JPH07181982A - 能動的消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型のダクトにおいて、高音側でも消音効果
のある能動的消音装置を提供する。 【構成】 ダクト内を伝播する騒音を検出する検出手段
と、騒音を打ち消すための消音用の音波をダクト内に放
出する音波発生手段と、検出手段から送信される入力信
号を処理し音波発生手段に送信する出力信号を生成する
演算処理手段とを備え、ダクト１０の内部に設置された
内筒２０と、内筒とダクトの間の環状断面の領域を複数
の扇形断面の領域に仕切る仕切板３０とを備え、扇形断
面の領域の断面の最大寸法は、消音すべき音波の最高周
波数成分に対応する波長の０．６５倍以下であり、仕切
板３０の長手方向の長さは、消音すべき音波の最低周波
数成分に対応する波長と同等か又はそれ以上であり、消
音用の音波が扇形断面の領域内に放出されるように音波
発生手段５０が設置されている能動的消音装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ダクト内を伝播する
騒音を抑制するための能動的消音装置、特に大型の管ダ
クトの能動的消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】能動的消音装置は、通常のダクトに比較
的容易に適用できることと、他の消音装置に比べて特に
低周波の音波に対して消音効果が大きいことから、広く
用いられつつある。

【０００３】図４は、従来技術の能動的消音装置を示す
図である。図中、１０はダクト、４０は演算処理装置、
５０は音波発生手段、６０はモニタマイクロホン、７０
は入力信号、８０は出力信号、９０はモニタ信号をそれ
ぞれ示す。

【０００４】この図の装置では、図示しない検出手段が
ダクトの上流側（音源に近い方）又は音源そのものに設
置されており、採取された騒音に対応する信号が入力信
号７０として演算処理装置４０に送信される。演算処理
装置４０は、入力信号７０を演算処理し、消音用の音波
を発生させるための出力信号８０を出力しスピーカ等の
音波発生手段５０に送る。ここでは、入力信号７０に対
して採取位置からの距離、音速等による波形の補正等を
行い、消音用の音波が音波発生手段５０の位置で騒音の
音波を打ち消すような位相と強度となるように、音波発
生手段５０を制御するための出力信号８０を生成してい
る。

【０００５】モニタマイクロホン６０は騒音の変化（減
少状況）を監視するために設置されている。例えば、特
開平３−４０５９８号公報では、演算処理装置４０に適
応制御方式を用いており、モニタマイクロホン６０で検
出された結果をフィードバックして演算処理の各種のパ
ラメータを修正し、消音効果の向上を計っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダクト
の大型化に伴い、能動的消音装置の消音効果が高音側で
低下するという問題点がある。能動的消音装置は、スピ
ーカ等の音波発生手段で、騒音の音波とは逆の位相の消
音用の音波を発生させることにより、騒音を打ち消して
いる。そのためには、騒音の音波の位相が揃っているこ
と、即ちダクト内の断面における音波の位相が同一であ
ることが必要である。一般に、管内を伝播する音波の位
相は、低音域ではダクト内の断面において同一である
が、高音域では同一でない。従って、音波の位相が揃っ
ていない音波成分、即ち高音側の音波成分に対しては、
消音効果がなくなる。

【０００７】この消音効果がなくなる周波数（遮断周波
数）は、ダクトの断面の寸法により決まり、断面の形状
が同一であればその寸法に反比例する。そのため、大型
のダクトではこの遮断周波数が低音側にシフトする。そ
の結果、大型のダクトでは、消音したい騒音の成分の周
波数が遮断周波数より高くなり消音されないという問題
が起きている。

【０００８】この問題に対処するには、大型のダクトを
複数の小型のダクトに分岐させて、個々の小型のダクト
について能動的消音装置を設置すればよいが、分岐のた
めの特別なダクトが必要となり、また、ダクトが複数と
なるためそのための余分な設置場所が必要となる。特に
大型のダクトに多く見られる円形断面の管ダクトについ
ては、角形ダクトに比べて分岐のためのダクトが複雑な
形状となるという問題点がある。

