JPH0777992A - アクティブ型消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温雰囲気中でも使用することができ、十分
に低周波騒音を消去することができるアクティブ型消音
装置を提供すること。 【構成】 消音すべき排気ダクト１の適宜位置にダクト
１内騒音を補捉するセンサマイク２を取り付け、該セン
サマイク２の下流側の適宜離隔した位置にスピーカ装置
５を取り付け、さらに下流側にエラーマイク６を取り付
ける。スピーカ装置５はホーン11を有するホーン型スピ
ーカとしてあり、該ホーン11のスロート部11b に、該ス
ロート部11b と連通したエアチャンバ12を設ける。この
エアチャンバ12に冷却用空気を導入してスロート部11b
の内部に該冷却用空気を供給する。センサマイク２で補
捉された被消去音Ｓの波形信号がコントローラ３で解析
されて、増幅器に対して干渉音信号を出力し、スピーカ
装置５が該信号によって駆動され、被消去音Ｓと干渉音
とが干渉し合って打ち消し合う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に騒音に対して、
振幅が等しく、位相が逆となった付加音を放射して、音
波の干渉によって該騒音を低減するために用いられるア
クティブ型消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、室内環境を音場の面から快適にす
るために、騒音などを消去するための消音システムが注
目されている。消音システムとしては、例えば空調装置
の送風機騒音を消去するためのものとして、空調用ダク
トの適宜箇所に消音エルボや吸音ダクトなどパッシブ型
消音装置である吸音材型消音装置が配設されたものがあ
る。しかし、この吸音材型消音装置によって低周波数域
の騒音まで消去しようとすると、消音装置の設置空間を
広く必要とするとともに、装置重量が大きくなってしま
い好ましくない。そのため、低周波数域の騒音を消去す
るための装置としてアクティブ型消音装置が開発され、
用いられている。

【０００３】このアクティブ型消音装置は、ある一つの
音波（被消去音）に対し、該被消去音の音波と等しい振
幅で位相が逆となっている音波（干渉音）を放射する
と、これら被消去音と干渉音のふたつの音波が干渉し合
って打消し合い、消音される原理によるものである。こ
のため、干渉音を発生するための音源や被消去音の振幅
や位相を検出するための検出部などを必要とする。音源
としてはスピーカが用いられ、検出部としてはセンサマ
イクが用いられる。

【０００４】このようなアクティブ型消音装置は、劇場
や会議場、図書館などの空調装置の送風機騒音を消去す
るために、空調ダクト内を流通する空調空気に対して干
渉音を放射するように設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のアクティブ型消音装置は、送風機騒音の防止な
どのように雰囲気温度が常温にある箇所に配設されてい
るもので、雰囲気温度が高温にある箇所、例えば発電プ
ラントやボイラプラントの排気ガスによる騒音を消去す
るには適しなかった。これは、干渉音を放射する上記音
源としてのスピーカに耐熱性を期待できないためであ
る。すなわち、上記検出部としてのセンサマイクなどは
断熱処理を施しても増幅器を通すことによって十分に被
消去音を検出することができるのに対し、スピーカに断
熱処理を施してしまうと、スピーカの出力を大きくしな
ければならず、スピーカやスピーカの駆動装置が大型化
してしまい広い設置空間を必要としてしまうからであ
る。

【０００６】しかも、発電プラントやボイラプラントに
おける騒音は大音量であるため、これを打ち消すために
は高効率で大音響用のスピーカを必要とすることにな
る。

【０００７】そこで、この発明は、干渉音源としてのス
ピーカに十分な耐熱性を具備させ、タービンやボイラな
どの大音量で高温の排気ガスによる騒音であっても十分
に消去することができるようにしたアクティブ型消音装
置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの技術的手段として、この発明に係るアクティブ型消
音装置は、被消去音を伝播させる気体が流れる管路の適
宜位置に配設され、該被消去音を捕捉するセンサマイク
と、上記センサマイクの下流側に、上記管路に形成した
透孔部に臨んで開口部を位置させて、センサマイクで捕
捉された被消去音に応じた干渉音を該開口部から放射す
るホーン型スピーカ装置と、上記スピーカ装置の下流側
に配設され、当該箇所における管路内の音を捕捉するエ
ラーマイクとからなり、前記センサマイクで捕捉された
被消去音に応じて前記ホーン型スピーカ装置を駆動する
ことを特徴としている。

