JP2019056816A - 消音システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、ウレタンおよびポリエチレン等の吸音材を用いる場合には、800Hz以下の低周波音の吸収率が極端に低くなるため、吸収率を大きくするためには体積を大きくする必要があるが、換気口、空調用ダクトなどの通気性を確保する必要があるため、吸音材の大きさには限度があり、高い通気性と防音性能とを両立することが難しいという問題があった。
このような管状部材の共鳴音を消音するために、特定の周波数の音を消音する共鳴型の消音器が用いられる。
また、特許文献2には、住宅、マンション等における外壁の厚さは、200〜400mm程度であり、この外壁に設けられるスリーブ管に生じる第一共鳴周波数(400〜700Hz程度)の周波数帯において遮音性能の低下が生じることが記載されている(特許文献2の図15参照)。
しかしながら、共鳴型の消音器は、特定の周波数(周波数帯域)の音を選択的に消音するものである。管状部材の長さおよび形状等が異なると、管状部材の共鳴周波数も変わる。そのため、管状部材に合わせた設計が必要となり、汎用性が低いという問題があった。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
消音装置は、壁の一方の端面側に配置され、空洞部および空洞部と外部とを連通する開口部を有する1以上の消音器を有し、
消音器の開口部の少なくとも1つは、消音システム内における管状部材の第一共鳴の音場空間に接続されており、
消音器の空洞部内の少なくとも一部に、または、消音器の開口部の少なくとも一部を覆う位置に、音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構が配置されており、
消音器内の音波の進行方向における空洞部の深さLdは、管状部材の軸方向における開口部の幅Loよりも大きく、
消音装置を含む消音システムにおける管状部材の第一共鳴の共鳴周波数における音波の波長をλとすると、空洞部の深さLdは、0.011×λ<Ld<0.25×λを満たし、
消音装置は、管状部材の軸方向における消音器の長さを調整可能な長さ調整部を有する消音システム。
[2] 壁の一方の面側に壁と平行に化粧板が配置されており、
消音装置は、壁と化粧板との間に配置され、
管状部材の軸方向における消音器の長さは、長さ調整部によって、壁と化粧板との間の距離に合わせて調整されている[1]に記載の消音システム。
[3] 消音装置は、複数の消音器を有し、
複数の消音器は、管状部材の軸方向に配列されており、
軸方向に配列された消音器の合計長さが、長さ調整部によって、壁と化粧板との間の距離に合わせて調整されている[2]に記載の消音システム。
[4] 長さ調整部は、軸方向に配列された消音器それぞれの長さを調整可能である[3]に記載の消音システム。
[5] 管状部材の軸方向に平行な断面において、消音器は、軸方向に延在する空洞部と、空洞部の軸方向に平行な面の、軸方向の一方の端部側に開口部を有するL字型の形状を有し、
軸方向における空洞部の長さが、空洞部の深さLdである[1]〜[4]のいずれかに記載の消音システム。
[6] 消音器の開口部は、管状部材の中心軸側を向いて配置されている[1]〜[5]のいずれかに記載の消音システム。
[7] 消音装置は、管状部材に接続される筒状の挿入部を有し、
挿入部は、中心軸を管状部材の中心軸に一致させて配置されており、
消音器は、挿入部の一方の端面に接続されている[1]〜[6]のいずれかに記載の消音システム。
[8] 管状部材の軸方向に平行な断面において、空洞部の深さ方向に直交する方向の空洞部の幅Lwは、0.001×λ<Lw<0.061×λを満たす[1]〜[7]のいずれかに記載の消音システム。
[9] 変換機構は、吸音材であり、
吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.25−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<5.6を満たす[1]〜[8]のいずれかに記載の消音システム。
[10] 消音器の空洞部は、管状部材の中心軸に垂直な断面で見た際に、円環状であり、
消音器の開口部は、空洞部の周方向に沿ってスリット状に形成されている[1]〜[9]のいずれかに記載の消音システム。
[11] 管状部材のいずれか一方の端部に設置されるカバー部材と、
管状部材の他方の端部に設置される風量調整部材と、を有し、
