JP2020064238A - 音源収容体 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内に配置された音源で発生した音を、筐体の構成を変えず、且つ、通気性を損なうことなく低減する。【解決手段】音源と、直線状に延出した筒状の筐体と、を有する音源収容体において、筐体は、音波に対して複数の共鳴モードを有し、音源は、筐体の内部において第一開口部及び第二開口部の間に配置されている。ｎ次（ｎは２以上の自然数）のモードにおける筐体の可聴域の共鳴周波数をｆｎとし、ｎと連続する次数のモード及びｎ次のモードの各々における筐体の共鳴周波数の間の差分をΔｆとし、音源で発生する音の可聴域での強度が極大となる極大周波数ｆｘとしたときに、ｆｎ−Δｆ／４≦ｆｘ≦ｆｎ＋Δｆ／４ｎという関係が成立するようなｆｎ及びｆｘが存在し、ｎ次のモードにおける音の波長をλとしたときに、音源の配置位置は、ｎ次のモードと対応する周波数において筐体内で生じる音圧の定在波の節位置からの距離がλ／８以下となる範囲内に配置されている。【選択図】図１１

Description

本発明は、音源と音源を内部に収容する筒状の筐体とを備えた音源収容体に係り、特に、音源で発した音を低減することが可能な音源収容体に関する。

少なくとも２つの開口部を有する筐体は、音波に対して複数の共鳴モードを有する。また、上記の筐体の内部に音源が収容された構成において、筐体の共鳴周波数に近い周波数の音が音源で発生すると、その音は、筐体の形状の影響によって増幅される。このため、上記の場合には、筐体が設けられていない場合に比べて、より大きな音が発生する（すなわち、音源からの音が増幅する）。増幅された音は、筐体から出て騒音となり、問題となる。

上記の騒音への対策としては、筐体の形状等、筐体に関する設計内容を変更し、筐体の音に対する共鳴周波数を変えることが挙げられる。かかる方法は、有効な防音方法ではあるが、通風性及び剛性を確保する必要がある等、筐体については様々な制約条件が課されることがある。そのような事情から、筐体の設計変更が困難になるケースが少なくない。

また、別の対策として、筐体内に吸音材を配置することで騒音を低減する方法が考えられる。例えば、特許文献１には、筐体（具体的には、通風路を構成する筒状体）内に音源としての送風機を配置した構成において、送風機の上流側の位置に、密度の大きい第一の吸音材と、密度の小さい第二の吸音材とを筐体内に配置している。第一の吸音材では主として摩擦損失が発生し、第二の吸音材では主として振動損失が発生する。これにより、幅広い周波数帯域にて消音することが可能な消音装置が得られることになる。

特開平１０−１０３７２８号公報

しかし、特許文献１に示すように筐体内に吸音材を配置すると、吸音材を用いた分だけ費用が嵩むことになる。また、吸音材を筐体内部に配置することにより、筐体内部のスペースが吸音材によって占められるため、その分、通気性（通風性）が損なわれることになる。吸音材等の防音機器を用いながらも通風性を確保するためには、例えば、防音機器を筐体側面に設置することが考えられるが、その場合には筐体の側面近傍に防音機器の設置スペースを設けるため、機器サイズの大型化を招くことになる。そのため、機器の小型化が求められる状況では、防音機器を筐体側面に設置することが困難となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、以下に示す目的を解決することを課題とする。
具体的には、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、筐体内に配置された音源で発生した音を、筐体の構成を変えず、且つ、通気性を損なうことなく低減することが可能な音源収容体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、筐体のｎ次モードにおける共鳴周波数と、音源で発生する音が極大となる極大周波数とが近い場合、何らの対策も講じなければ、その音が増幅され、より大きな音となって筐体から放出されることが分かった。また、本発明者らは、上記の場合に、ｎ次のモードと対応する周波数において筐体内で生じる音圧の定在波の節の位置付近に音源を配置すれば、音が低減されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記の課題が解決されることを見出した。

［１］ 音源と、音源を内部に収容する筐体と、を有する音源収容体であって、筐体は、直線状に延出した筒状体であり、第一開口部及び第二開口部を有し、筐体は音波に対して複数の共鳴モードを有し、音源は、筐体の内部において第一開口部及び第二開口部の間に配置されており、２以上の自然数をｎとし、ｎ次のモードにおける筐体の共鳴周波数をｆｎとし、ｎと連続する次数のモード及びｎ次のモードの各々における筐体の共鳴周波数の間の差分をΔｆとし、音源で発生する音の可聴域での強度が極大となる極大周波数ｆｘとしたときに、下記の関係式が成立するようなｆｎ及びｆｘが存在し、
ｆｎ−Δｆ／４≦ｆｘ≦ｆｎ＋Δｆ／４
ｎ次のモードにおける音の波長をλとしたときに、音源の配置位置は、ｎ次のモードと対応する周波数において筐体内で生じる音圧の定在波の節位置からの距離がλ／８以下となる範囲内に配置されていることを特徴とする音源収容体。

