(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部より漏出する騒音源からの音波を減衰させる消音装置であって、
前記開口部の径外方向に拡がり、かつ、該開口部に連通する環状のスリット状膨張部と、
前記スリット状膨張部内に音波を送出するスピーカと、
前記スピーカが前記騒音源からの音波とは逆相の音波を送出するように該スピーカを駆動するスピーカ駆動手段と、を備え、
前記スリット状膨張部、前記スピーカ及び前記スピーカ駆動手段によって、前記騒音源からの音波に基づいて前記開口部を中心として拡がる音波と、前記スリット状膨張部内に送出されたスピーカからの音波に基づいて前記開口部を中心として拡がる逆相音波とを発生し、これらの音波の相殺作用によって前記開口部から漏出する音波を減衰させるようにしたことを特徴とする消音装置。
【請求項２】
前記スピーカ駆動手段が、前記騒音源からの音波を検出するマイクロホンと、該マイクロホンの出力に基づいて前記スピーカの駆動信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
【請求項３】
前記スリット状膨張部内の音波を検出するように前記マイクロホンを配置したことを特徴とする請求項２に記載の消音装置。
【請求項４】
前記騒音源が回転機械であり、前記スピーカ駆動手段は、前記スピーカから前記回転機械の回転数に依存した周波数の音波の逆相の音波が送出されるように前記スピーカを駆動することを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
【請求項５】
前記スリット状膨張部を前記開口部の径外方向に楕円状に拡がるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
【請求項６】
前記スリット状膨張部を前記開口部の軸線方向に複数段重ね合わせて形成し、これらのスリット状膨張部の拡がり深さを互いに相違させたことを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、開口部から漏出する騒音源からの音波を減衰させる消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
騒音対策の基本は、音源を遮蔽することであり、具体的には音波を減衰する材質で該音源を取り囲むことである。
上記の対策は、大部分の騒音に対して有効であるものの、例えば、送風口などの遮蔽できない部分から漏出する音波には適用できない。そこで、上記送風口等からの漏出音波に適用する消音技術が特許第２８２２６０４号公報（以下、文献１という）や、特開平９−５３５９７号公報（以下、文献２という）などによって提案されている。
【０００３】
上記文献１に記載の消音技術は、アクティブ型の消音技術に係るものである。図１１に概念的に示すように、この消音技術では、冷却ファンＡの側方にスピーカＢを配設して、冷却ファンＡが発生する騒音をスピーカＢから送出される音波によって打消すようにしている。
なお、冷却ファンＡは、ＯＡ機器等のケースＣに付設されている。また、スピーカＢは、冷却ファンＡが発生する騒音の位相とは逆相の音波を送出するように図示していないスピーカ駆動手段によって駆動される。
一方、文献２に記載の技術は、開口部の周縁に該開口部の径外方向に拡がり、かつ、この開口部に連通するスリット状膨張部を設け、このスリット状膨張部の共鳴作用によって上記開口部から漏出する音波を吸収するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、騒音源から送出された騒音は、その騒音源を中心として球状に伝播する。したがって、上記騒音を逆位相の音波で打ち消そうとする場合には、この逆位相の音波を送出するスピーカの音波伝播軸と上記騒音の伝搬軸を一致させる必要がある。なぜなら、上記両伝播軸がずれていると、干渉打ち消し作用に空間的なムラが発生するからである。
【０００５】
上記文献１に記載の技術では、騒音が漏出する開口の側方にスピーカを配設してあるので、干渉打ち消し作用に上記した空間的なムラを生じる。つまり、消音効果が著しい部分とそうでない部分とが発生する。
