JP2014047744A

JP2014047744A - 通気経路用騒音低減装置

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Publication number: JP2014047744A
Application number: JP2012192893A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Miyahara; 正芳宮原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】通気経路中に配置する騒音源からの騒音の伝搬を抑制する通気経路用の騒音低減装置において、通気経路の通気性の向上を目的とする。
【解決手段】気体を導くための通気経路構成１の一方に有るに騒音源２と他方に有る気体の開放部３との間に開口させた筒状の管路４の開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置し、管路４には管径を部分的に拡張させた拡張室５を設けて拡張型消音器として、通気経路を保持しつつ騒音源２で生じる騒音の開放部３への伝搬を抑制する構成において、拡張室５部分の外形を円形以外の多角形であって、管路４を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室５の外部表面が密着する形状として、並べた各管路４の間には隙間が形成されず、この隙間分、拡張室５の外形と共に管路４の開口径を広げることができることから、通気経路構成１の通気性をより向上できる通気経路用騒音低減装置を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を導くための通気経路の一方に騒音を生じる騒音源が有り、他方に周囲と繋がる通気の開放部を備えた構成において、騒音源にて生じた騒音の開放部への伝搬を抑制することで開放部側にて受動される騒音を低減する通気経路用騒音低減装置に関する。

従来、この種の通気経路用騒音低減装置は、経路中を通過させる気体の通気性をできるだけ低下させること無く騒音源からの騒音の開放部への伝搬を抑制することが求められることから、例えば、空調機器等における騒音源となる送風動力装置と吸気、及び吹き出しの開口部位を繋ぐ送風ダクトからなる通気経路においては、送風ダクトの内面を多孔質のＥＶＡ材（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）等の吸音フォームで覆うことでダクト内部を伝搬する騒音を吸音し、騒音のエネルギーを減衰させることで開口部位側において受動される騒音を低減させる吸音型方式の受動的、且つ比較的単純な構成が一般的である。

しかしながら、この吸音型方式においては吸音フォーム自体の吸音性能にもよるが、基本的には騒音の低減性能は吸音フォームで覆った通風経路長が長い程、また通風経路径が細い程、広い周波数範囲の騒音低減性能が良化することとなる。

このことから、効果的な騒音の低減性能を得るためには通風経路を長くする必要があるために搭載する機器が大型化し、また通風経路径を小径とすることで通気損失が増加する、あるいは通風経路径が大型となる機器では高周波の音を含む広い周波数範囲の騒音の低減性能を得ることが難しいことから、騒音の低減性能が通気経路の長さや径にできるだけ左右され難く、また通風経路径が大型であっても広い周波数範囲の騒音の低減性能を得易く、更にはより通気性をできるだけ損なわない構成が求められている。

このような要求に応じる方式としては通気のための管路を小径で短長のものとして、この管路の一部に断面積を拡張した拡張室を設けて、この拡張室の入出口において管路中に通気させる気体に圧力変動に基づく反射波を生じさせて、この反射波と騒音を干渉させて騒音のエネルギーを減衰させることにより開放部側での受動騒音を低減させる拡張型の消音機構を構成して、この管路を通気のための経路中に複数平面状に並べることにより、小型の構成においても広い周波数範囲の騒音の低減性能を得ながら経路の開口をできるだけ広く取るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その気体管路の騒音低減装置について図１８を参照しながら説明する。

なお、以降の説明において図上、同一構成を複数配置した状態を示すときには１組みの構成のみに番号を指示して図示するものとする。

図に示すように、騒音源となるエンジン室１０１側と車体外部との間で空気を流通させるため空気流通部には消音器１０２として同一構成の複数の吸気管１０３を、枠体１０４内で束ね、各吸気管１０３の間に形成される独立した複数の隙間を閉鎖部材１０５によって閉鎖したものを配置している。

この、吸気管１０３は円筒状の外管１０６の内側に、同じく円筒状で外管１０６とほぼ同じ長さの内管１０７を仕切り板１０８によって外管１０６に支持することにより内管１０７の内側に円柱状の空気流路１０９を形成したものである。

また、吸気管１０３を構成する外管１０６と内管１０７との間は各端部を端板１１０で塞ぐことで拡張室１１１を設けている。

さらに、拡張室１１１は内管１０７に連通口１１２を設けて空気流路１０９に連通させることで共鳴室を形成している。

ここで、複数の吸気管１０３を枠体１０４内で束ねるときは各吸気管１０３を構成する外管１０６同士を接触させて配置している。

このように形成された吸気管１０３により、空気流路１０９を通じて車両外部から冷却用空気をエンジン室１０１内に導入しながらエンジン室１０１から空気流路１０９を通って車両外部に漏れるエンジン騒音を拡張室１１１の内部で共鳴させて減衰させることにより低減するものであった。

