(57)【要約】【課題】  能動型消音装置に備えられるスピーカの前側に冷却空気を吹き込むと、スピーカの性能が充分に発揮できない。【解決手段】  騒音源であるエンジン２に接続された音響伝播経路としての排ガス管４に、接続路５を介して接続されたスピーカ６を備えた能動型消音装置１を構成するに、接続路内のスピーカ前面空間に冷却ガスを吹き込む冷却ファン１０と、接続路に対しスピーカ６の裏面側となる裏面空間に調整用ガスを吹き込む吸引ファン１５とを備え、前面空間と裏面空間との間をガスが連通可能に接続する連通路１６を設け、前面および裏面との間のガス圧力差を調整する。【選択図】        図１
2005282523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源に接続された音響伝播経路に、接続路を介して接続された音響機器を備えた能動型消音装置において、
前記接続路内で、前記音波伝播路と前記音響機器との間の音響機器前面空間に第一ガスを吹き込む第一ファンと、前記接続路に対して前記音響機器の裏面側となる音響機器裏面空間に第二ガスを吹き込む第二ファンとを備えるとともに、
前記音響機器前面空間と前記音響機器裏面空間との間を、ガスが連通可能に接続する連通路を設け、
前記音響機器前面および裏面との間のガス圧力差が調整される能動型消音装置。
【請求項２】
前記音響機器がスピーカ振動体を備えたスピーカであり、
前記ガス圧力差の調整により、前記スピーカ振動体が、スピーカ振動体の振動中立位置に調整される請求項１記載の能動型消音装置。
【請求項３】
前記連通路を構成するに、前記スピーカ振動体の振動により、スピーカ裏面に発生される音響が、前記連通路を介して、前記スピーカの前面に逆位相で伝達されるように、連通路の音響的伝播経路長を設定してある請求項２記載の能動型消音装置。
【請求項４】
前記連通路を介してスピーカ前面に逆位相で伝達される音響の周波数域が、２０〜２５０Ｈｚである請求項３記載の能動型消音装置。
【請求項５】
前記音響機器裏面空間に導入される第二ガスを乾燥ガスとするガス乾燥手段を備えた請求項１〜４のいずれか１項記載の能動型消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音源としてのエンジン、ガスタービン等の熱機関を上流に備えた排ガス路（音響伝播経路の一例）等に消音を目的として配設され、この音響伝播経路に接続路を介して接続された音響機器を備える能動型消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記能動型消音装置の従来例として、例えば、特許文献１に開示された技術がある。
この技術以前の技術にあっては、能動型消音装置に備えられる音響機器は、接続路を介して直接、音響伝播路に接続されていた。従って、装置がエンジン、ガスタービン等の排ガス路に設置される場合、排ガス路内を流れる高温・高湿・腐食性のあるガスが直接音響機器前面に至り、これに晒される虞があった。
【０００３】
そこで、特許文献１に開示の技術にあっては、この種、ガスによる影響を低減するために、冷却ファンを設けて、排ガス管内を流れる高温・腐食性のガスが直接音響機器に到達しないように、空気を外気から吸引して送り込むとともに、排ガス管からの熱を冷却して、直接音響機器に伝わらないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３０１４６号（図１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、音響機器の前面に冷却ガスを導入した場合、音響機器の背部については密閉状態になっているため、排ガス路のガス圧に打ち勝つだけの圧力の冷却ガスを流すと、音響機器にもその前面に圧力がかかり、機器の音響性能を悪化させる。
【０００６】