他方、上記文献２に記載の技術は、上記文献１の技術による問題は生じないものの、消音効果自体が小さいという問題がある。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、高い消音効果を空間的なムラを生じることなく得ることができる消音装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、開口部より漏出する騒音源からの音波を減衰させる消音装置であって、前記開口部の径外方向に拡がり、かつ、該開口部に連通する環状のスリット状膨張部と、前記スリット状膨張部内に音波を送出するスピーカと、前記騒音源からの音波と前記スピーカから送出される音波が前記スリット状膨張部内で相殺されるように該スピーカを駆動するスピーカ駆動手段とを備えている。
第２の発明は、第１の発明において、前記スピーカ駆動手段が、前記騒音源からの音波を検出するマイクロホンと、該マイクロホンの出力に基づいて前記スピーカの駆動信号を生成する信号生成手段とを備えている。
第３の発明は、第２の発明において、前記スリット状膨張部内の音波を検出するように前記マイクロホンを配置している。
第４の発明は、第１の発明において、前記騒音源が回転機械であり、前記スピーカから前記回転機械の回転数に依存した周波数の音波の逆相の音波が送出されるように該スピーカを駆動するようにしている。
第５の発明は、第１の発明において、前記スリット状膨張部を前記開口部の径外方向に楕円状に拡がるように形成している。
第６の発明は、第１の発明において、前記スリット状膨張部を前記開口部の軸線方向に複数段重ね合わせて形成し、これらのスリット状膨張部の拡がり深さを互いに相違させるようにしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の消音装置の一実施形態を示している。この図１において、空調用ダクト等を構成するハウジング１は、内部に送風ファン等の騒音源２が配設され、また、その端面１ａの中央部に円形状の開口部３が形成されている。
【０００８】
上記端面１ａの内面側には、上記開口部３の径外方向に拡がるスリット状膨張部４が形成されている。ハウジング１の内部から上記端面１ａ側を見た図２に示すように、上記スリット状膨張部４は円環状に形成され、かつ、開口部３に連通している。
スリット状膨張部４の後壁４ａには、該スリット状膨張部４内に連通する孔５が形成され、この孔５の部分にスピーカ６が取付けられている。上記開口部３の前方には、マイクロフォン７が配設されている。
【０００９】
なお、この実施形態においては、上記開口部３の径が約１７５ｍｍに、スリット状膨張部４の径が約４６０ｍｍに、該スリット状膨張部４の厚みが約７ｍｍにそれぞれ設定されている。また、スピーカ孔５の径が約７７ｍｍに設定され、かつ、この孔５を開口部３の中心を中心とする半径約１５２ｍｍの円周上に位置させてある。
【００１０】
以下、この実施形態の消音装置の作用を説明する。騒音源２から放出された音波は、上記スリット状膨張部４内の空気を振動させて、上記開口部３を中心として拡がる音波に変化する。一方、上記スピーカ６から音波を送出させた場合、この音波もスリット状膨張部４内の空気を振動させて、開口部３を中心として拡がる音波に変化する。
【００１１】
それ故、騒音源２からの音波とは逆位相の音波をスピーカ６から送出させることにより、上記開口部３を中心として拡がる前記騒音源２からの音波を、スリット状膨張部４内に送出されるスピーカ６からの音波に基づいて上記開口部を中心として拡がる逆相音波によって打消し、それによって、開口部３から漏出する音波を減衰させることができる。
【００１２】
上記マイクロフォン７は、騒音源２から放出された音波の一部を開口部３を介して検出するものであり、その出力は増幅器８を介して信号処理部９に加えられる。信号処理部９は、マイクロフォン７の出力を処理して、上記逆相音波をスピーカ６から送出させるためのスピーカ駆動信号を形成し、この駆動信号を増幅器１０を介してスピーカ６に供給する。これにより、騒音源２からの音波とスピーカ６から送出される音波に基づく逆相音波とが干渉して互いに打消し合うことになり、その結果、開口部３から漏出する騒音が極めて効率よく、しかも、空間的に均一に減衰される。
【００１３】
図３は、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態に係る消音装置では、マイクロフォン７をスリット状膨張部４の後壁４ａに取付けてあるので、騒音源２からの音波がスリット状膨張部４内で検出される。この消音装置によれば、マイクロフォン７がハウジング１の内部に配置されるので、コンパクト化を図ることができる。