特開２００３−８３１８５号公報

このような従来の通気経路用騒音低減装置においては、通気経路となる円柱状の空気流路１０９を備える同一形状の複数の吸気管１０３を枠体１０４内で各吸気管１０３を構成する外管１０６同士を接触させて束ねた構成であり、各吸気管１０３の間に形成される独立した複数の隙間を閉鎖部材１０５によって閉鎖するものであったために、この各吸気管１０３の間には複数の隙間が形成され、この隙間は閉鎖部材１０５によって塞ぐ必要があることから、この複数の隙間分、開口径が損なわれることにより、通気経路の通気性が低下するという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、通気経路の開口径を可能な限り広くすることで通気性をより向上できる通気経路用騒音低減装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、気体を導くための通気経路構成の一方に騒音を生じる騒音源と他方に周囲と繋がる開放部が有り、前記騒音源と前記開放部との間に気体が通過するように開口させた筒状の管路を開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置して、前記管路は管径を部分的に拡張させて拡張室を設けることにより拡張型消音器を構成することにより、通気経路を保持しながら騒音源で生じる騒音の開放部への伝搬を抑制する構成において、前記拡張室部分の外形を円形以外の多角形であって前記管路を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室の外部表面が密着できる形状としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、気体を導くための通気経路構成の一方に騒音を生じる騒音源と他方に周囲と繋がる開放部が有り、前記騒音源と前記開放部との間に気体が通過するように開口させた筒状の管路を開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置して、前記管路は管径を部分的に拡張させて拡張室を設けることにより拡張型消音器を構成することにより、通気経路を保持しながら騒音源で生じる騒音の開放部への伝搬を抑制する構成において、前記拡張室部分の外形を円形以外の多角形であって前記管路を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室の外部表面が密着できる形状としたという構成にしたことにより、気体を導くための通気経路構成の騒音源と開放部との間に開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置する気体が通過するように開口した、管径を部分的に拡張させて拡張室を設けた筒状の管路は、拡張室部分の外形を円形以外の多角形としていることから、各拡張室の外部表面が密着できて、複数並べて配置する各管路の間には隙間が形成されないこととなるので、この隙間により面積が損なわれない分、拡張室の外形と共に管路の開口径も広くできることから、通気経路の通気性をより向上できるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の通気経路用騒音低減装置の主要部分の一部構成を破断させて示した斜視図同装置に備える管路の単体の構成の一例を長手方向において部分的に破断させて示した側面図同装置を構成する拡張型消音器の音の周波数に対する減衰率の変化特性を簡略化して一例を示したグラフ同装置に備える各管路の拡張室の形状の一例を管路の開口面方向から示した正面図同装置に備える各管路の拡張室の形状の他の一例を管路の開口面方向から示した正面図同装置に備える管路の単体の構成の他の一例を長手方向において破断させて示した側面図同装置に備える管路の単体の構成の他の一例を長手方向において破断させて示した側面図同装置に備える管路を隣り合う各拡張室を一体とする構成を隣り合う２体の管路を部分的に抜き出し破断させて長手方向から示した側面図管路の隣り合う各拡張室を一体とする構成を管路の開口面方向から示した正面図各管路の拡張室を密着させて配置した構成を管路の開口面方向から示した正面図同装置に備える管路の単体の構成の他の一例を長手方向において破断させて示した側面図隣り合う管路の開口部分と拡張室の外部表面を一体とし拡張室をずらして配置する構成を隣り合う２体の管路を部分的に抜き出し破断させて長手方向から示した側面図隣り合う管路の開口部分と拡張室の外部表面を一体とし拡張室をずらして配置する構成を管路の開口面方向から部分的に示した正面図同装置に備える異なる開口径を備えた管路を組み合わせて配置する構成の一例を管路の開口面方向から部分的に示した正面図本発明の実施の形態２の通気経路用騒音低減装置の主要部分の一部構成を管路の長手方向において示した側面図同装置の主要部分の構成を拡大して管路の長手方向において部分的に破断させて示した側面図同装置の主要部分の構成を拡大して管路の拡張室の長さを最短としたときの状態を管路の長手方向において示した側面図従来の通気経路用騒音低減装置の主要部分の一部構成を破断させて示した斜視図

本発明の請求項１記載の通気経路用騒音低減装置は、気体を導くための通気経路構成の一方に騒音を生じる騒音源と他方に周囲と繋がる開放部が有り、前記騒音源と前記開放部との間に気体が通過するように開口させた筒状の管路を開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置して、前記管路は管径を部分的に拡張させて拡張室を設けることにより拡張型消音器を構成することにより、通気経路を保持しながら騒音源で生じる騒音の開放部への伝搬を抑制する構成において、前記拡張室部分の外形を円形以外の多角形であって前記管路を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室の外部表面が密着できる形状としたという構成を有する。これにより、気体を導くための通気経路構成の騒音源と開放部との間に開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置する気体が通過するように開口した、管径を部分的に拡張させて拡張室を設けた筒状の管路は、拡張室部分の外形を円形以外の多角形としていることから、各拡張室の外部表面が密着できて、複数並べて配置する各管路の間には隙間が形成されないこととなるので、この隙間により面積が損なわれない分、拡張室の外形と共に管路の開口径も広くできることから、通気経路の通気性をより向上できるというという効果を奏する。

