(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機又は送風機の吐出口あるいは吸込口から放射される騒音を測定する方法であって、
接続ダクト内に風の流れに沿うように２本の風防付きマイクロホンをダクトの開口端側とその反対側に接近させて設置し、
接続ダクト内が非送風の状態で参照音を接続ダクト内に放射して、前記２本のマイクロホンで計測される２つの音圧信号から２種類の特徴量として次式を用いて音響インピーダンスを算出し、
【数１】
0004261088.tif 000012
次式を用いて音響伝達関数を算出し、
【数２】
0004261088.tif 000013
接続ダクト内が送風の状態でダクト開口端と反対側のマイクロホンで単一音圧信号を計測し、
計測された単一音圧信号と既得の音響伝達関数を用いて、次式によりダクト開口端側の音圧信号を合成して算出し、
【数３】
0004261088.tif 000014
計測した単一音圧信号、合成した音圧信号、既得の音響インピーダンスを用いて、次式によりダクト内放射音を算出する
【数４】
0004261088.tif 000015
ことを特徴とする空調機吐出騒音の簡易測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機又は送風機（以下空調機等という）の吐出口あるいは吸込口から放射される騒音を測定する方法であって、実用的な精度を確保しつつ、簡易な手段で測定する方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調機等のダクト内に放射される音は、一般に空調機等の製作会社が測定して公表し、これを基にして空調工事会社が必要な消音装置を施工している。しかしながら、ダクト内放射音について信頼性の高いデータを得るためには、所定の音響条件を確保するために特殊な空間を確保したり特殊な装置を準備しなければならず、測定にかかる負担が大きいため、実際には正確なデータが得られていなかった。
【０００３】
従来の測定方法は、ＨＡＳＳ１１０（送風機の音響パワーレベル測定方法）やＩＳＯ５１３６などの規格に基づいて行われている。規格には、接続ダクト外での測定方法も規定されており、接続ダクト外ではマイクロホンの気流雑音の影響が小さく高い測定精度が得られる反面、半無響室や残響室など特殊な装置が必要となり、簡易な測定方法とならない。
【０００４】
図７Ａ，ＢはＨＡＳＳ１１０に規定するダクト内での放射音測定方法で、接続ダクト内部の規定の６点を測定点とし、マイクロホンにノーズコーンを装着して測定する。図８Ａ，ＢはＩＳＯ５１３６に規定するダクト内での放射音測定方法で、接続ダクト内部の規定の３点を測定点とし、マイクロホンにサンプリングチューブを装着し、接続ダクト端部に無反射端装置を接続して測定する。
しかしながら、この測定方法でも図示したように多点測定や特殊な関連装置が必要になると共に、マイクロホンが気流雑音の影響を受けやすいことから、気流雑音低減用の特殊な装置が必要となる。特に、図７に示す測定方法では、ダクト開口端の影響が強い周波数域では測定精度が低くなる。
ダクト内放射音についての測定精度が低くなると、消音装置が無駄になったり、消音装置が不足して空調工事をやり直ししなければならない等の問題点が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、空調機等の吐出口あるいは吸込口から放射される騒音を簡便に測定できると同時に必要な測定精度を満足させるような測定方法を提供し、消音に関する空調工事を最適に施工可能とすることにある。特に、本発明は、空調機等のダクト内放射音のうち、次式で表される周波数以下のダクト内平面波周波数域を対象とする。
【数５】
0004261088.tif 000002
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空調機又は送風機の吐出口あるいは吸込口から放射される騒音を測定する方法であって、接続ダクト内に風の流れに沿うように２本の風防（ウレタンフォーム製）付きマイクロホンを上流側と下流側に接近させて設置する。
