内（部屋）に配置されてもよく、配置位置を問わない。
　風路３０は、室外の送風源１０から部屋内に送風が可能であれば、送風源１０及び外壁Ｗの間のいずれの位置に配置されてもよく、例えば送風源１０の筐体に取り付けられてもよい。また、風路３０は、室内空間及び室外空間のいずれに配置されてもよい。
　なお、上流側風路１２及び下流側風路１４の材質及び構造等については、特に限定されず、例えば、ビニールホース、フレキシブルホース及びタイダクトホース等のような可撓性ホース等が用いられてもよい。
　風路３０は、図１に示すように、消音器２０の内部に形成された第１風路部３１と、第１風路部３１よりも上流側に位置する第２風路部３２と、第１風路部３１の下流側に位置する第３風路部３３と、を有する。
　第１風路部３１は、筐体２１（消音器本体に相当）の内部に形成されている。換言すると、第１風路部３１は、消音器２０の一部を構成している。第１風路部３１は、図３に示すように、第１風路部３１の外縁を規定した仮想的な４面で囲まれた風路空間４１と、風路空間４１を仕切る風路壁４２とを有する。
　風路壁４２は、図３に示すように、風路空間４１を囲む仮想的な４面のうち、Ｙ方向に互いに対向する仮想的な２面に沿って配置された一対の壁４２ａ，４２ｂと、Ｚ方向の一端に位置する仮想的な１面（図３の下側の面）に沿って配置された壁４２ｃとを有する。
　より具体的には、図１に示すように、壁４２ａは、後述する開口４３ａを挟んでＸ方向に並ぶ２つの壁片で構成されており、壁４２ｂは、後述する開口４３ｂを挟んでＸ方向に並ぶ２つの壁片で構成されている。壁４２ｃは、後述する筐体２１の端（筐体２１における図３の下壁）の一部を構成している。壁４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、Ｘ方向に沿って延出し、剛性を有する平坦な壁である。
　なお、風路空間４１を囲む仮想的な４面のうち、Ｚ方向における壁４２ｃとは反対側に位置する仮想的な面（図３の上側の面）には、風路壁４２が配置されていない。つまり、風路空間４１を囲む仮想的な４面のうちの一つは、開放されており、開口４３ｃをなしている。
　風路壁４２には、風路空間４１と後述の背面空間２３とを連通させる複数（本実施形態では３つ）の開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃが設けられている。開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、図１に示すように第１風路部３１の三方に位置し、より具体的には、第１風路部３１の外縁において、Ｚ方向の一端（詳しくは、壁４２ｃと反対側の端）と、Ｙ方向の両端とに位置する。
　図１に示すように、一対の壁４２ａ，４２ｂの各々には、開口が１つずつ設けられ、より具体的には、開口４３ａが、Ｘ方向における壁４２ａの中央に設けられており、開口４３ｂが、Ｘ方向における壁４２ｂの中央に設けられている。
　開口４３ａ，４３ｂは、図４に示すように、Ｘ方向における第１風路部３１の長さ（全長）をＬとした場合、Ｘ方向における第１風路部３１の中央からＬ／４以内に位置することが好ましい。なお、第１風路部３１の「長さＬ」は、筐体２１の内壁面のＸ方向一端からＸ方向他端までの距離と等しい。
　開口４３ａ，４３ｂの各々は、当該開口をＸ方向に二等分するＺ方向に平行な中心線（中線）と、第１風路部３１をＸ方向に二等分するＺ方向に平行な第１風路部３１の中心線（中線）との間隔が、Ｘ方向においてＬ／４以内になるように設けられている。本実施形態では、開口４３ａ，４３ｂの中心線と、第１風路部３１の中心線とがＸ方向において一致している。
　なお、開口４３ａ，４３ｂは、Ｘ方向における第１風路部３１の中央からＬ／４．５以内に位置することがより好ましく、Ｌ／５以内に位置することがさらに好ましい。
　開口４３ｃは、図３に示すように、風路空間４１を囲む仮想的な４面のうち、Ｚ方向の他端（壁４２ｃと反対側の端）に位置する仮想的な１面（図３の上側の面）に沿って形成されており、Ｘ方向における第１風路部３１の一端から他端まで形成されている。すなわち、第１風路部３１において、Ｚ方向の他端に位置する仮想的な１面の全域が背面空間２３に開放されている。
　開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃのすべての開口面積を合計した合計面積をＡ１とし、風路空間４１と接する風路壁４２の全体の面積（具体的には、壁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの面積）をＡ２とした場合、Ａ１とＡ２との和に対するＡ１の割合は、１０％超且つ８５％未満であることが好ましい。以下の説明では、Ａ１とＡ２との和に対するＡ１の割合のことを「開口率」と呼ぶ。開口面積Ａ１は、風路空間４１を囲む仮想的な４面の面積をＡ０とした場合に、Ａ１＝Ａ０－Ａ２としても規定される。
　なお、開口率が１０％以下になると、第１風路部３１内の音が背面空間２３内の吸音材２２に進入できる度合いが減るので、吸音材２２を効果的に用いることができない。
　開口率は、１３％超且つ７５％未満であることがより好ましく、１６％超且つ６５％未満であることがさらに好ましい。
　第２風路部３２及び第３風路部３３は、風が流れる内部空間を囲む筒状部である。第２風路部３２は、図１に示すように、Ｘ方向における消音器２０の上流端から上流側に突出した部分であり、上流側風路１２の端と接続される。第３風路部３３は、Ｘ方向における消音器２０の下流端から下流側に突出した部分であり、下流側風路１４の端と接続される部分である。すなわち、第２風路部３２及び第３風路部３３は、風路３０の一部であるとともに、消音器付き風路１００を上流側風路１２及び下流側風路１４に接続するためのジョイント（継手）としても機能する。
