JP2005292620A

JP2005292620A - 騒音を低減する送風ダクト

Info

Publication number: JP2005292620A
Application number: JP2004109843A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Oshima; 敦大島; Katsuhiko Umeda; 克彦梅田; Takashi Kawashima; 崇川島
Original assignee: Jamco Corp
Current assignee: Jamco Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】送風機のダクト等の騒音をＡＮＣにより低減する装置を提供する
【解決手段】全体を符号１００で示す四角い断面を持つ空調用ダクトは、４枚のハニカムパネル１１０で構成されている。ダクトの空気の流入口側に設けられた騒音検出器１２０は、空気の中に含まれる音を検知し、ＡＮＣ制御器１３０へ送る。ＡＮＣ制御器１３０は、この騒音の逆位相をもつ音波を出力し、励振器（エキサイター）１４０へ送る。励振器１４０は、パネル１１０とともにスピーカーとして機能する。４枚のパネル１１０の全てが、ＡＮＣの音波Ｗ_１を放射する振動板として機能し、ＡＮＣ制御器１３０からの出力で、パネル１１０の中央部に装着した励振器１４０によって全てのパネルが騒音の音波と逆位相で加振される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置などに使用されるエアダクトに関する。

空気調和装置の送風機が作り出す騒音は、エアダクトを通って運ばれるが、低い周波数帯域から高い周波数帯域までの騒音を効果的に低減する方法が実用化されていない。
従来から、空気の動粘性による迷路効果（ＬａｂｙｒｉｎｔｈＥｆｆｅｃｔ）と呼ばれる効果を期待して、グラスウールに代表される吸音材をエアダクトの壁面に貼って騒音低減が図られているが、迷路効果による吸音効果は５００Hｚ以上の高い周波数に限られ、５００Hｚ以下の低音域で効果を示す材料はない。

騒音低減を目的として、騒音を検知して、逆位相の音響をスピーカーで放射するアクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）と称する技術がある。この技術は、空調用エアダクトにも応用されている。

図１３に、ＡＮＣ技術を適用してダクト内の騒音防止を図った従来方法の１例（概念図）を示す。
ダクト１０の内部には、騒音検知器（マイクロホン）１１がとりつけられ、騒音検知器１１で検知された騒音信号は、制御器１２で逆位相とされて、スピーカー１３に送られ、逆位相の音波をダクト１０の内部に放射して音圧を相殺する装置である。スピーカーの下流側に設けられる補正検知器１４で騒音の低減効果を補正する装置もある。

しかし、ＡＮＣ技術による低減効果は、電子回路技術の限界やスピーカーの特性などから５００Hｚ程度を上限とする低い低周波の騒音に限定されている。
その上、ＡＮＣ技術を適用するための音響的な構造が確立されていないため、効果が発揮されていない。図１０、図１１にダクトの変形形態を示す。

すなわち、図１４に示すとおり、１個のスピーカー１３が正の音圧を与えるべく振動板が動くと、ダクトを構成する全ての壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが音圧に押されて変形する。この変形によって、ダクト断面積が拡大されて、正の音圧を与えることが出来ない。負の音圧の場合も同じで、壁面は拡張、収縮を繰り返して振動する。

図１５に示すように、スピーカーに平板の振動板１４を用いても同じである。
この現象を抑制するため、ダクトの構造を強化し、変形をなくして、振動を与えることが必要となるが、無応力状態にある構造の微少な初期変形を抑えることは技術的に難しい上、重量増が伴う。
なお、ダクトの騒音低減は、下記の特許文献１に開示され、ＡＮＣ技術は、下記の特許文献２に開示されている。
特開２００１−３０１５０号公報特開２００１−００５４６３号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＡＮＣ技術が効果的に適用できる構造を提供して、空調用エアダクト内の騒音を低減することである。

本発明では、課題を解決する手段として、送風ダクトの一部分を、ハニカムパネルで構成し、エアダクトの全壁面が騒音と逆位相の音波を放射する振動板として機能する方法を採った。
ハニカムパネルで構成する部分をユニットとして、構成し、ダクトの一部に挿入する方法もある。
挿入する箇所は、送風器直後から吹出口直前までの間で、効果、他への影響などを勘案して決定する。

さらに、ハニカムパネルの振動板に吸音特性を持たせることにより、ＡＮＣ効果と吸音効果と併せ持たせて、全音域に亘って騒音低減を図ることとした。

ハニカムパネルを使う理由は、軽量で曲げ剛性の高い、すなわち、ＥＩ／ρの高いパネルが構成できること、および、パネルの芯材（コア）の空洞部に吸音材を詰めて、パネルとしての強度と吸音特性を併せ持たせることができるからである。

