JP2016133226A - 送風機の消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】送風機に発生する、異なる周波数を持つ離散周波数騒音、又は広帯域騒音を低減できる送風機の消音器を提供する。
【解決手段】送風機が設置されたダクト７に設置される消音器３であり、ダクト７の側面に開けられた１以上の開口部を持つ共鳴器４と、ダクト７に取り付けられ、共鳴器４を覆う防音カバー５と、ダクト７、共鳴器４、及び防音カバー５により構成され、ダクト７の側面に１以上の開口部を持つ消音構造１６と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、送風機のファン騒音を低減するための送風機の消音器に関するものである。

従来、送風機は、ダクトが接続され、送風が必要な箇所に延長して使用される。このとき、送風機のファンの騒音を低減するために、ダクト中に消音器が用いられる。例えば、特許文献１には、「送風機によって風を吸い込む吸込口を有し、前記吸込口と前記送風機との間がダクトで連結されたものにおいて、前記ダクトの内部に、前記吸込口に隣接して前記送風機に向かって開口する開口部を備えた袋状の共鳴器を備えたことを特徴とするブロワ装置」についての技術が開示されている。
また、消音器として用いられる共鳴器に関して、例えば、特許文献２には、「筒状のケースと、前記ケースに内装され、ガスの消音を行う内部構造と、前記ケースにガスを導入する入口孔と、前記ケースからガスを排出する出口孔と、を備え、前記内部構造は、筒方向に略平行な仕切り構造によって前記ケースを二以上の室に分割すると共に、前記仕切り構造に設けられる連通孔によって、前記室の少なくとも二つを互いに連通させることを特徴とする消音器」についての技術が開示されている。

特許第５０２９５９３号公報（第２頁、第３頁、第７図） 特開２００９−２０９８５４号公報（第２頁、第２図）

送風機に使用されるファンには、離散周波数騒音と広帯域騒音とが発生する。これらの騒音を低減させるために消音器が用いられる。共鳴型消音器は離散周波数騒音を低減する効果は大きいが、広帯域騒音を低減するのには向いていないため、広い周波数の成分を有する騒音に対応するには別の消音手段が必要である。また、送風機に使用されるファンには、複数の大きな離散周波数騒音が発生する場合があり、その場合には、それぞれの周波数に合わせた共鳴型消音器を必要とするため、複数の共鳴型消音器を設けることにより重量及び材料の増加につながる。
また、共鳴型消音器の共鳴器内では音圧が増幅する。そこで、共鳴器内から外部への透過音を防ぐために、共鳴器を構成する壁の板厚を厚くすることにより、共鳴器自体の壁に遮音性能を十分持たせる、または共鳴器内や流路中に吸音材を配置する等の必要があり、消音器全体の重量及び材料が増加するという課題があった。
例えば、特許文献１に開示されている技術では、共鳴器が送風機と吸込口との間の遮音壁としても機能するとあるが、遮音壁の寸法が波長よりも十分大きな場合でないと音が回析して遮音壁の裏側に回り込むため、非常に高い周波数にしか遮音壁の効果はない。従って、広帯域騒音を低減するためには、特許文献１に開示されているところでは、流路内に吸音材が使用されたり、又は他の消音手段が使用されている。
また、特許文献２のように、流路となる配管の周りにケースで消音器を構成し、ケース外側の室内を共鳴器とした場合、ケース外への透過音を防ぐためにケースの板厚を増加させる必要がある。また、流路上に消音器を並べただけであるので、消音器を取り付けた分だけ重量が増すという課題がある。

本発明は、送風機のファン騒音を低減させる消音器に関して、離散周波数騒音及び広帯域騒音を低減させ、消音器外部に透過する騒音を増加させることなく、消音器の重量及び材料の増加を抑えることを目的とする。

本発明に係る送風機の消音器は、送風機が設置されたダクトに設置される消音器であって、前記ダクトの側面に設けられた開口部を覆うようにして前記ダクトの側面に取り付けられた共鳴器と、前記ダクトのうち、前記共鳴器の前後にそれぞれ設けられた開口部及び前記共鳴器を覆うようにして前記ダクトの側面に取り付けられた防音カバーと、を備え、前記共鳴器と前記防音カバーとによって、前記共鳴器とは異なる周波数帯域の騒音を主として低減する消音器を構成することを特徴とする。

本発明によれば、共鳴器と共鳴器を覆う防音カバーとによって、消音構造を形成し、消音効果を持たせることにより、共鳴器と異なる周波数の離散周波数騒音、又は広帯域騒音を低減できる送風機の消音器を提供することができる。

