JP2017142310A - 汎用型消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】１００Ｈｚ以下の低周波音に対し十分な低減効果を得られる汎用型消音器を提供する。
【解決手段】本発明による汎用型消音器は、音源を覆う防音カバーと、前記音源から発せられる音を低減させる音響管とを有し、前記音響管は一端が閉塞された閉鎖部と、他端が開口した開口部とからなっている中空の管からなり、前記音源から発せられる複数の異なる周波数の音の１／４波長に対応した管長を有した複数が設けられ、それぞれの前記音響管は前記防音カバー内で移動可能であり、前記音響管が共鳴する周波数の音の前記防音カバー内での音圧低減効果が最大となる位置に前記開口部を設けるように配置され、前記防音カバーの直径（Ｄ）は、前記音響管が共鳴する周波数の音の波長（λ）に対しＤ＜０．５９λの関係にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、汎用型消音器に関し、特に１００Ｈｚ以下の低周波音に対し十分な低減効果を得られる汎用型消音器に関する。

クーリングタワーや建物内の揚水ポンプ、送風機や給湯設備のヒートポンプユニットなど、住宅の周りには様々な騒音源が点在している。住宅関連機器の場合は住宅の軒先などに設置されることが多く、近隣住宅を含め住民は長期間にわたり住宅関連機器による騒音の影響を受ける可能性がある。また日常生活の中では、これ以外にも建設工事や道路工事などに使用される様々な機械設備により一定期間騒音の影響を受ける可能性もある。
このような設備から発せられる音は機械部品の振動や、その設備が扱う移送流体の脈動など様々な要因により発生するが、騒音は様々な周波数の音を含み、低周波音と呼ばれる周波数が１００Ｈｚ以下の音を含むことが多い。

人間に聞こえる可聴域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚといわれており、２０Ｈｚ以下の超低周波音では家屋内の建具のがたつきなどとして影響が現れ、２０Ｈｚ以上の可聴域の低周波音では睡眠の障害などの心理的影響や頭痛、めまいなどの生理的影響として影響が現れ、日常生活に支障をきたすことがある。
このため、騒音源となる設備に対する騒音対策が求められる。一般的な騒音対策として、設備の下に防振ゴムを敷いたり、騒音源となる設備の周りを囲う防音カバーを設けたりすることが行われる。しかし低周波音の場合、防音カバーでは防音の効果は小さく外部に漏洩しやすい。また送風機や給湯設備のヒートポンプユニットなどは、空気の流動や熱交換のために防音カバーで密閉することができず、有効な騒音対策がさらに難しい。

低周波音を低減するためには共鳴型消音器などの消音器を使用するのが有効であるが、膨脹型消音器などはカバーの外に取り付けられることが多く、消音器自体も大型化しやすいという問題がある。また共鳴型消音器は消音部の延長や体積、設置位置によって対象周波数や低減量が変わるため、消音器製作前の綿密な設計が必要という課題がある。
騒音源の音の周波数が特定される場合は、比較的構造が簡単で設計しやすい音響管を利用した消音器も低周波音を低減するために有効である。

特許文献１には遮音室の音圧レベルが高くなる隅角部に、一端を開口し他端を閉塞した１／４波長吸音レゾネータの開口端を隅角部に向けて配設する超低周波音用吸音レゾネータが開示されている。ここでいうレゾネータは音響管に相当し、一端を開口し他端を閉塞したレゾネータに超低周波音が進入すると、該超低周波音は開口端から１／４波長の部分で閉塞した他端に突き当たって反射され、開口端に戻った時点で元の超低周波音とは１／２波長ずれて重なり合うため、元の超低周波音と反射した超低周波音とが打ち消し合う形となり、音圧を有効に低減するという原理を応用している。

このように音響管による低周波音の低減は、遮音室のように騒音源の周辺を覆う囲いと組み合わせることが有効であるが、住宅関連機器や建設工事や道路工事などに使用される様々な機械設備は、多くの場合、特許文献１に記載のような遮音室の中に設置されていることはない。また前述のように周囲を完全に覆うカバーを取り付けることができない機械設備も多い。