本発明は、四角断面のダクトに、ＡＮＣを効果的に適用することができる。
また、ＡＮＣ効果と吸音材の吸音効果を併用することによって、全音域に亘るダクト内の騒音を低減することが出来る。

図１、図２に本発明の第１の実施の形態を示す。
この第１の実施の形態では、ＡＮＣ技術によって騒音を打ち消すために、騒音と逆位相の音波を放射する音響的な構造を持たせている。

全体を符号１００で示す四角い断面を持つ空調用ダクトは、４枚のハニカムパネル１１０で構成されている。
ダクトの空気の流入口側に設けられた騒音検出器１２０は、空気流の中に含まれる音を検知し、ＡＮＣ制御器１３０へ送る。ＡＮＣ制御器１３０は、この騒音の逆位相をもつ音波を出力し、励振器（エキサイター）１４０へ送る。
励振器１４０は、パネル１１０とともにスピーカーとして機能する。
ダクトの出口側に補正検知器１５０を設けて、補正をすることができる。

４枚のパネル１１０の全てが、ＡＮＣの音波Ｗ_１を放射する振動板として機能し、ＡＮＣ制御器１３０からの出力で、パネル１１０の中央部に装着した励振器１４０によって、全てのパネルが騒音の音波と逆位相で加振される。

この第１の実施の形態に示したダクトは１辺４００ｍｍの正方形断面で、長さは９００ｍｍである。使用したハニカムパネル１１０は、パネルの厚さが１２ｍｍ、表層材として厚さ０．１ｍｍのガラス／エポキシ複合材を使い、芯材にはアラミッド繊維製のハニカムコアを使っていて、面積あたりの重量は、１．３ｋｇ／ｍ^２であり、パネル密度が低いので充分な音響放射特性を持っている。

励振器１４０は、磁石とムービングコイルを組み合わせた通称ダイナミック型と呼ばれる構造を持っているが、従来のコーン型のスピーカーの駆動部分と同じ構造である。

従来、送風ダクトにＡＮＣ技術を適用するため、小型のコーン型振動板を持つスピーカーが使用されたが、振動板面積が小さいため、必要な音圧を与えるためには大きな振幅で加振する必要があったが、この実施の形態−１では、四壁面が大面積の振動板として音圧を発するため、小さな振幅で必要な音圧を与えることが出来る。

パネル面積が大きくなるとパネルは分割振動することがある。パネルが分割振動すると部分的に騒音と同位相の音波を放出して騒音を拡大することとなる。従って、装着する励振器の装着個数および装着位置を選択して分割振動を最低限に抑える必要がある。

ダクト内部を走る騒音と逆位相の音圧を与えて相殺するためには、騒音の周波数に応じた加圧周波数の放射特性が必要である。
第１の実施の形態で、ダクト内の空気に音圧を与える能力を実測した。
図３は、ダクトを構成するハニカムパネルの１面をスピーカーとして、内部の空気に音圧を与えた時の周波数特性である。
図３から分かるとおり、１００Ｈｚに強いピークが見られるが、これは内部の空気がバネの働きを示し、パネルが共振現象を起こしていることを示している。
次に、ダクトを構成する対抗する２面のパネルをスピーカーとして音圧を与えた。
図４に、その時の周波数特性を示す。
図４から分かるとおり、先の１００Ｈｚの共振に加えて、２００Ｈｚ付近に共振が現れている。
さらに、４面のパネルをスピーカーとして、同じ位相で音圧を与えた時の周波数特性を図５に示す。各パネルの共振が重なって、広い周波数範囲に亘って高い音圧レベルを示している。

この実験から、ダクトの４面のパネルをスピーカーとして、それぞれのパネルの面積、質量、加振入力を変化させることによって、パネルの共振を重ねて、与え得る周波数範囲を広めることが可能であることが分かった。
図６に共振を重ねて、加圧周波数範囲を広げる原理図を示す。
このことにより、ダクト内を走る騒音の周波数に応じて、逆位相を放射するダクトを最適設計することができる。

第１の実施の形態では、振動板１１０が露出しているので、ダクト１００の外側に向かって騒音を放射するが、放射する騒音を吸収するため、吸音材で囲む方法を後述する第３の実施の形態に示している。
この第１の実施の形態では、吸音ハニカムパネルは適用していない。従って、騒音低減効果は５００Hｚ以下の低い周波数の音域に限定される。