実施の形態１に係る送風機に消音器を取り付けた装置の断面図である。 図１の装置の斜視図である。 実施の形態１に係る消音器の構成図である。 図３の消音器のＡ−Ａ断面図である。 図３の消音器のＢ−Ｂ断面図である。 平面音波が壁に垂直入射する場合の透過損失の周波数変化を表した図である。 実施の形態１に係る消音構造と等価な膨張型消音器の図である。 実施の形態１に係る消音器の透過損失と、従来の共鳴器のみの透過損失と、消音構造のみの透過損失を比較した図である。 実施の形態２における消音器の構成図である。

実施の形態１.
図１は、送風機１に消音器３を取り付けた装置の断面図である。送風機１は、ファン２により図中の白矢印２１方向に送風を行う。送風機１の下流側にダクト７を取り付け、そのダクト７を、例えば室外への排気口に接続して使用する。送風機１の上流側は、室内から直接排気を取り込むか、別のダクトに接続して使用する。
ファン２の運転音や排気口を経由して侵入する騒音が、図中の色つき矢印２２方向に伝わる。この騒音を低減するために消音器３が取り付けられる。
また、ファン２には、複数の羽根２０（翼）が取り付けられている。

図２は、図１の装置の斜視図である。消音器３は円筒形をしており、消音器３の中心をダクト７の中心に合わせて設置する。

図３は、本実施の形態に係る消音器３の構成図である。
消音器３は、共鳴器４及び防音カバー５を備える。共鳴器４は、円筒形であり、円筒形のダクト７の側面に開けられた共鳴器開口部８を覆うようにしてダクト７に取り付けられている。共鳴器４は、共鳴器開口部８によりダクト７と連通している。
また、共鳴器４の前後（上流側及び下流側）のダクト７の側面に膨張部開口９ａ及び膨張部開口９ｂが設けられている。防音カバー５は、共鳴器４、膨張部開口９ａ及び膨張部開口９ｂを覆うようにして、ダクト７の外周面に取り付けられる。
消音構造１６は、ダクト７の一部分、共鳴器４、及び防音カバー５により構成されている。また、ダクト７の一部分、共鳴器４の外側面及び防音カバー５の内側面により囲まれる空間（消音構造１６内の空間）を膨張部６と呼ぶ。膨張部開口９ａ及び膨張部開口９ｂは、膨張部６とダクト７とを連通させている。
ダクト７内を伝播する騒音は、共鳴器４及び消音構造１６の膨張部６を通り消音される。共鳴器４及び消音構造１６は、消音する機能を有し、消音器３を構成する。消音構造１６は、後述するように、膨張型消音器又は共鳴型消音器とすることができる。
図４は、図３の消音器３のＡ−Ａ断面図を示す。共鳴器４と防音カバー５はそれぞれ二つの部品で構成され、ダクト７を挟みこんで取り付けられる。
図５は、図３の消音器３のＢ−Ｂ断面図を示す。膨張部開口９ａは、膨張部６の下流側端に設けられ、膨張部開口９ｂは膨張部６の上流側端に設けられている。図５は、図３におけるＢ−Ｂ断面であるため、膨張部開口９ｂのみが表示されている。膨張部６とダクト７は、膨張部開口９ａ及び膨張部開口９ｂにより連通している。
なお、上記でダクト７、共鳴器４、及び防音カバー５は、円筒形としたが、使用される条件等に合わせて適宜他の形状をとってもよい。また、共鳴器４及び防音カバー５は、２つの部品で構成することに限定するものでは無い。１つの部品、又は複数の部品をダクト７に取り付ける形で構成してもよい。

送風機１に使用されるファン２は、ファン２の回転数に起因する離散周波数騒音と流れの乱れに起因する広帯域騒音との２種類の騒音を発生させる。
離散周波数騒音は、ファン２の羽根２０（翼）の枚数と回転速度の積で表される周波数を基本周波数とし、その整数倍の周波数にピーク（卓越する成分）を持つ。この原因として、ファン２の羽根２０の翼面流れが回転にともなって周期的な圧力変動を受けることで騒音が発生したり、ファン２の羽根２０の吸い込み流れが周期的に変化したり、またはファン２の羽根２０が大きな乱れを吸い込んで翼の周りの流れが周期的に変化することで発生する。
また、広帯域騒音は、ファン２の上流に流れを阻害するものがある場合や、翼の後縁の流れの乱れにより、翼に圧力変動が生じて発生する。この広帯域騒音の音響パワーは翼の周速の６乗に比例する。