　第１風路部３１及び第２風路部３２は、筐体２１を構成するＸ方向に互いに対向する一対の壁のうち、上流側の壁（以下、上流壁とも呼ぶ）を挟んでＸ方向に並んで配置されている。より具体的には、第１風路部３１の上流側の端は、筐体２１の上流壁の内面に接続されており、第２風路部３２の下流側の端は、筐体２１の上流壁の外面に接続されている。第１風路部３１及び第２風路部３２は、筐体２１の上流壁に設けられた貫通孔を通じて連通している。
　第１風路部３１及び第３風路部３３は、筐体２１を構成するＸ方向に互いに対向する一対の壁のうち、下流側の壁（以下、下流壁とも呼ぶ）を挟んでＸ方向に並んで配置されている。より具体的には、第１風路部３１の下流側の端は、筐体２１の下流壁の内面に接続されており、第３風路部３３の上流側の端は、筐体２１の下流壁の外面に接続されている。第１風路部３１及び第３風路部３３は、筐体２１の下流壁に設けられた貫通孔を通じて連通している。
　本実施形態において、第１風路部３１、第２風路部３２及び第３風路部３３の各々は、Ｘ方向に延出する直線状の風路部であり、それぞれの風路部の中心軸は、Ｘ方向に延び、且つ同じ仮想線上に位置する。
　本実施形態において、風路３０（第１風路部３１、第２風路部３２、及び第３風路部３３）の断面形状は、例えば方形（矩形）とする。風路３０の断面とは、風路３０の延出方向に垂直な断面を意味する。本実施形態では、風路３０の延出方向がＸ方向であり、風路３０の断面は、Ｙ方向及びＺ方向に延びた平面を意味する。なお、風路３０の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、方形、方形以外の四角形、四角形以外の多角形、あるいは不定形でもよい。
　以下の説明において、「断面積」とは、断面のサイズであり、断面の外縁によって囲まれる範囲の面積を意味し、第１風路部３１では、風路空間４１の面積を意味し、第２風路部３２及び第３風路部３３では、各々の外縁で囲まれた内部空間の面積を意味する。
　第１風路部３１、第２風路部３２、及び第３風路部３３は、同一の断面形状、断面積であってもよいし、形状及び断面積のいずれか又は両方が異なっていてもよい。
　風路３０を構成する材料については、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、紙材料、強化プラスチック材料、及びカーボンファイバ等が利用可能である。ただし、成形性及び設計の自由度を確保する観点では、樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、ＡＢＳ樹脂(アクリロニトリル(Acrylonitrile)、難燃ＡＢＳ樹脂、ブタジエン(Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、ポリプロピレン、トリアセチルセルロース(ＴＡＣ：Triacetylcellulose)、ポリプロピレン(ＰＰ：Polypropylene)、ポリエチレン(ＰＥ：Polyethylene)、ポリスチレン(ＰＳ：Polystyrene)、ＡＳＡ（Acrylate Sthrene Acrylonitrile）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Polyvinyl Chloride）樹脂、及びＰＬＡ（Polylactic Acid）樹脂等が挙げられる。
　強化プラスチック材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon FiberReinforced Plastics）、及びガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber einforced Plastics）が挙げられる。
　（消音器）
　消音器２０は、風路３０内を伝播する音を低減し、より具体的には、風路３０内に風を送る送風源１０の動作に起因して発生する音、詳しくは送風源１０の駆動モータ（不図示）の回転動作に伴って発生する音を消音する。消音器２０は、風路３０に対して設けられ、図１に示すように風路３０の途中位置に設けられている。
　消音器２０は、筐体２１（消音器本体に相当）と、筐体２１の内部に形成された前述の第１風路部３１と、第１風路部３１内の風路空間４１と連通する背面空間２３と、筐体２１（詳しくは、背面空間２３）内に収容された変換機構とを有する。変換機構は、音エネルギーを熱エネルギーに変換する機構であり、本実施形態では吸音材２２とする。
　筐体２１は、本実施形態では、図１に示すように、消音器２０の外縁を規定し、Ｘ方向に延びた中空の直方体（６面体）をなしている。筐体２１を構成する６つの壁のうち、Ｘ方向に互いに対向する一対の壁には、前述したように貫通孔が各々設けられており、上流側の貫通孔には第１風路部３１及び第２風路部３２の各端が接続され、下流側の壁の貫通孔には第１風路部３１及び第３風路部３３の各端が接続されている。
　筐体２１は、本実施形態では、Ｘ方向に垂直な断面が矩形であり、その断面形状はＸ方向において一定である。ただし、これに限定されず、筐体２１の断面形状は、例えば、円形、方形以外の四角形、四角形以外の多角形、あるいは不定形でもよく、Ｘ方向において変化してもよい。
　筐体２１の断面積、より具体的には、筐体２１で囲まれた内部空間の断面積は、第２風路部３２及び第３風路部３３の各々の内部空間の断面積よりも大きい。すなわち、本実施形態では、消音器２０は、第２風路部３２及び第３風路部３３よりも拡張した拡張部となっており、消音器付き風路１００は、拡張型の消音器を備えた風路ともいえる。
