(57)【要約】【課題】  筒内に導入された音を反射板の組み合わせで、特定の周波数音を共振させることなく、伝播音のルートを拡張して位相遅延を与え、逆位相音を得る。【解決手段】  音波導波筒１と、該音波導波筒１の内側に設けられた第１反射板２と、該第１反射板２と相対向する第２反射板３と、前記音波導波筒１の一端に設けられて音波を導入および放出する開口４と、該開口４に対して前記音波導波筒１の反対側の閉口５と、を具備し、相対向する前記第１反射板２と前記第２反射板３間に設けられた間隔を開口４から中央および閉口５から中央に向けて漸次狭められる関係の反射面として音波導波路６を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波導波筒と、
該音波導波筒の内側に設けられた第１反射板と、
該第１反射板と相対向する第２反射板と、
前記音波導波筒の一端に設けられて音波を導入および放出する開口と、
該開口に対して前記音波導波筒の反対側の閉口と、
を具備し、相対向する前記第１反射板と前記第２反射板間に設けられた間隔を開口から中央および閉口から中央に向けて漸次狭められる関係の反射面として音波導波路を構成したことを特徴とする逆位相音発生装置。
【請求項２】
前記逆位相音発生装置において、
前記第１反射板を楕円反射面とし、
前記第２反射板を断面の形状が前記第１反射板の楕円反射面の２つの焦点を底辺とする２等辺三角形の２つの等辺を第１反射面および第２反射面とする２面反射板面として、
音波導波路を構成したことを特徴とする請求項１記載の逆位相音発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、排気マフラーなどから排出される騒音を低減する打ち消し音を得るために用いる逆位相音発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  排ガスの流通路は確保しながら同じ管路を通過する騒音を打ち消す消音装置として、管路の側壁に設けられた開口から騒音の一部を内壁面が反射面で構成される筒内へ取り込み、取り込んだ騒音の伝播ルートを騒音の支配的な成分となる卓越音の１／２波長分を拡張し、位相遅延を与えて騒音と逆位相関係の打ち消し音をつくり、騒音の取り込み口から騒音の進行方向へタイミングを合わせて再び放出して元の騒音と波動干渉させることによって、特定された卓越周波数の騒音の波動としてのエネルギーを効率よく消耗させる反射板式消音管が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２６１２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、内壁面が反射面で構成される筒内に音を取り込み、卓越音に位相遅延を与えて逆位相の打ち消し音を得ようとすると、特定される卓越音周波数以外の周波数帯域で筒の容積や形状等に依存する固有の共振周波数が現れて、その部分の騒音が逆に増大して機能の劣化を引き起こしてしまうという問題点があった。【０００４】  伝播ルートを拡張するために筒内へ導入される音の伝播ルートは単純ではないため、正確なルートの設定は難しく、実際には様々な要因が複雑にからみ合い非線形的な現象が加わることも少なくない。騒音の取り込み口から導入される音は、筒内へ向かって放射状の多数の射線となって入力され、一つひとつの音の直進する射線が反射面で様々な方向へ反射されながら次々に多様なルートを進むと考えられることから、波長の長短による筒内の反射や干渉などによる影響は無視できないものであり、周波数ごとに一様な伝播音ルートの拡張と位相遅延を与えることは困難である。【０００５】  本発明は、筒内に導入される音を、反射板を組み合わせて構成される音波導波路によって伝播ルートの自由度を強制的に制限してしぼり込み、多様な伝播ルートを近似的に最短距離となるルートに均一化して伝播ルートの拡張を図り、周波数ごとに伝播距離の拡張に対応する位相遅延を与えるものであって、特定の周波数音が特別に強調された音となって放出されることのないようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  音波導波筒と、該音波導波筒の内側に設けられた第１反射板と、該第１反射板と相対向する第２反射板と、前記音波導波筒の一端に設けられて音波を導入および放出する開口と、該開口に対して前記音波導波筒の反対側の閉口と、を具備し、相対向する前記第１反射板と前記第２反射板間に設けられた間隔を開口から中央および閉口から中央に向けて漸次狭められる関係の反射面として音波導波路を構成したものである。【０００７】  また、前記第１反射板を楕円反射面とし、前記第２反射板を断面の形状が前記第１反射板の楕円反射面の２つの焦点を底辺とする２等辺三角形の２つの等辺を第１反射面および第２反射面とする２面反射板面として、音波導波路を構成してもよい。