また、平面状に複数並べる管路は異なる開口径のものを組み合わせて配置するようにしたという構成にしてもよい。これにより、気体を導くための通気経路構成の騒音源と開放部との間には開口径が異なる管路を平面状に複数並べて配置していることで、開口径の異なる各管路はそれぞれ音の減衰量と周波数範囲に固有の特性を備えていることから、複数並べた全体としては広範囲の周波数において減衰量をより一様化できることとなるので、通気経路の通気性をより向上させながら、さらに伝搬する騒音の抑制周波数の帯域を広げて抑制作用をより平坦化することができるという効果を奏する。

また、平面状に複数並べて配置する管路に各備えた拡張室には長さを規定する範囲で伸縮させることができる伸縮機構を備えて、また、前記各管路の伸縮機構を一斉に伸縮させることができる伸縮駆動手段と、前記伸縮駆動手段を電気的に駆動する電動駆動手段と、音を電気信号に変換して出力する音電気信号変換手段と、前記音電気信号変換手段から出力される電気信号の変化に基づいて検知した音の大きさが最低となるように前記電動駆動手段を制御する駆動制御手段とを備えて、前記音電気信号変換手段を通気経路構成の開放部側の所定位置に設置するという構成にしてもよい。これにより、開放部側の所定位置に設置した音電気信号変換手段から開放部側に伝搬する騒音を検知して出力される電気信号から変化から駆動制御手段により音の大きさが最低となるように各管路に備えた拡張室の長さを変える伸縮機構を電動駆動手段により伸縮駆動手段を駆動することで一斉に伸縮させることができることとなるので、通気経路の通気性をより向上させながら、開放部側に伝搬する騒音を拡張室の長さの伸縮範囲において自動的に最低とすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２に示すように、図上、一点鎖線の枠線で示している気体を導くための通気経路構成１の一方には図上、黒丸印で模式的に示した騒音を生じる騒音源２と他方には機器周囲の空間と繋がる図上、白丸印で模式的に示した開放部３が有り、騒音源２と開放部３との間には気体が通過するように開口させた筒状の管路４を開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置して備えている。

管路４には管径を部分的に拡張させることで拡張室５を設けて拡張型消音器を構成している。

この、管路４と、及び管路４に設けた拡張室５の外形は円形以外の多角形として、このことにより管路４を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室５の外部表面をそれぞれ密着できるようにしている。

管路４は筒状の形態にて両端を開口させて気体を通過させるための通気路６を備えている。

また、管路４の両端には平面状に複数並べて配置したときに通気路６を通過する気体を円滑に流すことで通気抵抗の発生をできるだけ抑制するために配置面が平面状となるように、開口方向から見て拡張室５と同一形状となる端板７を設けている。

ここで示す通気経路構成１は種々機器や一般的な空間において空気等の気体を通過させ導くための経路を示しているものであり、例えば、自動車等の内燃機関に搭載する排気を導くマフラー装置や車外空気を内燃機関に取り込むための吸気経路を示し、また空調機器や電動送風機等の機器に構成する吹き出し開口部を繋ぐ送風経路や、換気装置等の機器に構成する電動送風機から吸気、及び排気開口部を繋ぐ導風経路等を示し、さらには高速道路と周辺空間を分離する防音壁において風を通過させる必要がある通気空間の構成全般等を示しているもので有り、実体としての構成のみを示しているものではない。

ここで、騒音源２は機器の動作に際して騒音を生じる構成を示しており、例えば前記に示した、自動車等における内燃機関や、空調機器や換気装置における電動送風機、また高速道路における自動車等のそのものを示しているものである。

ここで、開放部３は通気経路構成１から連なる機器周辺への通気の開放部位を示しており、騒音源２から伝搬する騒音を機器の使用者が受動する部位となる。

ここで、通気経路構成１における気体の搬送方向や速度は、一律に規定しているものではなく、騒音源２から開放部３の方向やこの逆方向でも良く、あるいはほぼ速度が零の気体の通過を確保するための経路構造も対象となる。

ここで、管路４は前述の通り、筒状の形状であるが、構成材料としては特に規定するものではないが、全体の形状を保つに当たって十分な強度を有した材料が望ましく、例えば鉄系の金属材やＡＢＳ等の樹脂材を圧延や金型成形することで形成したり、また木材を切削し内部をくり貫くことで形成したり、さらには水分等の液体にさらされる可能性のない機器に搭載するものにあっては、パルプ材を積層、あるいは圧縮成形することで形成するものである。