離散周波数騒音は、その周波数卓越性から周囲雑音の中でも聞こえやすい騒音であり、さらに大きなパワーを持つ場合が多い。
一方、広帯域騒音は、総パワー量が大きくなることで、大きな騒音と感じる。人間の聴感特性として低周波数の騒音が聞こえにくいことを考慮すると、主に５００Ｈｚから１８００Ｈｚの騒音を低減することが求められる。
共鳴型消音器は特定の周波数の消音をするため、離散周波数騒音を低減する効果は大きいが、広帯域騒音を低減するのには向いていない。よって、特定の周波数以外の周波数の騒音を低減させる必要がある場合には別の消音手段が必要である。
例えば、ファンモータの加振力特性やファン支持構造の振動特性によっては、複数の大きな離散周波数騒音が発生する場合があり、従来はそれぞれの周波数に合わせた共鳴型消音器を必要とするため、複数の共鳴型消音器の追加により、消音器３の重量及び材料の増加につながっていた。

また、送風機１で発生した特定の周波数の騒音を消音する際には、共鳴器４の共鳴器開口部８周辺で空気が激しく振動させ、周辺との摩擦熱としてエネルギーが消費され、消音する。このときに共鳴器４内では音圧が増幅する。増加した音圧が共鳴器４内から外部へ透過するのを防ぐために、外部への遮音性能を十分持たせる必要がある。
例えば、圧力の大きな流体を通す配管のような場合には、流体の圧力に耐えるために共鳴器４の板厚を大きくとる必要があり、共鳴器４内の音圧増加による外部への透過音は問題になりにくい。しかし、送風機１のように圧力が低い流体を通す場合には、消音器３はその構造を支えるだけの剛性を持てばよい。よって、ダクト７、共鳴器４及び防音カバー５は、可能な限り軽量化することが望ましいが、外部への遮音性能を確保するためには板厚を大きくするようにしなければならなかった。又は、板厚を大きくする対応をしない場合は、共鳴器４や流路中の吸音を十分にする必要があった。ダクト７等の板厚を大きくしたり、吸音する部材を追加する場合は、消音器３の重量及び材料の増加につながっていた。

（共鳴器４による消音について）
以下に本実施の形態に係る消音器３における、図３に示される共鳴器４の消音原理について説明する。
共鳴器４は、ヘルムホルツ共鳴器を構成し、共鳴器開口部８の空気が質量、共鳴器４内の空気がばねとして振動することで、音のエネルギの一部が熱エネルギに変換されて消音される。共鳴器開口部８の深さｔ_０とその断面積、共鳴器４内の容積によって振動系の固有振動数が定まり、固有振動数で騒音と共鳴するときに最も消音する効果が表れる。
共鳴器開口部８が等間隔に整列して共鳴器開口部８にかかる圧力が同等である場合、共鳴器４内の空気が等分割された状態と同等に扱うことができる。この時、共鳴器４の固有振動数ｆ_０は次式で表される。

ここで、
ｃ：音速、
ｎ：共鳴器開口部８の穴の個数、
ａ：共鳴器開口部８の穴の半径、
Ｖ：共鳴器４の容積（共鳴器４全体容積を共鳴器開口部８の個数で等分割した容積）、
である。
また、ヘルムホルツ共鳴器型の消音器による消音効果を表す透過損失Ｒ_１は次式で求められる。

ここで、
ｆ：音の周波数、
Ｓ_０：ダクト７の断面積、
である。共鳴器４は、送風機１のファン２の回転数により発生する離散周波数騒音に合わせて固有振動数ｆ_０を設定され、送風機１が主に発生させる騒音を低減させることができる。

（二重壁による共鳴器４の外部騒音の遮音について）
前述のように、共鳴器４は、固有振動数ｆ_０で騒音と共鳴するときに最も消音する効果が現れる。しかし、共鳴器４内では共鳴により音圧が増大するため、共鳴器４内から外部へ透過する音が大きい場合、共鳴器４の外部騒音を増大させる。防音カバー５がない場合、消音器３の外部に直接騒音が放射される。
本実施の形態においては、防音カバー５が設けられている。これにより共鳴器４の外部騒音を防止する原理について以下に説明する。
図３に示すように、共鳴器４と防音カバー５とは、距離ｄ_１、ｄ_２で離れた二重壁を構成する。ここで、ｄ＝ｄ_１＝ｄ_２として、さらに共鳴器４及び防音カバー５の材質の密度ρ_ｍと板厚ｔが同じ場合、すなわち面積あたりの密度である面密度ｍ_２が等しい場合、二重壁に入射角度θで入射する平面音波に対する遮音量を表す透過損失ＴＬは次式で与えられる。

ここで、
Ａ＝２πｆｍ_２／２ρｃ、
β＝ｋｄｃｏｓθ、
ｋ：波長定数 ｋ＝２πｆ／ｃ、
ρ：空気の密度、
である。また、単一壁に平面音波が垂直入射する場合の透過損失ＴＬ_０は次式で表される。