【０００７】
開口端を含めた接続ダクトの音響特性を測定するために、無風時のダクト内進行波音圧を高精度に推定する。
ダクトの一端から音源が駆動され、減衰せずにダクト内を平面波が進行する図９のような系（ダクト系の等価回路図）を考える。音源の音圧をＰｓ、内部インピーダンスをＺｓ、音源出口の音圧、粒子速度、インピーダンスをそれぞれＰ0、Ｖ0 、Ｚ0 とおくと、諸量の関係は次式１１のようになる。
Ｐｓ＝Ｖ0 Ｚｓ＋Ｐ0 ＝Ｖ0 （Ｚｓ＋Ｚ0 ）  ・・・（１１）
この系では、ダクト長、端部形状等の条件に応じた端部インピーダンスＺｔが存在し、それに起因する反射波と進行波により定在波が生じる。図１０Ａはダクト内部の定在波の例（パワースペクトル）、図１０Ｂはダクト内部の定在波の例（１／３オクターブ）である。
【０００８】
ダクト端部を無反射端処理すると、端部インピーダンスＺｔは外部の特性インピーダンスρｃに漸近し、次式１２により進行波音圧Ｐｉが得られる。
Ｐｉ＝ρｃＶａ＝ρｃ（Ｐｓ／（Ｚｓ＋ρｃ））  ・・・（１２）
ただし、Ｖａはダクト内部のインピーダンスがρｃに漸近した音源出口の粒子速度である。
無反射端処理を施さない通常のダクト音場から式１１に示す諸量が得られれば、ダクト内部のインピーダンスＺ0 を特性インピーダンスρｃに置換することにより、式１２から無反射端処理時の進行波音圧が推定できる。
【０００９】
推定の精度を高めるための条件は次の３つである。
（１）音源出口の音圧・粒子速度測定
本推定方法は測定位置（計算位置）の音圧と粒子速度を用いるため、位相整合のとれた２本のマイクロホンを使用する（図１１Ａ）。
２本のマイクロホンから得られる音源出力の音圧Ｐ0 は次式１３で表される。
Ｐ0 ＝（Ｐ1 ＋Ｐ2 ）／２  ・・・（１３）
粒子速度Ｖ0 は次式１４で表される。
Ｖ0 ＝（Ｐ1 −Ｐ2 ）／（ｊｋρｃｄ）  ・・・（１４）
ただし、Ｐ1 は駆動音源側の音圧、Ｐ2 はダクト開口端側の音圧、ｊ、ｋ、ｄはそれぞれ虚数、波数、マイクロホン間隔である。
【００１０】
（２）内部インピーダンス測定
駆動音源の内部インピーダンスＺｓを求めるため、図１１Ｂに示すようなダクト開口端側に駆動音源とは別の外部音源を用いる。２本のマイクロホンを用いて内部インピーダンスＺｓは外部音源による音圧Ｐ0Sと粒子速度Ｖ0Sの比として次式１５（数６）により求められる。
【数６】
0004261088.tif 000003
【００１１】
（３）測定位置
図１１Ｃに示す任意の位置ｘを音源出口と仮定し、式１１、式１２から次式１６で示す進行波音圧Ｐｉｘを導く。
Ｐｉｘ＝ρｃ（ＺSXＶｘ＋Ｐｘ）／（ＺSX＋ρｃ）・・・（１６）
ただし、ＺSXは位置ｘにおける内部インピーダンス、ＶｘとＰｘは駆動音源に対する位置ｘにおける粒子速度と音圧である。
【００１２】
ダクト開口端の端部インピーダンスをＺｔ、ダクト長をＬとして、Ｐｘは次式１７（数７）で表される。
【数７】
0004261088.tif 000004
【００１３】
式１７を式１６に代入して式１２と比較すると、式１８が得られる。
Ｐｉｘ＝（ｃｏｓｋｘ＋ｊｓｉｎｋｘ）Ｐｉ  ・・・（１８）
音圧レベルにおいてはＰｉｘとＰｘは一致し、ダクト内部の任意の位置にマイクロホンを設置しても進行波音圧は推定可能である。
進行波音圧推定の条件をまとめると、１）２本のマイクロホンを使用する、２）駆動音源とは別の外部音源を用いる、３）ダクト内測定位置は任意、となる。なお、任意の位置ｘにおいて得られた諸量を用いて進行波音圧を推定するため、一連の諸量の推定は、マイクロホンの位置を固定したまま行う必要がある。
【００１４】
実在の音圧に対して気流雑音が無視できない場合、２本のマイクロホンによる各音圧信号間のコヒーレンス性が低下し、推定値の誤差が拡大するおそれがある。そこで、無風時の各音圧間の伝達関数を利用して、気流下で得られた一方のマイクロホンの音圧から他方の音圧を合成し、それらの音圧から気流下における進行波音圧を推定する。図１１Ｃに示す系の無風時の伝達関数Ｈを次式１９に示す。
Ｈ＝［Ｐ2 ／Ｐ1 ］  ・・・（１９）
