JP5288497B2 - 電子機器の騒音軽減機構および騒音軽減方法 - Google Patents

Description

本発明はヘルムホルツ吸音器を具備する電子機器の騒音軽減機構および騒音軽減方法に関する。

ＦＡＮが設けられる電子機器での雑音抑制は、ＦＡＮに連通する通気ダクト内に吸音材を使用することや、特許文献１（特開２００７−４７５６０号公報）に開示されるように、ヘルムホルツ吸音器を配置することで行われていた。

ヘルムホルツ吸音器は開口を備える空洞の筐体にて吸音作用を生じるもので、その吸音周波数ｆは、音速、開口部の面積、空洞部の体積を含むパラメータにより決定される。

吸音材を使用した場合、吸音効果を高めようとすると吸音材を収容する通気ダクトの長さを長くする必要があり、小型の機器には適用しにくい。また吸音材の特長として低い周波数に関しては吸音効果が低いという問題もあった。

ＦＡＮは一般的に被冷却部の温度変化に応じてその回転数が変動される。ヘルムホルツ吸音器は、上述したように吸音周波数が音速、開口部の面積、空洞部の体積を含むパラメータにより決定される周波数となるため、周波数帯域の広い雑音や、ＦＡＮのような周波数が変動する雑音についてはあまり効果を得ることができない。いくつかの口径の異なる開口を配置することで複数の周波数の雑音を消音する構成とすることも考えられるが、すべてを同じ口径の開口とした場合と比較すると開口数が減少することとなるため、その分吸音特性が劣化するという課題もある。

さらに、ヘルムホルツ吸音器は吸音周波数が音速により決定されるが、このことは温度の変動により音速が変動し、その吸音周波数が変動することを意味する。

本発明は、電子機器のＦＡＮの回転数の変動や温度変動に関わらずに常に良好な騒音低減特性を維持することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明の電子機器の騒音軽減機構は、通気ダクトを介して外気と連通するファンと、開口部を備えたヘルムホルツ吸音器と、を有する電子機器の騒音軽減機構であって、
被冷却部の温度を測定する第１の温度センサーと、
前記通気ダクト内の温度を測定する第２の温度センサーと、
前記通気ダクトと前記ヘルムホルツ吸音器の間に設けられ、前記開口部の開口量を調整する可変シャッター機構と、
前記第１の温度センサーおよび前記第２の温度センサーの測定した温度に応じて前記ファンの回転数を制御し、該回転数および前記第２の温度センサーの測定した温度に応じて前記可変シャッター機構による開口部の開口量を制御する制御部と、を含む。

本発明の電子機器の騒音軽減方法は、通気ダクトを介して外気と連通するファンと、開口部を備えたヘルムホルツ吸音器と、を有する電子機器の騒音軽減方法であって、
被冷却部の温度を測定し、
前記通気ダクト内の温度を測定し、
測定した前記被冷却部の温度および前記通気ダクト内の温度に応じて前記ファンの回転数を制御し、該回転数および前記通気ダクト内の温度に応じて前記開口部の開口量を制御する。

本発明によれば、ヘルムホルツ吸音器の周辺温度を考慮してヘルムホルツ吸音器の吸音周波数をＦＡＮの回転数に適応させているので、周辺温度やＦＡＮの回転数が変わっても常に良好な騒音低減特性を維持できる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 （ａ）はヘルムホルツ吸音器２００の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である 可変シャッター機構による吸音周波数ｆを調整する原理を示す図であり、（ａ），（ｃ）は斜視図、（ｂ），（ｄ）のそれぞれは（ａ），（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。 可変シャッター機構による吸音周波数ｆを調整する原理を示す図であり、（ａ），（ｃ）は斜視図、（ｂ），（ｄ）のそれぞれは（ａ），（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。 図１中のＣＰＵブロック１０８の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 筐体
１０１ 吸気部
１０２ 通気ダクト
１０３ ＦＡＮ
１０４ 温度センサー
１０５ 可変シャッター機構
１０６ ヘルムホルツ吸音器
１０７ 温度センサー
１０８ ＣＰＵブロック
１０９ 駆動回路
１１０ 駆動回路
１１１ 被冷却部
１１２ 排気部

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態は、筐体１００と、吸気部１０１と、通気ダクト１０２と、ＦＡＮ１０３と、温度センサー１０４と、可変シャッター機構１０５と、ヘルムホルツ吸音器１０６と、温度センサー１０７と、ＣＰＵブロック１０８と、駆動回路１０９，１１０と、被冷却部１１１と、排気部１１２で構成される。