図７、図８に第２の実施の形態を示す。
全体を符号２００で示す四角い断面を持つ空調ダクト２００は、４枚のハニカムパネルの振動板２１０で構成されていて、ハニカムパネルがＡＮＣの音波Ｗ_１を放射する振動板として機能することは第１の実施の形態と同じであるが、ダクト壁を構成するハニカムパネルの振動板２１０に吸音特性を持たせている点が異なっている。励振器２４０によって、全てのパネルが騒音の音波と逆位相で加振される。
検知器、制御器、補正検知器などは第１の実施の形態と同じであり、ここでは省略している。

図９に、吸音特性を持たせたハニカムパネルの振動板２１０の構造を示している。
ハニカムパネル２１０の外側表層材２１１は、平織りのガラス繊維／エポキシ複合材を使っているが、パネル内側の表層材２１２にはメッシュに織られたガラス繊維を用いて、音波の透過性を確保すると同時に高い曲げ剛性を得ている。

ハニカムコア２１３のセル空洞部には、化学繊維やグラスウールなどの繊維吸音材２１４が詰められている。繊維吸音材２１４が漏出しないようポリエステル布地２１５がカバーしている。
繊維吸音材２１４が漏出しない他の方法として、短く切った繊維を静電付着する方法もある。

振動板は５００Hｚ以下の低い周波数の騒音と逆位相の音波を放射して、騒音を打ち消すとともに、５００Hｚ以上の高い周波数の騒音を迷路効果で吸収する。
パネル密度（面積あたりの重量）は第１の実施の形態で使用したハニカムパネルの１．３ｋｇ／ｍ^２に比して、２．５ｋｇ／ｍ^２と重くなっているが、放射する音波は５００Hｚ以下なので充分な特性を持っている。

図１０から図１２に第３の実施の形態を示す。図１２は断面図を示している。
全体を符号３００で示す四角い断面を持つ空調用ダクトは、２層構造のダクトで構成され、内層ダクト３１０は第１の実施の形態の示したＡＮＣダクトであって、その外側を吸音ダクト３３０で覆う構造を備える。

内側ダクト３１０は、ハニカムパネルの振動板３１２により構成され、励振器３４０によって、ＡＮＣされた音波Ｗ_１をダクト３１０内に出力する。
振動板３１２を通して外側に漏れる高い周波数の騒音は、外側の吸音ダクト３３０を構成するハニカムパネル３３２により吸収される。

外層に用いた吸音ハニカムパネル３３２の構造は第３の実施の形態に記載した吸音パネルと基本的に同じであるが、外側表層材を平織りのガラス繊維／エポキシ複合材から鉄板に変えて、耐候性、吸音特性を向上させている。

第１の実施の形態を示す説明図。第１の実施の形態の断面図。ダクトの１面をスピーカーとしたときの周波数特性。ダクトの対抗する２面をスピーカーとしたときの周波数特性。ダクトの全４面をスピーカーとしたときの周波数特性。パネルの共振を重ねて周波数特性を改善する概念図。第２の実施の形態を示す説明図。第２の実施の形態の断面図。第２の実施の形態で使用する吸音ハニカムパネルの構造図。第３の実施の形態を示す説明図。第３の実施の形態を示す説明図。第３の実施の形態の断面図。従来の技術を示す説明図。従来の技術を示す説明図。従来の技術を示す説明図。

符号の説明

１００送風ダクト
１１０振動板パネル
１２０マイクロホン
１３０制御部
１４０励振器
１５０補正検知器

Claims

音波を放射するための振動板として機能する４枚のパネルを壁面とした四角断面構造を有する送風ダクトと、ダクト内の騒音を検知する手段と、騒音の音波を逆位相に変換する手段と、逆位相の音波でパネルを励振させる励振器を備える送風ダクト。
請求項１に記載した送風用ダクトであって、振動板として機能する４枚のパネルの面積、質量、加振入力をそれぞれ変えてそれぞれの共振周波数を変え、放射する音波の周波数特性を改善した送風ダクト。
請求項１に記載した送風用ダクトであって、振動板として機能するパネルは吸音特性を備え、低音域から高音域までの騒音を低減する送風ダクト。
請求項１に記載する送風ダクトであって、送風ダクトの外側を、吸音特性を持つハニカムパネルで覆って２層構造に形成した送風ダクト。