ここで、管路４は備える拡張室５と合わせて、一般的に知られる拡張型消音装置を単独にて構成している。

この、拡張型消音器は管路４の一部に断面積を拡張した拡張室５を備えることで、管路４中の通気路６の断面積の拡張部分における管路４内部の気体を膨張作用により気体の速度と圧力が減少することに基づいて通過する騒音のエネルギーを弱め、また拡張室５の内部で音が反響や干渉を生じて、この時の熱変換によりエネルギーを減衰させ、更には通気路６の出口方向の断面積の縮小部分において拡張室５の内部において弱められた騒音のエネルギーの内、断面積の縮小比率に応じた音のみを通過させることにより通気路６中を伝搬する騒音を低減させることが知られている。

また、管路４や拡張室５の内径に対して通過する音の波長が小さく、音波の圧力分布が内径の中央と周辺で差異が少ない平面波の状態が生じる周波数以下の音に対して減衰作用が高いことも知られている。

よって、単独の拡張型消音器においては通気抵抗を低減させるために開口径を大きくすると開口径の大きさに相当する波長以下となる高周波数の音は、ほぼ減衰することなく通過することとなるために、一般的には数百Ｈｚ以下の低周波帯域での騒音の低減に用いられている。

このことを、空気を通気させる構成を一例に基づいて示すと、空気中の音速は平地の気圧においては通常３４０ｍ／秒の速度であるために、管路４の開口径を１７ｃｍ程度とすると周波数が２ｋＨｚの音の波長がほぼ同等となることから、これは２ｋＨｚ以上の高域を多く含む騒音に対しては減衰作用が大幅に低減することを示している。

さらには、拡張型消音器においては通過する音の減衰量は管路４と拡張室５の断面積の比に応じて大きくなり、その減衰範囲の変化する周波数の幅は拡張室５部分の長さに反比例する特性を備えており、この音の周波数に対する減衰率の変化の関係の一例を簡略化して示すと図３に示した状態となり、減衰量は周波数に対して一定間隔で離散的に変化することも知られている。

図３は管路４と拡張室５の内径比を一定として拡張室５部分の長さを変えた時の音の周波数に対する減衰率の変化を示したものであり、拡張室５部分の長さを実線で示したラインのときを基準として、基準より短くすると点線で示したラインように周波数の変化幅が広がり、基準より長くすると一点鎖線で示したラインように周波数の変化幅が狭まることとなる。

以上のような拡張型消音器の特性により、通気抵抗を低減させながら、且つ広範囲の騒音を効果的に低減させるためには単一の管路４の開口径をできるだけ小径としたものを複数個平面上に並べて配置することで全体として通気部分の開口の広さを確保する構成が適していることが判る。

このことから、管路４の開口径は例えば上記に示した１７ｃｍの１／５程度の３．５ｃｍに縮小すれば約１０ｋＨｚ以下となる、より広範囲の周波数成分を含む騒音の低減効果を発揮させることができることとなる。

また、通過する音の減衰量は管路４と拡張室５の断面積の比に応じることから、同一の空間の広さであれば管路４を平面状に複数並べて配置したとき拡張室５の断面積をより広く取れる外形で拡張室５を構成すれば、騒音低減の効果の点で、より有利となることが判る。

よって、拡張室５の外形は管路４を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室５の外部表面をそれぞれ密着できる円形以外の多角形としているものである。

この外形形状は、例えば図１に示している正六角形や図４に示す正三角形や、また図５に示す正四角形となるが、拡張室５の内部での音の平面反射に基づく共振音の発生による騒音の増大を考慮したとき、円形に近い正六角形がより適している。

なお、管路４の外形も拡張室５に与えた形状と同一とすれば同一の空間の広さであれば最も開口面積を広く取ることが可能となることから、通気抵抗の低減の点で有利となる。

この管路４の形状は、前述した通り両端に端板７を設けることにより通気路６を通過する気体が、より円滑に流れるようにしているが、特に早い気体の流れが伴わない開口の確保のみを対象とする構成が求められるときには、図６に示しているような両端に端板７を設けない形状であっても構わない。

また、特に早い気体の流れを伴う構成に対応するためには、図７に示しているように両端と、および管路４の拡張室５との断面積の変化部分の形状をベルマウス状に滑らかに変化させることで、通気抵抗をより低減させながら、角部での渦流の発生による笛音発生の防止にも効果的と成る。

また、平面状に複数並べて配置する管路４を個別に構成することなく、図８と図９に示しているように、隣り合う管路４の各拡張室５の密着部分を一体とする構成とすることにより同一の空間の広さであれば拡張室５の断面積と、および管路４の開口面積をより広くすることもできる。

ここで、図１０は図９に示した管路４、および拡張室５の断面積を同一として管路４を個々構成して各拡張室５を密着させて配置する構成を示したものであるが、図９と比較したときに、ほぼ同一の空間の広さにおいて管路４を一体に構成したものは４５組み配置できているが、個別に構成したものは４２組みしか配置できておらず、面積拡張の点で約１．０７倍有利であることが判る。