これを防止するために、さらに音響機器の前面に、表裏面間で音響伝達可能な仕切り板を置いて上記前面からの圧力を回避した場合、仕切り板による音響損失が発生し、この場合も消音性能が低下する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、音響機器の前面側に仕切り板を設けることなく、所望の消音性能を得ることができる能動型消音装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための、騒音源に接続された音響伝播経路に、接続路を介して接続された音響機器を備えた能動型消音装置の特徴構成は、前記接続路内で、前記音波伝播路と前記音響機器との間の音響機器前面空間に第一ガスを吹き込む第一ファンと、前記接続路に対して前記音響機器の裏面側となる音響機器裏面空間に第二ガスを吹き込む第二ファンとを備えるとともに、
前記音響機器前面空間と前記音響機器裏面空間との間を、ガスが連通可能に接続する連通路を設け、
前記音響機器前面および裏面との間のガス圧力差が調整されるものとすることにある。
【０００９】
この能動型消音装置にあっては、音響機器前面空間と音響機器裏面空間との両方にガスを吹き込む。そして、音響機器前面空間に吹き込まれるガス（第一ガス）によって、音響伝播経路内を流れる例えば排ガスが音響機器に到達しないようにする。このガスとして、排ガスより低温のガスを吹き込むと、冷却の用を果たす。
【００１０】
一方、音響機器裏面に吹き込まれるガス（第二ガス）に関しては、このガスが音響機器裏面に一旦吹き込まれた後、連通路を介して、音響機器前面に流れるようにする。
【００１１】
このようにすることによって、第一ガスの吹き込みによるガス圧が直接音響機器に掛かるのを防止することができるとともに、第二ガスの吹き込み量の調整により、音響機器前面・裏面間のガス圧を調整することができる。結果、音響機器の動作に適した圧力状態を実現でき、音響機器の作動を適確なものとできる。
【００１２】
さて、前記音響機器がスピーカ振動体を備えたスピーカである場合に、前記ガス圧力差の調整により、前記スピーカ振動体が、スピーカ振動体の振動中立位置に調整されることが好ましい。
スピーカは本来、スピーカ振動体がその振動中立位置にある状態で最も良好な特性を発揮できるように構成されていることから、本願の場合、上記のようにすることで、スピーカ前面と裏面との間における圧力差の設定で、スピーカコーン等の振動体を音を発生していない状態で振動体が位置する本来の位置に戻して、大きな出力を得ながら良好な特性を発揮させることができる。
【００１３】
さて、前記連通路を構成するに、前記スピーカ振動体の振動により、スピーカ裏面に発生される音響が、前記連通路を介して、前記スピーカの前面に逆位相で伝達されるように、連通路の音響的伝播経路長を設定してあることが好ましい。
【００１４】
スピーカの動作に従って、スピーカ前面側に発生される音響に対して、逆位相となる裏面側に発生される音響が連通路を介してスピーカ前面側に伝播され、前面側で発生された音響と重なって、より強い制御音を得ることができる。
【００１５】
さて、このようにして連通路を介してスピーカ前面側へ伝播さる音響の周波数は、その周波数域が、消音に必要な帯域で、音響出力が不足する帯域であることが好ましい。
この種の帯域は、スピーカにより１０〜１０００Ｈｚ程度まで分布する場合があるが、特に、所謂低音域である２０〜２５０Ｈｚであることが好ましい。
本願に係る能動型消音装置の場合、騒音源がエンジンであると、一般的なサイレンサーが消音し難い周波数帯域は、２０〜２５０Ｈｚの低周波数領域である。一方、スピーカにあっても、汎用的なスピーカにあっては、１２５Ｈｚ以下における音響特性に劣る場合が多い。
したがって、先に示した連通路構成を採用しない場合は、この周波数領域における消音制御を良好に行えない場合が多い。しかしながら、逆位相でスーピカ前面に伝播してくる音響を利用することで、この欠点を補い、良好な消音制御を達成できる。
【００１６】
さらに、前記音響機器裏面空間に導入される第二ガスを乾燥ガスとするガス乾燥手段を備えることが好ましい。
本願に係るような能動型消音装置は、温湿度状況が大幅に変化する環境で使用される場合が多く、結露の発生が懸念されるため、乾燥ガスを第二ガスとして送り込むことが好ましいからである。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように、本発明による能動型消音装置においては、音波伝播路である例えば排気管とスピーカー等との間の接続路に第一ファンを設置することにより、温度・湿度・耐ガス性に関して音響機器は特別な仕様である必要はなくなる。従って、音響機器の広範囲な仕様をカバーして信頼性、耐久性を向上させることができる。