筐体１００は電子機器の筐体であり、上記の各構成要素は筐体１００に収容されるか、もしくは、筐体１００に取り付けられている。

吸気部１０１は筐体１００に設けられた開口であり、通気ダクト１０２は吸気部１０１とＦＡＮ１０３との間を連通する。ＦＡＮ１０３は吸気部１０１より吸気を行い、被冷却部１１１に対して吸気した気体を吹き付ける。

温度センサー１０４は、通気ダクト１０２内の温度を測定し、測定温度を示す信号をＣＰＵブロック１０８へ出力する。ヘルムホルツ吸音器１０６は通気ダクト１０２における騒音を吸音するために設けられたもので、ヘルムホルツ吸音器１０６と通気ダクト１０２の間にはヘルムホルツ吸音器１０６の吸音周波数を可変とする可変シャッター機構１０５が設けられている。

被冷却部１１１は電子機器内で発熱し、冷却が必要とされる部分である。電子機器がプロジェクタなどの光源を備えるものであれば光源部が被冷却部１１１に相当し、電子機器がプロジェクタなどであれば、メインＣＰＵを搭載するボードが被冷却部１１１に相当する。温度センサー１０７被冷却部１１１の温度を測定し、測定温度を示す信号をＣＰＵブロック１０８へ出力する。

ＣＰＵブロック１０８は入力された温度センサー１０４、１０７の測定温度に応じて駆動回路１０９、１１０をそれぞれ介して可変シャッター機構１０５、ＦＡＮ１０３の動作を制御する。

排気部１１２は筐体１００に設けられた開口であり、吸気部１０１により筐体１００内に導入された気体を排気する。

上記の構成を備える本実施形態は、冷却用のＦＡＮ１０３で発生する雑音をヘルムホルツ吸音器１０６で吸音し、電子機器により発生する雑音を軽減するものである。

図２はヘルムホルツ吸音器による吸音周波数を説明するための図であり、図２（ａ）はヘルムホルツ吸音器２００の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

ヘルムホルツ吸音器２００は、外面に複数の開口２０１が複数設けられ、内部は空洞部２０２とされている。開口２０１の形状は図示されるような円形に限定されるものではなく、四角形、楕円であってもよい。ヘルムホルツ吸音器２００による概ねの吸音周波数ｆは、以下の式により計算される。

ここで、ｆは吸音周波数、Ｃは音速、σは開口部２０１の面積、Ｖは空洞部２０２の体積である。実際には開口部２０１の厚みや、空洞部２０２の形状でも変化するため補正が必要となる。

上記のように、吸音周波数ｆが開口部２０１の面積σにより決定されることから、開口部２０１の面積σを制御することにより吸音周波数ｆを制御することが可能となる。

図３は、可変シャッター機構１０５による吸音周波数ｆを調整する原理を示す図である。図３（ａ），（ｃ）は斜視図、図３（ｂ），（ｄ）のそれぞれは（ａ），（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。

複数の開口を備えるヘルムホルツ吸音器３００に対し、同様の開口を備える可変シャッター３０１が、ヘルムホルツ吸音器３００の開口形成面を覆う形態とされている。

図３（ａ），（ｂ）と図３（ｃ），（ｄ）は吸音周波数ｆがそれぞれ異なる状態を示しており、図３（ａ），（ｂ）に示す状態ではヘルムホルツ吸音器３００が備える開口と可変シャッター３０１が備える開口とが一致した状態とされ、図３（ｃ），（ｄ）に示す状態では、ヘルムホルツ吸音器３００が備える開口の一部を可変シャッター３０１の非開口面が塞ぐ形態とされている。

可変シャッター機構１０５は、図３に示した可変シャッターや可変シャッターを移動させるモータ（不図示）を備えている。該モータは、駆動回路１０９により駆動される。

ＣＰＵブロック１０８は、温度センサー１０４、１０７から送られてくる測定温度示す信号に応じてＦＡＮ１０３の回転数、および、可変シャッター機構１０５の開口量を決定し、決定した回転数、開口量となるように駆動回路１１０、１０９を介してＦＡＮ１０３の回転数、および、可変シャッター機構１０５の開口量を制御し、ヘルムホルツ吸音器１０６の吸音周波数を制御する。

図４は、ヘルムホルツ吸音器の他の例を示す図であり、図４（ａ），（ｃ）は斜視図、図４（ｂ），（ｄ）のそれぞれは（ａ），（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。