［２］ 音源が回転体である［１］に記載の音源収容体。
［３］ 音源がファンである［２］に記載の音源収容体。
［４］ ファンは、筐体の延出方向に沿った回転軸を有する［３］に記載の音源収容体。
［５］ ファンは、Ｘ枚の羽根を有し、且つ、定常状態では１分間あたりにＲ回回転し、極大周波数ｆｘは、ＸＲ／６０の整数倍である［３］又は［４］に記載の音源収容体。
［６］ 音源は、筐体内を流れる気体による風切り音を発生させる［１］に記載の音源収容体。
［７］ 音源は、気体の流れに対する抵抗体である［６］に記載の音源収容体。
［８］ 筐体は、２つの空間を隔てる壁を貫通して設けられおり、筐体内には、２つの空間のうちの一方から他方に向かって気体が流れる［６］又は［７］に記載の音源収容体。
［９］ 筐体の延出方向において、第一開口部は、筐体の一端に位置し、第二開口部は、筐体の他端に位置している［１］乃至［８］のいずれか一項に記載の音源収容体。
［１０］ 音源の配置位置は、定在波の節位置と同じ位置である［１］乃至［９］のいずれか一項に記載の音源収容体。

本発明の音源収容体は、筐体内に配置された音源で発生した音を、筐体の構成を変えず、且つ、通気性を損なうことなく低減することが可能である。

音源収容体の構成を示す断面図である。 第一変形例に係る音源収容体の構成を示す図である。 第二変形例に係る音源収容体の構成を示す図である。 音源を筐体の外側に配置して行われる音圧測定の説明図である。 各次数のモードにおける音圧の測定結果を示す図である。 筐体のモードを算出するためのシミュレーションモデルを示す図である。 音圧レベルのスペクトルに関するシミュレーション結果を示す図である。 各次数のモードと対応する周波数において筐体内で生じる音圧の定在波を示す図である。 音源を筐体の内部に配置して行われる音圧測定の説明図である。 理想的なホワイトノイズについての音圧レベルのスペクトルを示す図である。 筐体内における音源の配置位置を示す図である。 図１０に図示のホワイトノイズを発生する音源の、筐体内部における配置位置を変えたときの、音圧レベルのスペクトルを示す図である。 本発明に係る音源で発生する音のスペクトルを示す図である。 図１３に図示したスペクトルとなる音源の、筐体内部における配置位置を変えたときの、音圧レベルのスペクトルを示す図である。 実施例１にて用いられる音源で発生する音の音圧レベルのスペクトルを示す図である。 音源及び計測用マイクの配置位置についての説明図である。 実施例１について音圧測定の結果を示す図である。 比較例１について音圧測定の結果を示す図である。 比較例２について音圧測定の結果を示す図である。 実施例１、比較例１及び比較例２の条件で音圧をシミュレーションするためのモデルを示す図である。 音圧のシミュレーション結果を示す図である。 音源の配置位置を変えて求めた音圧のシミュレーション結果を示す図である。

本発明の一実施形態に係る音源収容体について、添付の図面に示す好適な実施形態を参照しながら、以下に詳細に説明する。ただし、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ことがあるが、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及び上限値として含む範囲を意味する。

本明細書において、「同じ」、「同様」及び「同一」は、本発明が属する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」及び「全面」等というとき、１００％である場合のほか、本発明が属する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、又は９０％以上である場合を含むものとする。

［音源収容体］
本発明の音源収容体１０は、例えば、モータを収容した筐体によって構成される音源収容体、並びに、ファン等の回転体を収容した筐体（具体的には、計算機用のサーバーファンの筐体、ドライヤーの筐体、及び掃除機の筐体等）によって構成される音源収容体などである。その他の音源収容体１０の例としては、建物の換気設備（換気ダクト）をなす音源収容体、気体又は液体（流体）を搬送する際の搬送路をなす音源収容体、若しくは機器収容スペース等を設ける目的で利用される音源収容体などが挙げられる。