【００１８】
また、接続路であるダクトと音響機器裏面を繋ぐ連通路を工夫することにより、音響機器が持つ特性をさらに有効に発揮させるとともに、音響機器裏面側から第二ガスを導入することで、掃気を導入することとなり、音響機器裏面の環境をも適切に維持することができ、さらに信頼性・耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明による能動型消音装置の一実施形態について説明する。
図１には、能動型消音装置１の全体構造が概略的に示されている。
エンジン２（騒音源に相当）からの排ガスは矢線３で示す方向に排気管（音響伝播経路に相当）４内を通過し、このときにエンジン２からの伝播音波も騒音として伝わる。
【００２０】
排気管４からはダクト（接続路の一例）５が分岐し、このダクト５内に能動型消音装置１に係る音響機器が設置されている。
装置１は、その基本構成として、エンジン２からの音響伝播経路としての排気管４内においてスピーカ６の上流側に設けられてこの伝播音波の情報、たとえば位相、音圧（振幅）等の特性を検出するための第１センサマイクロホン７、検出情報を処理してこの伝播音波と逆位相且つ同一音圧の付加音波を表す情報（電気信号等）を作成する制御装置８、この付加音波を放射して前記伝播音波を干渉消音する前記スピーカ６、スピーカ６の下流側に設けられ、干渉消音の効果を評価するための情報を検出する第２センサマイクロホン９、及び、外気でスピーカ６を冷却する冷却ファン１０等から構成されている。
【００２１】
ダクト５は、音響伝播経路である排気管４に対してその側方に延出・接続されている。
尚、第１センサマイクロホン７と排気管４との間のダクト５ａ、及び、第２センサマイクロホン９と排気管４との間のダクト５ｂも、排気管４に対して同様な配置構成とされている。
【００２２】
図１に示す通り、能動型消音装置１と排気管４との間の接続路としてのダクト５の連結側に、排気管４内を流れる排ガスからスピーカ６を遮断するための遮断ダンパ１１が設置されている。遮断ダンパ１１は、自動操作によっても手動操作によっても開閉可能に構成されている。
【００２３】
遮断ダンパ１１は、縦軸１２周りに回動し、音響伝播経路とスピーカ６配置部との間を、音響伝播経路を流れるガスが流通する第１状態（実線）と、その流通を遮断する第２状態（破線）とに切り換え可能に構成されている。
【００２４】
前記スピーカ６と前記遮断ダンパ１１との間に、冷却用の外気（第一ガスの一例）を導入するための冷却ファン１０（第一ファンの一例）が設けられている。この冷却ファン１０は、吐出口１３を介してダクト５に接続され、外気をダクト５に導入する。
【００２５】
以上は、本願に係る能動型消音装置１の基本構成の概略であるが、本願にあっては、そのスピーカ６周りに独特の構成が採用されている。図２は、図１に示すダクト５を側面から見た図である。
図１、２に示すように、スピーカ６の背面（排気管４から見ては裏側の面）に位置するスピーカ裏面空間６０に乾燥圧縮空気（第二ガスの一例）を導入するための吸引ファン１５（第二ファンの一例）が設けられている。この吸引ファン１５から前記スピーカ裏面空間６０に至る導入路６１には、吸引された外気を乾燥空気とする除湿器６２が備えられている。
【００２６】
図２にはスピーカ裏面空間６０の詳細が示されており、同図に示すように、スピーカ６の側部には、スピーカ裏面空間６０とスピーカ前面から前記遮断ダンパ１１に至るまでの空間であるスピーカ前面空間６３とを連通する連通路１６が設けられている。この連通路１６の周りおよび内壁面には吸音用のグラスファイバー１７が配設されている。
【００２７】
図３は、前記スピーカ６を遮断ダンパ１１側から見た図面であり、前記連通路１６の開口部１６ａは、スピーカコーン６４の外周部位４ヶ所に、均等分配された方形の開口として設けられている。
従って、前記スピーカ裏面空間６０に導入される乾燥空気は、この連通路１６を介して、スピーカ前面空間６３に送り込まれる。
【００２８】
このように、吸引ファン１５により外気を吸引して乾燥空気をスピーカ裏面・前面に位置する空間の圧力を調整することにより、冷却ファン１０による導入されるスピーカ前面空間６３に導入される冷却空気との関係で、スピーカコーン６４の位置を本来スピーカ能力が適正に発揮される振動中立位置に保つことができる。