特許文献２には開口部が必要な場合でも効果的に超低周波音を低減する防音ハウスと一体に設けられた超低周波音低減装置が開示されている。この場合も開口部に設ける超低周波音低減装置が超低周波音の１／４波長を有する一定断面の管状であることが望ましいとの記載はあるが、防音ハウスに関しての詳細は開示されていない。
騒音源となる設備を覆うカバーや防音ハウスを設置するにしても、住宅関連機器などの場合、建物の構造や隣家との関係で、十分な設置場所を確保できず、カバーや防音ハウスに折り曲げ部を設けるなど単純な形状には構成できないことも起こりうる。
防音カバーの設置場所に制約がある機械設備や、給湯設備のヒートポンプユニットなどのように防音カバーで完全に覆うことのできないような機械設備に対しても、防音カバーを含めてコンパクトで効果的に低周波音を低減する消音器が望まれている。

特開平０８−２２９５０７号公報 特開２０１１−２２１０７３号公報

本発明は、上記従来の低周波音低減装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、１００Ｈｚ以下の低周波音に対し十分な低減効果を得られる汎用型消音器を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による汎用型消音器は、音源を覆う防音カバーと、前記音源から発せられる音を低減させる音響管とを有し、前記音響管は一端が閉塞された閉鎖部と、他端が開口した開口部とからなっている中空の管からなり、前記音源から発せられる複数の異なる周波数の音の１／４波長に対応した管長を有した複数が設けられ、それぞれの前記音響管は前記防音カバー内で移動可能であり、前記音響管が共鳴する周波数の音の前記防音カバー内での音圧低減効果が最大となる位置に前記開口部を設けるように配置され、前記防音カバーの直径（Ｄ）は、前記音響管が共鳴する周波数の音の波長（λ）に対しＤ＜０．５９λの関係にあることを特徴とする。

前記音響管は、直管形状または折返し部を備えた折返し形状に形成されていることが好ましい。
前記音響管は前記音源からの音の周波数の経時変化または前記防音カバー内の温度変化に伴う前記音源からの音の波長の変化に合わせて前記管長を前記音源からの音の１／４波長に対応した管長となるよう調整するための摺動部を備えることが好ましい。

前記音響管は音圧レベルを観測するマイクと前記摺動部を駆動するアクチュエータと前記マイクから観測される音に基づき前記アクチュエータの動作を制御する制御部とをさらに備え、前記制御部は、前記マイクで観測される前記音源から発せられる音の中で音圧レベルの高い周波数の音に合わせ前記音響管の管長を前記音圧レベルの高い周波数の音の波長の１／４波長に対応した管長となるよう前記アクチュエータを制御する機能を有することが好ましい。

本発明に係る汎用型消音器によれば、低周波音の発生源を覆って主管路を形成するように一端または両端を開口した防音カバーを設け、主管路内の最も効果のある場所に音響管を設置するので、空気の流通経路を確保しつつも１００Ｈｚ以下の低周波音に対し十分な低減効果を得ることができる。
また本発明に係る汎用型消音器によれば、音響管は折返し部を備えた折返し形状を有するため防音カバーの形状に自由度を持たせることができ、設置スペースに合わせたコンパクトな防音カバーを提供することができる。
さらに、本発明に係る汎用型消音器によれば、騒音源の音の周波数の変化や気温変化による音の波長変化に合わせて音響管の管長を調節する手段を有するため環境変化に伴って変化する低周波音の音圧ピークも効果的に低減することができる。

本発明の実施形態による汎用型消音器の構造を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態による汎用型消音器の構造を概略的に示す図である。 模型実験で測定した、音響管による音圧レベルの低減効果を示す図である。 本発明の実施形態による汎用型消音器の音響管の構造を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図である。 本発明の第３の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図である。 本発明の第４の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図である。 図７の音響管に管長を調節する手段を組み合わせた構造を説明するための図である。

次に、本発明に係る汎用型消音器を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による汎用型消音器の構造を概略的に示す図であり、図２は本発明の他の実施形態による汎用型消音器の構造を概略的に示す図である。
図１を参照すると汎用型消音器１は少なくとも一端を開口した開口端１０２を備えた防音カバー１００と防音カバー１００の内部に少なくとも一端を配置するように設けられた低周波音の１／４波長に対応した管長となる音響管２００とを含む。
なお、汎用型消音器１を構成する防音カバー１００や音響管２００は、直管形状のみならず、大小さまざまな曲率を持つ曲管形状とすることができ、各々の断面形状については、一定断面の管状であれば、任意の断面形状としてよく、円筒管であっても、矩形管であってもよい。

