JP6259989B2 - 能動消音装置および換気装置 - Google Patents

Description

本発明は、天井や壁面に埋設する換気扇等に付設して換気装置運転時に発生する送風機の騒音を消音するための能動消音装置に関するものである。

従来、送風路内を伝搬する騒音に対して逆位相かつ同振幅の音波を加えて消音する能動消音装置が用いられており、さらに高周波の騒音まで消音するために風路幅を小さくする必要があるが、風路の圧力損失を抑制するため幅の小さい能動消音装置を複数用いることでこれを解決する能動消音装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その能動消音装置について図１０を参照しながら説明する。

この種の装置は、大口径ダクトを小口径ダクト１１０、１２０、１３０、１４０のセル状に分割し、各小口径ダクトの同じ位置にスピーカ１１３を設置する。また小口径ダクト１１０に、スピーカ１１３の設置位置より上流側にセンサマイク１１１、下流側にエラーマイク１１２を設置する。そして、センサマイク１１１、エラーマイク１１２で検出される騒音信号はコントローラ１１４に入力され、コントローラ１１４はこれらの騒音信号に基づいてスピーカ１１３に出力する消音信号を生成し、各小口径ダクトに設置したスピーカ１１３にこの消音信号を出力し、同一の打ち消し音によって各小口径ダクトを伝搬する騒音を消音する。

また、この原理はダクトを通過する音波が平面波で伝播する特性を利用してスピーカを配置した任意の断面で一括して消音する物であるが、消音信号においても、より平面波化するために、複数のスピーカを用いる能動消音装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

以下、その能動型消音装置について図１１を参照しながら説明する。

この種の装置は、制御対象音が上流から下流に伝搬（図の矢印参照）する管路２０１と、その管路２０１に面して対向配置される二つの能動消音用のスピーカ２０２、２０３と、そのスピーカ２０２、２０３を挟んで管軸方向に離れて即ち上流側と下流側とに分かれて管路内にそれぞれ配置される二つのセンサマイク２０４と、管路２０１内のスピーカ２０２、２０３の中心を結ぶ線上に配置されるエラーマイク２０６と、二つのセンサマイク２０４の信号とエラーマイク２０６の信号とを入力し適応デジタル信号処理しスピーカ２０２、２０３に制御対象音と逆位相の音波信号を与える制御部２０８とから構成されており、二つの２次スピーカ２０２、２０３を対向させて設けていることで消音信号の平面波化を促進して、消音効果を大きくできる。

特開平９−１６０５６７号公報 特開平８−６９２９１号公報

このような従来の能動消音装置においては、矩形の風路の外側にスピーカや制御部を設けており、特にスピーカを対向配置にする場合に、スピーカや制御部が大きくなくてもスピーカや制御部を納めるための空間のために外形寸法が大きくなるという課題があった。また、高周波まで消音するために複数の幅の小さい風路構成でスピーカを対向配置しようとすると、中央の仕切り部分にスピーカを配置しなければならず、これらをメンテするにも幅の小さい風路で手が入りにくく、メンテしづらいという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、スピーカを対向配置して消音効果を高める同時に、能動消音装置の外形寸法を小さくでき、また高周波まで消音するための複数の幅の小さい風路構成においてメンテを容易にできる能動消音装置と、これを搭載した換気装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は上記目的を達成するために、両端が開口した矩形の筒状枠体と、前記筒
状枠体で形成される送風路内に配置されるマイクとスピーカと制御基板とを有する能動消音装置であって、筒状枠体の内部において、筒状枠体の１対の対向する角部を各々筒状枠体の軸方向に沿って仕切る収納部とし、筒状枠体の中央の空間を筒状枠体の開口方向に気流が流れる消音風路とし、各々の収納部にスピーカの振動板の振動方向が平行となるように一対のスピーカを配置し、収納部は、筒状枠体の１対の対向する角部を各々平面で筒状枠体の長手方向に沿って仕切られ、一対の収納部のうち、一の収納部にはスピーカ及びマイクを収納し、他の収納部にはスピーカ及び制御基板を備えていることを特徴とするものであり、これによって所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、スピーカを対向配置して消音効果を高める同時に、能動消音装置の最大寸法を小さくでき、また複数の幅の小さい風路構成においてメンテを容易に出来る。