図６は、平面音波が壁に垂直入射する場合の透過損失の周波数変化を表した図である。平面音波が壁に垂直入射する場合とは、音の入射角度θ＝０の場合であり、音波の周波数ｆに対する式（３）と式（４）で表される透過損失の変化を表した図である。なお、単一壁の面密度は、二重壁の壁一枚当たりの面密度の２倍として式に当てはめて表した結果を表した図である。
ｆ_ｒは、消音構造１６を構成する二重壁の二つの壁面（防音カバー５及び共鳴器４の壁）を質量とし、壁面間（膨張部６）の空気をばねとした振動系の固有振動数を表し、次式で表される。

ｆ_ｃｍは、二つの壁面のコインシデンス限界周波数の低い方を表し、平板の場合は次式で表される。

ここで、
ｔ：板厚、
Ｅ：ヤング率、
である。
コインシデンス限界周波数とは、コインシデンス効果がおこる最低周波数である。コインシデンス効果とは、壁面に音が入射する際に強制的におこる曲げ波の伝搬速度が壁面の自由曲げ波の伝搬速度に等しくなるときに、音の透過損失が大きく低下する現象のことである。
図６より、音の周波数が２ｆ_ｒから１／３ｆ_ｃｍの範囲では、１オクターブ（ある周波数から、その周波数の２倍となる周波数まで）あたりの透過損失が、二重壁では＋１２ｄＢ、単一壁では＋６ｄＢであり、二重壁の方が単一壁よりも大きな透過損失が得られることがわかる。二重壁の場合の、２ｆ_ｒから１／３ｆ_ｃｍの範囲における透過損失ＴＬは、次式で与えられる。

共鳴器４で消音する騒音の周波数がｆ_０となった時に、共鳴器４は、最も消音効果を発揮するが、そのときに共鳴器４内では音圧が増幅する。共鳴器４の壁と防音カバー５の壁により構成された二重壁により、共鳴器４内で増幅した音圧を外部へ出さないように遮音する必要がある。
式（７）によれば、騒音の周波数ｆ＝ｆ_０となった時に、二重壁（防音カバー５及び共鳴器４の壁）の対向する二つの壁面を質量とし壁面間（膨張部６）の空気をばねとした振動系の固有振動数ｆ_ｒがｆ_０の半分以下となるようにすると、式（７）の項である、４０ｌｏｇ（ｆ／２ｆ_ｒ）が正の値をとり、さらにｆ_ｒが小さくなるほど透過損失ＴＬは大きい値をとる。つまり、共鳴器４の消音効果が最も高い周波数領域で、共鳴器４から外部へ出る外部騒音を抑えることができる。
なお、二重壁（防音カバー５及び共鳴器４の壁）の対向する二つの壁面を質量とし壁面間（膨張部６）の空気をばねとした振動系の固有振動数ｆ_ｒが現実的に取り得る下限値は、消音器３の重量を増加させずかつ騒音の透過損失を低下させないという条件のもと、防音カバー５により増加する重量と式（４）と式（７）との関係から下限値が定まる。その下限値は、基本となる消音器の材料、形状及び寸法によっても異なるが、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度となる。

ただし、β＝ｋｄ＞＞１となる高周波数領域では、式（３）のｃｏｓβ−Ａｃｏｓθｓｉｎβの値が０となり、透過損失が大きく低下する場合の解は近似的にβ＝ｊπ（ｊは正の整数）となる。この透過損失が大きく低下する場合の最低周波数は次式で求められる。

式（８）によると、消音器３が使用される騒音の周波数範囲をｆ_１以下とするのがよい。
ここで、消音器が消音機能を発揮する周波数範囲を、消音器の主たる消音周波数と呼ぶことにする。例えば、共鳴型消音器であれば、固有振動数ｆ_０±１００Ｈｚの範囲内を主たる消音周波数と呼ぶ。また、例えば、膨張型消音器であれば、その消音器の透過損失が最高値から−６ｄＢまでの透過損失をとる周波数の領域を消音周波数と呼ぶ。
消音器３の共鳴器４の消音周波数を、所定の値より小さくすることにより、高周波数領域での防音カバー５の音の透過損失が低下する領域を避けることができ、消音器３の性能の低下を防ぐことができる。所定の値とは、式（８）に示すように、ダクト７内音速ｃを共鳴器４から防音カバー５までの距離ｄの２倍で除算した値である。
主たる消音周波数が上記の所定の値を超える場合、つまり、所定の値を超える周波数の騒音が発生する送風機１について消音器３が用いられた場合は、高周波数の騒音に対して遮音する性能が低下する。
送風機１においては、人間が騒音を感じないようにする必要があるため、消音器３を構成する共鳴器４及び消音構造１６の主たる消音周波数は、人間の聴感特性を考慮し、例えば５００Ｈｚから１８００Ｈｚをカバーするよう設定される。つまり、例えばｆ_１＞１８００Ｈｚになるように消音器３のｄの値を設定すれば高周波数騒音に対する遮音性能は十分であると判断できる。また、主たる消音周波数が現実に取り得る下限値については、消音器３の重量を増加させずかつ騒音の透過損失を低下させないという条件のもと、防音カバー５により増加する重量及び膨張部６の流路方向長さから定まる。その下限値は、基本となる消音器の材料、形状及び寸法によっても異なるが、２００Ｈｚ程度である。主たる消音周波数は、送風機１の設置される環境等により、適宜設定すればよい。