図２を参照すると汎用型消音器２は、防音カバー１１０と防音カバー１１０の内部に少なくとも一端を配置するように設けられた音響管２００とを含み、汎用型消音器１とほぼ同じ構成であるが、防音カバー１１０は騒音となる低周波音を発する音源５０から直線的に延長されるのではなく、折り曲げ部を経て垂直上方に延在する折れ曲がり構造を有する点で汎用型消音器１と相違する。
着目する低周波音は空気中を伝搬する粗密波であり、管路の中を伝搬する場合、管路に沿って進行するので、主管路は必ずしも直線状である必要はない。そこで防音カバー１１０は折り曲げ部を備える。防音カバーの形状はこれに限らず、曲線状に屈曲したり折返した構造であってもよい。折り曲げ部や屈曲部や折返し部を有する構造とすることにより、建物の間の限られた空間でも容易に汎用型消音器を設置することができる。
ここで汎用型消音器１、２の防音カバー（１００、１１０）は、給湯設備のヒートポンプユニットなど外気の取り込みを必要とする機器に対応するように少なくとも一端が開口した開口端を備えるが、音源が換気を必要としない機器の場合、防音カバー（１００、１１０）は両端とも閉塞した密閉構造であってもよい。

汎用型消音器は、防音カバーが、騒音となる音源から発せられる低周波音を一方向に導き、防音カバー内で最も消音効果の得られる位置に音響管の開口部を設置することで効率的に低周波音を低減する機器である。
このため防音カバー１００は、騒音となる低周波音を発生する音源５０を囲み、この低周波音を一方向に伝搬する主管路を構成するように設置される。

防音カバー（１００、１１０）は、円筒管などのように必ずしも自身が外周を閉じた構造でなくてもよく、地面に垂直に設置した２枚の側壁とこれら側壁の上端を蓋するように天板で連結し、側壁と天板からなる防音カバーと地面とにより主管路を構成するような構造としてもよい。さらには地面の代わりに建物などの構造物の壁面を利用して、３枚の壁面をコの字状に連結した防音カバーと構造物の壁面とで主管路を構成するような構造としてもよい。

管路の中を伝搬する音は管路の長さ方向に沿って音圧レベルが変化する。さらに管路の径が大きくなると径方向にも音圧分布が発生する。前述のように汎用型消音器（１、２）は最も消音効果のある位置に音響管２００の開口部を設置するものであるため、長さ方向、径方向ともに音圧分布が発生すると音響管２００の開口部は３次元的に位置調整する必要が生じる。そこで、防音カバー（１００、１１０）の直径を径方向の音圧分布が無視できる寸法となるように構成することが重要である。

管路を伝搬する音の波長（λ）と管路の直径（Ｄ）が
Ｄ＜０．５９λ・・・（１）
の関係を満たす時、管路の中を伝搬する音は平面波とみなすことができ、この場合管路内の音圧分布は管路の径方向には一定で、長さ方向にのみ変化する。なお、ここでいう直径は管路の外径ではなく内径である。
この関係に基づき、防音カバー（１００、１１０）の直径（Ｄ）は、音源５０から発せられる低周波音の波長（λ）に対し、（１）式を満たすように設定する。これにより音響管２００は長さ方向に沿った位置調整のみで、有効な消音効果が得られる位置に設置することができる。

また、防音カバー（１００、１１０）の一端から他端に至る距離（Ｌ）、即ち防音カバー（１００、１１０）内を伝搬する音の伝搬距離は、十分な消音効果を得るための重要な因子となる。前記音の伝搬距離と消音に効果的な音響管の設置位置との関係を求める場合、防音カバーの両端部が及ぼす影響を考慮する必要があるため、音源の卓越周波数が防音カバーの共鳴周波数に一致する場合と、一致しない場合とに分けて検討する必要がある。以下では防音カバーの一端が開口した場合と両端が開口した場合を例として、前記音の伝搬距離と音響管の効果的な設置位置との関係を説明する。
ここで、防音カバー（１００、１１０）の一端から他端に至る距離（Ｌ）は、防音カバー１００のように屈曲の無い直線状の形状の場合は、防音カバー１００の長さに相当するが、折れ曲がりがある形状の場合は、防音カバーの形状にならい、防音カバーの横断面の中心点を結ぶ線に沿った長さである。