　第１風路部３１は、図３に示すように、Ｙ方向における筐体２１の中央において、Ｚ方向における筐体２１の一端(筐体２１における図３の下壁)に接している。厳密には、前述したように、Ｚ方向における第１風路部３１の端（壁４２ｃ）が、Ｚ方向における筐体２１の端の一部を構成している。
　筐体２１を構成する材料については、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、紙材料、強化プラスチック材料、及びカーボンファイバ等が利用可能であり、材料の詳細な種類については、風路３０と同様であるので、説明を省略する。
　筐体２１の内部には、図１に示すように、第１風路部３１内の風路空間４１と連通する背面空間２３が設けられている。背面空間２３は、筐体２１で囲まれた内部空間から第１風路部３１を除いた空間であり、図３に示すように、第１風路部３１を三方から囲んでいる。背面空間２３は、壁４２ａ，４２ｂによって風路空間４１と仕切られており、開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃを介して風路空間４１と連通している。
　背面空間２３には、吸音材２２が配置されている。吸音材２２は、図３に示すように、第１風路部３１を三方から囲んでおり、開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃの各々の少なくとも一部を覆うように背面空間２３に配置されている。本実施形態では、吸音材２２は、開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃの各々の開口の全域を覆っており、背面空間２３の全域に充填されている。
　吸音材２２としては、音エネルギーを熱エネルギーに変換して吸音するものが利用可能である。吸音材２２を構成する材料の一例としては、例えば、発泡体、発泡材料、及び不織布系吸音材等のような多孔質材料が挙げられる。
　発泡体及び発泡材料の具体例としては、イノアック社のカームフレックスＦ及び光社製のウレタンフォーム等のような発泡ウレタンフォーム、軟質ウレタンフォーム、セラミックス粒子焼結材、フェノールフォーム、メラミンフォーム、インシュレーションボード、並びに、ポリアミド製フォーム等が挙げられる。
　不織布系吸音材の具体例としては、３Ｍ社のシンサレート等のようなマイクロファイバー不織布、東京防音社のホワイトキューオン及びブリジストンケービージー社のＱｏｎＰＥＴ等のようなポリエステル製不織布(密度の大きな薄い表面側の不織布と、密度の小さい裏面側の不織布とを有する二層構成のものを含む)及びアクリル繊維不織布等のプラスチック製不織布、ウール及びフェルト等の天然繊維不織布、メルトブローン不織布、金属製不織布、ガラス製不織布、フロアマット、並びに絨毯等が挙げられる。
　上記以外にも、微小な空気を含む材料からなる吸音材、例えば、グラスウール、ロックウール、石膏ボード、木毛セメント板、及びナノファイバー系繊維からなる吸音材等のような種々の吸音材が利用可能である。ナノファイバー系繊維としては、例えば、シリカナノファイバー、及び、三菱ケミカル社製ＸＡＩのようなアクリルナノファイバー等が挙げられる。
　上記のように構成された消音器２０は、風路３０と一体をなすように形成されてもよく、別部品として風路３０に組み付けられてもよい。
　（音響インピーダンス密度）
　本実施形態に係る消音器付き風路１００の構成について、音響インピーダンス密度の観点から改めて説明する。
　音響インピーダンス密度とは、音の伝搬のしやすさを数値で示したものである。音響インピーダンス密度をＺとし、風路３０を流れる空気（気体）の密度をρとし、空気（気体）の音速をｃ、断面積をＡとすると、Ｚ＝ρ×ｃ／Ａが成立する。音響インピーダンス密度Ｚの単位はｒａｙｌ/ｍ２とする。
　本実施形態において、筐体２１の内部空間の音響インピーダンス密度は、第２風路部３２及び第３風路部３３の各々の内部空間の音響インピーダンス密度よりも小さくなる。換言すると、筐体２１の内部空間の音響インピーダンス密度をＺｓとし、第２風路部３２の内部空間の音響インピーダンス密度をＺｉｎとし、第３風路部３３の内部空間の音響インピーダンス密度をＺｏｕｔと定義すると、Ｚｓ＜Ｚｉｎ、且つＺｓ＜Ｚｏｕｔを満たす。
　筐体２１の断面積Ａは、筐体２１で囲まれた内部空間の断面積を意味し、第２風路部３２及び第３風路部３３の各々の断面積Ａは、外縁で囲まれた内部空間の断面積を意味する。また、本実施形態では、消音器付き風路１００には同じ空気が流れるので、Ｚｓ、Ｚｉｎ、及びＺｏｕｔのそれぞれを算出する際に用いる密度ρ及び音速ｃについては、同じ値が適用される。したがって、本実施形態においては、音響インピーダンス密度Ｚは、断面積Ａのみで決定する値であり、断面積Ａに反比例する。筐体２１、第２風路部３２、及び第３風路部３３において、筐体２１の断面積Ａが最も大きいので、筐体２１の音響インピーダンス密度Ｚｓが最も小さくなり、Ｚｓ＜Ｚｉｎ、且つＺｓ＜Ｚｏｕｔを満たすこととなる。
　（伝搬長）
　消音器付き風路１００は、実効伝搬長をαＥとし、筐体２１が共鳴する周波数（具体的には、第１共鳴周波数）の空気の音の波長をλとした場合、－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６を満たす。
　実効伝搬長αＥは、筐体２１内の音波の伝搬空間の特性に基づいて決定され、具体的には、αＥ＝１／Ｒｅ［γ］で求められる。γは媒質の特性で決まる伝搬定数であり、日本音響学会誌６８巻９号（２０１２）で定義されている。Ｒｅ［γ］は、伝搬定数γの実部である。