消音装置、カバー部材および風量調整部材を含む消音システムにおける管状部材の第一共鳴の共鳴周波数における音波の波長をλとすると、空洞部の深さLdはλ/4よりも短い[1]〜[10]のいずれかに記載の消音システム。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「直交」および「平行」とは、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、「直交」および「平行」とは、厳密な直交あるいは平行に対して±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な直交あるいは平行に対しての誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
本発明の消音システムの構成について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の消音システムの好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。
コンクリート壁が、本発明における壁16に相当し、換気口および空調用ダクト等の通気スリーブが、本発明における管状部材12に相当する。
また、消音装置14の化粧板40側には、風量調整部材20が設置されている。風量調整部材20は、従来公知のレジスター等である。
消音器22は、軸方向に平行な断面において、軸方向に延在し、管状部材12の外周面に沿って湾曲した略直方体形状で、内部に軸方向に延在する空洞部30を有する。図2に示すように、空洞部30は、軸方向に垂直な断面で見た際に円環状である。
また、消音器22の管状部材12側の面の、軸方向の一方の端部側には、空洞部30と外部とを連通する開口部32を有する。開口部32は、周面方向に沿ったスリット状である。
すなわち、消音器22は、軸方向に平行な断面において、L字型の空間を有する。開口部32は挿入部26の中心軸(管状部材12の中心軸)を向くように配置されている。これにより、開口部32は、消音システム10aにおける管状部材12内に生じる第一共鳴の音場空間に接続されている。音場空間については後に説明する。
なお、以下の説明において、図1に示すようなL字型の空間を有する消音器22をL字型の消音器ともいう。
図3に示すように、第1部材21aは、一方の側面(底面)が開放された円筒状の外周部102と外周部102の他方の側面に配置される底面部100とを有する。底面部100の外周部102とは反対側の面の中心には挿入部26が接続されており、挿入部26の内径と同じ直径の開口が形成されている。外周部102の中心軸と挿入部26の中心軸は一致する。
図1に示すように、第1部材21aの外周部102の内径は、管状部材12の内径よりも大きい。
図1に示すように、第2部材21bの外周部106の内径は、第1部材21aの外周部102の外径よりも大きい(略同じである)。また、内周部104の内径は、挿入部26の内径と略同じである。また、内周部104の高さは、第1部材21aの外周部102の高さ(軸方向の長さ)よりも低い。
図1に示す例では、第1部材21aの外周部102の開放面側の端面が第2部材21bの底面部108に突き当たる状態にされている。第2部材21bの内周部104の高さは、第1部材21aの外周部102の高さよりも低いので、第2部材21bの内周部104の端面と第1部材21aの底面部100は離間した状態となるため開口部32が形成される。
すなわち、図1に示す例は、消音器22の長さが最も短くなった状態である。以下、この状態を第1の状態ともいう。
図5に、消音器22の長さを伸ばした状態の消音システム10bを示す。以下、図5に示す状態を第2の状態ともいう。
第1部材21a、第2部材21bおよびスペーサー21cは、本発明における長さ調整部に相当する。
このように、消音器22の長さを調整可能とすることで、壁16と化粧板40との間の距離に応じて消音器22の長さ(空洞部30の体積)を最大化することができる。
共鳴型の消音器の場合には、消音器の長さを変えると消音できる周波数帯域が変化してしまう。これに対して、後に詳述するが、本発明における消音器22は、共鳴によって吸音するものではなく、吸収によって吸音するものである。そのため、消音器22の長さを変えても吸音する周波数帯が変わることなく、広い周波数帯域で吸音することができる。また、空洞部30の体積が大きいと防音性能が高くなる。