本発明の実施の形態１の能動消音装置の斜視図 同能動消音装置の寸法図 従来の能動消音装置の寸法図 本発明の実施の形態２の能動消音装置の斜視図 同能動消音装置の仕切り部材取り外し時の斜視図 （ａ）同能動消音装置の仕切り部材の正面図、（ｂ）同能動消音装置の仕切り部材の折り畳み時の正面図 同能動消音装置のメンテ空間を示す概要図 同能動消音装置の正面図 本発明の実施の形態３の換気装置の図 従来の能動消音装置を示す概要斜視図 従来の能動消音装置を示す概要側断面図

本発明の請求項１記載の能動消音装置は、送風路内に配置される、マイクとスピーカと制御基板を有する能動消音装置であって、両端が開口した矩形の筒状枠体の、１対の対向する角部を各々仕切って収納部とし、中央の空間を筒状枠体の開口方向に気流が流れる風路とし、２つの前記収納部に前記スピーカの振動板の振動方向が平行となるように前記スピーカを配置したものである。

これにより、２つのスピーカを対向させて設けていることで消音信号として平面波を生成しやすくし、送風路を伝播する間に平面波となる対象音源に対して対象波同士となり音波がきれいに合成されるので消音効果を大きくでき、特に外形が略円錐状であるスピーカを角部に納めるので、同一風路断面積での能動消音装置の外形寸法を小さくできる。

また請求項２記載の能動消音装置は、請求項１記載の筒状枠体の４つを開口方向に対し並列となるように、収納部でない角部の１辺を中心角部として合わせて側面を共有した共有側面とする構成とし、かつ前記共有面を取外し可能な構成としたである。

これにより、高周波の騒音まで消音するために風路幅を小さくして複数の風路を組み合わせた際に、矩形の風路の対向する面にスピーカを備えた場合に４つの筒状枠対を備えるとで、共有面にスピーカを備えない構成とすることができ、さらに共有面を取り外して内部空間を広くすることができ、スピーカやマイクなどのメンテの際や、風路壁面を清掃する際に手が挿入しやすくなりメンテを容易にできる。

また請求項３記載の能動消音装置は、共有面の全てが中心角部で十字状に接合されて同時に取外し可能な仕切り部材としたものである。

これにより、仕切り部材の取外しが容易になり、メンテ性を向上できる。

また請求項４記載の能動消音装置は、仕切り部材の中心角部位置がヒンジとなり、平面状に折畳み可能な構成としたものである。

これにより、メンテ時に取外す共有面の寸法がコンパクトになるので保管などの取扱いが容易になり、また、共有面が平面状になるので洗浄や拭取りも容易にできる。

また請求項５記載の換気装置は、請求項１から６のいずれかの能動消音装置を搭載したものである。

これにより、低騒音でメンテが容易な換気装置とすることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を参照しながら説明する。

図１の斜視図の能動消音装置に示すように、本実施の形態１の能動消音装置１は、能動消音装置１の一方の開口が送風機（図示せず）につながる送風路２に接続され、他方の開口は吸込口３として空間に開放されている。

ここで、能動消音装置１は、断面が正方形となる矩形の枠体４の対向する角部を仕切って収納部５とし、枠体４の中央の空間を吸込口３から送風路２に気流が流れる消音風路６とし、収納部５の一方に対象音を検知するセンサマイク７を備え、他方の収納部５に制御基板８を備え、両方の収納部５にそれぞれスピーカ９を備え、スピーカ９同士は振動板が平行となるように対向して配置されている。

なお、本実施の形態では一例として消音風路６は断面積が１００ｍｍ×１００ｍｍと同等となるように、図２の寸法図の断面寸法となっており、スピーカは直径が４０ｍｍで高さが１２ｍｍの振動板の裏側は先細りしていくような略円錐状であるため、断面が三角形となる収納部５に収まっている。さらに、スピーカの背面にはスピーカの配線のために最大１２ｍｍ程度の配線スペース１０を確保したものとしている。