【０００９】また、上記スピーカ装置の振動板部が高熱
に晒されることを防止するため、前記ホーン型スピーカ
装置のホーンの一部に熱緩衝部を設けたことを特徴とし
ており、さらにこの熱緩衝部を、ホーンの一部にエアチ
ャンバを設け、該エアチャンバとホーン内部とを連通さ
せるとともに、該エアチャンバ内に冷却用空気を導入し
た構成としたことを特徴としている。

【００１０】また、スピーカ装置の振動板が上記管路内
の内圧を受けて正常に機能しなくなってしまうことを防
止するため、ホーン型スピーカ装置のホーン内部と振動
板の背後部空間とを連通管によって連通させたことを特
徴としている。

【００１１】上記被消去音は、例えば発電プラントやボ
イラプラントのタービンやボイラの排気ガスを通すダク
トや煙突などの管路中における騒音であり、上記干渉音
は該被消去音と振幅が等しく、位相が逆となっている音
波からなる。

【００１２】また、スピーカ装置のホーン部とドライバ
ユニット部との間に断熱材を介在させて、金属製のホー
ン部からドライバユニットへの伝熱を防止するようにし
ても構わない。

【００１３】また、ドライバユニットのマグネット部に
冷却板を配設し、該冷却板をヒートパイプなどの冷却手
段によって冷却することもできる。

【００１４】さらに、スピーカ装置のホーンの形状とし
ては、ストレート型であっても、スロート部が90°に曲
っているＬ型、適宜数に折り返されたトランペット型と
呼ばれる折り返し型など、いずれの形状であっても構わ
ず、設置空間などに応じて選択する。

【００１５】

【作用】前記センサマイクによって被消去音が捕捉さ
れ、その振幅と位相が検出されると、それと等しい振幅
で位相が逆となっている干渉音が演算され、該演算結果
に基づいて、増幅器を介して適宜に増幅されて前記ホー
ン型スピーカが駆動され、干渉音が管路内に放射され
る。ホーン型スピーカは高効率で大音響用のスピーカで
あるため、発電プラントのように大音量の騒音である被
消去音に対しても上記干渉音が十分に干渉してこれらが
打ち消し合って消音される。

【００１６】また、前記エラーマイクでは消音された管
路内騒音を捕捉するから、適宜に消音されていない場合
にはその情報をフィードバックして干渉音に補正を加え
る。

【００１７】ホーン型スピーカではホーン部を長くする
ことにより効率を高めることができ、該ホーン部の長さ
のために、高温流体がドライバユニットに到達するまで
に冷却されることになる。また、ホーンの一部に熱緩衝
部を設けることによってホーン部の伝導による伝熱を遮
断するとともに、対流による伝熱も遮断されてドライバ
ユニットへの伝熱が極力防止される。

【００１８】さらに、管路とドライブスピーカの背後部
空間を連通させることにより、振動板の表裏の圧力差を
小さくして、スピーカ装置の機能低下を抑制できる。

【００１９】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて、この発明
に係るアクティブ型消音装置を具体的に説明する。