さらに、管路４は図１１に示しているように拡張室５部分の両端を管路４の両端にまで拡張した形状としても良く、同形状によれば拡張型消音器の基本的な特性として知られる内ダクトの効果により、より広範囲の周波数帯域において均一な騒音低減の効果を与えることも可能である。

なお、管路４、および拡張室５の断面積の比や拡張室５の長さは一律に規定するものでは無く、実際に適用する機器において構成可能な値を適用しながら、許容可能な通気損失の範囲で目的の伝搬騒音の低減が果たせるように実試験に基づいて決定する必要がある。

このような構成によれば、気体を導くための通気経路構成１において騒音を生じる騒音源２と機器周囲の空間と繋がる開放部３との間に開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置する気体が通過するように開口させた筒状の管路４は、備える拡張室５部分の外形を円形以外の多角形として管路４を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室５の外部表面が密着できる形状としていることにより、複数並べて平面上に配置する各管路４の間には隙間が形成されずに、この隙間により面積が損なわれない分、拡張室５の外形と共に管路４の開口径も広くできることから、通気経路構成１の中を騒音源２から開放部３へ伝搬する騒音を抑制しながら、且つ通気経路構成１の通気性をより向上させることができる。

なお、管路４の内面に無作為な大きさの凸凹を設けることで音の反射を不均一化する、あるいは防音シートを貼り付けることで音エネルギーを熱変換により減衰させることで共振や定在波の発生を抑制すれば伝搬騒音の抑制により効果的であることは言うまでもない。

なお、建物の壁面に設置される換気扇等の機器に搭載され、雨水等の液体が管路４中の通気路６に入り込む可能性がある用途での使用であるときには、管路４の騒音抑制性能を大きく損なわない範囲で各管路４の拡張室５の外郭間に開口を設けることで各通気路６の空間を一体とする構成も可能であり、通気路６内に入り込む液体を外部に容易に排出できる装置を提供することもできることは言うまでもない。

なお、図１２と図１３に示しているように、例えば基本的形状を管路４は４角形、拡張室５は８角形として、隣り合う管路４の一方の開口部分と他方の拡張室５の外部表面を一体として、各拡張室５を管路４の長手方向に２重にずらして配置する構成とすることも可能であり、同構成によれば、これまでに説明した各拡張室５の外部表面を密着させる構成に対して、隣り合う管路４に各備える拡張室５は管路４の長手方向にずらして配置していることから、管路４を平面状に複数並べたときに、より密集させて配置できることとなり、同一開口径の管路４であれば単位面積当たりの開口をさらに広くできることは言うまでもない。

しかしながら、同時に同構成は拡張室５を２重にずらして配置していることから、管路４の長さも、ほぼ２倍が必要となり、全体の構成が大型化し通気損失も増大する点に注意が必要となる。

ここで、拡張型消音器は前述した通り管路４の開口径と波長が同一となる周波数以下の音に対して拡張室５の長さに応じて一定間隔の周波数で離散的に減衰量が変化するものであり、音の減衰量と周波数に固有の範囲とバラツキが伴う構成となる。

よって、同一形状の管路４を平面状に複数並べて配置する構成においても、この音の減衰作用の固有の特性が引き継がれることとなる。

しかしながら、騒音は一般的に音圧の異なるピークを備えた複数で広範囲の周波数の音の集合であるために、同一形状の管路４を平面状に複数並べても、様々な騒音において広帯域の一様な伝搬の抑制は望めない。

そこで、平面状に複数並べる管路４は同一形状のものを用いること無く、図１４に示しているように異なる開口径を備えた管路４を組み合わせて配置する構成としても良い。

図１４はこのような、異なる開口径を備えた管路４を組み合わせて配置した構成の一例を開口以外の部分に網掛け線を記入することで強調して示したものであるが、同図に示しているように管路４は例えば正四角形の形状で構成するものである。

上記構成において、平面状に複数並べる管路４は異なる開口径を備えたものを組み合わせて配置する構成とすることにより、開口径の異なる各管路４はそれぞれ音の減衰量と周波数範囲に固有の特性を備えていることから、複数並べた全体としては広範囲の周波数において減衰量をより一様化できることとなり、通気経路の通気性をより向上させながら、さらに伝搬する騒音の抑制周波数の帯域を広げて抑制作用をより平坦化することができる。

（実施の形態２）
図１５から図１７おいて、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図に示しているように、平面状に複数並べて配置する管路４に各備えた拡張室５には長さを規定する範囲で伸縮させることができる伸縮機構８を設けている。

また、この各管路４の伸縮機構８を一斉に伸縮動作させることができるように伸縮駆動手段９と、この伸縮駆動手段９を電気的に駆動する電動駆動手段１０と、音を電気信号に変換して出力する音電気信号変換手段１１と、この音電気信号変換手段１１から出力される電気信号の変化に基づいて検知した音の大きさが最低となるように前記電動駆動手段１０の動作を制御する駆動制御手段１２とを備えている。