上記構成により、送風路２がつながる送風機（図示せず）が稼動すると、気流が発生すると同時に、送風機の騒音は送風路２を通り吸込口３から放射される。送風路２と吸込口３の間には能動消音装置１が配置され、センサマイク７で検出される騒音信号が制御基板８に入力され、制御基板８はこれらの騒音信号に基づいてスピーカ９に出力する消音信号を生成し、この消音信号が送風機の騒音と逆位相となった打ち消し音によって騒音を消音する。

ここで、２つのスピーカ９を対向させて設けているので、２つのスピーカからの音が合成され、１つのスピーカの場合よりも、より乱れの少ない平面波とすることができるので、送風路を伝播する間に平面波となる送風機の騒音に対して、送風機の騒音と消音信号がきれいに合成されるので消音効果を大きくできる。

さらに、同一風路断面積での能動消音装置の最大寸法を小さくできる。

これを示す従来構成との比較を図３の寸法図に示す。図３は、消音風路６の断面積が１００ｍｍ×１００ｍｍの場合の断面寸法である。図２と同一のスピーカ９を備え、スピーカの配線のために１０ｍｍ程度の配線スペース１０を確保したものである。図２と図３の消音風路断面積は同等であるが、能動消音装置の断面積（図の最外郭で囲まれた範囲）は本実施の形態の構成である図２が１７％小さくなっている。

このように、本構成により、スピーカを対向配置して消音効果を高め、能動消音装置の最大寸法を小さくできる。

なお、実施の形態１ではセンサマイク７のみを備えているが、スピーカ９と吸込口３の間にエラーマイクを備えてもよく、この場合は消音信号による最大の消音効果が得られるように制御基板８が消音信号を修正し続けるので、送風路の風速が変化したりする条件変化に対応することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、図４、図５を参照しながら説明する。

図４の斜視図の能動消音装置１１は、実施の形態１の能動消音装置１を４つ、開口方向（流れ方向）に平行となり、かつ収納部でない角部の１辺を中心角部１２として合わせて側面を共有した共有側面とする１３構成としている。そして、隣接する枠体４との中心角部１２を含む４面が接合された十字状の共有面１３が、図５の斜視図のように取り外し可能な仕切り部材１４となっている。

さらに図６の正面図のように、仕切り部材１４は、中心角部１２の位置がヒンジとなり、能動消音装置１１への設置時には（ａ）図のように十字状とし、取り外しメンテ時には（ｂ）図のように平板状に折り畳み可能になっている。

上記構成により、高周波の騒音まで消音するためにそれぞれの枠体４の幅を小さくして複数の風路を組み合わせた際に、矩形の風路の対向する面にスピーカを備えた場合に４つの筒状枠対を備えると、共有面にもスピーカが備えられるが、共有面にスピーカを備えない構成とすることで、共有面１３の取り外しを容易にできる。このため、図７の能動消音装置１１の正面からの概要図のように、従来相当の仕切り部材を取り外さないメンテ空間１５に対して、仕切り部材を取り外したメンテ空間１６を広くすることができ、スピーカ９やセンサマイク７などのメンテの際や、風路壁面を清掃する際に手が挿入しやすくなりメンテを容易にできる。

ここで、４つの共有面１３が仕切り部材１４として接合されていることで、共有面１３の全てが１手順で取り外せたり、片手で取外せたりと、取り外しが容易になる。

さらに、仕切り部材１４が折り畳み可能になっていることで、メンテ時に取外す共有面の寸法がコンパクトになるので保管などの取扱いが容易になり、共有面が平面状になるので洗浄や拭取りも容易にできる。

なお、実施の形態２では、共有面１３を仕切り部材１４として一体としたが、別体でもよく、例えば、図８の能動消音装置の正面図に示すように、中心角部１２の位置に支持溝１７を備えた主共有面１８と、支持溝１７で中心角部１２が保持される２つの副共有面１９で構成することで、メンテを容易にしつつ、製造時の組み立ても容易な簡素な構成とすることができる。