まず、音源の卓越周波数が、防音カバーの共鳴周波数と一致する場合について説明する。
音源から発せられる低周波音の波長（λ）に対し共鳴が生ずる長さ（ｌ）は、
防音カバーの一端が開口し他端が閉塞した構造の場合、
ｌ＝（λ／４）・（２ｎ＋１），（ｎ＝０，１，２，３・・・）・・・（２）
の式で表され、
防音カバーの両端が開口した構造の場合、
ｌ＝（λ／２）・ｎ，（ｎ＝１，２，３・・・）・・・（３）
となる。

例えば音源５０から発せられる低周波音の周波数が５０Ｈｚである場合、この音の波長（λ）は６．９ｍとなることから一端が開口し他端が閉塞した構造の場合の距離（Ｌ）は、（２）式より算出される長さ１．７ｍ、５．２ｍ・・・となり、両端が開口した構造の場合の距離（Ｌ）は、（３）式より算出される長さ３．４ｍ、６．９ｍ・・・となる。
厳密には開口端の影響があり、管路の実効長さが実寸法より長くなるため、防音カバーの管路長の実寸法を短くしておく必要がある。具体的には、防音カバー１００の一端から他端に至る距離（Ｌ）は、（２）式または（３）式で算出される長さに対して、開口端１か所につき直径（Ｄ）の約０．３倍の長さだけ短縮補正を加味した上で長さ設定を行う。

このように、卓越周波数における低周波音の波長（λ）に対して共鳴が生ずる長さの防音カバーの場合、音圧低減効果を最大とするには、防音カバー内で発生する音圧分布に対し、音圧レベルが最大となる位置に音響管の開口部を一致させて音響管を設置するのが最も効果的である。
具体的には、音源の卓越周波数が防音カバーの共鳴周波数と一致する場合、一端が開口し他端が閉塞した防音カバーの構造では、閉塞した端部が振動の腹に相当する部分となって音圧レベルが最大となり、この閉塞した端部の他にも、防音カバー内で、閉塞した端部から低周波音の波長（λ）の（ｎ／２）倍（ｎ＝１，２，３・・・）に相当する長さだけ離れた位置でも同様に音圧レベルが最大となる。即ち、閉塞した端部を含め、防音カバーの閉塞した端部から低周波音の波長（λ）の（ｎ／２）倍（ｎ＝０，１，２，３・・・）の位置が音圧レベルが最大の位置となる。従って、この音圧レベルが最大となる位置に音響管の開口部を一致させて設置する。

一方、音源の卓越周波数が防音カバーの共鳴周波数と一致する場合で、防音カバーの両端が開口した構造では、両開口端で音圧レベルが最小となり、防音カバー内で、この開口端から低周波音の波長（λ）の（（２ｎ−１）λ／４）倍（ｎ＝１，２，３・・・）の位置で音圧レベルが最大となる。従って、この音圧レベルが最大となる位置に音響管の開口部を一致させて設置する。
防音カバーで生じる共鳴により、音圧レベルは防音カバー内で増幅されるものの、音響管の消音効果も大きくなるので、結果的に音圧レベルは、防音カバーも音響管も設置しない未対策の場合の音圧レベルよりも確実に低減される。
このように、音響管の開口部を適切な位置に設置することにより、音源の卓越周波数が防音カバーの共鳴周波数と一致する場合は、一致しない場合に比べて音響管の消音効果は格段に大きくなる。

次に、音源の卓越周波数が、防音カバーの共鳴周波数と一致しない場合について説明する。
防音カバーは、設置場所によっては、卓越周波数である低周波音の波長（λ）に対して共鳴が生ずる長さに設定できない場合もある。このような場合、最も効果的に音圧レベルを低減できる音響管の位置は、音圧レベルが最大となる位置とは必ずしも一致せず、前述の段落［００２４］および［００２５］のように単純には求められない。