さらには、音電気信号変換手段１１は通気経路構成１の開放部３側の所定位置に設置するものである。

ここで、伸縮機構８は、拡張室５の長手方向のほぼ中央を外外郭５ａと、この外外郭５ａの内側にほぼ接触状態で入り込む内外郭５ｂにて２分して、拡張室５の伸縮させる範囲において外外郭５ａの内側に内外郭５ｂの一部が入り込むように各外郭の長さを調整することで、規定する範囲で拡張室５の長さを伸縮させることができるように構成しているものである。

ここで、伸縮駆動手段９は例えば、構成の基礎となる剛体の台座１３の上に軸受１４を固定し、この軸受１４により回動可能の状態でねじが切られたねじ軸１５の一端を保持して、このねじ軸１５には、切られたねじと適合してねじ軸１５の回転によりねじ軸１５上と移動するナット１６を取り付けて、このナット１６の一部は、ねじ軸１５と並行して台座１３に設けた溝部１７に可動状態で固定することにより、ねじ軸１５の回転により台座１３上をねじ軸に１５に添って直線的に摺動移動できるように構成したものである。

この、伸縮駆動手段９は、構成する軸受１４を伸縮機構８の外外郭５ａ側に対して管路４の長手方向がねじ軸１５と平行になるように固接し、またナット１６を伸縮機構８の内外郭５ｂ側に固接していることにより、ねじ軸１５の回転による台座１３上のナット１６の摺動移動があれば、伸縮機構８の外外郭５ａに対する内外郭５ｂの入り込む寸法が変化することで拡張室５の長さをねじ軸１５の回転により変化させることができるようにしている。

よって、伸縮駆動手段９を構成するねじ軸１５の長さは拡張室５の伸縮させる範囲にしたがって調整するものである。

なお、伸縮駆動手段９は平面状に複数並べて配置する管路４の内、近接する１つの管路４に対して接合しているものであるが、伸縮機構８の外外郭５ａ側は管路４を複数並べた状態において密着させて接続しているものであるから管路４を複数配置している全体として一体化している。

しかしながら、伸縮機構８の内外郭５ｂ側は外外郭５ａに入り込む寸法分外径が小型となり、隣り合う内外郭５ｂとの間に隙間が生じることから、この隙間を補うために連結体１８を配置して隣り合う内外郭５ｂ間の隙間を埋めて接合することにより管路４を複数配置している全体として一体化させているものである。

よって、ねじ軸１５の回転による台座１３上のナット１６の摺動移動があれば、平面状に複数並べて配置する伸縮機構８を構成する外外郭５ａに対する内外郭５ｂの入り込む寸法が変化することで各拡張室５の長さをねじ軸１５の回転により一斉に変化させることができることとなり、図１７は、この伸縮機構８を縮めて拡張室５の長さを最短としたときの状態を示している。

なお、台座１３はここでは詳細は示していないが、搭載する機器の通気経路構成１の規定する部位に固定するものであり、例えば通気経路構成１が自動車等の車外空気を内燃機関に取り込むための吸気経路であれば自動車の車体フレームであったり、また空調機器や電動送風機から吹き出し開口部を繋ぐ送風経路や換気装置における電動送風機から吸気、及び排気開口部を繋ぐ導風経路であれば各経路の構成部材であったり、さらには高速道路と周辺空間を分離する防音壁において風を通過させる必要がある通気空間の構成全般であれば道路と周辺の分離体に固定するものである。

ここで、電動駆動手段１０は伸縮駆動手段９を構成するねじ軸１５を正転と反転の両方に電気電力の供給により回転させることができる電動回転動力装置であるが、ねじ軸１５に伴いねじ軸１５上のナット１６の位置をできるだけ簡単な制御に基づいて細かく移動させることができるものが望ましく、例えば複数の矩形の電気パルスを組み合わせて印加することで正逆の回転の角度や速度を可変できるステッピングモーターを用いるものである。

ここで、音電気信号変換手段１１は音を検出し電気信号に変換して出力するものであるが、音の検出帯域が広く、できるだけ周波数特性が平坦であり、且つ堅牢な構成にて長期の使用においても音の検出特性が変化し難いものが望ましく、例えば、半永久的に電荷を保持する特性を備えたエレクトレット素子を用いて振動板を構成したエレクトレットコンデンサーマイクを検出素子としてインピーダンス変換や増幅回路をケース内部に一体化することで、検出した音を扱い易い電圧レベルの電気信号に変換できるコンデンサーマイクロフホンを用いるものである。

また、音電気信号変換手段１１は通気経路構成１の開放部３側の所定位置に設置するものであるが、複数配置する管路４の開口部の全体を通して開放部３側に伝搬する騒音を一様に検出できるように、複数配置する管路４の中央位置で、且つできるだけ管路４の端部から離れた位置に配置することが望ましい。

しかしながら、実際の構成においては搭載する機器における通気経路構成１の長さの制限により、望ましい位置への配置が難しいことが考えられるが、このようなときには通気経路構成１の許される配置範囲において、実聴や音の計測により、最も一様な伝搬騒音の検出が可能な位置を求めて、その位置に音電気信号変換手段１１を配置するものである。