ただし、［  ］は多数回平均である。
気流下で得られる音圧Ｐ1Wと伝達関数Ｈから次式２０に示す音圧Ｐ2Wを合成し、音圧Ｐ1W、Ｐ2Wを式１３、式１４に代入して送風時の進行波音圧推定値を求める。
Ｐ2W＝ＨＰ1W  ・・・（２０）
【００１５】
まず、接続ダクト内が非送風の状態で参照音を接続ダクト内に放射して、前記２本のマイクロホンで計測される２つの音圧信号から２種類の特徴量として次式を用いて音響インピーダンスを算出し、
【数８】
0004261088.tif 000005
次式を用いて音響伝達関数を算出する。
【数９】
0004261088.tif 000006
次に、接続ダクト内が送風の状態でダクト開口端と反対側のマイクロホンで単一音圧信号を計測し、
計測された単一音圧信号と既得の音響伝達関数を用いて、次式によりダクト開口端側の音圧信号を合成して算出し、
【数１０】
0004261088.tif 000007
計測した単一音圧信号、合成した音圧信号、既得の音響インピーダンスを用いて、次式によりダクト内放射音を算出する。
【数１１】
0004261088.tif 000008
【００１６】
【作用】
本発明の測定方法によれば、接続ダクト内で測定するので半無響室や残響室など特殊な装置は不要であり、簡易な測定方法となる。マイクロホンには風防を装着しているので気流雑音の影響を受けにくい。本発明における数式を利用した測定方法は実験の結果、従来の厳密な測定方法に比較しても誤差が小さく、充分実用にたえることが判明した。これにより、充分な測定精度が確保され、消音装置が無駄になったり、消音装置が不足して空調工事をやり直さなければならない事態を回避することが可能になる。
以下、本発明による好適な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明による測定方法の工程を表した流れ図である。
図１は本発明の好適な態様による測定装置を表しており、空調機１０の吸込口１２と吐出口１４のそれぞれに、接続管１６，１８、丸ダクト２０，２２、エルボ２４，２６、丸ダクト２８，３０が接続されている。吸込口側の丸ダクト２０にはダンパ３２が設けられている。
本発明では吐出口側の丸ダクト３０に騒音測定装置４０が設置されているが、騒音測定装置は吸込口側のダクト２８の部分に設けることも可能であることを理解されたい。
【００１８】
騒音測定装置４０は、丸ダクト３０内に風の流れに沿うように上流側（開口端と反対側）と下流側（開口端側）に接近させて設置された２本の風防付マイクロホン４２，４３を包含する。マイクロホンに付属する風防４４は一般的なウレタンフォーム製のウインドスクリーンと呼ばれるタイプのものを利用できる。風防付マイクロホン４２，４３は固定器具４６によって丸ダクト３０内に固定される。騒音測定装置からのデータは解析装置５０によって解析される。開口端から２本のマイクロホン中央位置までの距離ｘは任意であるが、上述したように固定されている。
【００１９】
まず、接続ダクト内が非送風の状態で特徴量算出のための参照音を接続ダクト内に放射する。ここで参照音とは、接続ダクト内平面波の周波数領域を含み、特徴量算出に有効でかつ安定した出力を有する音である。
図２Ａは音響インピーダンスの算出方法の概要を表しており、マイクロホン４２，４３は中心間距離がｄになるように接近して配置され、ダクト開口端から特徴量算出のための参照音が放射され、マイクロホン４２，４３によって騒音が測定され、解析装置５０によって音響インピーダンスが算出される。音圧信号の解析は中央の計算位置で行われる。
図２Ｂは音響伝達関数の算出方法の概要を表しており、ダクト開口端とは反対側から参照音が放射され、マイクロホン４２，４３によって騒音が測定され、解析装置５０によって音響伝達関数が算出される。
【００２０】
次に、空調機等が稼働して接続ダクト内部が送風された状態で開口端と反対側の１本のマイクロホンで計測される音圧信号と、すでに計算された２種類の特徴量を用いてダクト内放射音を算出する。
【００２１】