本発明の音源収容体１０は、図１に示すように、筐体１２と、音源とを有する。図１は、本発明の一実施形態に係る音源収容体１０の構成を示す模式的な断面図である。

筐体１２は、その内部に音源を収容する筒状体であり、直線状に延出している。筐体１２は、自由空間又は閉空間内に配置されて利用される。また、筐体１２は、第一開口部１２ａ及び第二開口部１２ｂを有する。第一開口部１２ａは、筐体１２の延出方向において、筐体１２の一端に位置し、第二開口部１２ｂは、筐体１２の他端に位置している。そして、音源は、筐体１２の内部において第一開口部１２ａ及び第二開口部１２ｂの間に配置されている。

なお、以下では、円筒状の筐体１２を例に挙げて説明するが、筐体１２の形状については、特に限定されるものではなく、断面形状（開口形状）が円形以外でもよく、例えば、四角形状、三角形状、五角形等の多角形状、楕円形状、あるいは不定形状であってもよい。また、以下に説明する筐体１２に関しては、内径の大きさが一定であるが、これに限定されるものではなく、筐体１２の延出方向における途中位置で内径が変化してもよい。つまり、第一開口部１２ａの開口サイズと第二開口部１２ｂの開口サイズとが互いに異なってもよい。
また、筐体１２は、図２に示すように壁Ｂを貫通して配置されてもよい。図２は、第一変形例に係る音源収容体１０Ｘを示す図である。図２に図示のケースでは、筐体１２が、２つの空間を隔てる壁Ｂを貫通して設けられおり、筐体１２内には、２つの空間のうちの一方から他方に向かって流体としての気体、例えば空気Ｗが流れる。なお、筐体１２は、壁Ｂ内に完全に埋まった状態で配置されたものであってもよい。

筐体１２内部に収容される音源としては、音源自体が音を発生する機器が挙げられ、例えば、作動音又は駆動音を発生する機器（具体的には、ファン、モータ及びポンプ等の回転体等）、作動に伴ってノイズ音を発生する電気制御機器（具体的には、インバータ、パワーサプライ、昇圧器、昇圧コンバータ及びインバータを含むパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、大容量コンデンサ、セラミックコンデンサ、インダクタ、コイル、スイッチング電源及びトランス等）、並びに摩擦音等を発生させる機械部品（具体的には、ギア又はアクチュエータによる移動機構等）が挙げられる。

以上に挙げた音源からは音（騒音）が発生し、その騒音は、空気中を伝播する。音源が回転体である場合には、回転数に応じた周波数の音が発生する。図１に図示の構成を例に挙げて説明すると、図１に図示の構成では、回転体としてのファン１４が筐体１２内部に収容されている。このファン１４は、軸流ファンであり、Ｘ枚の羽根１６と、筐体１２の延出方向に沿った回転軸１８と、を有する。また、ファン１４は、定常状態では１分間あたりにＲ回回転する。このような構成においては、ファン１４の回転により、その回転数に応じた音が発生し、その音の極大周波数ｆｘがＸＲ／６０の整数倍となる。ここで、極大周波数ｆｘは、音源で発生する音の可聴域での強度（具体的には、音圧：Sound Pressure Level[単位：ｄＢ]）が極大となる周波数のことであり、以下では、ピーク周波数とも言う。

また、音源としては、音源自体が音を発生する機器の他に、筐体１２内を流れる気体（流体）による風切り音を発生するものが含まれる。風切り音を発生する音源としては、上記のファン１４、及び、筐体１２内に配置される図３に図示の抵抗体２０が挙げられる。抵抗体２０は、気流の流れに対する抵抗体であり、ファン１４の下流側で気流に当たる物体であり、例えば、ウレタン、グラスウール、及びフェルト等の吸音材；剛体からなる金属製又はアクリル樹脂製の共鳴型防音構造；ファン１４の駆動を制御するための基盤及び付属の配線；筐体１２の組み立てに使用されたネジ等の固定具などが挙げられる。
なお、図３は、第二変形例に係る音源収容体１０Ｙの模式断面図であり、同図に図示の構成では、ファン１４及び抵抗体２０が筐体１２内部に収容されている。ただし、これに限定されるものではなく、ファン１４がなく抵抗体２０のみが筐体１２内部に収容されている構成であってもよい。