図４に示すヘルムホルツ吸音器７００は、一平面に開口が設けられた中空円柱形状であり、ヘルムホルツ吸音器７００の開口と同形状の開口を備えた円板形状の可変シャッター７０１と組み合わされている。

可変シャッター７０１は、ヘルムホルツ吸音器７００と同心的に配置され、ヘルムホルツ吸音器７００を貫く軸を中心としてモータ７０３により回転する。モーター７０３により可変シャッター７０１が回転することで開口部の開口量が変化する。

複数の開口を備えるヘルムホルツ吸音器３００に対し、同様の開口を備える可変シャッター３０１が、ヘルムホルツ吸音器３００の開口形成面を覆う形態とされている。

図４（ａ），（ｂ）と図４（ｃ），（ｄ）は吸音周波数ｆがそれぞれ異なる状態を示しており、図４（ａ），（ｂ）に示す状態ではヘルムホルツ吸音器７００が備える開口と可変シャッター７０１が備える開口とが一致した状態とされ、図４（ｃ），（ｄ）に示す状態では、ヘルムホルツ吸音器７００が備える開口の一部を可変シャッター７０１の非開口面が塞ぐ形態とされている。

ヘルムホルツ吸音器７００および可変シャッター７０１に設けられる複数の開口は、同心円状に配置されており、中心から離れるほど、１個の開口部に対しての空洞部の体積が増加する。開口はこれを考慮して、体積が増加した分、その面積を増加させている。図４（ｃ），（ｄ）において斜線で示される領域は、仕切り７０３による空洞部の体積が制限される領域である。これらの構成を備えることにより、いずれの開口に対しても、吸音周波数は一定となる。

以下に、ＣＰＵブロック１０８による制御動作について、そのフローチャートである図５を参照して説明する。

図５に示される制御動作は、所定時間ごとに繰り返し行われるものである。ＣＰＵブロック１０８は、図６に示すように、ＣＰＵ５０１の他に、図５に示される制御動作を行うためのプログラムや、温度センサー１０４、１０７から送られてくる信号などを記憶する記憶部５０２などが含まれている。

ＣＰＵブロック１０８は、まず、温度センサー１０７から送られてくる信号が示す被冷却部１１１の温度が予め定められた想定値を上回るかを確認する（ステップＳ４０１）。被冷却部１１１の温度が予め定められた想定値を上回る場合にはＦＡＮ１０３の回転数を最大値とする。

被冷却部１１１の温度が予め定められた想定値よりも低い場合には、温度センサー１０４から送られてくる信号が示す通気ダクト１０２内の温度（外部温度）に応じてＦＡＮ１０３の回転数を決定する。

外部温度が前回の測定値よりも高いものであることが確認された場合には（ステップＳ４０３）、ＦＡＮ１０３の回転数を現在の回転数よりも予め定められた所定数高いものとする（ステップＳ４０４）。

外部温度が前回の測定値よりも低いものであることが確認された場合には（ステップＳ４０５）、ＦＡＮ１０３の回転数を現在の回転数よりも予め定められた所定数低いものとする（ステップＳ４０６）。

外部温度が前回の測定値と等しいものであることが確認された場合には（ステップＳ４０７）、ＦＡＮ１０３の回転数を現在の回転数に維持する（ステップＳ４０８）。

上記の、ステップＳ４０２、Ｓ４０４、Ｓ４０６、Ｓ４０８にてＦＡＮ１０３の回転数を定めた後、決定したＦＡＮ１０３の回転数に応じた吸音周波数となるように、駆動回路を介して可変シャッター機構１０５の可変シャッターを移動させてヘルツホルム吸音器１０６の開口量を調整する（ステップＳ４０９）。その後、ステップＳ４０１に戻って上記の動作を繰り返す。

吸音周波数を変化させるためには、空洞部の体積を変化させることや、開口部の面積を変化させることで実現できる。可変シャッター機構１０５ヘルムホルツ吸音器１０６と対で機能し、図３に示したように可変シャッターを移動させて開口量を可変することで吸音周波数を変化させる。ＦＡＮ１０３の回転数が上がった場合には、駆動回路１０３により可変シャッターを開口量が大きくなる方向に移動させ、回転数が下がった場合には、可変シャッターを開口量が小さくなる方向に移動させる。