従って、本発明の消音システムにおいては、設置する空間に合わせて消音器22の長さを変えて簡単に設置できる。また、その際、消音性能を最大化するようにすることもできる。例えば、壁16と化粧板40との間の距離が異なる、種々の構成の壁に対して、壁16と化粧板40との間の距離に応じて、消音器22の長さを変えることで種々の構成の壁に設置することが可能である。また、その際、空洞部30の体積を最大化することによって、消音器22による防音性能を最大化することができる。また、消音器22の内部に配置する吸音材24の大きさを調整した消音器22の長さに合わせて変更することによって、防音性能をより高くすることができる。
すなわち、本発明の消音システムは、設置環境に合わせた設計が不要で汎用性が高い。
本発明においては、図6に示すように、消音器22の空洞部30内の音波の進行方向における空洞部30の深さをLdとし、管状部材12の軸方向(以下、単に軸方向ともいう)における消音器22の開口部32の幅をLoとすると、空洞部30の深さLdは、開口部32の幅Loよりも大きい。
空洞部30内の音波の進行方向は、シミュレーションにより求めることができる。図6に示す例においは、空洞部30は軸方向に延在しているため、空洞部30内の音波の進行方向は軸方向(図中左右方向)である。従って、空洞部30の深さLdは、軸方向における開口部32の中心位置から空洞部30の遠い側の端面までの長さである。なお、位置によって空洞部30の深さが異なる場合には、空洞部30の深さLdは、各位置での深さの平均値である。また、位置によって開口部32の幅が異なる場合には、開口部32の幅Loは、各位置での幅の平均値である。
また、共鳴型の消音器は、特定の周波数(周波数帯域)の音を選択的に消音するものである。そのため、管状部材の共鳴周波数に合わせた設計が必要となり、汎用性が低いという問題があった。
また、管状部材の共鳴は複数の周波数で発生するが、共鳴型の消音器は特定の周波数の音を消音する。そのため、消音対象となる共鳴音は1つの周波数のみとなり、また、共鳴型の消音器が消音する周波数帯域は狭いので、他の周波数の共鳴音は消音できないという問題があった。
この消音の原理は消音器の共鳴を利用しないので、空洞部30の深さLdが管状部材12の第一共鳴の共鳴周波数における波長λの1/4よりも小さくても、高い防音性能を発現することができる。従って、消音器22を小型化して管状部材12の通気性を維持しつつ、高い防音性能を得ることができる。
また、消音器22による消音の原理は消音器の共鳴が主要な消音原理ではないので、広い周波数帯域の音を消音することができる。
図7は、2つの空間を隔てる壁16を貫通して設けられる管状部材12の第一共鳴モードにおける音圧の分布をシミュレーションによって求めたものである。図7からわかるように、管状部材12の第一共鳴の音場空間は、管状部材12内、および、開口端補正距離内の空間である。周知のとおり、開口端補正の距離だけ音場の定在波の腹が管状部材12の外側にはみ出している。なお、円筒形の管状部材12の場合の開口端補正距離は、大凡1.2×管直径で与えられる。
すなわち、本発明の消音システムにおいては、消音器22は、壁16の一方の端面側、すなわち、管状部材12の外側に配置されるので、消音器22の開口部32は開口端補正距離内の空間に配置されて、管状部材12の第一共鳴の音場空間に接続される。
図8は、消音装置の消音器の空洞部の面積S0と開口部の面積S1とを説明するための図である。
開口部32の面積S1を、空洞部30の面積S0よりも小さくすることで、管状部材12内の音波が消音器22内に流入する際に、音圧を保ったまま気体(空気)分子の移動速度を速くすることができるため、変換機構による音エネルギーから熱エネルギーへの変換効率をより高くすることができる。
ここで、空洞部30の面積S0および開口部32の面積S1はそれぞれ、空洞部30または開口部32を通る管状部材12の中心軸を軸とする円周面における面積である。
なお、管状部材12の半径方向の位置によって空洞部30の面積が異なる場合には、空洞部30の面積S0は、各位置での面積の平均値である。
また、開口部32の面積S1は、開口が最小となる面積である。
また、軸方向に平行な断面において、空洞部30の深さ方向に直交する方向の空洞部30の幅Lw(図6参照)は、0.001×λ<Lw<0.061×λを満たすのが好ましく、0.001×λ<Lw<0.051×λを満たすのが好ましく、0.001×λ<Lw<0.041×λを満たすのがより好ましい。
図9は、(空洞部30の深さLd/消音対象の音波の波長λ)と、(空洞部30の幅Lw/消音対象の音波の波長λ)と、気体分子の平均粒子速度vおよび平均音圧Pの乗算値(|v|×|P|)との関係を表すグラフである。(|v|×|P|)は、空洞部30の体積当たりの吸収に比例する値である。