（消音構造１６を膨張型消音器とした場合の遮音について）
図３に示すように、ダクト７、共鳴器４、及び共鳴器４を覆う防音カバー５から構成される消音構造１６に、ダクト７との膨張部開口９を２か所設けることで、膨張型消音器が構成される。膨張型消音器は、流路の断面積の変化により生じる音の反射を利用して消音する。
消音構造１６において、膨張部６が２か所の膨張部開口９でダクト７に結合している場合、消音構造１６は、膨張部６に管を挿入して構成される挿入管形の膨張型消音器と等価的に扱うことができる。

図７は、本実施の形態に係る消音構造１６と等価な膨張型消音器の図である。
消音構造３０及び消音構造３００は、本実施の形態における消音構造１６の等価モデルである。
断面積Ｓ_ａの管７０が通っている断面積Ｓ_ｂの膨張部６０と、管７０が２か所の開口部で膨張部に結合している消音構造３０を、挿入管形の膨張型消音器に置き換えた場合の消音構造３００を表す。管７０の断面積Ｓ_ａ及び膨張部６０の断面積Ｓ_ｂで、置き換えた消音構造３００の膨張部６００の等価断面積Ｓ_ｂ ^２／（Ｓ_ａ＋Ｓ_ｂ）を表し、開口部９０の上流側端の位置が挿入管１３の挿入部分の先端の位置と等価になり、開口部９１の下流側端の位置が挿入管１４の挿入部分の先端の位置と等価になる。挿入管１３及び挿入管１４の長さにより、挿入管形の膨張型消音器による消音構造３００の透過損失Ｒ_２の周波数特性を調整することができる。ここでは、図３に示すように膨張部開口９ａの上流側端を防音カバー５の垂直面１５ａと同じ位置、膨張部開口９ｂの下流側端を防音カバー５の垂直面１５ｂと同じ位置にすることで、挿入管形の膨張型消音器による消音構造３００の挿入管部分が無いものとして扱うことができる。
この時、図３に示す消音構造１６が膨張型消音器として作用する場合の透過損失Ｒ_２は次式で表される。

ここで、
ｍ：膨張比 ｍ＝Ｓ_２ ^２／（Ｓ_０＋Ｓ_２）／Ｓ_０、
ｌ_２ ：膨張部６の流路方向の長さ、
を表す。
式（９）は、ｓｉｎ（ｋｌ_２）＝０の場合、最も音の透過損失Ｒ_２が低下し、その周波数ｆ_ｉは次の式で表される。

ただし、式（９）が成り立つのは、音が平面波で伝播する場合であり、音の波長に対して膨張部６の流路垂直方向断面の寸法が短いことが条件である。
膨張部６の流路垂直方向断面の最も大きい寸法は、図５のＬで示した長さであり、ダクト７の板厚を無視すると、式（９）が成立する上限周波数ｆ_ｌｉｍは次式で表される。

式（１１）によれば、上限周波数ｆ_ｌｉｍが、騒音を低減したい周波数領域を納めるように設定されることにより、消音構造１６を膨張型消音器として作用させることができる。つまり、膨張部６の流路垂直方向断面の最も大きい寸法Ｌを調整して、消音構造１６を膨張型消音器として作用させることができる。これにより、消音器３は、共鳴器４により離散周波数騒音の消音だけでなく、消音構造１６により広帯域の騒音に対しても消音が可能となる。また、前述のように、消音構造１６を構成する防音カバー５により共鳴器４の外部騒音を遮音する効果も得られる。

また、式（１０）によれば、消音構造１６が膨張型消音器として作用する場合の音の透過損失は、周波数ｆ_ｉ（ｉ＝１、２、…）を満たす周波数において透過損失Ｒ_２が低下する。よって、消音器３を構成する共鳴器４の消音周波数（＝固有振動数）ｆ_０の値と式（１０）で求められる周波数ｆ_ｉの値とを略同一にすることにより、共鳴器４が消音効果の高い周波数領域以外を消音構造１６により消音することができる。つまり、消音構造１６の膨張部６の流路方向の長さｌ_２を調整することにより、共鳴器４が消音効果の高い周波数領域以外を消音構造１６により消音することができる。
なお、ｆ_０の値とｆ_ｉの値とを略同一にする場合、現実的には設計上のばらつきがあるため、ｆ_０の値とｆ_ｉの値は、ずれる場合がある。膨張型消音器の透過損失Ｒ_２が低下する周波数の範囲を考慮すると、ｆ_０は、ｃ／２ｌ_２±５０Ｈｚの範囲に入っていれば、実用上十分な消音効果が得られる。