音源の卓越周波数が、防音カバーの共鳴周波数と一致しない場合には、防音カバー内に音響管が設置された条件で、該音響管の位置と防音カバー内で合成される音圧レベルとの関係について、境界条件を考慮した一次元音場内における音伝搬理論を適用して、合成音圧レベルの低減効果が大きくなる前記音響管の位置を検討する必要がある。
防音カバーの閉塞端から音響管の開口部までの距離をｌ_１で表わすものとすると、前記音伝搬理論により、ｌ_１が
ｌ_１＝（２ｎ−１）λ／４（ｎ＝１，２，３・・・）・・・（４）
のとき、音圧レベルは極大値をとる。即ち、音圧レベルの低減効果が、他の位置に比べて小さくなる。
また、防音カバーの開口端から音響管の開口部までの距離をｌ_２で表わすものとすると、前記音伝搬理論により、ｌ_２が
ｌ_２＝（ｎ−１）λ／２（ｎ＝１，２，３・・・）・・・（５）
のとき、音圧レベルは極大値をとり、音圧レベルの低減効果が、他の位置に比べて小さくなる。
従って、音響管の開口部の設置位置は、（４）式で算出される防音カバーの閉塞端からの距離ｌ_１および（５）式で算出される防音カバーの開口端からの距離ｌ_２とならないよう、防音カバー内で合成される音圧レベルの低減効果の小さい位置を避けて設定することが望ましい。

図３は、模型実験で測定した、音響管による音圧レベルの低減効果を示す図である。
図３（ａ）は、一端を閉塞させかつ他端を開口させた長さ２ｍ、直径２００ｍｍの円筒管を防音カバーとみなし、該円筒管の閉塞した一端に音源を設置し、音源からの距離に対する円筒管内の音圧レベル分布を音響管のない状態で計測した結果を示す。
図３（ｂ）は、防音カバーとみなした円筒管内に、直径４０ｍｍの音響管２本を設置し、音響管２本の開口部の位置を円筒管の閉塞端から開口端に向かって水平移動させて、円筒管の他端である開口端から１ｍ離れた円筒管外部の位置で音圧レベルを計測し、音響管の開口部が円筒管の閉塞端から水平移動した距離に対する音圧レベルの計測結果を示す。なお、音圧レベルの計測位置は、円筒管の開口端から１ｍ離れた円筒管外部に設けたが、円筒管外部では、音源から離れるに従って音圧レベルが減衰するのみなので、円筒管外部のどの位置で音圧レベルを計測しても、円筒管の位置に対する音圧レベルの変化は、図３（ｂ）と同様の傾向を示す。

まず、図３（ａ）に関する以下の考察から、図３が、音源からの音が円筒管と共振しない状態、即ち、音源の卓越周波数が、防音カバーの共鳴周波数と一致しない場合の計測結果を示すものであることが明らかである。
模型実験で使用した音源の周波数は１４５Ｈｚであり、この場合、波長（λ）は約２．４ｍ、λ／４は約０．６ｍとなる。一方、図３（ａ）に示す円筒管内の音圧レベル分布の極小値は、円筒管の閉塞端から約０．９ｍの距離に生じており、一端が閉塞した円筒管が共鳴する場合の距離（λ／４）となっていない。
また、図３（ａ）を参照すると、開口端である２ｍの位置から約λ／２に相当する１．２ｍの位置付近で音圧レベルが極小値となっており、開口端側にみられる特徴を表している。なお、図３（ａ）のグラフの極小値を示す位置は、開口端から１．２ｍの位置よりわずかに開口端側にずれているが、これは実際の音響管では開口端での音圧の挙動により、実際の音響管の管長より長く見える影響によるものである。
次に、図３（ｂ）について考察する。音響管がある場合の音圧レベルの計測結果を参照すると、段落［００２７］で述べたように、閉塞端からの距離ｌ_１がλ／４、３λ／４の位置で音圧レベルが高くなっており、音圧レベルの低減効果（音響管がない場合の計測結果との差）が小さくなっている。また、開口端からの距離ｌ_２がλ／２の位置でもやはり音圧レベルの低減効果が小さいことがわかる。この位置は図３（ａ）の音圧レベルが極小になる位置に相当する。逆に、隣接する音圧レベルの低減効果が小さい位置同士の中間地点（音響管開口部が閉塞端から１．４ｍの距離にあるとき）で、音圧レベルの低減効果が大きいことがわかる。