ここで、駆動制御手段１２は音電気信号変換手段１１であるところのコンデンサーマイクロフホンが出力する検出した音を変換した電気信号の入力として読み込み、おの電気信号の変化に基づいて検知した音の大きさが最低となるように電動駆動手段１０であるところのステッピングモーターに印加する複数の電気パルスの組み合わせ切り替えて出力することで電動駆動手段１０の回転動作を制御することが目的であるが、この目的をできるだけ単純に構成できることが望ましい。

このことから、駆動制御手段１２としては前記の音電気信号変換手段１１により電気信号に変換された音の変化を入力として読み込み、この電気信号の変化から検知音の大きさが最低となるように電動駆動手段１０に電気パルスを出力する制御動作の一連をアルゴリズムとして記憶して繰り返し再現できるように、中央演算装置（ＣＰＵ）、電圧入出力端子、アナログ・デジタル変換入力端子（Ａ／Ｄ）、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）、リード・ライトメモリー（ＲＷＭ）を内蔵したいわゆる１チップマイクロコンピューターを用いて構成すものである。

この、駆動制御手段１２ところの１チップマイクロコンピューターにおいては、音電気信号変換手段１１で検出した音を変換して出力される電気信号はＡ／Ｄ端子で読み込みデジタル値に変換して、このデジタル値の変化に対して実効値計算や規定時間中の平均化演算をＣＰＵにより実施することで音電気信号変換手段１１にて検出した音の時間的な大きさの変化を認識するものである。

また、１チップマイクロコンピューターにおいては、電動駆動手段１０の駆動に要する複数の電気パルスを各対応させた複数の出力端子から駆動の状況に合わせて組み合わせて出力することで電動駆動手段１０の正逆の回転動作を自在に制御できるようにするものである。

この、１チップマイクロコンピューターの出力端子から電動駆動手段１０へ直接的に電気パルスを出力することにより電動駆動手段１０の回転動作を制御する方式は、実際の構成においては電動駆動手段１０に電気パルスとして与える必要がある駆動電力を出力端子の仕様によっては供給できない可能性もある。

このようなときは、例えば電動駆動手段１０と１チップマイクロコンピューターの出力端子の間に、出力端子の出力電圧で遮断と導通の状態が切り替えられるトランジスター等のスイッチ素子を付加して配置して、このスイッチ素子を介して駆動電力の供給源となる電源から電動駆動手段１０への供給を切り替えるように構成する。

また、電動駆動手段１０がステッピングモーターであれば回転角度も電気パルスの印加回数で規定することができることから、伸縮駆動手段９の可動範囲内の駆動も起点位置を決めた上で、可動範囲に相当するパルス数を把握しておけば正確な位置決めに伴う駆動が可能となる。

以上の駆動制御手段１２の構成により、１チップマイクロコンピューターを用いて音電気信号変換手段１１により電気信号に変換された音の変化から、この検知音の大きさが最低となるように電動駆動手段１０を駆動する制御動作の一連の手順は、一例としては次のようなものである。

先ず、前述した通り、電動駆動手段１０を回転動作させて伸縮駆動手段９を駆動することにより拡張室５を伸縮範囲において動作させることで拡張室５の長さを変化させる。

次に、前記、拡張室５の長さを変化させながら音電気信号変換手段１１が検出した音の変化をデジタル値の変化として読み込み、平均化等の演算を行うことにより音の時間的な大きさの変化を認識しながら音の大きさが最低となる時点を探索して判断する。

次に、前記、音の大きさが最低となる時点の判断があれば、電動駆動手段１０の動作を停止する。

以降、認識している音に規定する以上の大きさの変化があれば、再度、電動駆動手段１０の回転動作中の音電気信号変換手段１１の音検知による最低音時点の探索を行う。

また、認識している音に規定する以上の大きさの変化が無い場合においても、時間を規定して、この時間間隔で前記、最低音時点の探索を行う。

以上、示した手順を繰り返し実行すれば、音電気信号変換手段１１による検知音の大きさが最低となるように拡張室５の長さを自動的に調整することができることとなる。

このような構成によれば、平面状に複数並べて配置する管路４に各備えた拡張室５には長さを伸縮できる伸縮機構８を設けて、この各管路４の伸縮機構８を一斉に伸縮動作させることができる伸縮駆動手段９と、この伸縮駆動手段９を電気的に駆動する電動駆動手段１０と、音を電気信号に変換して出力する音電気信号変換手段１１と、この音電気信号変換手段１１から出力される電気信号の変化に基づいて検知した音の大きさが最低となるように電動駆動手段１０の動作を制御する駆動制御手段１２とを備えて、音電気信号変換手段１１は通気経路構成１の開放部３側の所定の位置に設置することにより、駆動制御手段１２により音電気信号変換手段１１において開放部３側に伝搬する騒音を検知した結果を判断しながら、この検知した音の大きさが最低となるように電動駆動手段１０の動作を制御して伸縮駆動手段９を駆動することで各管路４に備えた拡張室５の長さを伸縮可能とする伸縮機構８を一斉に伸縮動作できることとなり、伸縮機構８により設けた拡張室５の長さの伸縮範囲において、通気経路構成１の通気性をより向上させながら開放部３側に伝搬する騒音を自動的に最低に調整することができる。