ステップＳ４０９で決定される、ＦＡＮ１０３の回転数に応じた吸音周波数とは、具体的にはＦＡＮ１０３の回転数のＮ倍の周波数である。ＣＰＵブロック１０８は、ステップＳ４０２、Ｓ４０４、Ｓ４０６、Ｓ４０８にて駆動回路１１０への駆動信号によるＦＡＮ１０３の回転数を変更した後に、そのＮ倍の吸音周波数となるヘルツホルム吸音器１０６の開口量を決定する。手法としては、ＦＡＮ１０３の回転数に応じたヘルツホルム吸音器１０６の開口量を格納するテーブルを記憶部５０２に記憶させ、該テーブルを参照して開口量を確認する手法や、（１）式から開口量を求める手法が挙げられ、これらのいずれの手法を用いることとしてもよい。

ＣＰＵブロック１０８は、上記のいずれかの手法により求められた開口量となるように可変シャッターの移動量を求める。この移動量は、前回移動を行わせた後の現在位置を記憶部５０２に記憶させておき、現在位置から上記の開口量となる位置までの相対的な移動量分だけ移動させる、また、絶対的なイニシャル位置まで可変シャッターを移動させた後に上記の開口量となる位置までの移動させるなど、従来行われている手法により行う。

上記のように構成される本実施形態においては、雑音元であるＦＡＮの周波数とヘルムホルツ吸音器の吸音周波数を決定する音速に着目し、この２つのパラメータよりヘルムホルツ吸音器の開口量を可変することでヘルムホルツ吸音器の吸音周波数を可変している。吸音周波数はＦＡＮ１０３の周波数が固定の場合、温度センサー１０４により測定する通気ダクト１０２内の温度をヘルムホルツ吸音器の周辺の外気温度とし、外気温度が上がった場合、ヘルムホルツ吸音器の開口部の面積を狭め、外気温度が下がった場合、ヘルムホルツ吸音器の開口部の面積を広げることでヘルムホルツ吸音器１０６の吸音周波数を一定にする。

他の例として温度センサー１０７の測定温度を電子機器の内部温度とし、内部温度が前回の測定値より大きければＦＡＮ１０３の回転数を増加させ、内部温度が前回の測定値より小さければＦＡＮ１０３の回転数を減少させ、ＦＡＮ１０３の回転数に応じて可変シャッターを制御して騒音を低減することとしてもよい。この場合、温度センサー１０４の測定温度はＦＡＮ１０３の回転数制御には使用せず、通気ダクト１０２の温度の検出にのみ使用し、測定温度は温度に依存する（１）式における音速を導出するために用いることとなる。

図７は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。

図１に示した実施形態が吸気系に対してヘルムホルツ吸音器を設けた構成であるのに対し、本実施形態では排気系に対してもヘルムホルツ吸音器を設けている。図７では、図１に示した実施形態と同様に作用するものに対しては同じ符号を付している。

本実施形態は、図１に示した各構成要素に加え、排気部６０１と、通気ダクト６０２と、ＦＡＮ６０３と、温度センサー６０４と、可変シャッター機構６０５と、ヘルムホルツ吸音器６０６と、駆動回路６０９，６１０とが設けられている。また、ＣＰＵブロック１０８は図１に示した実施形態における制御動作に加えて温度センサー１０７、６０４の測定温度に応じて駆動回路１０９、１１０をそれぞれ介して可変シャッター機構６０５、ＦＡＮ６０３の動作を制御するＣＰＵブロック６０８とされている。

排気部６０１は筐体１００に設けられた開口であり、通気ダクト６０２は排気部６０１とＦＡＮ６０３との間を連通する。ＦＡＮ６０３は筐体１００内の空気を通気ダクト６０２および排気部６０１を介して筐体１００の外部に排気する。

温度センサー６０４は、通気ダクト６０２内の温度を測定し、測定温度を示す信号をＣＰＵブロック１０８へ出力する。ヘルムホルツ吸音器６０６は通気ダクト６０２における騒音を吸音するために設けられたもので、ヘルムホルツ吸音器６０６と通気ダクト６０２の間にはヘルムホルツ吸音器６０６の吸音周波数を可変とする可変シャッター機構６０５が設けられている。

本実施形態におけるＣＰＵブロック１０８の制御動作は、排気部６０１と、通気ダクト６０２と、ＦＡＮ６０３と、温度センサー６０４と、可変シャッター機構６０５と、ヘルムホルツ吸音器６０６と、駆動回路６０９，６１０のそれぞれを排気部１０１と、通気ダクト１０２と、ＦＡＮ１０３と、温度センサー１０４と、可変シャッター機構１０５と、ヘルムホルツ吸音器１０６と、駆動回路１０９，１１０に置き換えると第１の実施形態と同様のものとなり、図５に示したフローチャートと同じである。