すなわち、本発明は、開口より導入および放出される音波を反射板の組み合わせで音波導波路を構成して音の伝播性状を整え、進路の自由度を制限して狭め、導入された音波の伝播ルートを集約し均一化することでスリムなルートとして拡張し、位相遅延を与えて逆位相となる特定周波数の打ち消し音を得る、逆位相音発生装置を構成するものである。
【発明の効果】
【０００８】  本発明による逆位相音発生装置は、筒内を伝播する音の多様な伝播ルートを反射板を用いてしぼり込むと同時に、筒内を伝播する音が同一の反射面で反復反射をくり返して共鳴音になり難いように構成されていて、細分化されたすべての周波数帯で均一化された伝播距離と、拡張された距離相当の位相遅延が与えられるようになっている。また、取り扱う周波数の波長に対して必要となる装置の大きさや反射板の形状などの関係は単純な形で数式化することが可能で、具体的な数値による計算は容易であり、実装上の伝播ルートや伝播距離の違いなどから生じる変則的な影響は最小限にとどめることができる。
このように、本発明による装置は、簡単な構造で、信頼性が高く、実用性、汎用性ともに優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１０】  本発明の逆位相音発生装置の実施例１を図１によって説明する。図１は、本発明による逆位相音発生装置の構成および作用を示す概略図である。図１は、本発明を定速回転をするガスタービンエンジン排気管の消音マフラーとして用いたものである。
図１において、１は音波導波筒、２は第１反射板、２ａは第１焦点、２ｂは第２焦点、３は第２反射板、３ａは第１反射面、３ｂは第２反射面、４は開口、５は閉口、６は音波導波路、７は排気管、７ａは終端エッジ、７ｂは終端開口、８は騒音、９は導入音、１０は打ち消し音、１１は干渉面である。
図１において、音波導波筒１は、断面の形状が長方形の排気管７の長径側の両側面に終端エッジ７ａと音波導波筒１の開口４の一辺を一致させて排気管７を外側から挟み込むように設置されている。音波導波筒１内には楕円の２つの焦点を第１焦点２ａと第２焦点２ｂとして平板を湾曲させた楕円面で成る第１反射板２が設けられ、さらに、第１反射板２に対向して、第１焦点２ａを含む第１反射面３ａと第２焦点２ｂを含む第２反射面３ｂが双方から迫り上がって中央で山形の稜線をつくり第１反射板２側へ突起する２面の反射板面で成る第２反射板３が設けられている。中央へ迫り上がった山形の稜線と第１反射板２の楕円反射面の中央部との間隔は楕円の半短軸の１／２程度であり、各反射面は音の反射率の高い部材を用いている。
音波導波筒１と第１反射板２は一体であってもよく、第１反射板２と第２反射板３で挟まれた間隙と、開口４、および、開口４に対する底を閉口５として成る空洞が、音波導波路６を構成する。【００１１】  以下、その動作について図１に示した図と共に説明する。
図１は、本発明をガスタービンエンジンの排気管７の端末に適用した例である。回転原動機の排気騒音は、一般的に、回転原動機の回転数に依存する特定の周波数音が突出する卓越音となって現れるため、排出される排気騒音の低減対策は、音圧レベルの最も大きく騒音の支配的な成分となる卓越音をいかに効率よく低減できるかにかかっているといえる。
しかし、音波導波筒１は、第１反射板２、第２反射板３、開口４、閉口５とで筒状の音波導波路６を構成していて、開口４から音波導波路６内に周期性の音波が入力されると、第１反射板２や第２反射板３、および、開口４端、閉口５端による反射などで音波導波筒１内の音波導波路６の空洞容積などに依存する特定周波数音の共鳴管を構成して共鳴音が誘発されてしまうこととなり、逆位相音発生装置としての単純な機能を得ることが困難となる。【００１２】  そこで、本発明は、音波の伝播ルートを反射板で整えるとともに、伝播ルートの自由度を強制的に狭めて近似的に最短距離となるルートを用いて、音波導波筒１内に設けられる音波導波路６の伝播音ルート拡張の周波数特性を均一化するものである。