【００２９】
前記連通路１６の音響的構成として、本願にあっては、独特の構成が採用されている。即ち、スピーカ裏面６ｂから連通路１６を介して、スピーカ前面６ｆに至る音響経路に関して、本願において問題となる周波数２０〜２５０Ｈｚの音響帯域で、その音響位相がスピーカ裏面６ｂからスピーカ前面６ｆに至る状態で、逆位相（スピーカ前面にスピーカから発生される音響に関しては同位相）になるように前記連通路１６の音響的経路長が設定されている。
このように連通路を構成することにより、スピーカコーン位置の振動中立位置への適切な設定が可能となるとともに、スピーカ６から排気管４側へ送られる音響に関して、比較的低い周波数領域においても十分な制御音響を発生することができる。
【００３０】
〔実証結果〕
本願で採用するスピーカ周りの構成とスピーカ特性との関係を以下説明する。
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に、検討対象としたスピーカ周りの模式図を、図５に図４に示す構成に対応して得られるスピーカの音響特性（利得）を示した。図６に図４に示す構成に対応して得られるスピーカの出力特性を示した。
図５、６において、実線ａで示す特性は図４（ａ）に示す構成に、破線ｂで示す特性は図４（ｂ）に示す構成に、一点鎖線ｃで示す特性は図４（ｃ）に示す構成に、二点鎖線ｄで示す特性は図４（ｄ）に示す構成に、さらに、点線ｅで示す特性は図４（ｅ）に示す構成に、それぞれ対応している。
【００３１】
以下、スピーカ周りの構成とスピーカ特性とを対応させて説明する。
図５、６において、横軸は周波数を，縦軸は利得及び出力を示している。
図５に示す両端矢印付きの横方向の実線（上端周波数および下端周波数を縦方向点線で示す）でエンジンから発生する排気音に関して、主に本願に係る能動消音制御が必要となる周波数域を示した。また、この上端周波数より高い周波数域は従来型のサイレンサー等で対応できる周波数域である。
さらに、下限周波数を縦方向一点鎖線で示す周波数より高周波側の音響域が本願に係る能動型消音装置が制御する音響域を示している。
【００３２】
実証条件は以下の通りである。
スピーカ裏面空間の容積  ４０リットル
温度                    ４０℃
湿度                    ６０％ＲＨ
【００３３】
実証結果
１  例１（図４（ａ）に対応）
この例は、スピーカに前方及び背面からの圧力がかからず、通常使用状態でスピーカが発揮する特性を調べたものである。
図５の実線ａの結果から、周波数６０Ｈｚ以下において利得の低下が見られ、エンジンが発生し、制御対象となる周波数の低周波側（３５〜６０Ｈｚ）で充分にスピーカ能力を発揮し得ない場合があることが判る。
【００３４】
２  例２（図４（ｂ）に対応）
この例は、スピーカに前方からの圧力が掛かり、スピーカコーンの振動中心がずれた状態でスピーカが発揮する特性を調べたものである。
図５の破線ｂの結果から、利得の低下を起こす周波数帯域が下がっていることが判る。しかしながら、図６の破線ｂで示すように、この状態では充分なスピーカ出力を得ることができない。
【００３５】
３  例３（図４（ｃ）に対応）
この例は先に説明したように、スピーカ裏面空間に空気を送り込んで、スピーカコーンに振動中心を本来の中心位置に戻し、連通路を設けて、スピーカ裏面から前面に至る音響経路で位相を逆転される構成としたものである。
図５の一点鎖線ｃに示すように、利得は高周波域からほぼ２５Ｈｚの低周波域までフラットな特性を示しており、能動消音制御に使用するスピーカとして良好な特性が得られていることが判る。
【００３６】
４  例４（図４（ｄ）に対応）
この例は、スピーカに前方からの圧力が高い場合で、本願に係る連通路を設けた例の特性を調べたものである。
図５の二点鎖線ｄの結果から、利得は２５Ｈｚ〜７０Ｈｚの低周波域で上昇しているが、低周波域での増加が著しく、能動消音制御に使用するスピーカとして良好ではないことを示している。また、図６の二点鎖線ｄで示すように、特定の周波数域で充分な出力も得られない。
【００３７】
５  例５（図４（ｅ）に対応）