なお、上記第１および第２の実施形態では、スピーカ６を１個のみしか使用していないが、複数のスピーカ６をスリット状膨張部４の後壁に所定の間隔で配設するようにしても良い。
【００１４】
図４は、本発明の第３の実施形態を示している。この実施形態に係る消音装置は、ＯＡ機器（例えば、パーソナルコンピュータ等）のハウジング１の開口部３に設けられた冷却ファン１１の発生騒音を減衰させるものである。
上記冷却ファン１１が発生する音波は、図１に示した騒音源２の放出音波と同様に、前記スリット状膨張部４内の空気を振動させて、上記開口部３を中心として拡がる音波に変化する。
したがって、冷却ファン１が発生する音波とは逆の位相の音波をスピーカ６から送出して両者の音波を相殺させれば、開口部３から漏出する音波が大きく減衰されることになる。
【００１５】
この実施形態においては、冷却ファン１１が発生する主騒音の周波数が該ファン１１の回転周波数にその翼枚数を乗じた周波数の正弦波であるとみなし、この正弦波を信号処理部９０で生成するようにしている。
すなわち、信号処理部９０は、冷却ファン１１の回転に同期したパルス信号を取込み、この信号の周波数と上記翼枚数とに基づいて上記正弦波を生成する。なお、上記パルス信号は、冷却ファン１１によって駆動される図示していない信号発生器やファン駆動回路から得ることができる。
【００１６】
この実体形態における冷却ファン１１は、回転数が２８８０／ｍｉｎで、翼枚数が５枚である。したがって、上記正弦波の周波数は（２８８０／６０）×５＝２４０Ｈｚとなる。
信号処理部９０は、上記正弦波の周波数を有したスピーカ駆動信号を生成し、この駆動信号を増幅器１０を介してスピーカ６に供給する。もちろん、この駆動信号の位相および振幅は、スピーカ６から送出される音波が冷却ファン１１の発生音波を打消すように調整される。
【００１７】
要するに、上記駆動信号の位相および振幅は、スピーカ６から送出される音波の打消し効果が最も高くなるように、換言すれば、開口部３から漏出する音波が最小になるように適宜調整される。
なお、この第３の実施形態に係る消音装置においても、スピーカ６を複数個配設することができる。
【００１８】
図５は、冷却ファン１１が発生する音波に対して何らの消音処置も講じなかった場合における漏出音波の強度分布の計測結果を、図６は、消音処置として単にスピーカ６を開口部３の側方に取付けた場合における漏出音波の強度分布の計測結果を、また、図７は、上記第３の実施形態に係る消音装置を用いた場合における漏出音波の強度分布の計測結果をそれぞれ等強度線を用いて例示したものである。
なお、上記強度分布は、周波数２４０Ｈｚの漏出音についてのものである。また、漏出音波の測定点は、開口部３の中心軸線を含む任意の面を６０ｍｍ間隔で縦横に分割した場合の各分割点（計８１個所）の位置に設定されている。
【００１９】
図５から明らかなように、消音処置を講じなかった場合には、開口部３の正面での漏出音の強さが７８ｄＢになる。一方、図６に示す消音処置（図１１に示した従来の消音処置に対応）を講じた場合には、開口部３の正面での漏出音の強さが６４ｄＢまで低下するものの、等強度線に関しては、開口部３の位置とスピーカ６の配置位置に対応したピークをそれぞれ生じる。つまり、漏出音波の強度分布にムラが発生する。
【００２０】
これに対して、上記第３の実施形態に係る消音装置を採用した場合には、図７から明らかなように、開口部３の正面での漏出音が５８ｄＢまで低減されるとともに、等強度線が開口部３の周辺に拡がる形状を呈する。つまり、一様でかつ高い騒音低減効果を得ることができる。
【００２１】
ところで、図１、図３および図４に示した消音装置は、スリット状膨張部４での音波の振動を利用して漏出騒音を低減するものであるので、その低減効果を向上するには、スリット状膨張部４内における音波の共振周波数が騒音の主周波数もしくはそれに近似する周波数となるように該スリット状膨張部４を設計することが望ましい。
【００２２】
実験では、波数（円周率の２倍の値を音波の波長で除した値）とスリット状膨張部４の半径との積が約１となるようにスリット状膨張部４を設計した場合に、良好な結果を得ることができた。