消音器22の空洞部30は軸方向が深さ方向とした。開口部32は管状部材12の周面方向にスリット状に配置した。開口部32の幅は10mmとした。開口部32は軸方向において、空洞部30の壁側の端部に配置した。また、空洞部30内には流れ抵抗13000[Pa・s/m2]の吸音材24が配置されるものとした。
管状部材12の最低共鳴周波数は460Hzである。消音対象の音波の周波数は460Hzとした。
気体分子の移動速度を速くする観点では開口部32の面積S1(比率S1/Sd)は小さいほど好ましいが、開口部32の面積S1が小さすぎると音波が空洞部30内に流入しにくくなるため防音性能が低くなってしまう。以上の観点から、空洞部30の内壁の表面積Sdに対する開口部32の面積S1は0.1%<S1/Sd<40%が好ましく、0.3%<S1/Sd<35%がより好ましく、0.5%<S1/Sd<30%がより好ましい。
なお、空洞部30の内壁の表面積Sdは、分解能を1mmとして測定する。すなわち、1mm未満の凹凸等の微細構造を有する場合には、これを平均化して表面積Sdを求めればよい。
空洞部30の深さLdは80mm、幅Lwは10mmとした。
開口部の幅Loを10mm(1cm)〜70mm(7cm)に変更することで、面積比率S1/Sdを5.3%〜54.7%に変更して、それぞれ透過音圧を算出した。図11中面積割合5.3%が1cmに対応し、17.9%が3cmに対応し、25.3%が4cmに対応し、33.8%が5cmに対応し、54.7%が7cmに対応する。なお、透過音圧は、消音器を設置しなかった場合の透過音圧のピーク(第一共鳴周波数の透過音圧)を1として規格化した。消音器を設置しない場合の管状部材内の第一共鳴周波数は460Hzであるので、460Hzにおける透過音圧がピーク音圧である。
結果を図11および図12に示す。
図11および図12からわかるように、吸音材の体積は同じであるにも関わらず、開口部の面積比率S1/Sdが小さいほど、共鳴周波数の透過音圧は小さくなることがわかる。なお、消音器無しの場合に対して、消音器を設置した場合の共鳴周波数が低周波側にシフトしているのは音波が存在できる体積が増えたためである。
吸音材24および微細穿孔板等の変換機構は、消音器22の空洞部30内の少なくとも一部に配置される構成とすればよい。あるいは、図15に示す消音システム10hのように、吸音材24(変換機構)は消音器22の開口部32の少なくとも一部を覆うように配置される構成としてもよい。
貫通孔の平均開口径としては、1〜250μmであるのが好ましく、1〜100μmであるのがより好ましい。貫通孔の平均開口率としては、0.1〜20%が好ましく、0.5〜10%がより好ましい。
また、シート状部材62の厚みとしては、5μm〜500μmが好ましく、10μm〜300μmがより好ましい。
なお、開口径は、貫通孔部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)を用いて評価した。すなわち、貫通孔の開口部の形状は略円形状に限定はされないので、開口部の形状が非円形状の場合には、同一面積となる円の直径で評価した。従って、例えば、2以上の貫通孔が一体化したような形状の貫通孔の場合にも、これを1つの貫通孔とみなし、貫通孔の円相当直径を開口径とする。
これらの作業は、例えば「Image J」(https://imagej.nih.gov/ij/)を用いて、Analyze Particlesにより円相当直径、開口率などを全て計算することができる。
また、微細穿孔板12の材料として、繊維状の材料を用いる場合には、繊維状のものが重なりあったもの、または繊維が編まれたもの(網)でもよく、平面視した際に繊維間にできる開口の平均開口径が0.1μm以上250μm以下となるようにすれるのが好ましい。
また、微細穿孔板12は、これらの材料からなる膜を積層した構成としてもよい。
例えば、微細穿孔板としてPETフィルム等の樹脂フィルムを用いる場合には、レーザー加工などのエネルギを吸収する加工方法、もしくはパンチング、および、針加工などの物理的接触による機械加工方法で貫通孔を形成することができる。また、微細穿孔板としてアルミニウム等の金属材料を用いる場合には、エッチングなどで貫通孔を形成することができる。
例えば、図16に示す消音システム10cのように、第1部材21aの外周部102にリング状のストッパー21dを固定し、このストッパー21dに第2部材21bの外周部106の端面が突き当たるようにして、第1部材21aと第2部材21bとの軸方向における相対位置を調整する。第1部材21aの外周部102上におけるストッパー21dの位置を適宜、変更することで、消音器22の長さを調整することができる。