【０００９】本発明は波長の短い音波成分についても、
ダクト内の断面における音波の位相を揃える手段を検討
して得られたもので、高音側でも消音効果のある能動的
消音装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、ダクト内を
伝播する騒音を検出する検出手段と、騒音を打ち消すた
めの消音用の音波をダクト内に放出する音波発生手段
と、検出手段から送信される入力信号を処理し音波発生
手段に送信する出力信号を生成する演算処理手段とを備
えた能動的消音装置において、（イ）ダクトの内部に設
置された内筒と、（ロ）この内筒とダクトの間の環状断
面の領域を複数の扇形断面の領域に仕切る仕切板とを備
え、（ハ）これらの扇形断面の領域の断面の最大寸法
は、消音すべき音波の最高周波数成分に対応する波長の
０．６５倍以下であり、（ニ）前記仕切板の長手方向の
長さは、消音すべき音波の最低周波数成分に対応する波
長と同等か又はそれ以上であり、（ホ）消音用の音波が
これらの扇形断面の領域内に放出されるように、前記音
波発生手段が設置されていることを特徴とする能動的消
音装置である。

【００１１】

【作用】本発明では、ダクト内を内筒と仕切板により適
切な大きさの扇形断面の領域に分けることにより、ダク
ト内の断面における音波の位相を揃えることができる。
これについて説明する。

【００１２】まず、ダクト内を仕切板でどのような大き
さの領域に仕切ればよいか、実験により調べた。その結
果、仕切板により形成された扇形断面の領域について
は、扇形の角から角の距離が５０ｃｍの場合、遮断周波
数が４４０Ｈｚとなった。これは波長にすると常温で７
７．３ｃｍである。これより、扇形断面の領域の断面の
最大寸法を、消音すべき音波成分の周波数に対応する波
長の０．６５倍以下とすれば、ダクトの断面におけるそ
の音波成分については位相が同一となり、消音効果が期
待できることがわかる。

【００１３】次に、消音用の音波発生手段の取付け方法
について説明する。扇形断面の領域内の騒音に対して
は、ダクトの外周部に音波発生手段を取付けるのがメン
テナンス等の観点からは望ましい。内筒の内部の騒音に
対しては、通常の能動的消音装置と同様に装置を取付け
ればよい。但し、スピーカ等の音波発生手段を仕切板で
仕切られた領域内に設けると、その領域内の音場を乱し
消音効果を損なうので、内筒を仕切板のない部分に延長
し取付けた方がよい。なお、排気ガス等の高温ガスに適
用する場合、この内筒の消音装置には保護装置や冷却装
置を適宜用いることが望ましい。

【００１４】本発明では、内筒に対して能動的消音装置
を設置せず、内筒を単に塞いでおくだけでもよい。その
場合、ダクト内の流路の断面積が内筒の分だけ減るの
で、流路の抵抗が若干増える。これを緩和するために
は、内筒の両端の形状を流線型としたり、または内筒の
内部にマフラのような受動型の消音装置を組み込む等の
対策により、流路の抵抗の増加を多少抑えることができ
る。

【００１５】内筒を塞ぐ方式において、流路の抵抗を増
やさずに能動的消音装置を取付けたい場合は、内筒の断
面積に相当する分ダクト径を大きくする。例えば内筒の
外径をダクトの内径の５０％とやや大きめに設定した場
合、流路の断面積は２５％減るのでダクト内の断面積を
２５％増やす必要がある。しかし、能動的消音装置をと
りつける部分のダクトの外径は、簡単な計算により１２
％弱増やすだけで済む。この程度の管径の差は径違いの
継手管やテーパ管を用いることにより、配管抵抗等を特
に増加させることもなく、容易に実施可能である。

【００１６】また、ダクトの外周部にスピーカ等の消音
用の装置を取りつけると、装置取付けのためのスペース
が必要である。そこで、内筒を塞ぐ方式において、これ
らの消音用の装置を内筒の内部に取り付けることもでき
る。このようにすると、ダクトの外部に必要であった装
置取付けのためのスペースが不要となる。また、一般に
このような大型のダクトが設置される屋外では、雨仕舞
等の設備（屋根、防水カバー等）が必要であるが、これ
も消音用の装置を内筒の内部に取りつけることで不要と
なり、配管施工もし易くなる。

【００１７】更に、消音用の装置を内筒の内部に取付け
る場合、消音用の音波を放出するスピーカ等の音波発生
手段は、複数の扇形断面の領域で共用としてもよい。こ
の場合、音波発生手段は１つで、内筒の側面に音波の放
出口を各扇形断面の領域に対して設けておけばよい。な
お、この手段を採用するに当たっては、ダクト内の音場
が各扇形断面の領域について等しくなるよう、この装置
の直前直後におけるベンド管・分岐管等の接続を避ける
ことが望ましい。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の能動的消音装置を示す図で
ある。図中、１０はダクト、２０は内筒、３０は仕切
板、４０は演算処理装置、５０は音波発生手段、６０は
モニタマイクロホン、７０は入力信号、８０は出力信
号、９０はモニタ信号をそれぞれ示す。