　第１共鳴周波数の波長λは、第１風路部３１の長さＬ（図４参照）に基づいてλ＝Ｌ／２と決定される。
　なお、「第１共鳴周波数の音」とは、第１風路部３１で、媒質が空気の時に発生する長さに起因した共鳴のうち、最も低い周波数の音を意味する。
　ここで、本実施形態のように、消音器２０の一部に吸音材２２を含む構成においては、実効伝搬長αＥは、αＥ＝α×Ｖs／Ｖｂで求められる。αは吸音材２２の伝搬長であり、Ｖｓは吸音材２２の体積であり、Ｖｂは背面空間２３の体積である。吸音材２２の伝搬長αは、α＝１／Ｒｅ［γ］で求められる。γは伝搬定数であり、Ｒｅ［γ］は、伝搬定数γの実部である。
　本実施形態において、実効伝搬長αＥは、筐体２１内の吸音材２２に基づいて決定される実効伝搬長であり、波長λは、吸音材２２を収容していない状態の筐体２１が共鳴する周波数（具体的には、第１共鳴周波数）の音の波長である。
　伝搬定数γは、音響管と２本のマイクを用いた伝達関数法による測定を行うことで求めることができる。この手法はJIS A1405-2、ISO 10534-2、ASTM E 1050の規格に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のＷｉｎＺａｃと同一の測定原理であるものを用いることができる。この方法で広いスペクトル帯域において伝搬定数を測定することができる。
　「吸音材２２を収容していない状態の筐体２１」とは、背面空間２３内に吸音材２２を配置せずに、背面空間２３が空洞となった状態を意味する。
　実効伝搬長αＥは、本実施形態のように、吸音材２２が背面空間２３の全域に充填されている場合は、Ｖｓ／Ｖｂが１となるため、伝搬長αと一致する。ｌｏｇ１０（αＥ／λ）は、音響抵抗に反比例し、具体的には、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）が大きくなると音響抵抗が小さくなり、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）が小さくなると音響抵抗が大きくなる。
　［本実施形態の作用及び効果］
　本発明者らは、消音器付き風路１００において、－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６を満たすことにより、１０００Ｈｚ以下の低周波数の音に対する消音性能が向上することを見出した（図１４参照）。特に、上記の数値条件と満たした場合、透過率の高い共鳴周波数、より具体的には第１共鳴周波数（図１４においては、８５０Ｈｚ）の音に対して、音が軽減したと人が認識し得る透過損失３ｄＢ以上の消音効果が発揮されることが明らかとなった。
　そして、上記の数値条件を満たすように消音器２０の構成を設定することにより、消音器内に収容する吸音材の体積を必要以上に増やす必要がなくなるので、消音器（消音器付き風路）の大型化が抑制される。
　以上のように、消音器付き風路１００によれば、大型化を抑制しつつ、低周波数（具体的には、１０００Ｈｚ以下）の音に対する消音性能を向上させることができる。
　なお、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）が大きくなり０．７６以上になった場合には、音響抵抗が小さくなるので、吸音性能が低減する。さらに、消音器２０内で第１共鳴周波数での共鳴が発生するので、所望の消音効果が得られない。一方で、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）が小さくなり－１．９７以下になった場合には、吸音材が剛体と同じ挙動を示すために吸音性能が剛体と同程度のレベルまで下がってしまう（すなわち、音響抵抗が大きくなる）ために、所望の消音効果が得られない。
　また、消音器付き風路１００では、－１．８０＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．４８を満たすことがより好ましく、この場合、第１共鳴周波数の音に対して、透過損失５ｄＢ以上の消音効果を発揮することができる。さらに、消音器付き風路１００では、－１．６９＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．２７を満たすことが最も好ましく、この場合、第１共鳴周波数の音に対して、透過損失７ｄＢ以上の消音効果を発揮することができる。
　本実施形態に係る消音器付き風路１００では、図２に示すように、筐体２１の断面積が第２風路部３２及び第３風路部３３の各々の断面積よりも大きく、すなわち消音器２０が拡張部をなしている。これにより、音響インピーダンス密度Ｚにおける、Ｚｓ＜Ｚｉｎ、且つＺｓ＜Ｚｏｕｔの関係を満たす消音器が実現される。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、風路壁４２には、図１に示すように、開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃが設けられている。これにより、風路空間４１と背面空間２３とが連通し、風路空間４１内の音が背面空間２３内の吸音材２２に進入できる結果、消音器２０の消音効果が適切に発揮されるようになる。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃについて、Ａ１とＡ２の和に対するＡ１の割合が、１０％超且つ８５％未満である。