ところで、複数の共鳴モード、より詳しくは、１次のモード及びｎ（ｎは、２以上の自然数）以上の次数のモードにおける筐体１２の共鳴周波数が存在することが知られている。つまり、筐体１２は、音波に対して複数の共鳴モードを有する。また、筐体１２の共鳴周波数は、筐体１２の形状に応じて決まる。さらに、本発明者らの検討によれば、共鳴周波数付近の音は、筐体１２を通過して筐体１２から共鳴増幅されて出てくる傾向にあることが分かった。このことは、図４に示す実験系にて明らかにすることができる。具体的に説明すると、筐体１２の外側（具体的には、筐体１２の一端側の開口と対向する位置）に配置された音源ＭＳからホワイトノイズの音を発生させ、その音の音圧レベル（ＳＰＬ）を、筐体１２の他端側の開口と対向する位置に配置された計測用マイクＭＰにて測定する。この測定により、図５に示すように、ｎ（ｎは２以上の自然数）次以上の各モードにおける筐体１２の共鳴周波数ｆｎ、ｆｎ＋１、ｆｎ＋２・・・では、音源ＭＳからの音が筐体１２を通過して計測用マイクＭＰ側へ出やすいことが分かった。
なお、図４は、音源ＭＳを筐体の外側に配置して行われる音圧測定の説明図である。図５は、各次数のモードにおける音圧の測定結果を示す図であり、図中の横軸が周波数を、縦軸が音圧（ＳＰＬ）を、それぞれ示している。また、図５中、矢印にて示す箇所は、ｎ次以上の各共鳴モードにおける共鳴周波数での音圧を示している。

上記の現象は、図６に図示のモデルを用いたシミュレーションからも明らかである。シミュレーションには、有限要素法計算ソフトCOMSOL MultiPhysics ver5.3ａ（ＣＯＭＳＯＬ社）の音響モジュールを用い、モデルについては、筒状の筐体１２によって連結された二つの空間のうち、一方の空間の半球状の面（入射面Ｓｉ）から音波を入射させ、他方の空間の半球状の面（出射面Ｓｏ）に到達させた。なお、出射面Ｓｏの外側は、完全吸収境界領域ＰＭＬ（Perfect Matched Layer）とし、Ｚ軸（図６の縦方向に相当する軸）に対する円筒軸対称モデルとした。また、筐体１２については、内径を７５ｍｍとし、全長（図６中の長さｄ）を１９５ｍｍとした。そして、出射面Ｓｏ各部における音波の音圧スペクトルを求め、その二乗値の平均値を算出し、その値を用いて音圧レベルのスペクトルを取得した。ちなみに、図６は、筐体１２のモードを算出するためのシミュレーションモデルを示す図である。

上記のシミュレーション結果によれば、図７に示す通り、１〜４次の各モードにおける共鳴周波数では、筐体１２を通過して出射面Ｓｏに到達した音の音圧が極大となる。つまり、音源が発生した音の極大周波数（ピーク周波数）が筐体１２の共鳴周波数と一致すると、上記の音が筐体１２内で増幅されて筐体１２から出てくる。増幅された音は、騒音となって問題となる。ちなみに、ｎ次（ｎは２以上の自然数）の共鳴モードと対応する周波数において、筐体１２内には、図８に図示したような筐体内部に節を伴う音圧の定在波が生じる。この定在波は、筐体１２内における音圧分布を表している。ちなみに、ｎが１である場合には、筐体内部に節は存在しないことになる。
なお、図７は、音圧スペクトルに関するシミュレーションの結果を示す図である。図８は、ｎ次のモードと対応する周波数において筐体１２内で生じる音圧の定在波を示す図であり、より詳しくは、ｎが２、３及び４であるときの定在波を示している。

また、本発明者らの検討によれば、筐体１２の内部に音源が収容された構成において、筐体１２の共鳴周波数に近い周波数の音が音源で発生すると、その音が筐体１２の共鳴によって増幅され得ることが分かった。この場合、筐体１２を抜ける音は、筐体１２が設けられていない場合の音に比べて、大きくなり得る。

一方、本発明者らは、筐体１２の内部に音源が収容された構成において、筐体１２の内部での音源の配置位置を調整することで、筐体１２の共鳴が抑えられ、筐体１２から出てくる音の強度（音圧）が小さくなることを明らかにした。このことは、図９に示す実験系にて明らかにすることができる。図９は、音源を筐体の内部に配置して行われる音圧測定の説明図である。

具体的に説明すると、音源ＭＳから、図１０に示すようなスペクトルとなるホワイトノイズの音を発生させる。また、図９の実験系では、筐体１２の内部における音源ＭＳの配置位置を調整し、具体的には、図１１に図示の位置Ｐ１又は位置Ｐ２に音源Ｍｓを配置する。ここで、位置Ｐ１は、筐体１２の延出方向において、筐体１２内で発生した２次の共鳴モードの定在波（厳密には、２次の共鳴モードと対応する周波数において筐体１２内に生じる音圧の定在波）の節位置と一致する位置である。位置Ｐ２は、筐体１２の延出方向において上記の節位置から幾分離れた位置、具体的には、定在波の波長をλ（単位はｍ）としたときに節位置からの距離がλ／８よりも大きくなる位置である。
なお、図１０は、理想的なホワイトノイズについての音圧レベルのスペクトルを示す図である。図１１は、筐体１２内における音源ＭＳの配置位置を示す図である。