図３の模型実験のように、一端が閉塞している場合、開口端からの距離ｌ_２は、円筒管の長さｌを用いてｌ−ｌ_２にて閉塞端からの距離に置き換えることができる。そこでこの閉塞端からの距離をｌ_３とすると、（５）式の音圧レベルの低減効果が小さい位置は、
ｌ_３＝ｌ−（ｎ−１）λ／２（ｎ＝１，２，３・・・）・・・（６）
で表すことができる。
防音カバーの共鳴周波数と一致しない場合、一端が閉塞されている構造では、音響管の開口部の位置は、隣接する（４）式で示されるｌ_１の位置と、（６）式で示されるｌ_３の位置との中間の位置に設定すると、音圧低減効果が最も大きくなる。なお、両端が開口されている構造では、開口端からの距離ｌ_２に関する（５）式および（６）式に置き換えられる距離ｌ_３から隣接するｌ_２とｌ_３との位置同士の中間点に設定するのが、音圧低減効果が最も大きく、効果的である。

音響管２００は一端が閉塞され、他端が開口された中空の管により構成され、防音カバー（１００、１１０）内で、防音カバー（１００、１１０）の長さ方向に移動して位置調節が可能なように設置する。音響管はその長さにより低減できる音の周波数が異なってくることから、音響管２００は様々な長さを有する複数によって構成されてもよい。

図４は、本発明の実施形態による汎用型消音器の音響管の構造を概略的に示す図であり、直管形状の音響管の構造を示す。
図４を参照すると、直管形状の音響管２００は一端に閉鎖部２０１、他端に開口部２０２を備える中空の管である。直管形状の音響管２００の管長は低減する周波数の音の波長（λ）の１／４に合わせてある。

音源から発せられた所定の周波数の音が、音響管２００の開口部２０２から進入すると管長である１／４波長進行したところで音響管の閉鎖部２０１に突き当たるため、ここで反射され再び開口部２０２に向かう反射波となる。反射波が開口部２０２に達した時点で、音は進入から音響管の管長の２倍に相当する１／２波長進行して基の音と重なり合う。１／２波長ずれた波は位相が逆転するため互いに打ち消し合い、音が減衰する。

このような音の減衰効果は、低減すべき所定の周波数の音に限らず、その音の１／４波長の奇数倍が音響管の管長に相当する一連の高調波の音にも有効である。
これ以外の周波数の音に対しては、音響管による反射波と基の進行波の波長のずれ量がその音の１／２波長とは異なるため、十分な音の低減効果が得られない。そのため様々な周波数の音の合成音に対しては、それぞれの周波数成分の音の１／４波長にあわせて管長を調整する必要があり、長さの異なる複数の音響管が必要となる。

また音響管２００の直径は消音効果の大きさに影響してくる。実験の結果、音響管２００の直径が大きいほど消音効果が大きいという結果が得られており、所定の消音効果を得るためには防音カバーの直径（内径）に対して１０％以上であることが好ましい。
図４の音響管２００は、説明を簡単にするために管長を１／４波長として示したが、厳密には開口端補正が必要であり、音響管２００は音響管２００の直径（Ｄ１）の０．３倍の距離だけ短く製作する。

ところで音響管が消音効果を十分に発揮するためには、音源から発せられた音の音圧レベルを維持したまま位相だけを逆転することが望ましい。このため音響管に使用する材料としては音を吸収する吸音性のあるものや音を透過しやすいものは避ける必要がある。一般的に多孔質材料は吸音性があるため、音響管の材料としてはふさわしくない。
音の透過に対しては剛性が高く重い材料ほど音が透過しにくくなることから音響管に使用する材料としては有効である。このように音響管に使用する材料は、中の空気に対して剛壁として作用するだけの強度を持つものであることが望ましい。ヒートポンプ式熱交換器（エコキュート）など住宅関連機器の場合、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料により作成した音響管でも十分な消音効果が得られるが、音圧レベルが高くなるとより剛性の高い材料が必要となる。一般用途の場合、音源の音圧レベルに応じて音響管に使用する材料を選定することが望ましい。