これにより、図１５に示すように、第１共鳴周波数よりも低い周波数（図１５においては、３５５Ｈｚ）の音において、消音器２０の消音効果が適切に発揮されるようになる。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、図４に示すように、開口４３ａ，４３ｂが、Ｘ方向における第１風路部３１の中央に位置する。これにより、第１風路部３１内を流れる空気（風）の粒子速度が速くなる位置に開口４３ａ，４３ｂが設けられ、この位置に吸音材２２が配置されることとなり、第１共鳴周波数の音をより効果的に消音することができる。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、開口４３ａ，４３ｂは、Ｘ方向における第１風路部３１の中央からＬ／４以内に位置する。これにより、第１風路部３１内を流れる空気（風）の粒子速度が速くなる位置に開口４３ａ，４３ｂを設ける効果がより有効に発揮されるため、第１共鳴周波数の音をさらに効果的に消音することができる。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、図３に示すように、Ｚ方向における第１風路部３１の端に位置する壁４２ｃが、Ｚ方向における筐体２１の端（図３の下側の端）の一部を構成している。これにより、第１風路部３１における壁４２ｃとはＺ方向に反対側の端（すなわち、開口４３ｃ）と、筐体２１における壁４２ｃとはＺ方向に反対側の端（図３の上側の端）との間隔が十分に確保される。その結果、図５に示すように第１風路部３１がＺ方向における筐体２１の中央に配置されている場合と比べて、消音器２０における消音のピーク周波数を低周波数側にシフトさせることができる(図１８参照)。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、風路壁４２は、Ｙ方向において、風路空間４１を挟んで互いに対向する一対の壁４２ａ，４２ｂを有する。これにより、Ｙ方向において風路空間４１の位置を一対の壁４２ａ，４２ｂによって規定し、送風源１０から送られる風を筐体２１内、すなわち第１風路部３１にて適切に送ることができる。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、一対の壁４２ａ，４２ｂの各々には、開口４３ａ，４３ｂが設けられている。これにより、一対の壁４２ａ，４２ｂの各々と隣り合う吸音材２２の領域に対して風路空間４１内の音が進入できるので、消音器２０の消音効果が適切に発揮される。
　また、本実施形態に係る消音器付き風路１００では、風路３０内に風を送る送風源１０の動作に起因して発生する音を消音する。例えば、消音器付き風路１００は、空調又は換気等の目的で建物内の所定空間（例えば、部屋等）に風を送風する送風システムにおいて、消音効果を発揮することができる。
　［その他の実施形態］
　以上までに、本発明の消音器付き風路に関する一つの実施形態を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得る。また、本発明には、その等価物が含まれることは勿論である。
　上記の実施形態では、音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構は、吸音材２２であるとした。ただし、これに限定されず、変換機構として吸音材２２を用いず、例えば、壁面摩擦を用いた構成であってもよい。具体的には、背面空間２３を画成する壁面（すなわち、図３に示す、筐体２１の内壁面、及び風路壁４２の外壁面）に付与された表面粗さに基づいて、音エネルギーを熱エネルギーに変換してもよい。
　また、上記の実施形態では、図３に示すように、Ｚ方向における第１風路部３１の端をなす壁４２ｃが、Ｚ方向における筐体２１の端（筐体２１における図３の下壁）の一部を構成していた。ただし、これに限定されず、図５に示す消音器２０Ａのように、上記の壁４２ｃが、Ｚ方向において筐体２１の端（筐体２１における図５の下壁）から間隔を空けて配置されてもよい。この場合、壁４２ｃと筐体２１との間隔（背面空間）には、図５に示すように、吸音材２２Ａが配置されてもよい。
　また、上記の実施形態では、図１に示すように、一対の壁４２ａ，４２ｂの各々には、開口４３ａ，４３ｂが１つずつ設けられていることとした。ただし、これに限定されず、一対の壁４２ａ，４２ｂの各々には複数の開口が設けられてもよい。例えば、壁４２ａ，４２ｂの各々は、複数の貫通孔（開口）が設けられたパンチングメタル、又は金網等で構成されてもよい。
　また、上記の実施形態では、図３に示すように、吸音材２２は、背面空間２３の全域に充填されていた。ただし、これに限定されず、図６に示す消音器２０Ｂのように、背面空間２３の一部にのみ吸音材２２Ｂが配置されてもよい。例えば、図６に示すように、背面空間２３のうち、風路空間４１を挟んでＹ方向の両側に位置する領域のそれぞれにおいて、その領域よりもＹ方向における厚みが十分に薄い吸音材２２Ｂを開口４３ａ，４３ｂに沿って配置してもよい。
　また、図７に示す消音器２０Ｃのように、吸音材２２Ｃに対して、風路空間４１と背面空間２３とを連通し、吸音材２２Ｃを貫通する１以上の連通孔２４Ｃ（連通路）が設けられてもよい。
　また、上記の実施形態では、風路壁４２には、図１に示すように、複数の開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃが設けられていることとした。開口４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第１風路部３１の三方に位置し、より具体的には、図３に示すように、第１風路部３１の外縁において、Ｚ方向の一端（壁４２ｃと反対側）と、Ｙ方向の両端とに位置するとした。ただし、これに限定されず、例えば、図８に示す消音器２０Ｄのように、開口４３ｃのみが風路壁４２に設けられてもよい。この場合、第１風路部３１のＹ方向の両端に配置された風路壁４２には開口は設けられず、図８に示すように、背面空間２３のうち、Ｙ方向において風路壁４２よりも外側に位置する領域には、吸音材２２が配置されなくてもよい。