音源ＭＳが位置Ｐ２にある場合には、図１２に示すように、２次モードに対応する周波数ｆ２とその付近の周波数にて、筐体が無い場合と比較して音が増幅されて筐体１２から出てくる。

これに対して、音源ＭＳが位置Ｐ１にある場合には、図１２に示すように、２次モードに対応する周波数ｆ２と極めて近い周波数の音が弱まる。
なお、図１２は、図１０に図示のホワイトノイズを発生する音源ＭＳの、筐体内部における配置位置を変えたときの、音圧レベルのスペクトルを示す図である。

以上のように、筐体１２の内部において音源ＭＳが、ｎ次のモードと対応する周波数における音圧の定在波の節位置付近に配置されていれば、ｎ次のモードでの筐体１２の共鳴を弱め、筐体１２から出てくる音を低減することが可能となる。
なお、上述の例では、音源ＭＳからワイトノイズを発生させているが、音源ＭＳから発する音のスペクトルが可聴域で周波数ｆ２付近に極大値を有する場合には、可聴域全体の騒音における、周波数ｆ２の騒音が占める割合（寄与度）が大きくなる。このような場合には、周波数ｆ２における音圧の定在波の節位置付近に音源ＭＳを配置すれば、寄与度が大きな周波数ｆ２での共鳴を弱めることができる。この結果、騒音そのものを大いに低減させることに繋がる。

以上の点に着目し、本発明では、ｎ次のモードと対応する周波数における音の波長をλとしたときに、筐体１２における音源の配置位置を、定在波の節位置からの距離がλ／８以下となる範囲内に設定することとしている。また、可聴域内においてｎ次のモードにおける筐体の共鳴周波数ｆｎと、音源で発生する音の可聴域での音圧が極大となる極大周波数ｆｘ（すなわち、ピーク周波数）との間には、下記の関係式（１）が成立するようなｆｎ及びｆｘが存在する。
ｆｎ−Δｆ／４≦ｆｘ≦ｆｎ＋Δｆ／４ （１）
ここで、Δｆは、前述したように、ｎと連続する次数（すなわち、ｎ＋１又はｎ−１）のモード及びｎ次のモードの各々における筐体１２の共鳴周波数の間の差分である。

すなわち、本発明において、筐体内１２に配置された音源で発する音のスペクトルは、図１３に示すような分布となっており、極大周波数ｆｘ（ピーク周波数）が共鳴周波数ｆｎ付近にあり、厳密には、上記の関係式（１）を満たす値となっている。図１３は、本発明に係る音源で発生する音のスペクトルを示しており、より詳しくは、共鳴周波数付近の周波数ｆｘにて音圧が極大となる音のスペクトルを示す図である。

本発明に係る音源で発生する音のスペクトルが図１３に図示のスペクトルとなる場合において、音源が位置Ｐ２に配置されていると、図１４に示すように、共鳴周波数で音が増幅されて音圧が増加する。なお、図１４では、２次のモードにおける筐体１２の共鳴周波数がｆ２となっている。
一方、音源が位置Ｐ１（２次の共鳴モードにおける定在波の節位置）に配置されていると、図１４に示すように、音源が位置Ｐ２に配置されている場合に比して、共鳴周波数での音圧が著しく下がる。本発明の音源収容体は、このような現象を利用したものであり、音源の配置位置の調整によって、筐体１２から出てくる音の低減を図るものである。
なお、図１４は、図１３に図示の音のスペクトルとなる音源の、筐体１２内部における配置位置を変えたときの、音圧を示す図である。具体的には、図１４には、音源を位置Ｐ１に配置したときのグラフと、音源を位置Ｐ２に配置したときのグラフとが図示されている。

以上のように、本発明の音源収容体では、筐体１２内における音源の配置位置を調整するだけで、音源で発生した音を効果的に低減することが可能である。つまり、本発明の音源収容体によれば、特に筐体１２の形状等を変える必要がなく、また、筐体１２内に吸音材等を配置する必要もないので、吸音材等の配置によって通気性を損なうことがない。かかる点において、本発明の音源収容体は、特許文献１に記載の消音装置よりも有利である。