図５は本発明の第２の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図であり、曲線状の折返し形状を有する音響管２１０の構造を示す。
図５を参照すると、音響管２１０は一端に閉鎖部２０１、他端に開口部２０２を備える中空の管であり、さらに閉鎖部２０１と開口部２０２との間に、音響管２１０を折返すように曲げる屈曲部２０３を備える。音響管２１０の中心線に沿った長さは、低減する周波数の音の波長（λ）の１／４に合わせてある。このため音響管２１０の外形寸法としての長さは、屈曲部の長さの影響もあり１／４波長の１／２である１／８波長に相当する長さ以下とすることができる。

このように折返し形状とすることで全体の長さを短くし、設置面積の限られた場所でも汎用型消音器（１、２）を設置することができるようになる。
図５では音響管２１０は閉鎖部２０１と開口部２０２の中間の位置に屈曲部２０３を備えるＵ字形状であるように示したが、屈曲部の位置は中間の位置から開口部２０２に近い側でもよく、逆に閉鎖部２０１に近い側でもよい。また折返しの角度もＵ字となるよう１８０°とする必要もない。

前述のように防音カバー１１０は、屈曲部や折返し部を有する構造としてもよい。そこで音響管２１０は防音カバー１１０の形状に合わせて折り返すような構造であってもよい。例えば、防音カバーを屈曲させ音源に隣接する建屋の壁面に沿って上方に立ち上げ、設置面積を抑えた汎用型消音器としてもよい。

図６は本発明の第３の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図であり、矩形状の折返し形状を有する音響管２２０の構造を示す。
図６を参照すると、音響管２２０は一端に閉鎖部２０１、他端に開口部２０２を備える中空の管であり、さらに閉鎖部２０１と開口部２０２との間に折返し部２０４を備える。
折返し部２０４が矩形状としていることにより、開口部２０２側の管と閉鎖部２０１側の管を間隙を設けず並置できるため、音響管２１０より密に配置することができる。音響管２２０の中心線に沿った長さは、低減する周波数の音の波長（λ）の１／４に合わせてある。音響管２２０も、防音カバー１１０の形状に合わせて折り返すような構造であってもよい。
音響管２１０のように曲線状の折返し形状にしても、音響管２２０のように矩形状の折返し形状にしても、管長を低減する周波数の音の波長（λ）の１／４に合わせてあれば消音効果は同様である。

図７は本発明の第４の実施形態による音響管の構造を概略的に示す図である。
図７を参照すると、直管形状の音響管２３０は一端に閉鎖部２０１、他端に開口部２０２を備える中空の管である。直管形状の音響管２３０の管長は低減する周波数の音の波長（λ）の１／４に合わせてある。音響管２３０が図３の音響管２００と相違するのは摺動部２０５を備えている点である。

汎用型消音器（１、２）は多くの場合屋外に設置される。そのため外気温の変化に伴い設置環境の温度も変化する。空気中を伝搬する音の速度は空気の温度により変化するため、周波数が一定の音に対して音の波長が変化する。ある温度では音響管の管長がその温度における低周波音の波長の１／４に一致していたとしても、温度が変化すると、音響管の管長とその温度における低周波音の波長の１／４の長さとは一致しなくなってしまう。そのため、温度が変化すると音響管の消音効果も低減してしまう。これを避けるため音響管２３０は管長を変化させることができるように摺動部２０５を備える。

音響管２３０は閉鎖部２０１を備える外管２３０ｂと外管２３０ｂの内側に収まる外形を有する内管２３０ａを備え、両者の重なり合う部分が摺動部２０５である。これにより内管２３０ａと外管２３０ｂを長さ方向に摺動させることで音響管２３０の管長が可変となる。

一実施形態では温度に対する音の波長の変化を基に、防音カバー（１００、１１０）内の温度変化に対応して、音響管２３０の管長をその温度における音源からの音の１／４波長に対応した管長となるよう調整するための目盛り２０６を摺動部に備えてもよい。目盛り２０６の値を温度で表示することで、防音カバー（１００、１１０）内の温度を測定して、その温度に見合う位置に音響管２３０の内管２３０ａまたは外管２３０ｂを摺動させることにより、最適な消音効果が得られる管長に設定することができる。
このように手動で音響管２３０の管長を調節することでもよいが、１日の中で温度変化が大きい場合にはこまめに音響管２３０の管長を調節する必要があり、手間がかかる。