その手順は、最初に、開口端と反対側のマイクロホンで測定した単一音圧信号と既得の音響伝達関数を用い、ダクト開口端側のマイクロホンの音圧信号を合成する。次に、計測した単一音圧信号、合成した音圧信号、既得の音響インピーダンスを用いてダクト内放射音を算出する。
図２Ｃはダクト開口端側の音圧信号合成方法の概要を表しており、空調機からの騒音が気流と共に伝播し開口端と反対側のマイクロホン４２によって単一音圧信号が測定される。この後、計測した単一音圧信号、合成した音圧信号、既得の音響インピーダンスを用いてダクト内放射音を算出する。
【００２２】
【実施例】
図３は本発明に基づく測定方法を表しており、送風機（空調機）１０、接続管１８、丸ダクト３０、２個のマイクロホンを包含する騒音測定装置４０が配置されている。表１は送風機の仕様を表している。
【表１】
0004261088.tif 000009
表１に示した送風機の吐出口から放射された騒音の、本発明に基づく測定結果（計算値）を図４に示す。
【００２３】
図５はＩＳＯ５１３６に基づいた測定方法を表しており、室Ａと室Ｂにわたって、送風機、接続管、丸ダクト、マイクロホン、無反射端が配置されている。
表１に示した送風機の吐出口から放射される騒音値のＩＳＯ５１３６に基づく測定結果（基準値）を前述の図４に重ねて示す。
図４から、本発明に基づくダクト内放射音計算値とＩＳＯ５１３６に基づく測定値（基準値）との差は、ダクト内平面波領域の有効周波数範囲（１／３オクターブ中心周波数、５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、の１０帯域）では概ね１ｄＢ以下であることが確認された。表２はＩＳＯ５１３６の測定精度を規定した表である。
【表２】
0004261088.tif 000010
すなわち、本発明による測定方法は充分な実用性を有するものであることが確認された。
【００２４】
【実験例】
本発明による測定方法の正しさを確認するためにさまざまな実験を行ったので、それらについて、以下に記述する。
１  無風時のダクト内進行波音圧
１．１  実験方法
吸込口を封鎖した無風時の送風機稼働音を音源として、本推定方法の検証実験を行った。実験装置の仕様を表３に、概要を図１２に示す。ここで用いたダクトは直径４００ｍｍで、平面波領域は５００Ｈｚ以下である。
【表３】
0004261088.tif 000011
【００２５】
無反射端処理後のダクト内の音圧測定値を進行波音圧推定法の基準とした。
無反射端の概略を図１３に、無反射端の音圧反射計数実測値とＩＳＯ５１３６の規定値を１／３オクターブバンドで図１４に示す。
図１４の音圧反射係数の実測値は１２５Ｈｚ以上の帯域でＩＳＯ５１３６の規定値を若干超えているが、ダクト軸方向の複数測定点での音圧の平均をとることで、無反射端使用時のダクト内音圧測定値を基準とみなした。
ダクト軸方向に２００ｍｍ間隔、計１０点の測定点を設け、測定値の平均を基準値とした。パワースペクトルの評価に限り、ダクト開口端から２５０ｍｍの測定値を基準とした。
【００２６】
１．２  実験結果
（１）基準値との比較
ダクト開口端から２５０ｍｍの測定位置における進行波音圧推定値と基準値のパワースペクトルを図１５Ａに、１／１オクターブバンド相対レベルを図１５Ｂに示す。なお、両図共に通常の開口端の音圧測定値を加えた。図１５Ａのパワースペクトルでは通常の開口端の急峻な特性が進行波音圧推定値では緩和され、基準値に接近している。図１５Ｂの１／１オクターブバンドではほぼ一致する。従って、進行波音圧推定法はダクト端部の音響条件に依存しない推定値が得られ、無反射端を用いた基準値の代替が可能である。
【００２７】
（２）ダクト内測定位置の比較
ダクト内の任意の測定位置に対する推定法の妥当性を検討した。任意の測定点（ダクト開口端から２５０ｍｍ、５５０ｍｍ、１３５０ｍｍ）における推定値のパワースペクトルを図１５Ｃに、１／１オクターブバンド相対レベルを図１５Ｄに示す。図１５Ｃ、図１５Ｄ共に各推定値はほぼ一致し、ダクト内の任意の測定位置に対しても、安定した推定値が得られることが確認された。
【００２８】
２  気流雑音が存在するときのダクト内進行波音圧