【００２０】図１はこのアクティブ型消音装置を、ター
ビンなどから排出された高温流体を排出するための管路
である排気ダクト１に配設した状態を示す概略図であ
り、排出された高温気体は図１において矢標Ｐで示す方
向に流れる。そして、この高温流体を介してタービンの
駆動によって発生した騒音が伝播されており、該騒音が
消去されるべき被消去音Ｓとなる。排気ダクト１の適宜
位置にはセンサマイク２が配設されており、該センサマ
イク２によって被消去音Ｓが捕捉される。このセンサマ
イク２の出力信号がコントローラ３に送出されており、
該コントローラ３によって被消去音Ｓの振幅と位相が検
出されるとともに、該被消去音Ｓの振幅と等しい振幅
で、位相が逆となっている干渉音に係る信号を出力す
る。

【００２１】上記センサマイク２の下流側にはホーン型
スピーカ装置５が配設されている。そして、上記コント
ローラ３の出力信号が増幅器４を介して該スピーカ装置
５のドライバユニット10に入力されている。

【００２２】また、スピーカ装置５の下流側にはエラー
マイク６が配設されており、スピーカ装置５を経由した
排気ダクト１内の流体の音を捕捉しており、該捕捉され
た音に係る信号が前記コントローラ３に入力されてい
る。

【００２３】さらに、前記センサマイク２の上流側には
吸音材型消音装置７が配設されており、排気ダクト１内
の騒音から高周波域の部分Ｓ₁ を消音している。すなわ
ち、タービンで発せられた騒音からこの高周波域の部分
Ｓ₁ が除かれた部分が低周波域の被消去音Ｓとなる。

【００２４】図２は排気ダクト１に取り付けられた前記
ホーン型スピーカ装置５の概略側面図で、排気ダクト１
の該スピーカ装置５が取り付けられる部分には透孔部1a
が形成されており、この透孔部1aの外側周縁部にはフラ
ンジ部1bが形成されている。

【００２５】スピーカ装置５は、断面積が長手方向に変
化するホーン11の最小口径部に前記ドライバユニット10
が接続されて構成されている。ホーン11の最大口径部の
外側周囲に設けられたフランジ11a が前記フランジ部1b
に重畳してホーン11が排気ダクト１に固定され、該最大
口径部と前記透孔部1aとが接続されている。

【００２６】ホーン11のドライバユニット10に至るスロ
ート部11b には、図３に示すように、該スロート部11b
の外径よりも大きな径で中空のエアチャンバ12が熱緩衝
部として設けられており、このエアチャンバ12の内部と
ホーン11の内部とが適宜数の小孔部12a によって連通し
ている。そして、このエアチャンバ12内にはエア配管13
（図２参照）を介して導入孔12b から適宜な圧力を有す
る冷却用空気が導入されており、この冷却用空気が上記
小孔部12a からホーン11の内部の高温流体に混入して対
流による伝熱を遮断することになる。なお、冷却用空気
の混入量はスピーカ装置５の機能を損なわない程度でな
ければならず、上記小孔部12a の口径や設置数などある
いは冷却用空気の圧力などを適宜に調節する。

【００２７】さらに、排気ダクト１内の高温流体がドラ
イバユニット10に及ぶことを防止するために、図２に示
すように、ダクト１の前記透孔部1aには網目状あるいは
格子状のスクリーン14が設けられている。また、このス
クリーン14によって、上記エアチャンバ12からホーン11
の内部に供給された冷却用空気の冷却効果が高温流体に
よって妨げられることを防止する。なお、該スクリーン
14によって音響的な不都合が生じてはならないから、該
スクリーン14のメッシュ寸法などを適宜なものとする。
また、該スクリーン14はダクト１の内壁面と一致するよ
うに設け、ダクト１内の高温流体の流れを乱さないよう
にすることが望ましい。すなわち、流れが乱されて渦が
発生すると、高温流体がホーン11に侵入するおそれがあ
るためである。

【００２８】また、前記ドライバユニット10は、図３に
示すように、マグネット10a の周囲に巻回されたボイス
コイル10b に振動板10c が支持されて構成されている。
また、このドライバユニット10は筐体10d に収容されて
おり、ホーン11の最小口径部に形成されたフランジ部11
c と筐体10d に形成されたフランジ部10e とによって接
続されたいる。