なお、伸縮駆動手段９の可動範囲内の電動駆動手段１０による駆動も、別途、リミットスイッチ等を用いて可動範囲の両端位置へのナット１６の移動を検出した結果を駆動制御手段１２にて判断することで、より高精度の伸縮機構８の伸縮動作による拡張室５の長さの調整が可能となることは、言うまでもない。

なお、電動駆動手段１０の動作による伸縮駆動手段９の駆動において平面状に複数並べて配置する管路４に備えた伸縮機構８の伸縮動作に駆動力が不足するようであれば電動駆動手段１０にギヤ減速機構を備えたものを用いれば改善できることは言うまでもない。

なお、平面状に複数並べて配置する各管路４に備える伸縮機構８を一組の伸縮駆動手段９により一斉に伸縮動作させたときに各管路４間の物理的歪により、同一の動作が難しいようであれば、平面状に複数並べて配置する各管路４の周囲に剛体の枠体を固接し、この枠体を一組の伸縮駆動手段９で動作させる、あるいは枠体の周囲に均一に複数の伸縮駆動手段９を配置して同時同一に動作させる構成とすれば、伸縮機構８のより確実な一斉の伸縮動作が行えることは言うまでもない。

なお、使用者の操作を受け拡張室５の長さの指定を電気信号に変換して出力するエンコーダー等の操作量の電気信号への変換手段を備え、駆動制御手段１２において前記電気信号を読み込み、指定の長さを認識して、この認識した長さに合わせて伸縮駆動手段９を電動駆動手段１０で駆動して伸縮機構８を伸縮させる制御とすることも可能である。この構成によれば音電気信号変換手段１１は不要となり、操作量の電気信号への変換手段は搭載する機器において使用者の操作しやすい場所に配置できることから、使用者が存在する位置で自身の聴覚により音の大きさを確認しながら伸縮機構８の伸縮を調整する方式の、手動にて開放部３側に伝搬する騒音を最低とすることができる装置も提供することができる。

なお、伸縮駆動手段９を電動駆動手段１０で駆動させるかわりに、機器の使用者が通気経路構成１の開放部３側において手回しにて駆動できるように構成することも可能であり、この構成によれば音電気信号変換手段１１と駆動制御手段１２、及び電動駆動手段１０も不要となる、より単純な構成の、使用者が開放部３側で自身の聴覚により音の大きさを確認しながら伸縮機構８の伸縮を調整する方式の、手動にて開放部３側に伝搬する騒音を最低とすることができる装置も提供することができる。

本発明にかかる通気経路用騒音低減装置は、通気経路の開口径を可能な限り広くすることにより通気性をより向上させることを可能とするものであるので、自動車等のマフラー装置や吸気構成、また空調装置や換気装置等の送風経路構成、さらには高速道路等の防音壁に使用される通気経路用騒音低減装置等として有用である。

１通気経路構成
２騒音源
３開放部
４管路
５拡張室
８伸縮機構
９伸縮駆動手段
１０電動駆動手段
１１音電気信号変換手段
１２駆動制御手段

Claims

気体を導くための通気経路構成の一方に騒音を生じる騒音源と他方に周囲と繋がる開放部が有り、前記騒音源と前記開放部との間に気体が通過するように開口させた筒状の管路を開口面の側を揃えて平面状に複数並べて配置して、前記管路は管径を部分的に拡張させて拡張室を設けることにより拡張型消音器を構成することにより、通気経路を保持しながら騒音源で生じる騒音の開放部への伝搬を抑制する構成において、前記拡張室部分の外形を円形以外の多角形であって前記管路を平面状に複数並べて配置したときに各拡張室の外部表面が密着できる形状とした通気経路用騒音低減装置。
平面状に複数並べる管路は異なる開口径のものを組み合わせて配置するようにした請求項１記載の通気経路用騒音低減装置。
平面状に複数並べて配置する管路に各備えた拡張室には長さを規定する範囲で伸縮させることができる伸縮機構を備えて、また、前記各管路の伸縮機構を一斉に伸縮させることができる伸縮駆動手段と、前記伸縮駆動手段を電気的に駆動する電動駆動手段と、音を電気信号に変換して出力する音電気信号変換手段と、前記音電気信号変換手段から出力される電気信号の変化に基づいて検知した音の大きさが最低となるように前記電動駆動手段を制御する駆動制御手段とを備えて、前記音電気信号変換手段を通気経路構成の開放部側の所定位置に設置した請求項１または２のいずれか一つに記載の通気経路用騒音低減装置。