（具体的な数値による消音器の構成例と消音効果）
以上で説明した数式より、共鳴型消音器および膨張型消音器の音の透過損失の周波数特性が算出できる。
ここで、本実施の形態に係る実際の構成例を示す。ダクト７の内径φ_０＝１００ｍｍ、共鳴器４の内径φ_１＝１５０ｍｍ、防音カバー５の内径φ_２＝２５０ｍｍ、共鳴器４の長さｌ_１＝５０ｍｍ、共鳴器４から防音カバー５までの距離ｄ_１＝ｄ_２＝５０ｍｍ、共鳴器開口部８半径ａ＝１４ｍｍ、共鳴器開口部８の個数ｎ＝８、ダクト７の板厚すなわち共鳴器開口部８の深さｔ_０＝１．２ｍｍ、音速ｃ＝３４０．３１ｍ／ｓ、空気の密度ρ＝１．２２５ｋｇ／ｍ^３とする。共鳴器開口部８は、ダクト７の周方向に４つを、共鳴器４内の空間を等分する２か所に配置する。
共鳴器４の材料を、従来の防音カバー５がない場合を鉄として密度ρ_ｍ１＝７８７０ｋｇ／ｍ^３、ヤング率Ｅ_１＝２．０６×１０^１１Ｐａ、防音カバー５がある場合、共鳴器４と防音カバー５の材料をポリプロピレンとして、密度ρ_ｍ２＝９４６ｋｇ／ｍ^３、ヤング率Ｅ_２＝１．５０×１０^９Ｐａとする。防音カバー５がない単一壁の従来タイプの消音器、つまり防音カバー５がない場合の共鳴器４の基準板厚ｔ_１＝１．２ｍｍとする。防音カバー５を取り付けた場合に同重量となるようにすると、本発明の共鳴器４および防音カバー５の板厚はｔ_２＝１．８ｍｍとなる。

（共鳴器４、消音構造１６及び二重壁の消音周波数領域）
この時の二重壁の固有振動数は、式（５）よりｆ_ｒ＝２９１Ｈｚ、コインシデンス限界周波数は式（６）よりｆ_ｃｍ＝１０２３４Ｈｚ、高周波領域で音の透過損失が低下する最低周波数は式（８）よりｆ_１＝３４０３Ｈｚとなる。
また、共鳴器４の固有振動数は式（１）よりｆ_０＝１１２７Ｈｚになる。
また、式（１０）で表される膨張型消音器の音の透過損失Ｒ_２が最も低下する周波数ｆ_ｉのうち、最も低い周波数はｆ_ｉ＝１１３４Ｈｚ、防音カバー５と共鳴器４とで形成される消音構造１６が膨張型消音器として機能し透過損失Ｒ_２が得られるための上限周波数ｆ_ｌｉｍは式（１１）より、ｆ_ｌｉｍ＝１８１２Ｈｚとなる。

（二重壁による共鳴器４の外部騒音の遮音効果）
上記で算出された、共鳴器４の固有振動数ｆ_０＝１１２７Ｈｚの音の、ｔ_１＝１．２ｍｍ、ρ_ｍ１＝７８７０ｋｇ／ｍ^３の単一壁に対する垂直透過損失は、（４）式より、ＴＬ_０＝３８．２ｄＢである。
一方、ｆ_０＝１１２７Ｈｚの音の、ｔ_２＝１．８ｍｍ、ρ_ｍ２＝９４６ｋｇ／ｍ^３の二重壁に対する垂直透過損失は、（７）式より、ＴＬ＝４０．７ｄＢとなる。これより、共鳴器４の内部音圧の増加が問題となる固有振動数ｆ_０において、防音カバー５がない単一壁の従来消音器と同重量となるように構成された二重壁の消音器３は、従来消音器（単一壁の消音器）と同等以上に遮音することができる。また、この時、本発明においては共鳴器４および防音カバー５を鉄ではなくポリプロピレンとしており、このように樹脂材料とすることで射出成型で製作することができるので、量産性が向上する。