具体的に説明すると、特許文献１に記載の消音装置では、消音のために筐体内に吸音材を配置することになっているが、吸音材を用いた分だけ費用が嵩み、筐体内部のスペースが吸音材によって占められるために通気性（通風性）が損なわれる。一方で、吸音材等の防音機器を用いながらも通風性を確保するためには、例えば、防音機器を筐体側面に設置したり、筐体のサイズを大きくしたりすることが考えられるが、その場合には筐体及び筐体周辺の肥大化（大型化）に繋がってしまう。

これに対して、本発明の音源収容体では、筐体１２内に吸音材を配置しなくとも音源の配置位置を調整するだけで、音源で発生した音の音圧を下げることができる（図１４参照）。それ故に、筐体１２及び筐体１２周辺の構成を変える必要がなく、また、筐体１２の通気性が損なわれることもない。したがって、本発明の音源収容体であれば、筐体の大型化及び通気性の逸失を回避しつつ、音源で発生した音を効果的に低減することが可能となる。

なお、音源で発生した音をより効果的に低減する上では、音源の配置位置と定在波の節位置との間の距離は、音源の配置位置が節位置と同じ位置であることがより好ましい。
また、筐体１２が直線状の筺体である場合には、モードに対応する周波数、並びにその周波数における腹及び節の各々の位置は、筺体の長さに応じて一意に決まるが、筐体１２が直線以外の複雑な形状を有する筺体である場合にも、筺体１２の内部にてマイクの位置を少しずつ（例えば5mmずつ）ずらしながら音圧を測定することにより、任意の周波数における音圧の腹及び節の位置を特定することができる。

以下、下記の実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、下記の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容及び処理手順等については、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は、下記の実施例によって限定的に解釈されるべきものではない。

〔実施例１〕
−音源について−
実施例１及び後述する比較例１、２では、音源として、図１５に図示の音圧レベルのスペクトルとなるように音を発生する音源を用いた。図１５は、実施例１にて用いられる音源で発生する音の音圧レベルのスペクトルを示す図である。なお、図１５に図示した音圧レベルのスペクトルは、筐体を設置せず音源のみとし、音源から３００ｍｍ離れた位置に配置した計測用マイクにて測定した。
上記の音源で発生する音は、図１５に示すように、音圧が略一定（具体的には、０ｄＢ付近で一定）のホワイトノイズに、周波数１４００Ｈｚで音圧が３０ｄＢとなるピーク音を合成したものである。すなわち、上記の音源で発生する音の音圧レベルのスペクトルは、１４００Ｈｚで極大（ピーク）となっている。

−筐体について−
実施例１及び比較例１、２では、円筒状の筐体１２を用意した。この筐体１２の形状について図１６を参照しながら説明すると、直径ｒが７５ｍｍであり、全長Ｌ（延出方向における長さ）が１９５ｍｍである。また、開口端補正値Ｌａを０．６Ｌ（＝２２．５ｍｍ）として計算すると、開口端補正後の筐体１２の全長Ｌ＋２Ｌａは、２４０ｍｍとなる。以上のような形状の筐体を、一辺が５０ｃｍであり、且つ、厚みが５ｃｍである吸音ウレタン（不図示）の上に配置した。ちなみに、図１６は、音源及び計測用マイクＭＰの配置位置についての説明図である。
また、上述した音源は、筐体１２内に配置されている。また、音源で発生して筐体１２から出てくる音の音圧を測定するため、計測用マイクＭＰを筐体１２の外側に配置した。ここで、計測用マイクＭＰは、図１６に示すように、筐体１２の延出方向における筐体１２の中央部から距離Ｉ（具体的には、３０ｃｍ）だけ離れた位置に配置された。また、計測用マイクＭＰの、床からの高さは、１５ｃｍとした。
なお、以下では、筐体１２の延出方向における音源の配置位置及び定在波の節位置のそれぞれを、補正後の開口端（図１６では左側の開口端）からの距離にて表すこととする。

以上のような形状の筐体１２に関し、各共鳴モードの対応周波数（共鳴周波数）及び各共鳴モードにて生じる定在波の節位置を、表１に示す。

ここで、上記の音源で発生する音の極大周波数ｆｘ（ピーク周波数）は、前述したように、１４００Ｈｚである。また、表１から明らかなように、連続する２つのモードの各々における対応周波数（共鳴周波数）の差分Δｆは、７１４．６Ｈｚである。したがって、極大周波数ｆｘは、共鳴のモード次数ｎが２であるときに、共鳴周波数ｆｎとの間で下記の関係式を満たすことになる。換言すると、実施例１、比較例１及び比較例２では、極大周波数ｆｘの間で下記の関係式を満たす共鳴周波数ｆｎ（ｎ＝２）が存在する。
ｆｎ−Δｆ／４≦ｆｘ≦ｆｎ＋Δｆ／４ （ｎ＝２）