図16に示す消音システム10cにおいて、第1部材21a、第2部材21bおよびストッパー21dが長さ調整部に相当する。
図17に示す消音システム10dにおいて、第1部材21a、第2部材21bおよび粘着テープ21eが長さ調整部に相当する。
粘着テープ21eとしては、遮音テープ(大建工業株式会社製 粘着遮音シート 100N等)、クラフトテープ(積水化学工業株式会社製 No.500 K51X13など)、布テープ(積水化学工業株式会社製 布テープNo.600M等)、金属テープ(アルミ、銅、ステンレス、など)、養生テープ(ニチバン株式会社製 養生用布テープ108-30など)、カプトンテープ(東レ・デュポン株式会社製 カプトン(登録商標)等)等の市販の粘着テープを用いることができる。
図18に示す消音システム10eにおいて、第1部材21a、第2部材21b、孔部21fおよび突起部21gが長さ調整部に相当する。
図19に示す消音システム10fにおいて、第1部材21a、第2部材21bおよび吸音材24が長さ調整部に相当する。
図20に示す消音システム10gにおいて、第1部材21a、第2部材21bおよびネジ部21hが長さ調整部に相当する。
第2部材23bおよび第3部材23cは、軸方向にこの順に第1部材23aの外周部内に挿入されている。図21に示す状態では、第2部材23bは、第2部材23bの外周部が第1部材23aの底面部に突き当たるように配置され、第3部材23cは、第3部材の外周部が第2部材23bの底面部の外側面に突き当たるように配置されている。これにより、第1部材23aの底面部と第2部材23bの外周部と底面部と内周部とによって囲まれる空洞部30aが形成され、第1部材23aの底面部と第2部材23bの内周部との間に開口部32aが形成されて消音器22aが構成される。また、第2部材23bの底面部と第3部材23cの外周部と底面部と内周部とによって囲まれる空洞部30bが形成され、第2部材23bの底面部と第3部材23cの内周部との間に開口部32bが形成されて消音器22bが構成される。
第1部材23a、第2部材23bおよび第3部材23cの軸方向の相対位置の調整方法としては、前述と同様の方法を用いることができる。
例えば、図21に示す消音システム10iにおいては、消音器22aの空洞部30aに配置される吸音材24aと、消音器22bの空洞部30bに配置される吸音材24bとの吸音特性が互いに異なっていてもよい。
例えば、図24に示す消音システム10nのように、消音装置14が挿入部を有さず、壁16に接着剤等で貼り付ける構成としてもよい。
あるいは、図25に示す消音システム10pのように、消音装置14の挿入部26の内径を壁16に配置された管状部材12の外径と略同じ径として、消音装置14の挿入部26内に管状部材12を挿入して、消音装置14を設置する構成としてもよい。挿入部26は、管状部材12と壁16との間に配置される。
あるいは、図26に示す消音システム10qのように、消音装置14の挿入部26の内径を管状部材12の外径よりも大きくして、挿入部26が壁16内に配置される構成としてもよい。
図24〜図26に示すような構成にすることにより、挿入部26を管状部材12に挿入することによる開口率の低下を抑制でき、管状部材12の通気性を向上できる。
なお、図24〜図26においては、消音器の長さを調整する機構(第1部材、第2部材等)の図示は省略した。以下、図27〜図34においても同様である。
また、カバー部材および風量調整部材は、管状部材の消音装置が設置された側の端面に設置されてもよいし、消音装置が設置されていない側の端面に設置されてもよい。
また、例えば、図1に示すように、風量調整部材20が消音装置14側に設置される場合には、軸方向から見た際に、風量調整部材20が消音装置14を全て覆うように設置されるのが好ましい。カバー部材が消音装置14側に設置される場合も同様である。
化粧板40の貫通孔に消音装置14を挿通させる構成とすることで、消音装置の設置、交換等が容易になる点で好ましい。
ここで、図1に示すように、消音装置14は化粧板40側の端面が、化粧板40の壁12とは反対側の面と面一に配置される構成の場合には、消音器22のサイズが大きいと、化粧板40側にレジスターのような風量調整部材20を設置しても、室内から化粧板40に形成した貫通孔(消音装置14と化粧板40との境界)が視認されてしまうおそれがある。従って、図28に示すように、風量調整部材20と化粧板40および消音装置14との間に、境界カバー42を設置するのが好ましい。これにより、室内側(風量調整部材20側)から見た際に、図29に示すように、化粧板40の貫通孔が境界カバー42によって隠れるので、意匠性を高めることができる。