（共鳴器４と消音構造１６の消音効果）
（２）式と（９）式より、共鳴型消音器と膨張型消音器の透過損失を算出できる。
図８は、実施の形態１に係る消音器３の透過損失と、従来の共鳴器４のみの透過損失と、消音構造１６のみの透過損失を比較した図である。
曲線１００は、本実施の形態に係る実際の構成例の共鳴型消音器と膨張型消音器とを組み合わせた消音器（共鳴器４と消音構造１６で構成された消音器）の透過損失を表したものである。曲線１０１は、従来技術である共鳴型消音器のみで構成された消音器（従来の共鳴器４のみの消音器）の透過損失を表したものである。曲線１０２は、膨張型消音器のみで構成された消音器（本実施の形態の消音構造１６のみで構成された消音器）の透過損失を表したものである。曲線１００は、曲線１０１と曲線１０２とを合成された（和をとった）ものに相当する。なお図８で示した各曲線のとる値は、上記の本実施の形態の構成例における各要素の値から計算したものである。

従来の共鳴器４のみの透過損失の場合、固有振動数ｆ_０＝１１２７Ｈｚを中心として±２００Ｈｚの間に消音効果が集中しており、広帯域騒音を低減するには十分でない。ここに、消音構造１６の透過損失を加えることで、上限周波数ｆ_ｌｉｍ＝１８１２Ｈｚであり、それ以上の周波数では実際の消音効果は低下するものの、対象とする５００Ｈｚから１８００Ｈｚにおいて大きな消音効果を得ることができる。このように、共鳴型消音器と膨張型消音器を組み合わせることで、顕著な消音効果が得られる。

上記の本実施の形態に係る構成例より、高周波領域で音の透過損失が低下する最低周波数は、式（８）よりｆ_１＝３４０３Ｈｚであった。本実施の形態に係る消音器３が使用される騒音の周波数範囲は、人の聴感特性から５００Ｈｚから１８００Ｈｚである。本実施の形態の構成例においては、消音器３の主たる消音周波数は、ｆ_１＝３４０３Ｈｚより小さくなっており、高周波数領域で音の透過損失が低下する領域を避けることができており、高周波数騒音に対する消音性能の低下を防ぐことができる。

上記の本実施の形態に係る構成例より、（１０）式から、膨張型消音器を構成する消音構造１６の透過損失Ｒ_２が最も低下する周波数は、ｆ_ｉ＝１１３４Ｈｚである。一方、共鳴器４の固有振動数はｆ_０＝１１２７Ｈｚである。ｆ_０の値とｆ_ｉの値がほぼ同じ値をとっているということは、膨張型消音器を構成する消音構造１６の消音効果が最も少ない周波数領域において、共鳴器４の消音効果が最も高いということであり、本実施の形態に係るこの構成例においては、共鳴器４と消音構造１６が互いに消音効果を補うことができ、広い周波数帯域で消音効果を得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態においては、実施の形態１では膨張型消音器として作用させていた膨張部６を、共鳴型消音器として作用させる構成について述べる。
図９は、実施の形態２における消音器３の構成図である。
図９に示すように共鳴器４と共鳴器４を覆う防音カバー５とによって構成される空間である膨張部６を、仕切り板１２を追加することにより共鳴部１０ａ及び共鳴部１０ｂを構成し、共鳴型消音器として作用する消音構造１６にしてもよい。この時、共鳴部１０の消音周波数を共鳴器４の消音周波数よりも高い周波数とする。共鳴部１０の消音周波数は、式（１）を用いて共鳴部開口部１１の大きさと数、共鳴部１０の体積を設計すればよい。共鳴部１０の消音周波数を高くするために、例えば体積を小さくするように、仕切り板１２を用いて調整を行う。

ここで、本実施の形態に係る実際の構成例を示す。
共鳴器４及び防音カバー５に係る寸法については、実施の形態１に係る構成例と同一である。共鳴部１０に関連する寸法が、実施の形態１に係る実際の構成例と異なる部分である。
ダクト７の内径φ_０＝１００ｍｍ、共鳴器４の内径φ_１＝１５０ｍｍ、防音カバー５の内径φ_２＝２５０ｍｍ、共鳴器４の長さｌ_１＝５０ｍｍ、共鳴器４から防音カバー５までの距離ｄ_１＝ｄ_２＝５０ｍｍ、共鳴器開口部８半径ａ＝１４ｍｍ、共鳴器開口部８の個数ｎ＝８、ダクト７の板厚すなわち共鳴器開口部８の深さｔ_０＝１．２ｍｍ、音速ｃ＝３４０．３１ｍ／ｓ、空気の密度ρ＝１．２２５ｋｇ／ｍ^３とする。共鳴器開口部８は、ダクト７の周方向に４つを、共鳴器４内の空間を等分する２か所に配置する。共鳴器４および防音カバー５の板厚はｔ_２＝１．８ｍｍとする。共鳴部開口部１１は、共鳴部１０ａに４つ、共鳴部１０ｂに４つ設け、ダクト７の周方向に等分して配置されている。