図８は図７の音響管に管長を調節する手段を組み合わせた構造を説明するための図である。図８を参照すると、汎用型消音器３の音響管２４０は内管２４０ａと外管２４０ｂの重なり合う摺動部２０５を有する点は図６の音響管２３０と同様であるが、音響管２４０は、外管２４０ｂを摺動させて管長を変化させるアクチュエータ３００、音源から発せられる低周波音を音として入力するためのマイク３１０、およびマイク３１０から入力された音の周波数を解析し、解析した周波数からその音の波長（λ）を算出し、音響管２４０の管長が波長（λ）の１／４の長さとなるようアクチュエータ３００を制御する制御部３２０を備える点で音響管２３０と相違している。マイク３１０は卓越周波数を計測するため定在波が発生する防音カバー１１０の内部ではなく、外部に設置する。
このように音源５０から発せられる音を観測し、それに基づき音響管の管長を自動調整する機構を設けることにより、低減すべき周波数の音を効率的に低減することができるほか、経時変化などで音の周波数が変動した場合にも音響管２４０の管長を常に最適な消音効果が得られる長さに制御することができる。

また汎用型消音器３は防音カバー内の温度を測定するための温度センサ３３０も備える。これにより制御部３２０は、マイク３１０から入力された音の周波数を解析し、解析した周波数からその音の波長（λ）を算出する際、温度センサが感知する温度に基づき音速を補正して、音源の周波数、音響管の温度いずれの変化にも対応して音響管２４０の管長を常に最適な消音効果が得られる長さに制御する構成としてもよい。図８では温度センサ３３０は単独で設置するように示したが、制御部３２０に内蔵するような構成としてもよい。

図７でアクチュエータ３００は音響管２４０の外管２４０ｂの閉鎖部と直結するように音響管２４０の延長線上に設置するように示したが、外管２４０ｂの側壁外周に突出するようにアクチュエータ３００との連結部を設け、アクチュエータ３００は音響管２４０と並置して連結部を介して外管２４０ｂを摺動させるような構成としてもよい。これにより汎用型消音器３の全長が長くなるのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更することが可能である。

１、２、３ 汎用型消音器
５０ 音源
１００、１１０ 防音カバー
１０２ 開口端（防音カバー）
２００、２１０、２２０、２３０、２４０ 音響管
２０１ 閉鎖部（音響管）
２０２ 開口部（音響管）
２０３ 屈曲部
２０４ 折返し部
２０５ 摺動部
２０６ 目盛り
３００ アクチュエータ
３１０ マイク
３２０ 制御部
３３０ 温度センサ

Claims (4)

1. 音源を覆う防音カバーと、
   前記音源から発せられる音を低減させる音響管とを有し、
   前記音響管は一端が閉塞された閉鎖部と、他端が開口した開口部とからなっている中空の管からなり、前記音源から発せられる複数の異なる周波数の音の１／４波長に対応した管長を有した複数が設けられ、
   それぞれの前記音響管は前記防音カバー内で移動可能であり、前記音響管が共鳴する周波数の音の前記防音カバー内での音圧低減効果が最大となる位置に前記開口部を設けるように配置され、
   前記防音カバーの直径（Ｄ）は、前記音響管が共鳴する周波数の音の波長（λ）に対し
   Ｄ＜０．５９λ
   の関係にあることを特徴とする汎用型消音器
2. 前記音響管は、直管形状または折返し部を備えた折返し形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の汎用型消音器。
3. 前記音響管は前記音源からの音の周波数の経時変化または前記防音カバー内の温度変化に伴う前記音源からの音の波長の変化に合わせて前記管長を前記音源からの音の１／４波長に対応した管長となるよう調整するための摺動部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の汎用型消音器。
4. 前記音響管は音圧レベルを観測するマイクと前記摺動部を駆動するアクチュエータと前記マイクから観測される音に基づき前記アクチュエータの動作を制御する制御部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記マイクで観測される前記音源から発せられる音の中で音圧レベルの高い周波数の音に合わせ前記音響管の管長を前記音圧レベルの高い周波数の音の波長の１／４波長に対応した管長となるよう前記アクチュエータを制御する機能を有することを特徴とする請求項３に記載の汎用型消音器。

Images