また、実施の形態２では、仕切り部材１４を折り畳み可能にしているが、折り畳みできない十字状のままでもよく、この場合は、メンテを容易にしつつ、ヒンジなどが不要な簡素な構成とすることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３において、実施の形態１、２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、図９を参照しながら説明する。

図９の換気装置側断面図に示すように、本実施の形態３の換気装置２１は、屋内の天井壁２２に埋設され、外郭２３に吸込口２４と屋外に連通されるダクト（図示せず）などに接続されている吐出口２５を有し、外郭２３の内部に遠心羽根車２６とモータ２７とケーシング２８から構成される送風機２９を有し、吸込口２４と送風機２９の間に、実施の形態２の能動消音装置１１を備えた構成であり、仕切り部材１４を取り外した状態を示している。

上記構成により、遠心羽根車２６の回転により吐出口２５から屋外に排気されると同時に吸込口２４から送風機２９へ向かう気流の流れができ、送風機２９から吸込口２４へ向かい室内に放出される音が発生する。発生された音は、吸込口２４の奥に能動消音装置１１を備えていることで消音され、室内へは大きな音が伝わらないようになっている。

また、換気装置２１が吸い込む室内の空気は埃等を含むため、長期使用によって能動消音装置１１の壁面や、センサマイク７、スピーカ９等に汚れが付着することとなる。

ここで、能動消音装置１１は仕切り部材１４が取り外し可能な構成となっているため、能動消音装置１１内部の汚れが拭き取りやすく、また、取り外した仕切り部材１４が図６の（ｂ）図のように折り畳み可能な構成となっているため、流し台等の底に畳んで平面状にすることで凹凸がない状態になるので、仕切り部材１４の洗浄や拭拭き取りが容易になる。

本発明にかかる能動消音装置および換気装置は、スピーカを対向配置して消音効果を高める同時に、能動消音装置の最大寸法を小さくでき、また高周波まで消音するための複数の小径ダクト構成においてメンテを容易にできる能動消音装置と、これを搭載した換気扇やレンジフードなどの換気装置として有用である。

１ 能動消音装置
２ 送風路
３ 吸込口
４ 枠体
５ 収納部
６ 消音風路
７ センサマイク
８ 制御基板
９ スピーカ
１０ 配線スペース
１１ 能動消音装置
１２ 中心角部
１３ 共有面
１４ 仕切り部材
１５ 仕切り部材を取り外さないメンテ空間
１６ 仕切り部材を取り外したメンテ空間
１７ 支持溝
１８ 主共有面
１９ 副共有面
２１ 換気装置
２２ 天井壁
２３ 外郭
２４ 吸込口
２５ 吐出口
２６ 遠心羽根車
２７ モータ
２８ ケーシング
２９ 送風機

Claims (5)

1. 両端が開口した矩形の筒状枠体と、前記筒状枠体で形成される送風路内に配置されるマイクとスピーカと制御基板とを有する能動消音装置であって、
   前記筒状枠体の内部において、前記筒状枠体の１対の対向する角部を各々前記筒状枠体の軸方向に沿って仕切る収納部とし、前記筒状枠体の中央の空間を前記筒状枠体の開口方向に気流が流れる消音風路とし、各々の前記収納部に前記スピーカの振動板の振動方向が平行となるように一対の前記スピーカを配置し、前記収納部は、前記筒状枠体の１対の対向する角部を各々平面で前記筒状枠体の長手方向に沿って仕切られ、一対の前記収納部のうち、一の前記収納部には前記スピーカ及び前記マイクを収納し、他の前記収納部には前記スピーカ及び前記制御基板を備えていることを特徴とする能動消音装置。
2. 請求項１記載の筒状枠体の４つを開口方向に対し並列となるように、前記収納部でない前記角部の１辺を中心角部として合わせて側面を共有した共有面とする構成とし、かつ前記共有面を取外し可能な構成とした能動消音装置。
3. 前記共有面の全てが中心角部で十字状に接合されて同時に取外し可能な仕切り部材とした請求項２に記載の能動消音装置。
4. 仕切り部材の中心角部位置がヒンジとなり、平面状に折畳み可能な構成とした請求項２に記載の能動消音装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の能動消音装置を搭載した換気装置。

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