【００１９】ダクト１０の内径は１ｍ、内筒の外形は５
０ｃｍである。仕切板はダクトの半径方向に６枚取りつ
けられており、ダクト１０と内筒２０の間の領域を６つ
の扇形断面の領域に分けている。ダクトの外周部には、
各扇形断面の領域に対してスピーカ等の音波発生手段５
０とモニタマイクロホン６０が取りつけられている。仕
切板２０のダクト長手方向の長さは、消音したい騒音の
最低周波数成分を５０Ｈｚ（波長：常温で６．８ｍ）と
したので、７ｍとしてある。

【００２０】内筒２０についても、図示しないスピーカ
とモニタマイクロホンが取りつけられている。この内筒
の消音装置のみは従来技術と同様の装置構成となるが、
その取付け位置は仕切板の取りつけられている部分を避
けてある。

【００２１】図２は、ダクト内部の音場について調査し
た結果を示す図であり、（ａ）は本発明の装置（図１に
示した装置）、（ｂ）は比較例の装置について、それぞ
れダクトの上流側から試験音波を伝播させて音場を測定
した結果を示す。図中、縦軸はダクト長手方向に垂直な
断面内の２つの測定点における音波の位相の差Δを表
し、横軸は試験音波の周波数ｆを表す。

【００２２】音波の測定点は、本発明の装置（図２ａ）
においては、扇形の領域の１つについてその仕切板付近
の外筒側の２点とし、比較例の装置（図２ｂ）において
は、ダクトの直径上の外板付近の２点とした。従って、
測定はいずれも各領域の断面内で最大寸法となる箇所
（扇形の２つの角、円の直径等）の付近となるようにし
て実施されている。

【００２３】本発明の装置における測定結果（図２の
ａ）は、４４０Ｈｚ以上の周波数で２つの測定点におけ
る位相の差Δが大きく振れ始め、この周波数が遮断周波
数であることを示している。これに対し、比較例の装置
における測定結果（図２のｂ）は、２００Ｈｚで位相の
差Δが大きく振れ始めている。本発明の装置により、遮
断周波数が２．２倍にシフトし、高音域まで消音効果が
期待できることを示している。

【００２４】図３は、図１に示した実施例における騒音
の周波数特性を示す図である。図中、縦軸は音圧レベル
Ｐ、横軸は周波数ｆ、Ａは本発明における測定結果、Ｂ
は比較例（同じダクト径で消音装置がない場合）におけ
る測定結果をそれぞれ示す。比較例Ｂでは、４００Ｈｚ
まで７５〜８５ｄＢの音圧レベルであった騒音が、発明
では６０ｄＢ前後のレベルまで低下している。遮断周波
数の４４０Ｈｚに近づくと消音効果は小さくなっている
が、騒音自体の音圧レベルも低くなってくるので、実用
上十分の消音効果である。

【００２５】

【発明の効果】ダクト内に内筒と仕切板を設置して、ダ
クト内の断面を適切な寸法の領域に分けることにより、
大型ダクト内の騒音について従来技術では不可能であっ
た高周波域の消音が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の能動的消音装置を示す図。

【図２】ダクト内部の２点における音波の位相の差を示
す図。（ａ）本発明の装置、（ｂ）比較例の装置。

【図３】ダクト内における騒音の周波数特性を示す図。

【図４】従来技術の能動的消音装置を示す図。

【符号の説明】

１０ ダクト ２０ 内筒 ３０ 仕切板 ４０ 演算処理装置 ５０ 音波発生手段 ７０ 入力信号 ８０ 出力信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１０Ｋ 11/16

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内を伝播する騒音を検出する検出
   手段と、騒音を打ち消すための消音用の音波をダクト内
   に放出する音波発生手段と、検出手段から送信される入
   力信号を処理し音波発生手段に送信する出力信号を生成
   する演算処理手段とを備えた能動的消音装置において、
   （イ）ダクトの内部に設置された内筒と、（ロ）この内
   筒とダクトの間の環状断面の領域を複数の扇形断面の領
   域に仕切る仕切板とを備え、（ハ）これらの扇形断面の
   領域の断面の最大寸法は、消音すべき音波の最高周波数
   成分に対応する波長の０．６５倍以下であり、（ニ）前
   記仕切板の長手方向の長さは、消音すべき音波の最低周
   波数成分に対応する波長と同等か又はそれ以上であり、
   （ホ）消音用の音波がこれらの扇形断面の領域内に放出
   されるように、前記音波発生手段が設置されていること
   を特徴とする能動的消音装置。