消音器22部分の内径を管状部材12の内径よりも大きくすることで、管状部材12の径よりも大きい径の管状部材用の、大きな風量調整部材20を用いることができる。大きな風量調整部材20を用いることで、化粧板40の貫通孔が風量調整部材20によって隠れるので、意匠性を高めることができる。
図1等に示すように、市販のレジスター等の風量調整部材20は、差込部を有し、差込部を消音装置14に差し込んで設置される。しかしながら、市販のレジスターの差し込み部は、接続時の剛性および密閉性確保のため、長さが5cm程度あり、消音装置14の設計が制限されるおそれがある。これに対して、図31のように、消音装置14と風量調整部材20とを一体化することで、消音装置14の設計自由度が高くなり、また、施工も簡易化される点で好ましい。
ここで、消音器22および消音装置14は、排気口等に利用可能な点から、難燃材料より耐熱性の高い材料からなることが好ましい。耐熱性は、例えば、建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間で定義することができる。建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間が5分間以上10分間未満の場合が難燃材料であり、10分間以上20分間未満の場合が準不燃材料であり、20分間以上の場合が不燃材料である。ただし耐熱性は各分野ごとで定義されることが多い。そのため、消音システムを利用する分野に合わせて、消音器22および消音装置14を、その分野で定義される難燃性相当以上の耐熱性を有する材料からなるものとすればよい。
消音器22の空洞部30内に空気が流入可能な構成の場合には、直管の場合に比べて、消音システム全体としての圧力損失が大きくなる。そのため、通気量が少なくなってしまうおそれがある。これに対して、各消音器22の開口部32を防風用フィルム44で覆う構成とすることで、防風用フィルム44が音波を透過するため、消音器22による消音の効果は得られ、かつ、防風用フィルム44が空気を遮蔽するため、空洞部30内に空気が流入するのを抑制して圧力損失を低減することができる。
非通気の防風用フィルム44の材料としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース等の樹脂材料、が利用可能である。
低通気性の防風用フィルム44の材料としては、上記樹脂からなる多孔質フィルム、不織布(レジンボンド不織布、サーマルボンド不織布、スパンボンド不織布、スパンレース不織布、ナノファイバー不織布)、織布、紙等が利用可能である。
防風用フィルム44の厚みは、材質にもよるが、1μm〜500μmが好ましく、3μm〜300μmがより好ましく、5μm〜100μmがより好ましい。
例えば、図33に示す消音システム10uのように、管状部材12の一方の端部には、本発明における消音装置14が配置され、管状部材12の内部には、内挿型消音器50が配置される構成としてもよい。
また、図34に示す消音システム10vのように、管状部材12の一方の端部には、本発明における消音装置14が配置され、管状部材12の他方の端部には、野外設置型の防音フード52が配置される構成としてもよい。
あるいは、管状部材12の一方の端部には、本発明における消音装置14が配置され、管状部材12の内部には、内挿型消音器50が配置され、管状部材12の他方の端部には、野外設置型の防音フード52が配置される構成としてもよい。
このように、他の防音部材と組み合わせることで、より広い帯域で高い防音性能を得られる。
野外設置型の防音フード52としては、種々の公知の防音スリーブが利用可能である。例えば、株式会社ユニックス製:防音フード(SSFW-A10M等)、株式会社シルファー製:防音型フード(BON-TS等)等を用いることができる。
まず、本発明の消音システムについてシミュレーションを行なった結果を説明する。
シミュレーションは、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver5.3(COMSOL社)の音響モジュールを用いて行なった。
まず、リファレンスとして、消音器を設置しない場合の管状部材を透過する音波についてシミュレーションを行なった。シミュレーションにおいて壁16と化粧板40とその間の空間との合計長さ(厚み)は200mmとし、内径100mmの管状部材12が貫通する構成とした。シミュレーションによって、管状部材を透過して一方の空間から他方の空間に伝搬する音波の音圧(透過音圧)と周波数との関係を算出した。結果を図35に示す。なお、透過音圧は、第一次共鳴周波数の透過音圧を1として規格化した値である。