なお、表１に示す各共鳴モードの対応周波数（共鳴周波数）は、前述した図６のモデルを用いたシミュレーションからも求めることができ、図７に示す音圧のシミュレーション結果（具体的には、図７に図示のピーク周波数）と略一致している。

−音源の配置位置−
実施例１では、筐体１２内における音源の配置位置Ｘ（具体的には、補正後の開口端からの距離）を１２０ｍｍとした。この位置は、表１から分かるように、２次の共鳴モードに対応する周波数において筐体１２内で生じる定在波の節位置と一致する。
また、比較例１では、筐体１２内における音源の配置位置Ｘを１８０ｍｍとした。この位置は、２次の共鳴モードに対応する周波数の波長をλとしたとき、その定在波の節位置（厳密には、筐体１２の開口端に近い方の節位置）から２λ／８だけ離れている。
また、比較例２では、筐体１２内における音源の配置位置Ｘを２０５ｍｍとした。この位置は、２次の共鳴モードに対応する周波数の波長をλとしたとき、その定在波の節位置（厳密には、筐体１２の開口端に近い方の節位置）から１．２λ／８だけ離れている。

−評価−
実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれにおいて、音源で発生して筐体１２を抜けた音の音圧を、図１６に図示の計測用マイクＭＰ（アコー社製 TYPE4152N）にて計測した。
実施例１における音圧の測定結果を図１７に示し、比較例１における音圧の測定結果を図１８に示し、比較例２における音圧の測定結果を図１９に示す。なお、図１７、図１８及び図１９の各々には、それぞれの測定結果が図示されており、さらに、筐体１２が設けられていない場合に音源で発生した音の音圧レベルのスペクトル（すなわち、図１５に図示のスペクトル）を参考例として図示されている。

実施例１では、図１７乃至図１９から分かるように、比較例１及び２、並びに筐体１２が設けられていない参考例と比較して、ピーク周波数での音圧が著しく低減されている。なお、比較例１及び２では、筐体１２が設けられていない参考例よりもピーク周波数での音圧が高くなっており、これは、音源で発生した音が筐体１２の共鳴によって増幅したためであると考えられる。

〔シミュレーション１〕
先に説明した実施例１、比較例１及び比較例２と同様の条件にて、音源で発生して筐体１２から出てくる音圧を、図２０に図示のモデルを用いたシミュレーションによって求めた。図２０は、実施例１、比較例１及び比較例２の条件で音圧をシミュレーションするためのモデルを示す図である。

シミュレーションには、有限要素法計算ソフトCOMSOL MultiPhysics ver5.3ａ（ＣＯＭＳＯＬ社）の音響モジュールを用いた。モデルについては、筐体１２内に音源ＭＳとしての点音源（モノポールポイントソース）を配置し、この点音源から発せられる音を、筒状の筐体１２によって連結された二つの空間の各々に設けられた半球状の出射面Ｓｏに到達させた。出射面Ｓｏの外側は、完全吸収境界領域ＰＭＬとした。なお、点音源から発せられる音は、音圧が略一定（具体的には、約０ｄＢ付近で一定）のホワイトノイズに、周波数１４００Ｈｚで音圧が２０ｄＢとなるピーク音を合成したものである。すなわち、上記の点音源で発生する音のスペクトルは、１４００Ｈｚで極大（ピーク）となっている。

また、上記のモデルでは、実施例１、比較例１及び比較例２の各々に対応させて音源ＭＳの配置位置を変えている。なお、シミュレーション１では、筐体１２の延出方向中央位置を原点位置とし、音源ＭＳの配置位置Ｚを、筐体１２の延出方向における原点位置からの距離で表している。

実施例１に相当する条件では、音源ＭＳの配置位置Ｚが０ｍｍである。この位置は、２次の共鳴モードに対応する周波数において筐体１２内で生じる定在波の節位置と一致する。
また、比較例１に相当する条件では、音源ＭＳの配置位置Ｚが６０ｍｍである。この位置は、２次の共鳴モードに対応する周波数において筐体１２内で生じる定在波の波長をλとしたとき、その定在波の節位置（厳密には、筐体１２の中央に近い方の節位置）から２λ／８だけ離れている。
また、比較例２に相当する条件では、音源ＭＳの配置位置Ｚが８５ｍｍである。この位置は、２次の共鳴モードに対応する周波数において筐体１２内で生じる定在波の波長をλとしたとき、その定在波の節位置（厳密には、筐体１２の中央に近い方の節位置）から１．２λ／８だけ離れている。