　また、上記の実施形態では、一対の壁４２ａ，４２ｂは、図４に示すように、Ｘ方向に沿って延出し、剛性を有する平坦な壁であることとした。ただし、これに限定されず、図９に示す消音器２０Ｅのように、壁４２ａ，４２ｂは、Ｘ方向に対して傾斜した方向に沿って延出して剛体の壁であってもよい。より具体的には、図９に示すように、開口４３ａ，４３ｂよりもＸ方向の上流側に配置された一対の壁４２ａ，４２ｂは、下流側に向かうにつれてＹ方向の外側（背面空間２３側）に向かって傾斜して延びてもよい。一方で、開口４３ａ，４３ｂよりもＸ方向の下流側に配置された一対の壁４２ａ，４２ｂは、下流側に向かうにつれてＹ方向の内側（風路空間４１側）に向かって傾斜して延びてもよい。
　また、上記の実施形態では、筐体２１のＸ方向に垂直な断面が、図１に示すように、矩形であり、その断面形状がＸ方向において一定の形状に維持されることとした。ただし、これに限定されず、筐体の断面は、円形、方形以外の四角形、四角形以外の多角形、あるいは不定形でもよく、Ｘ方向において変化してもよい。例えば、図１０に示す消音器２０Ｆのように、筐体２１Ｆは、Ｘ方向に垂直な断面が多角形であり、Ｘ方向の外側（すなわち、第２風路部３２及び第３風路部３３に向かう方向）に向かうにつれて、断面積が小さくなってもよい。
　また、上記の実施形態では、図１に示すように、第１風路部３１、第２風路部３２、及び第３風路部３３の各々は、Ｘ方向に延出する直線状の風路部であり、各風路部の中心軸は、いずれもＸ方向に延び、且つ同じ仮想線上に位置することとした。ただし、これに限定されず、図１１に示す消音器２０Ｇのように、第１風路部３１Ｇが延出する方向（Ｘ方向）が、第２風路部３２Ｇ及び第３風路部３３Ｇが延出する方向に対し、傾斜して延びていてもよい。
　また、第１風路部３１Ｇを収容する筐体２１Ｇは、第１風路部３１Ｇが延出する方向（Ｘ方向）に応じて構成を変更してもよく、例えば、図１１に示すように、筐体２１Ｇが延出する方向が、第２風路部３２Ｇ及び第３風路部３３Ｇが延出する方向に対して、傾斜してもよい。
　以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
　本発明に係る消音器付き風路による効果について、シミュレーション１～４を行った。シミュレーションは、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver6.0（ＣＯＭＳＯＬ社）の音響モジュールを用いて行なった。
　＜シミュレーション１＞
　シミュレーション１は、３つの条件（比較例１、２及び実施例１）を設定して行った。
　［比較例１］
　比較例１では、消音器付き風路の計算モデルを生成した。計算モデルは、上記の実施形態で示した図１～４と同一の構成とした。具体的には、第１風路部の寸法を、長さ２００ｍｍ（図４における長さＬの寸法）、幅２１ｍｍ（Ｙ方向の長さ）、高さ２１ｍｍ（Ｚ方向の長さ）に設定した。Ｙ方向に互いに対向する一対の壁（図１の壁４２ａ，４２ｂに相当）の各々に設けられた開口（図１の開口４３ａ，４３ｂに相当）を、Ｘ方向における第１風路部の中央に配置し、その寸法を、長さ１４０ｍｍ（Ｘ方向）、高さ２１ｍｍ（Ｚ方向）に設定した。
　背面空間の全体には、吸音材を充填し、その吸音材の流れ抵抗を１８Ｐａ・ｓ／ｍ２に設定した。また、消音器の第１共鳴周波数を８５０Ｈｚと設定し、その周波数の音の波長λを１００ｍｍ（＝Ｌ／２）を設定した。これにより、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）は１．０２となった。
　風路を流れる空気について、密度ρを１．２９ｋｇ／ｍ３とし、その空気中を伝播する音の音速ｃを３４０ｍ／ｓに設定した。また、筐体の断面積を０．００４ｍ２に設定し、第２風路部及び第３風路部のそれぞれの断面積を０．０００４４１ｍ２に設定した。これにより、筐体の内部空間の音響インピーダンス密度Ｚｓは１０９６５０ｒａｙｌ/ｍ２となり、第２風路部の音響インピーダンス密度Ｚｉｎ、及び第３風路部の音響インピーダンス密度Ｚｏｕｔは９９４５５８ｒａｙｌ/ｍ２となった。
　［比較例２］
　比較例２では、吸音材の流れ抵抗を１８０００００Ｐａ・ｓ／ｍ２に設定した。これにより、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）は－２．０７となった。それ以外の条件は、比較例１と同様である。
　［実施例１］
　実施例１では、吸音材の流れ抵抗を１４３８４Ｐａ・ｓ／ｍ２に設定した。これにより、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）は－０．７６となった。それ以外の条件は、比較例１と同様である。
　［シミュレーション１の結果］
　前述した消音器付き風路の計算モデルを通過する音の周波数と、消音器による音の透過損失との関係についてシミュレーションを実施し、その結果を図１２～１４に示す。
　シミュレーションでは、送風源が出射する音（音波）を、消音器付き風路の入口（詳しくは、第２風路部の上流側の端）に入射させ、消音器付き風路の出口（詳しくは、第３風路部の下流側の端）に到達する音の単位面積あたりの振幅を求めた（計算モデルは図１参照）。送風源が出射する音の単位面積あたりの振幅を１とした。そして、送風源が出射する音の振幅と、消音器付き風路の出口に到達する音の振幅の比から、透過損失を求めた。