しかし、上記の関係は、騒音源の種類やハジング１の大きさ等がどのようなものであっても成立するという保証はない。したがって、スリット状膨張部４の形状（深さ）は、上記騒音源の種類やハジング１の大きさ等を勘案しながら最適に設定することが望ましい。
なお、騒音の周波数に対して、仮にスリット状膨張部４の設計が最適でなかったとしても、必要十分な騒音低減効果を得ることが可能である。
【００２３】
図８において、破線は図４に示した冷却ファン１１が発生する騒音の周波数分布を、また、実線は図４に示した消音装置による上記騒音の減衰効果を示す周波数分布を示している。
この図８に示すように、冷却ファン１１の騒音は、基本周波数が前述した２４０Ｈｚ程度であるが、この基本周波数の整数倍の周波数においてもピーク点（いわゆる高調波成分）が存在する。
図４に示した消音装置によれば、基本周波数の騒音が大きく低減されるので、結果的に該騒音の高調波成分も低減されることになる。
【００２４】
図１、図３および図４に示した消音装置では、円形のスリット状膨張部４を設けているが、これに代えて、図９に示すように楕円形のスリット状膨張部４０を設けても良い。このスリット状膨張部４０は、短径部分と長径部分で深さが相違するので、２種の周波数域の音波に適応することができる。なお、更に多数の周波数域の音波に適応し得るような形状をスリット状膨張部４に持たせることも可能である。
【００２５】
図１０は、径の異なる２種のスリット状膨張部４１，４２を開口部３の軸線方向に段状に重ね合わせて形成した例を示している。各スリット状膨張部４１，４２は、異なる周波数の音波に対する共振条件を満たすので、両者によって２種の周波数域の音波を低減することができる。
【００２６】
この例では、各スリット状膨張部４１，４２にスピーカ孔５１，５２を同軸状に形成して、スピーカ６から送出される打消し用の音波を双方のスリット状膨張部４１，４２に送り込むようにしている。
もちろん、個々のスリット状膨張部４１，４２にそれぞれ専用のスピーカを設けることも可能である。また、それらのスピーカから送出させる音波の周波数を異ならせることも可能であり、その場合、膨張部４１のスピーカから送出される音波の周波数が膨張部４２のスピーカらから送出される音波の周波数よりも低く設定される
なお、異径のスリット状膨張部の配設段数を３以上にすることも可能であり、また、個々のスリット状膨張部に円形状とは異なる形状（例えば、上記した楕円形状）を持たせることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、開口部を中心として拡がる騒音源からの音波と、スリット状膨張部内に送出されるスピーカからの音波に基づいて上記開口部を中心として拡がる逆相音波とが干渉して互いに打消し合うことになるので、開口部から漏出する騒音を極めて効率よく、しかも、空間的に均一に減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る消音装置の第１の実施形態を示した概念図。
【図２】スリット状膨張部の構造を示した斜視図。
【図３】本発明に係る消音装置の第２の実施形態を示した概念図。
【図４】本発明に係る消音装置の第３の実施形態を示した概念図。
【図５】消音処置も講じなかった場合における漏出音波の強度分布の計測結果を例示したグラフ。
【図６】従来の消音装置を採用した場合における漏出音波の強度分布の計測結果を例示したグラフ。
【図７】本発明の消音装置を採用した場合における漏出音波の強度分布の計測結果を例示したグラフ。
【図８】冷却ファンが発生する騒音の周波数分布と、本発明の消音装置によって減衰された騒音の周波数分布を例示した特性図。
【図９】楕円形のスリット状膨張部を示す斜視図。
【図１０】多段状に重ね合わせた異径のスリット状膨張部を概念的に示した部分断面図。
【図１１】従来の消音装置の構成を例示した概念図。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  騒音源
３  開口部
４，４１，４２  スリット状膨張部
５，５１，５２  スピーカ孔
６  スピーカ
７  マイクロフォン
８，１０  増幅器
９  信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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