図35に示すように、消音器を設置しない場合には、管状部材に生じる共鳴の共鳴周波数で透過音圧が高くなっている。第一共鳴周波数は630Hz、第二共鳴周波数は1340Hz、第三共鳴周波数は2140Hzである。
次に、実施例1として、図10に示すように、壁16と化粧板40との間の空間の化粧板40側に消音器22を配置した構成についてシミュレーションを行なった。
なお、図10は消音器22を1つ配置した例であるが、以下のシミュレーションにおいては消音器22は軸方向に2つ配置した。壁16側の消音器を消音器22aとし、化粧板40側の消音器を消音器22bとする。
消音器22aおよび消音器22bは、L字型の消音器であり、周面方向において管状部材12の外周面の全周に沿った円環状であり、開口部32が周面方向に沿ったスリット状に形成された形状である。また、消音器22aおよび消音器22bの空洞部30内には吸音材24が配置される構成とした。
消音器22bの空洞部30の幅Lwは18mmとし、軸方向の開口部32の幅Loは空洞部30の長さに連動して変化するとした。これは図5に示すように、消音器22の長さを調整する際に、第2部材21bの位置を変えた場合に、開口部32の幅が広がるためである。
なお、消音器22aおよび消音器22b共に、開口部32は軸方向において、空洞部30の壁側の端部に配置した。
また、吸音材24は、消音器22aおよび消音器22bそれぞれの空洞部30の全域に充填されるものとした。吸音材24の流れ抵抗は40000[Pa・s/m2]とした。以下の実施例においても特に記載がない場合は、吸音材24は空洞部30の全域に充填されるものとし、吸音材24の流れ抵抗は40000[Pa・s/m2]としてシミュレーションを行った。
消音器22bの空洞部30の長さLd1を、40mm(開口幅Lo=10mm)、50mm(開口幅Lo=20mm)、60mm(開口幅Lo=30mm)としてそれぞれシミュレーションを行なった。
結果を図35に示す。なお、透過音圧は、リファレンスの第一次共鳴周波数の透過音圧を1として規格化した値である。
また、図36には、周波数帯域(オクターブバンド周波数)ごとに透過損失の平均値を求めた結果を示す。
図35および図36に示すように、本発明の実施例は、リファレンスに対して、共鳴周波数での透過音圧が低くなっていることがわかる。また、空洞部30の深さLdが深いほど(消音器の長さが長いほど)、透過音圧が低くなることがわかる。従って、壁16と化粧板40との間に配置する消音器の長さを、壁16と化粧板40との間の距離に合わせて調整して最大化することで、防音性能を最大化することができることがわかる。
実施例1のモデルにおいて、吸音材24の流れ抵抗を種々変更してシミュレーションを行なった結果を図37に示す。空洞部の深さLdは80mm、空洞部の幅Lwは10mm、開口部の幅Loは10mm、面積割合S1/Sdは5.5%、軸方向における開口部の位置は中央である。
図37から流れ抵抗には最適な範囲があることがわかる。これは、流れ抵抗が大きくなりすぎると吸音材24内を通過しにくくなり、吸音材24による音エネルギーから熱エネルギーへの変換効率が低くなってしまうためである。
図38および図39に示すように、吸音材24の流れ抵抗は、空洞部30の深さLdに応じて好適な範囲があることがわかる。この結果から、本発明の共鳴音を選択的に吸音する効果が表れる流れ抵抗の範囲は、(log(0.1×Ld)−1.25)/0.24<log(σ1)<5.6が好ましく、(log((0.1×Ld))−1.32)/0.24<log(σ1)<5.2がより好ましく、(log((0.1×Ld))−1.39)/0.24<log(σ1)<4.7がさらに好ましい。なお、上記式において、Ldの単位は[mm]であり、流れ抵抗σ1の単位は[Pa・s/m2]であり、logは自然対数である。
以上の結果より本発明の効果は明らかである。
12 管状部材
14 消音装置
16 壁
18 カバー部材
20 風量調整部材
21a、23a 第1部材
21b、23b 第2部材
21c、23d、23e スペーサー
21d ストッパー
21e 粘着テープ
21f 穴部
21g 突起部
21h ねじ部
22、22a、22b 消音器
23c 第3部材
24、24a、24b 吸音材
26 挿入部
30、30a、30b 空洞部
32、32a、32b 開口部
40 化粧板
42 境界カバー
44 防風用フィルム