排気管７内を平面波状で進み、排気管７の終端開口７ｂから放出される卓越する周波数音の音波から、その一部を排気管７の終端エッジ７ａ近傍、すなわち開口４から音波導波筒１内へ導入音９として導入し、開口４を新たな発音源のようにして伝播する導入音９を音波導波路６によって進路を整えるとともに伝播経路の長さを拡張し、位相遅延を与えて直進する騒音８と逆位相関係となる音波，すなわち打ち消し音１０として導入音９と逆方向へ、開口４を新たな発音源のようにして騒音８の進む方向へ再び放出する。開口４から放出される特定周波数の打ち消し音１０は、干渉面１１において制御対象周波数の１／２波長に見合う距離が拡張されて、干渉面１１へ直進伝播する騒音８と逆位相の関係となり、騒音８と打ち消し音１０は、干渉面１１で波動干渉して伝播エネルギーを瞬時かつ劇的に低減する。【００１３】  ここで、音波の波動干渉による伝播エネルギーの低減について説明する。回転原動機から放出される騒音８は、１サイクル以上連続する周期性を有する特定の周波数が支配的な卓越音である。開口４から音波導波路６内へ導入される導入音９は、打ち消し音１０となって開口４より再び放出されるが、干渉面１１へ至るまでには卓越音の１／２波長に見合う伝播時間を要する。干渉面１１で合流する騒音８と打ち消し音１０を騒音の発生時点で見ると、それぞれの時間軸上のタイミングは、騒音８の方が打ち消し音１０よりも１／２波長に相当する時間が早く発生したものである。一方、双方の音波は同一の音源からほぼ同時刻に放射された音波であるから、音波としての性状はほぼ同一の振幅で位相が逆位相関係のそれぞれ正負均衡のとれた１サイクル以内の音波であるとして扱うことができる。したがって、双方の音波を同一の方向へ並列に互いに同期進行させると、波動としての伝播エネルギーは互いに逆位相関係で干渉し合うこととなり、瞬時かつ劇的に伝播エネルギーは消耗される。【００１４】  騒音８を打ち消し音１０によって効果的に低減するためには、干渉面１１において、騒音８と打ち消し音１０の双方の音波の波動のエネルギー量の均衡を保つ必要がある。排気管７の終端開口７ｂの断面の大きさや形状に対応する開口４の大きさや形状、排気管７に対する開口４の面の傾斜角などの最適値を決定すれば、卓越音の低減効果を１０ｄＢ以上確保することは容易であり、卓越音以外の周波数帯域で干渉による音圧レベルの上昇する帯域が出現したとしても、上昇する音圧レベルを約３ｄＢ以内に抑えることができる。【００１５】  なお、排気管７の終端開口７ｂの断面は、対象となる卓越周波数音の波長に対して十分に小さくなければならないが、音波導波筒１の大きさは、終端開口７ｂの形状と卓越周波数音の波長との関係によって決定される。音波導波筒１は、第１反射板２、第２反射板３、開口４、閉口５によって音波導波路６を構成し、第１反射板２は、第１焦点２ａと第２焦点２ｂの２つの焦点を有する楕円反射面であり、第２反射板３で伝播ルートが狭められている。２つの焦点を有する楕円は、２つの焦点から楕円上の任意の点Ｐまでの距離の和が一定で、点Ｐで反射される反射音は点Ｐの接線を含む面に対して入射角と反射角が等しく、一方の焦点から放射されて点Ｐで反射される音波はもう一方の焦点へ達する、という性質を有する。また、楕円面に対して小さな入射角で入射される音波の伝播ルートは、近似的に楕円面に沿って進む軌跡を描くが、本発明は、このルートを音波導波路６内の代表されたルートとして扱うものである。したがって、第１焦点２ａ近傍の開口４から入射した音波が楕円面で反射して第２焦点２ｂ近傍の閉口５へ至る距離が、２つの焦点から楕円上の任意の点Ｐまでの距離の和とほぼ等価であるとして、この和の値を概ね卓越周波数音の１／４波長とすれば逆位相の打ち消し音１０を得ることが可能であり、第２反射板３、開口４、閉口５の位置、形状等は適宜に決定できるものとなる。【００１６】  また、排気管７を外側の両面から挟み込むように設置する２つの音波導波筒１内に設けられる音波導波路６の伝播音の拡張される大きさをそれぞれ異なる大きさとして設置し、あるいは、排気管７の端末だけでなく複数個の音波導波筒１を管路の中間に設置するなど、有効となる周波数帯域を拡張し、守備範囲の広い逆位相音発生装置としてもよい。
【実施例２】
【００１７】  次に本発明の他の実施形態を説明する。【００１８】  本発明の逆位相音発生装置の実施例２を図２によって説明する。図２は、本発明による逆位相音発生装置の他の実施形態の構成および作用を示す概略図である。図２は、本発明を送風ダクトの消音装置として用いたものである。図１と共通の部分は、共通の符号を付してある。
１７は送風ダクト、２１は消音装置、２２は筒状カバー、２３は集音反射板である。