気流中の測定で問題となるのはマイクロホンの気流雑音であり、本簡易測定法では測定の簡便性と対象とする空調機の規模を考慮し、ウレタンフォーム製の一般的なウインドスクリーンを使用してダクト内気流下における進行波音圧推定の検討を行った。
【００２９】
２．１  実験方法
表３に示す送風機の規定風量（ダクト内風速約７ｍ／ｓ）を確保し、送風時の進行波音圧推定の実験を行った。測定位置ならびに基準値の測定は、無風時と同一の条件である。
【００３０】
２．２  実験結果
進行波音圧推定値と基準値のパワースペクトルを図１６Ａに、１／１オクターブバンド相対レベルを図１６Ｂに示す。比較のため、気流雑音を考慮しない場合の推定値を両図に加えた。
図１６Ａのパワースペクトルでは、気流雑音を考慮しない推定値に比べ、気流雑音を考慮した推定値は気流雑音の影響を強く受ける低周波数域で改善されて基準値に接近し、図１６Ｂの１／１オクターブバンドレベルでは気流雑音を考慮して推定値は基準値とほぼ一致する。
【００３１】
３  実験のまとめ
ダクト内平面波領域に対して本簡易測定法は、無風時の送風機音源を用いた検討による進行波音圧推定法の基本的な適性が確認された。気流雑音に対する検討の結果、本簡易測定法の適用範囲において、送風時の進行波音圧が推定可能であることを示した。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、接続ダクト内で測定するので半無響室や残響室など特殊な装置は不要であり、簡易な測定方法となる。マイクロホンには風防を装着しているので気流雑音の影響を受けにくい。本発明における数式を利用した測定方法は従来の厳密な測定方法に比較しても誤差が小さく、充分実用にたえることが判明した。これにより、充分な測定精度が確保され、消音装置が無駄になったり、消音装置が不足して空調工事をやり直さなければならない事態を回避することが可能になるなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測定方法の概略縦断面図である。
【図２】音響インピーダンス等を算出する方法を表す概略図である。
【図３】本発明による測定方法を表す概略縦断面図である。
【図４】本発明による計算値と基準値の差を表すグラフである。
【図５】ＩＳＯ５１３６に基づく測定方法を表す概略図である。
【図６】本発明の測定方法の工程を表す流れ図である。
【図７】従来の測定方法を表す概略図である。
【図８】従来の測定方法を表す概略図である。
【図９】ダクト系の等価回路図である。
【図１０】ダクト内部の定在波を表すグラフである。
【図１１】音源出口の音圧等を測定する装置の概略図である。
【図１２】実験装置の概略縦断面図である。
【図１３】無反射端の仕様を表す概略図である。
【図１４】無反射端の音圧反射係数を表すグラフである。
【図１５】進行波音圧の推定値を表すグラフである。
【図１６】送風時の進行波音圧推定値を表すグラフである。
【符号の説明】
１０  空調機
１２  吸込口
１４  吐出口
１６，１８  接続管
２０，２２  丸ダクト
２４，２６  エルボ
２８，３０  丸ダクト
４０  騒音測定装置
４２，４３  マイクロホン
４４  風防
【図１】
0004261088.tif 000016
【図２】
0004261088.tif 000017
【図３】
0004261088.tif 000018
【図４】
0004261088.tif 000019
【図５】
0004261088.tif 000020
【図６】
0004261088.tif 000021
【図７】
0004261088.tif 000022
【図８】
0004261088.tif 000023
【図９】
0004261088.tif 000024
【図１０】
0004261088.tif 000025
【図１１】
0004261088.tif 000026
【図１２】
0004261088.tif 000027
【図１３】
0004261088.tif 000028
【図１４】
0004261088.tif 000029
【図１５】
0004261088.tif 000030
【図１６】
0004261088.tif 000031