　図１２は、周波数とｌｏｇ１０（αＥ／λ）と透過損失との関係を示す図である。図１３は、第１共鳴周波数８５０Ｈｚの音における、ｌｏｇ１０（αＥ／λ）と透過損失との関係を示す図であり、図１２における周波数８５０Ｈｚの断面である。図１４は、比較例１、比較例２、及び実施例１のそれぞれにおける、周波数と透過損失との関係を示す図である。
　図１３に示すように、第１共鳴周波数８５０Ｈｚにおいて、比較例１及び２では、透過損失３ｄＢ未満の消音効果しか得られなかったが、実施例１では透過損失３ｄＢの消音効果が得られることが分かった。透過損失が３ｄＢ以上上昇したということは、前述したように、人が認識できる程度に音が軽減されたことを意味する。つまり、図１３に示すように、実施例１は、－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６という条件を満たすことで、透過損失３ｄＢ以上の消音効果が得られることが分かった。
　また、図１４に示すように、実施例１は、比較例１及び２のいずれに対しても、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを含む１０００Ｈｚ以下の低周波数の音において、透過損失が大きくなり、消音器の消音効果が適切に発揮されることが分かった。
　［シミュレーション２］
　実施例１の計算モデルをベースに、開口率を変更した計算モデルを生成した。具体的には、第１風路部を挟む一対の風路壁に形成された一対の開口（図１の開口４３ａ，４３ｂに相当）について、開口のＸ方向の幅寸法を変更することにより、開口率の変更を行った。なお、いずれの開口率においても、一対の開口のそれぞれをＸ方向における第１風路部の中央に配置した。
　実施例２では、実施例１と異なり、図５に示すように、第１風路部をＺ方向における筐体の中央に配置した。また、第１風路部の外縁（４面）と筐体との間の空間、すなわち背面空間には、背面空間全体に亘って吸音材を充填させた。
　［シミュレーション２の結果］
　設定された周波数（具体的には、３５５Ｈｚ及び８５０Ｈｚ）の音が消音器付き風路の計算モデルを通過した場合の音の透過率と、開口率との関係についてシミュレーションを実施し、その結果を図１５に示す。図１５は、開口率と透過率との関係を示す図であり、横軸が開口率を示し、縦軸が透過率を示す。
　図１５に示すように、開口率が１０％超且つ８５％未満の範囲にある場合、低周波数の音、特に、第１共鳴周波数８５０Ｈｚよりも低周波数の３５５Ｈｚの音について、透過率が低減することが分かった。
　［シミュレーション３］
　実施例１の計算モデルをベースに、第１風路部を挟む一対の風路壁に形成された一対の開口（図１の開口４３ａ，４３ｂに相当）のＸ方向における位置を変更した計算モデルを生成した。具体的には、一対の開口の各々について、第１風路部のＺ方向と平行な中心線を基準に、開口のＺ方向と平行な中心線までのＸ方向における距離を変更した。なお、いずれの開口位置においても、Ｘ方向における開口幅を４０ｍｍに設定した。
　［シミュレーション３の結果］
　開口位置を変えた場合の、消音器付き風路の計算モデルを通過する音の周波数と、その音の透過損失との関係についてシミュレーションを実施し、その結果を図１６及び１７に示す。図１６は、それぞれの開口位置について、周波数と透過率との関係を示す図であり、横軸が周波数を示し、縦軸が透過率を示す。図１７は、第１共鳴周波数の音について、開口位置と透過率との関係を示す図であり、横軸が、第１風路部の中心線から開口の中心線までのＸ方向における距離（以下、距離Ｄとよぶ）を示し、縦軸が第１共鳴周波数８５０Ｈｚにおける透過率を示す。
　図１６に示すように、距離Ｄを８０ｍｍに設定した場合、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを含む周波数帯域において、第１共鳴周波数をピークとして透過率が高くなっている。一方で、距離Ｄを短くしていくと、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを中心とする周波数帯の透過率が低減し、距離Ｄが０ｍｍでは、第１共鳴周波数以外の低周波の帯域と同じ程度の透過率になることが分かった。これは、第１風路部内を流れる空気の粒子速度が速い位置に開口が配置されたため、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを中心とする周波数帯の透過率が低減したと推察される。
　なお、距離Ｄを０ｍｍに設定した場合であっても、消音器内に吸音材を配置しない条件において、図１６の一点鎖線で示すように、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを含む周波数帯域、及び他の共鳴周波数を含む周波数帯域において透過率が高くなることが分かった。
　なお、距離Ｄを短くしていくと、第１共鳴周波数８５０Ｈｚを中心とする周波数帯の透過率が低減する一方で、第２共鳴周波数（１８００Ｈｚ付近）を中心とする周波数帯の透過率は上昇することが分かった。つまり、距離Ｄを短くするほど、消音ピークの周波数が低周波数側にシフトすることが分かった。
　また、図１７に示すように、第１共鳴周波数８５０Ｈｚにおいては、距離ＤをＬ／４（シミュレーション３のケースでは、Ｄ＝５０ｍｍ）以内に設定することにより、透過率を１２％以下に抑制可能であることが分かった。
　［シミュレーション４］