50 内挿型消音器
52 防音フード
60 微細穿孔板
62 シート部材
64 貫通孔
100、108 底面部
102、106 外周部
104 内周部
Claims (11)
- 壁を貫通して設置された管状部材に、前記管状部材を通過する音を消音する消音装置が設置された消音システムであって、
前記消音装置は、前記壁の一方の端面側に配置され、空洞部および前記空洞部と外部とを連通する開口部を有する1以上の消音器を有し、
前記消音器の開口部の少なくとも1つは、前記消音システム内における前記管状部材の第一共鳴の音場空間に接続されており、
前記消音器の前記空洞部内の少なくとも一部に、または、前記消音器の前記開口部の少なくとも一部を覆う位置に、音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構が配置されており、
前記消音器内の音波の進行方向における前記空洞部の深さLdは、前記管状部材の軸方向における前記開口部の幅Loよりも大きく、
前記消音装置を含む前記消音システムにおける前記管状部材の第一共鳴の共鳴周波数における音波の波長をλとすると、前記空洞部の深さLdは、0.011×λ<Ld<0.25×λを満たし、
前記消音装置は、前記管状部材の軸方向における前記消音器の長さを調整可能な長さ調整部を有する消音システム。 - 前記壁の一方の面側に前記壁と平行に化粧板が配置されており、
前記消音装置は、前記壁と前記化粧板との間に配置され、
前記管状部材の軸方向における前記消音器の長さは、前記長さ調整部によって、前記壁と前記化粧板との間の距離に合わせて調整されている請求項1に記載の消音システム。 - 前記消音装置は、複数の消音器を有し、
複数の前記消音器は、前記管状部材の軸方向に配列されており、
軸方向に配列された前記消音器の合計長さが、前記長さ調整部によって、前記壁と前記化粧板との間の距離に合わせて調整されている請求項2に記載の消音システム。 - 前記長さ調整部は、軸方向に配列された前記消音器それぞれの長さを調整可能である請求項3に記載の消音システム。
- 前記管状部材の軸方向に平行な断面において、前記消音器は、軸方向に延在する前記空洞部と、前記空洞部の軸方向に平行な面の、軸方向の一方の端部側に前記開口部を有するL字型の形状を有し、
軸方向における前記空洞部の長さが、前記空洞部の深さLdである請求項1〜4のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記消音器の前記開口部は、前記管状部材の中心軸側を向いて配置されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記消音装置は、前記管状部材に接続される筒状の挿入部を有し、
前記挿入部は、中心軸を前記管状部材の中心軸に一致させて配置されており、
前記消音器は、前記挿入部の一方の端面に接続されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記管状部材の軸方向に平行な断面において、前記空洞部の深さ方向に直交する方向の前記空洞部の幅Lwは、0.001×λ<Lw<0.061×λを満たす請求項1〜7のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記変換機構は、吸音材であり、
前記吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.25−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<5.6を満たす請求項1〜8のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記消音器の前記空洞部は、前記管状部材の中心軸に垂直な断面で見た際に、円環状であり、
前記消音器の前記開口部は、前記空洞部の周方向に沿ってスリット状に形成されている請求項1〜9のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記管状部材のいずれか一方の端部に設置されるカバー部材と、
前記管状部材の他方の端部に設置される風量調整部材と、を有し、
前記消音装置、前記カバー部材および前記風量調整部材を含む消音システムにおける前記管状部材の第一共鳴の共鳴周波数における音波の波長をλとすると、前記空洞部の深さLdはλ/4よりも短い請求項1〜10のいずれか一項に記載の消音システム。
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