【００２９】さらに、ドライバユニット10の振動板10c
の背後部空間16にはマグネット10aを貫通させた連通管1
7の一端部が開口し、該連通管17の他端部はホーン11の
スロート部11b に開口している。このため、該連通管17
を介してホーン11の内部と上記背後部空間16とが連通し
て、振動板10c の表裏の圧力差を小さくしてある。な
お、この連通管17には、銅管など熱伝導性の良好な材質
を用い、適宜な長さとすることにより、連通管17内部が
冷却されて背後部空間16の内部温度を上昇させないよう
にすることが望ましい。

【００３０】図４は上記ドライバユニット10をホーン11
に接続するに際し、上記フランジ部11c とフランジ部10
e との間に断熱パッキン15を介在させた構造を示してい
る。さらに、このドライバユニット10には導入孔10f を
介して冷却用空気が供給され、振動板10c が高温流体に
接触することを極力防止している。

【００３１】また、図５はドライバユニットの他の構造
を示すもので、このドライバユニット20は振動板20c が
マグネット20a の背後側に配設され、マグネット20a の
中央部に設けられた透孔20f を通して振動板20c の振動
によって発生した音が前方に放射されるようにしてあ
る。また、振動板20c はマグネット20a の後部に巻回さ
れたボイスコイル20b に支持されている。振動板20c が
マグネット20a の背後側に設けられたドライバユニット
20では、振動板20c が高温流体に接触し難くなって好ま
しい。なお、このドライバユニット20は筐体20d に収容
されており、ホーン11とは、前記ドライバユニット10と
同様に、フランジ部11c およびフランジ部20e によって
接続されており、これらフランジ部11c、20eによって断
熱パッキン15が挾持されている。さらに、導入孔10f か
らドライバユニット10の前部に冷却用空気を導入するよ
うにしても構わない。

【００３２】さらに、図６は前記ドライバユニット20に
冷却手段を設けた構造を示すもので、この冷却手段とし
てヒートパイプ21が用いられているものを示している。
ドライバユニット20のマグネット20a に重畳して冷却板
20g が設けられており、筐体20d の一部を貫通したこの
ヒートパイプ21の一端部が該冷却板20g に係止されてい
る。ヒートパイプ21の他端部は筐体20d の外側に突出し
て、該ヒートパイプ21を介して筐体20d の内部の熱が外
部に排出されることになる。また、ヒートパイプ21はそ
の長手方向を垂直方向として用いるため、ドライバユニ
ット20を下側にしてホーン11のスロート部11b を垂直方
向に伸長させた状態に配置してある。このため、ホーン
11にはＬ型ホーンなどが用いられている。なお、冷却手
段としては、ヒートパイプ21の他に放熱フィンや水冷冷
却コイル、空冷冷却コイルなどを用いることができ、冷
却効率や所要動力、保守性、コストなどを考慮して最適
なものを用いればよい。

【００３３】以上により構成したこの発明に係るアクテ
ィブ型消音装置の作用を、以下に説明する。

【００３４】図１に示すように、タービンの排気ガスが
排気ダクト１内を矢標Ｐ方向に流れて吸音材型消音装置
７を通過すると、排気騒音のうちの高周波成分Ｓ₁ が消
去されて低周波成分からなる被消去音Ｓが残留する。こ
の被消去音Ｓがセンサマイク２によって捕捉されると、
この被消去音Ｓに係る信号がコントローラ３に入力され
る。このコントローラ３では被消去音Ｓの波形信号が解
析されて振幅と位相が検出され、該被消去音Ｓと等しい
振幅で逆位相の信号が出力される。この信号が増幅器４
に入力されて適宜に増幅され、ホーンス型ピーカ装置５
を駆動することになる。したがって、該スピーカ装置５
からは被消去音Ｓと同振幅で逆位相の干渉音が発せられ
ることになる。なお、コントローラ３ではセンサマイク
２とスピーカ装置５との間の距離による遅れや、ハウリ
ングを生じないことなども加えられて演算され、最大効
果を期待できる干渉音に係る信号を出力することにな
る。