　実施例１の計算モデルをベースに、筐体に対する第１風路部のＺ方向における位置を変更した計算モデルを生成した。具体的には、Ｚ方向において、第１風路部の端（図３の壁４２ｃに相当）の位置を、３つのパターンで設定した。第１のパターンでは、第１風路部の端を、図３に示すように筐体の一端（図３の筐体２１の下端）に設定した。第２のパターンでは、第１風路部の端を、図５に示すようにＺ方向における筐体の中央部に設定した。第３のパターンでは、第１風路部の端を、第１のパターンと第２のパターンの間の位置に設定した。
　［シミュレーション４の結果］
　第１風路部の端の位置を変えた場合の、消音器付き風路の計算モデルを通過する音の周波数と、その音の透過損失との関係についてシミュレーションを実施し、その結果を図１８に示す。図１８は、第１風路部のＺ方向における位置に応じて決まる、周波数と透過損失との関係を示す図であり、横軸が周波数を示し、縦軸が透過損失を示す。
　図１８において、太線の実線で示す「底面」とは、Ｚ方向における第１風路部の端が第１のパターンの位置である場合を意味する。
　図１８において、細線の実線で示す「中央」とは、Ｚ方向における第１風路部の端が第２のパターンの位置である場合を意味する。
　図１８において、破線で示された「中間」とは、Ｚ方向における第１風路部の端が第３のパターンの位置である場合を意味する。
　図１８に示すように、Ｚ方向において第１風路部の位置が筐体の中央から筐体の一端（底）に向かうにつれて、消音ピークの周波数が低周波数側にシフトするのがわかった。
　以上までに説明してきたシミュレーションの結果から、本発明の効果は明らかである。
　１０　送風源（送風機）
　１２　上流側風路
　１４　下流側風路
　２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ　消音器
　２１，２１Ｆ，２１Ｇ　筐体（消音器本体）
　２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ　吸音材
　２３　背面空間
　２４Ｃ　連通孔
　３０　風路
　３１，３１Ｇ　第１風路部
　３２，３２Ｇ　第２風路部
　３３，３３Ｇ　第３風路部
　４１　風路空間
　４２　風路壁
　４２ａ，４２ｂ，４２ｃ　壁
　４３ａ，４３ｂ，４３ｃ　開口
　１００　消音器付き風路
Ｄ　距離
Ｌ　長さ
Ｓ　送風システム
Ｗ　外壁

Claims (11)

  1. 　風路の途中位置に消音器を配置して構成される消音器付き風路において、
    　前記消音器は、消音器本体と、消音器本体内に収容された音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構と、を有し、
    　前記風路は、前記消音器本体の内部に形成された第１風路部と、前記第１風路部よりも上流側に位置する第２風路部と、前記第１風路部の下流側に位置する第３風路部と、を有し、
    　前記消音器本体の内部空間の音響インピーダンス密度は、前記第２風路部及び前記第３風路部の各々の内部空間の音響インピーダンス密度よりも小さく、
    　前記消音器本体内の音波の伝搬空間の特性に基づいて決定される実効伝搬長をαＥとし、
    　前記第１風路部の長さに基づいて決定され、前記消音器本体が共鳴する周波数の音の波長をλとした場合、
    　－１．９７＜ｌｏｇ１０（αＥ／λ）＜０．７６を満たす、消音器付き風路。
  2. 　前記消音器本体は、筐体であり、
    　前記筐体の断面積は、前記第２風路部及び前記第３風路部の各々の断面積よりも大きく、
    　前記筐体の内部には、前記第１風路部内の風路空間と連通する背面空間が設けられている、請求項１に記載の消音器付き風路。
  3. 　前記第１風路部は、前記風路空間を仕切る風路壁を有し、
    　前記風路壁には、前記風路空間と前記背面空間とを連通する１以上の開口が設けられている、請求項２に記載の消音器付き風路。
  4. 　前記１以上の開口のすべての開口面積を合計した合計面積をＡ１とし、前記風路空間と接する前記風路壁の全体の面積をＡ２とした場合に、Ａ１とＡ２との和に対するＡ１の割合は、１０％超且つ８５％未満である、請求項３に記載の消音器付き風路。
  5. 　前記変換機構は、吸音材である、請求項３に記載の消音器付き風路。
  6. 　前記吸音材は、前記開口の少なくとも一部を覆うように前記背面空間に位置し、
    　前記開口は、前記第１風路部が延出する第１方向における前記第１風路部の中央に位置する、請求項５に記載の消音器付き風路。
  7. 　前記第１方向における前記第１風路部の長さをＬとした場合、
    　前記開口は、前記第１方向における前記第１風路部の中央からＬ／４以内に位置する、請求項６に記載の消音器付き風路。
  8. 　前記第１風路部が延出する第１方向と交差する第２方向における前記第１風路部の端が、前記第２方向における前記筐体の端の一部を構成している、請求項２に記載の消音器付き風路。
  9. 　前記風路壁は、前記第１風路部が延出する第１方向と交差する方向において、前記風路空間を挟んで互いに対向する一対の壁を有する、請求項３に記載の消音器付き風路。
  10. 　前記一対の壁の各々には、前記開口が設けられている、請求項９に記載の消音器付き風路。
  11. 　前記消音器は、前記風路内に風を送る送風機の動作に起因して発生する音を消音する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の消音器付き風路。
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