図２において、消音装置２１は、内壁の一端に集音反射板２３を有する筒状カバー２２内に本発明による逆位相音発生装置を内蔵したものである。音波導波筒１は、円筒状の筒状カバー２２の中心軸上に、楕円の２つの焦点を第１焦点２ａと第２焦点２ｂとする回転楕円面で成る第１反射板２を内壁面とする一体型として設置されている。さらに、第１反射板２に対向して、開口４側の第１焦点２ａを頂点とする円錐面の第１反射面３ａと、閉口５側の第２焦点２ｂを頂点とする円錐面の第２反射面３ｂとの底面が背中合わせに接合されて第２反射板３として設置されていて、第２反射板３の中央の山形の稜線は、対向する第１反射板２側へ十分に突起している。集音反射板２３は、回転放物面の一部を用いた反射面であって、直進伝播する音の一部を反射して開口４へ集束させる反射板であるが、第１反射板２、第２反射板３と共に、それぞれ音の反射率の高い部材が用いられている。音波導波筒１，第１反射板２、第２反射板３、開口４、閉口５、音波導波路６が設けられて成る消音装置２１は、筒状カバー２２の両端が送風ダクト１７に接続されている。【００１９】  以下、その動作について図２に示した図と共に説明する。
図２は、本発明を送風ダクト１７に適用させた例であり、送風ダクト１７内を平面波状で直進伝播する騒音８は、送風ファンの動翼枚数と回転数の積で表される周波数音が鋭く突起する大きな音圧レベルの卓越周波数音として現れる。騒音８は筒状カバー２２と音波導波筒１で挟まれた空間を直進伝播するが、直進伝播する騒音８の一部は筒状カバー２２の内壁端に設けられた集音反射板２３で反射されて進行方向の向きを変え、集束されて開口４より音波導波筒１内へ導入音９となって導入され、回転楕円面で成る第１反射板２と、２つの円錐体が接合された形状の第２反射板３とで挟まれた音波導波路６を通り、閉口５で反射されて開口４から再び放出される。集音反射板２３で反射されたルートを進む音波は、伝播ルートの距離が拡張されて遅延時間が与えられるが、この遅延時間が１／２波長に相当する周波数音が逆位相となり、打ち消し音１０となって導入音９と逆方向に、開口４から騒音８の伝播方向へ向けて放出される。打ち消し音１０は、集音反射板２３で反射されずに音波導波筒１を迂回するルートを進む騒音８と干渉面１１で干渉し合い、騒音８の波動としての伝播エネルギーを低減する。【００２０】  騒音８を打ち消し音１０によって効果的に低減するためには、干渉面１１において、騒音８と打ち消し音１０の双方の音波の波動のエネルギー量が均衡を保ち、かつ逆位相関係とする必要がある。送風ダクト１７の断面に対する筒状カバー２２と音波導波筒１で挟まれた空間の断面の大きさは同等以上として、筒状カバー２２の内壁端に設けられる集音反射板２３と開口４の関係、第１反射板２を構成する回転楕円面の第１焦点２ａ、第２焦点２ｂと楕円の短軸および２つの円錐体が接合された第２反射板３の関係、集音反射板２３で反射されて伝播ルートの迂回によって拡張される距離の大きさなど、消音対象の卓越周波数音の波長を考慮して、各部の最適な形状や寸法は実施例１に準じて決定できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】  上記実施形態においては本発明を、排気マフラーや送風ダクトから排出される卓越する周波数音による騒音を打ち消す消音装置に適用した場合について説明したが、本発明による逆位相音発生装置は、回転要素を有する原動機等が発生する騒音に限らず、周期性、大出力、低周波数の騒音を、単純、コンパクトな筒状の構造の装置で、特に、共鳴音の発生による障害に煩わされることなく、伝播音ルートを迂回させて伝播距離を拡張し、特定周波数の音について位相遅延を与えることによって逆位相音を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による逆位相音発生装置の構成および作用を示す概略図である。
【図２】本発明による他の実施形態の構成および作用を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２３】  １・・・音波導波筒、２・・・第１反射板、２ａ・・・第１焦点、２ｂ・・・第２焦点、３・・・第２反射板、３ａ・・・第１反射面、３ｂ・・・第２反射面、４・・・開口、５・・・閉口、６・・・音波導波路、７・・・排気管、７ａ・・・終端エッジ、７ｂ・・・終端開口、８・・・騒音、９・・・導入音、１０・・・打ち消し音、１１・・・干渉面、１７・・・送風ダクト、２１・・・消音装置、２２・・・筒状カバー、２３・・・集音反射板
【図１】
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【図２】
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