【００３５】スピーカ装置５から発せられた干渉音は排
気ダクト１内に放射され、このとき、前記センサマイク
２によって捕捉された被消去音Ｓがホーン11の開口部の
前方を通過すれば、被消去音Ｓと干渉音とが干渉し合
う。そして、これら被消去音Ｓと干渉音とは同振幅で逆
位相の関係にあるから、これらが干渉し合うことによっ
て打ち消し合い消音される。

【００３６】さらに、排気ダクト１内を伝播してエラー
マイク６の部分を通過すると、消音された消去音Ｓ₀ が
捕捉される。そして、この消去音Ｓ₀ に係る信号が前記
コントローラ３に入力されて、該消去音Ｓ₀ の騒音レベ
ルが不十分である場合にはコントローラ３によって出力
される上記干渉音に係る信号に補正が加えられ、該補正
された干渉音信号が出力されることになる。

【００３７】排気ダクト１や煙突の内部温度は広範囲、
例えば100〜600℃で変化しており、センサマイク２やス
ピーカ装置５、エラーマイク６などには耐熱性が要求さ
れる。センサマイク２とエラーマイク６は断熱材で包む
などによる断熱処理を施しても、これらマイク２、６の
出力を適宜に増幅することによってコントローラ３によ
って処理するのに十分なレベルの信号とすることができ
る。しかし、スピーカ装置５を断熱材などで包んでしま
うと、スピーカ装置５の出力を該断熱材を通した後でも
被消去音Ｓと十分に干渉する大きさとしなければならな
いから、スピーカ装置５が大型化してしまう。ところ
が、この発明のアクティブ型消音装置の構造によれば、
スピーカ装置５にホーン型のものを用いているため、熱
に対して脆い部分であるドライバユニット10、20は相当
長のホーン11の端部にあるから、排気ダクト１内の高温
流体から離隔した位置にあり、高温流体がドライバユニ
ット10、20に到達するまでに適宜に冷却されてしまうこ
とを期待できる。また、ホーン11のスロート部11b にエ
アチャンバ12などの冷却手段を設けることによって、ド
ライバユニット10、20に流れ込む高温流体をさらに冷却
することができる。しかも、このエアチャンバ12によっ
てホーン11を介した伝導伝熱が遮断されて、ドライバユ
ニット10、20への伝熱が防止される。なお、ダクト１の
前記透孔部1aにスクリーン14を配設することにより、高
温流体がホーン11の内部に流入することを防止できると
ともに、エアチャンバ12からホーン11の内部に供給され
る冷却用空気をホーン11の内部に流入した高温流体に良
好に干渉させて冷却効果を高めることができる。

【００３８】また、排気ダクト１や煙突などの内部圧力
の変化は広範囲、例えば−50〜200mmAqに亙っているか
ら、スピーカ装置５の取付位置における排気ダクト１内
圧力と背後部空間16との圧力差が大きい場合には、振動
板10c が所定の振動を行えず、スピーカ装置５が十分に
機能しないおそれがある。しかし、連通管17によって排
気ダクト１内部と背後部区間16とを連通して圧力が等し
くなるようにしてあるから、スピーカ装置５の機能低下
を極力抑制することができる。