図２１は、実施例１、比較例１及び比較例２の条件でシミュレーションした音圧レベルのスペクトルを示している。図２１に示すように、それぞれの条件でシミュレーションした音圧レベルのスペクトルは、先に説明した実測結果（図１７〜図１９に図示の結果）と良好に一致していることが分かった。なお、シミュレーション１において、音圧は、出射面Ｓｏでの音圧を二乗し、二乗した音圧の平均値を算出し、その対数を求めて、さらにｄＢ（デシベル）に換算することで得られる。

〔シミュレーション２〕
シミュレーション２では、前述したシミュレーション１と同様の手法及びシミュレーションモデルを用いて、音源ＭＳの配置位置Ｚを変えながら、筐体１２から出てくるピーク音（具体的には、１４００Ｈｚの音）の音圧をシミュレーションした。図２２は、音源ＭＳの配置位置Ｚを変えて求めたピーク音の音圧のシミュレーション結果を示している。図２２に示すように、音源ＭＳの配置位置Ｚがλ／８以下の範囲（図２２中、記号Ａが付された矢印が示す範囲）にある場合、音源ＭＳの配置位置Ｚがλ／８を超える場合と比較して、ピーク音の音圧が小さくなることが分かった。このことから、音の極大周波数ｆｘが筐体１２の共鳴周波数ｆｎ付近にある場合において、音源ＭＳを定在波の節位置からλ／８以下の範囲内に配置することで、極大周波数ｆｘでの音圧を効果的に低減できることが明らかとなった。

以上までに説明した本発明の実施例１、並びにシミュレーション１及び２の各々の実施例１に相当する条件は、いずれも本発明の範囲にあるから、本発明の効果は明らかである。

１０ 音源収容体
１０Ｘ 第一変形例に係る音源収容体
１０Ｙ 第二変形例に係る音源収容体
１２ 筐体
１２ａ 第一開口部
１２ｂ 第二開口部
１４ ファン
１６ 羽根
１８ 回転軸
２０ 抵抗体
ＭＳ 音源
ＭＰ 計測用マイク
Ｗ 空気の流れ

Claims (10)

1. 音源と、前記音源を内部に収容する筐体と、を有する音源収容体であって、
   前記筐体は、直線状に延出した筒状体であり、第一開口部及び第二開口部を有し、
   前記筐体は、音波に対して複数の共鳴モードを有し、
   前記音源は、前記筐体の内部において前記第一開口部及び前記第二開口部の間に配置されており、
   ２以上の自然数をｎとし、ｎ次のモードにおける前記筐体の可聴域の共鳴周波数をｆｎとし、ｎと連続する次数のモード及びｎ次のモードの各々における前記筐体の共鳴周波数の間の差分をΔｆとし、前記音源で発生する音の可聴域での強度が極大となる極大周波数ｆｘとしたときに、下記の関係式が成立するようなｆｎ及びｆｘが存在し、
   ｆｎ−Δｆ／４≦ｆｘ≦ｆｎ＋Δｆ／４
   ｎ次のモードの周波数における音の波長をλとしたときに、前記音源の配置位置は、ｎ次のモードと対応する周波数において前記筐体内で生じる音圧の定在波の節位置からの距離がλ／８以下となる範囲内に配置されていることを特徴とする音源収容体。
2. 前記音源が回転体である請求項１に記載の音源収容体。
3. 前記音源がファンである請求項２に記載の音源収容体。
4. 前記ファンは、前記筐体の延出方向に沿った回転軸を有する請求項３に記載の音源収容体。
5. 前記ファンは、Ｘ枚の羽根を有し、且つ、定常状態では１分間あたりにＲ回回転し、
   前記極大周波数ｆｘは、ＸＲ／６０の整数倍である請求項３又は４に記載の音源収容体。
6. 前記音源は、前記筐体内を流れる気体による風切り音を発生させる請求項１に記載の音源収容体。
7. 前記音源は、前記気体の流れに対する抵抗体である請求項６に記載の音源収容体。
8. 前記筐体は、２つの空間を隔てる壁を貫通して設けられおり、
   前記筐体内には、前記２つの空間のうちの一方から他方に向かって前記気体が流れる請求項６又は７に記載の音源収容体。
9. 前記筐体の延出方向において、前記第一開口部は、前記筐体の一端に位置し、前記第二開口部は、前記筐体の他端に位置している請求項１乃至８のいずれか一項に記載の音源収容体。
10. 前記音源の配置位置は、前記定在波の節位置と同じ位置である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の音源収容体。