共鳴器４の固有振動数は式（１）よりｆ_０＝１１２７Ｈｚになる。
一方、共鳴部１０ａの固有振動数はｆ_０ａ＝１５０９Ｈｚとなり、共鳴部１０ｂの固有振動数も同一の値となる。
本実施の形態に係る実際の構成例のように消音器３を構成することにより、異なる固有振動数をもつ複数の共鳴型消音器を有することになり、送風機１が複数の離散周波数騒音を発生するような場合には、有利となる。

また、式（４）で示したように、騒音の周波数が高くなるほど壁面の透過損失が大きくなるため、騒音の周波数が高い場合には、共鳴器４、防音カバー５及び仕切り板１２の面密度を小さくすることができる。これにより、消音器３としての重量及び材料の増加を抑えることができる。

１ 送風機、２ ファン、３ 消音器、４ 共鳴器、５ 防音カバー、６ 膨張部、７ ダクト、８ 共鳴器開口部、９ 膨張部開口、９ａ 膨張部開口、９ｂ 膨張部開口、１０ 共鳴部、１０ａ 共鳴部、１０ｂ 共鳴部、１１ 共鳴部開口部、１２ 仕切り板、１３ 挿入管、１４ 挿入管、１５ａ 垂直面、１５ｂ 垂直面、１６ 消音構造、２０ 羽根、２１ 白矢印、２２ 矢印、３０ 消音構造、６０ 膨張部、７０ 管、９０ 開口部、９１ 開口部、１００ （透過損失の）曲線、１０１ （透過損失の）曲線、１０２ （透過損失の）曲線、３００ 消音構造、６００ 膨張部、Ｅ_１ ヤング率、Ｅ_２ ヤング率、Ｌ 寸法、Ｒ_１ 透過損失、Ｒ_２ 透過損失、Ｓａ 断面積、Ｓｂ 断面積、ＴＬ 透過損失、ＴＬ_０ 透過損失、ａ （共鳴器開口部８の）半径、ｃ 音速、ｄ 距離、ｄ_１ 距離、ｄ_２ 距離、ｆ 周波数、ｆ_０ 固有振動数、ｆ_ｉ 周波数、ｆ_ｌｉｍ 上限周波数、ｆ_ｒ 固有振動数、ｍ_２ 面密度、ｎ 個数、ｔ 板厚、ｔ_１ 基準板厚、θ 入射角度、ρ 密度、ρ_ｍ 密度、ρ_ｍ１ 密度、ρ_ｍ２ 密度、φ_０ 内径、φ_１ 内径、φ_２ 内径。

Claims (6)

1. 送風機が設置されたダクトに設置される消音器であって、
   前記ダクトの側面に設けられた開口部を覆うようにして前記ダクトの側面に取り付けられた共鳴器と、
   前記ダクトのうち、前記共鳴器の前後にそれぞれ設けられた開口部及び前記共鳴器を覆うようにして前記ダクトの側面に取り付けられた防音カバーと、
   を備え、
   前記共鳴器と前記防音カバーとによって、前記共鳴器とは異なる周波数帯域の騒音を主として低減する消音器を構成することを特徴とする送風機の消音器。
2. 前記共鳴器、前記防音カバー、及び前記共鳴器と前記防音カバーとの間の媒質からなる振動系の固有振動数が、前記共鳴器の固有振動数の半分以下になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の送風機の消音器。
3. 前記共鳴器の消音周波数、及び前記共鳴器と前記防音カバーとによって構成される消音器の主たる消音周波数は、前記ダクト内の音速を、前記共鳴器の外壁面に対し鉛直方向の前記外壁面から前記防音カバーの内壁面までの最長距離の２倍で除算した値より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の送風機の消音器。
4. 前記共鳴器と前記防音カバーとによって構成される消音器は膨張型消音器であり、
   前記膨張型消音器の膨張部に相当する、前記共鳴器と前記防音カバーとの間の流路の横断面の寸法最大値をＬ、前記ダクト内の音速をｃとしたとき、前記膨張型消音器の主たる消音周波数を、１．２２ｃ／Ｌ以下の値とした、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の送風機の消音器。
5. 前記膨張型消音器の膨張部に相当する、前記共鳴器と前記防音カバーとの間の流路の長さをｌ_２としたとき、前記共鳴器の消音周波数をｃ／２ｌ_２の値の±５０Ｈｚにしたことを特徴とする請求項４に記載の送風機の消音器。
6. 前記共鳴器と前記防音カバーとによって構成される消音器は共鳴型消音器であり、
   前記共鳴型消音器の消音周波数は、前記共鳴器の消音周波数よりも高い周波数とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の送風機の消音器。

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