この例は、連通路の音響長さを調整することなく、単なる連通構造を採用する場合のスピーカが発揮する特性を調べたものである。
図５の点線ｅの結果から、好ましくない結果であることが判る。
［別実施形態］
上記の実施の形態にあっては、スピーカ前面空間とスピーカ裏面空間とに導入する空気を別のファンで吸引するものとしたが、図７に示すように、除湿器６２内で分流させて、同一のファンで吸引された空気を別々に送り込むものとしてもよい。
【００３８】
図８（イ）〜（へ）は、本発明による能動型消音装置に用いるのに好適な冷却ファン１５の、種々の別実施形態を示す。
冷却ファン１５の構造、ダクト５への接続箇所及び接続方式、並びにスピーカ１３に対する位置関係については、各図に示すように様々な形態を採用することが可能である。
【００３９】
図８（イ）では、冷却ファン１５の吐き出し口１６がスピーカ１３と対向して設置されている。冷却ファン１５をスピーカ１３と対向配置することにより、スピーカ１３前部での結露が防止しやすい。
【００４０】
図８（ロ）では、冷却ファン１５の吐き出し口１６がダクト５の内周面に沿って複数個、周方向に互いに間隔をおいて設けられている。この構造の場合には、冷却風を分散して冷却効果を均質にできる効果がある。
【００４１】
図８（ハ）では、冷却ファン１５の吐き出し口１６が排気管４に向けて配置されている。この構造の場合には、吐き出し口１６からの冷却風によって排気管４からの高温・高湿の排ガスのダクト５への導入が抑制されるという効果がある。
【００４２】
図８（ニ）では、図８（ハ）の例と同様、冷却ファン１５の吐き出し口１６が排気管４に向けて配置されている。さらに、この例では、吐き出し口１６が上下方向に複数個設けられている。この構造の場合には、図８（ハ）に示した構造から奏する効果のほか、さらに、冷却効果を均質にできる効果も奏する。
【００４３】
図８（ホ）では、前述の実施形態に比べ、冷却ファン１５が排気管４に近い位置に設置されている。冷却ファン１５を排気管４に近接配置することにより、排気管４からの高温・高湿の排ガスのダクト５への導入が抑制されるという効果がある。
【００４４】
図８（へ）では、外気ダクト１７がダクト５の周囲を迂回してからダクト５内に導入される。この構造の場合には、迂回途中に外気を冷却する手段（図示せず）を設けること等によって、外気よりも低温の冷却風をダクト５に導入して冷却効果を一層高いものにすることが可能である。
【００４５】
さらに、本発明においては、排気管４の断面形状については、矩形のものの他、円形、楕円形等、任意の形状にすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
音響機器の良好な作動を確保できる能動型消音装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】排ガス管に設備された能動型消音装置の概略構成を示す図
【図２】要部の側断面構成を示す図
【図３】スピーカを前面側から見た構成を示す図
【図４】機能説明のための説明図
【図５】異なった構成に対応する周波数領域における利得の状態を示す図
【図６】異なった構成に対応する周波数領域における出力の状態を示す図
【図７】本願の別構成例を示す図
【図８】本願の別構成例を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１    能動型消音装置
２    エンジン（騒音源）
４    排気管
５    ダクト（接続管）
６    スピーカ
６ｆ  スピーカ前面
６ｂ  スピーカ裏面
１０  冷却ファン（第一ファン）
１５  吸引ファン（第二ファン）
１６  連通路
６０  スピーカ裏面空間
６１  導入路
６２  除湿器
６３  スピーカ前面空間
６４  スピーカコーン（スピーカ振動体）
【図１】
2005282523.tif 000003
【図２】
2005282523.tif 000004
【図３】
2005282523.tif 000005
【図４】
2005282523.tif 000006
【図５】
2005282523.tif 000007
【図６】
2005282523.tif 000008
【図７】
2005282523.tif 000009
【図８】
2005282523.tif 000010