本実施形態では吸気部と排気部のそれぞれにＦＡＮ１０３、６０３を設けることにより、各ＦＡＮの回転数を低く抑えることができ、さらなる低雑音化が可能となる。

Claims (9)

1. 通気ダクトを介して外気と連通するファンと、開口部を備えたヘルムホルツ吸音器と、を有する電子機器の騒音軽減機構であって、
   被冷却部の温度を測定する第１の温度センサーと、
   前記通気ダクト内の温度を測定する第２の温度センサーと、
   前記通気ダクトと前記ヘルムホルツ吸音器の間に設けられ、前記開口部の開口量を調整する可変シャッター機構と、
   前記第１の温度センサーおよび前記第２の温度センサーの測定した温度に応じて前記ファンの回転数を制御し、該回転数および前記第２の温度センサーの測定した温度に応じて前記可変シャッター機構による開口部の開口量を制御する制御部と、を含む電子機器の騒音軽減機構。
2. 請求項１記載の電子機器の騒音軽減機構において、
   前記通気ダクト、ファン、ヘルムホルツ吸音器、第２の温度センサーおよび可変シャッター機構のそれぞれは、吸気用と排気用に２組設けられる電子機器の騒音軽減機構。
3. 請求項１または請求項２記載の電子機器の騒音軽減機構において、
   前記制御部は、前記ヘルムホルツ吸音器の吸音周波数がファンの回転数のＮ倍（Ｎは自然数）となるように前記可変シャッター機構による開口部の開口量を制御する電子機器の騒音軽減機構。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子機器の騒音軽減機構において、
   制御部は、前記第１の温度センサーおよび第２の温度センサーの測定した温度の検出を定期的に行い、前記第１の温度センサーによる測定温度が予め定められた温度を超える場合には前記ファンの回転数を最大値とし、前記第１の温度センサーによる測定温度が予め定められた温度を超えず、前記第２の温度センサーによる測定温度が前回の測定値を超える場合には前記ファンの回転数を所定回転数高くし、前記第１の温度センサーによる測定温度が予め定められた温度を超えず、前記第２の温度センサーによる測定温度が前回の測定値を超えない場合には前記ファンの回転数を所定回転数低くし、前記第１の温度センサーによる測定温度が予め定められた温度を超えず、前記第２の温度センサーによる測定温度が前回の測定値と等しい場合には前記ファンの回転数を維持させる電子機器の騒音軽減機構。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電子機器の騒音軽減機構において、
   前記ヘルムホルツ吸音器は一側面に開口が設けられた箱形状であり、前記可変シャッター機構は、前記開口と同形状の開口を備えたシャッターと、該シャッターを移動させるモータから構成される電子機器の騒音軽減機構。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電子機器の騒音軽減機構を備えるプロジェクタ。
7. 通気ダクトを介して外気と連通するファンと、開口部を備えたヘルムホルツ吸音器と、を有する電子機器の騒音軽減方法であって、
   被冷却部の温度を測定し、
   前記通気ダクト内の温度を測定し、
   測定した前記被冷却部の温度および前記通気ダクト内の温度に応じて前記ファンの回転数を制御し、該回転数および前記通気ダクト内の温度に応じて前記開口部の開口量を制御する電子機器の騒音軽減方法。
8. 請求項７記載の電子機器の騒音軽減方法において、
   前記ヘルムホルツ吸音器の吸音周波数がファンの回転数のＮ倍（Ｎは自然数）となるように前記開口部の開口量を制御する電子機器の騒音軽減方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の電子機器の騒音軽減方法において、
   前記被冷却部の温度および前記通気ダクト内の温度の検出を定期的に行い、前記被冷却部の温度が予め定められた温度を超える場合には前記ファンの回転数を最大値とし、前記被冷却部の温度が予め定められた温度を超えず、前記通気ダクト内の温度が前回の測定値を超える場合には前記ファンの回転数を所定回転数高くし、前記被冷却部の温度が予め定められた温度を超えず、前記通気ダクト内の温度が前回の測定値を超えない場合には前記ファンの回転数を所定回転数低くし、前記被冷却部の温度が予め定められた温度を超えず、前記通気ダクト内の温度が前回の測定値と等しい場合には前記ファンの回転数を維持させる電子機器の騒音軽減方法。

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