【００３９】さらに、排気ダクト１の内部圧力を検出す
る図示しない圧力センサや内部温度を検出する図示しな
い温度センサを設け、その出力信号を前記コントローラ
３に入力して、これら圧力データや温度データにより該
コントローラ３から出力される干渉音信号に補正を加え
るようにすることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るア
クティブ型消音装置によれば、スピーカ装置にホーン型
スピーカを用いたから、スピーカのドライバユニット
を、騒音を伝播している管路から相当長のホーンを介し
て離隔した位置に設けることができ、高温流体がドライ
バユニットに達するまでに適宜に冷却されて、ドライバ
ユニットが高温に晒されることがない。しかも、ホーン
型スピーカは高効率で大音響用に適しているものである
から、発電プラントやボイラプラントなど大型の設備に
おける排気ダクトや煙突内を流れる高温流体に起因する
低周波数の騒音に対しても十分に消音機能を果すアクテ
ィブ型消音装置とすることができる。

【００４１】また、ホーンの一部に熱緩衝部を設けるこ
とによって該ホーンを伝導する伝熱を防止できる。さら
に、この該熱緩衝部を介してホーン内部に冷却用空気な
どを供給することによって高温流体の冷却を果たし、対
流による伝熱も防止できる。したがって、ドライバユニ
ットを高温雰囲気からより良好に保護することができ
る。

【００４２】加えて、ホーン型スピーカ装置のホーン内
部とドライバユニットの振動板の背後部空間とを連通管
によって連通させることにより、振動板の表裏の圧力差
を小さくできるから、該振動板の振動を円滑に行わせる
ことができ、スピーカの機能低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るアクティブ型消音装置を排気ダ
クトに取り付けた状態を示す概略構成図である。

【図２】このアクティブ型消音装置のスピーカ装置の構
造を示す概略断面図で、排気ダクトに取り付けられてい
る状態を示している。

【図３】このアクティブ型消音装置のホーンのスロート
部とドライバユニットとを示す概略断面図である。

【図４】ホーンとドライバユニットとの接続状態を示す
断面図で、接続部に断熱パッキンを介在させているもの
を示している。

【図５】他の構造によるドライバユニットを用いた実施
例を示す図で、図４に相当する断面図である。

【図６】ドライバユニットに冷却手段を設けた実施例を
示す、ドライバユニットの断面図である。

【符号の説明】

１ 排気ダクト（管路） 1a 透孔部 ２ センサマイク ３ コントローラ ４ 増幅器 ５ スピーカ装置 ６ エラーマイク ７ 吸音材型消音装置 10 ドライバユニット 10c 振動板 11 ホーン 12 エアチャンバ 12a 小孔部 12b 導入孔 13 エア配管 16 背後部空間 17 連通管 20 ドライバユニット 20c 振動板 Ｓ 被消去音

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 Ｈ０４Ｒ 1/30 Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被消去音を伝播させる気体が流れる管路
   の適宜位置に配設され、該被消去音を捕捉するセンサマ
   イクと、 上記センサマイクの下流側に、上記管路に形成した透孔
   部に臨んで開口部を位置させて、センサマイクで捕捉さ
   れた被消去音に応じた干渉音を該開口部から放射するホ
   ーン型スピーカ装置と、 上記スピーカ装置の下流側に配設され、当該箇所におけ
   る管路内の音を捕捉するエラーマイクとからなり、 前記センサマイクで捕捉された被消去音に応じて前記ホ
   ーン型スピーカ装置を駆動することを特徴とするアクテ
   ィブ型消音装置。
2. 【請求項２】 前記ホーン型スピーカ装置のホーンの一
   部に熱緩衝部を設けたことを特徴とする請求項１に記載
   のアクティブ型消音装置。
3. 【請求項３】 前記ホーン型スピーカ装置のホーンの一
   部にエアチャンバを設け、該エアチャンバとホーン内部
   とを連通させるとともに、該エアチャンバ内に冷却用空
   気を導入して熱緩衝部としたことを特徴とする請求項２
   に記載のアクティブ型消音装置。
4. 【請求項４】 ホーン型スピーカ装置のホーン内部と振
   動板の背後部空間とを連通管によって連通させたことを
   特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載のアクテ
   ィブ型消音装置。