JP6672390B2 - 消音システム - Google Patents
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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が必要であるが、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)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(図15参照)。
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。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。
また、共鳴型の消音器は解放空間に配置すると効果的であるが、管状部材のような共鳴体の内部に同じ共鳴周波数で配置した場合、管状部材の共鳴と消音器の共鳴が相互作用してしまう。これにより、管状部材による元の共鳴透過音を二つの周波数に分離させて、新たな共鳴透過音を発生させてしまうため、消音器としての効果が小さ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、通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数を含む周波数の音を消音するものであり、
消音装置は、
空洞部および空洞部と外部とを連通する開口部を有し、壁の一方の端面側に配置される1以上の消音器と、
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配置される吸音材と、を備え、
消音器の開口部は、通気スリーブの中心軸側を向いて配置されており、
消音器の開口部の面積をS1、空洞部の内壁の表面積をSdとすると、面積Sdに対する面積S1の割合S1/Sdは、0<S1/Sd<40%を満たし、
消音装置を含む消音システムにおける通気スリーブ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、消音器内の音波の進行方向における空洞部の深さLdは、0.011×λ<Ld<0.25×λを満たし、
消音器は、通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数の音に対して共鳴せず、第一共鳴の周波数の音を前記消音器単体の共鳴によって消音するものではなく、吸音材によって消音するものである消音システム。
[2] 通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数をF0とし、消音器の共鳴周波数をF1とすると、1.15×F0<F1を満たす[1]に記載の消音システム。
[3] 通気スリーブ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]または[2]に記載の消音システム。
[4] 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]〜[3]のいずれかに記載の消音システム。
[5] 吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.32−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<5.2を満たす[1]〜[4]のいずれかに記載の消音システム。
[6] 吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.39−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<4.7を満たす[1]〜[5]のいずれかに記載の消音システム。
[7] 壁に平行に設けられた化粧板を有し、
消音装置は、化粧板と壁との間に配置される[1]〜[6]のいずれかに記載の消音システム。
[8] 通気スリーブの軸方向に平行な断面において、消音器は、通気スリーブの軸方向に延在する空洞部と、通気スリーブの軸方向に平行な空洞部の一面の、通気スリーブの軸方向の一方の端部側に位置する開口部とを有し、
通気スリーブの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]〜[7]のいずれかに記載の消音システム。
[9] 消音装置は、複数の消音器を有する[1]〜[8]のいずれかに記載の消音システム。
[10] 複数の消音器の開口部は、挿入部の軸方向の少なくとも2箇所以上の位置に配置されている[9]に記載の消音システム。
[11] 開口部の位置ごとに、消音器の空洞部の深さLdが異なる[10]に記載の消音システム。
[12] 開口部の位置ごとに、消音器の空洞部内に音響特性の異なる吸音材が配置されている[10]または[11]に記載の消音システム。
[13] 消音装置は、通気スリーブ内に接続される筒状の挿入部を有し、
挿入部は、挿入部の中心軸を通気スリーブの中心軸に一致させて配置されており、
消音器が、挿入部の一方の端面に接続されている[1]〜[12]のいずれかに記載の消音システム。
[14] 通気スリーブの中心軸を軸とする円周面における、開口部の面積S1は空洞部の面積S0よりも小さい[1]〜[13]のいずれかに記載の消音システム。
[15] 2以上の消音器を有し、
各消音器の開口部は、挿入部の中心軸に対して回転対称に配置されている[1]〜[14]のいずれかに記載の消音システム。
[16] 通気スリーブの室内側の端部に設置されている[1]〜[15]のいずれかに記載の消音システム。
[17] 通気スリーブの軸方向に垂直な断面において、通気スリーブの実効外径D0と、消音器の実効外径D1とは、D1<D0+2×(0.045×λ+5mm)を満たす[1]〜[16]のいずれか一項に記載の消音システム。
[18] 消音装置が通気スリーブに着脱が可能である[1]〜[17]のいずれかに記載の消音システム。
[19] 消音装置の消音器が分離可能である[1]〜[18]のいずれかに記載の消音システム。
[20] 消音装置が難燃材料より耐熱性の高い材料からなる[1]〜[19]のいずれかに記載の消音システム。
[21] 消音器の開口部は、通気スリーブの内周面の周方向に沿ってスリット状に形成されている[1]〜[20]のいずれかに記載の消音システム。
[22] 消音装置の通気スリーブとは反対側に設置されるカバー部材、または、風量調整部材を有し、
通気スリーブの軸方向から見た際に、カバー部材、または、風量調整部材が消音装置を覆っている[1]〜[21]のいずれかに記載の消音システム。
[23] 通気スリーブのいずれか一方の端部に設置されるカバー部材と、
通気スリーブ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通気スリーブ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]〜[22]のいずれかに記載の消音システム。
[24] 壁に平行に設けられた化粧板を有し、
壁と化粧板との間の空間を含む、壁と化粧板との合計厚みが、175mm〜400mmである[1]〜[23]のいずれかに記載の消音システム。
[25] 通気スリーブの軸方向において、消音器は、壁と、壁から離間して配置される化粧板との間に、一部が化粧板に形成された貫通孔に挿通されて配置されており、
通気スリーブの軸方向から見た際に、化粧板と消音器との境界を覆う境界カバーを有する[1]〜[24]のいずれかに記載の消音システム。
[26] 通気スリーブの軸方向において、消音器は、通気スリーブの一方の端部に配置され、
さらに、通気スリーブ内に配置される防音部材を有する[1]〜[25]のいずれかに記載の消音システム。
[27] 通気スリーブの軸方向において、消音器は、通気スリーブの一方の端部に配置され、
さらに、通気スリーブの他方の端部に配置される防音部材を有する[1]〜[26]のいずれかに記載の消音システム。
[28] 消音器の空洞部の幅Lwは、
5.5mm≦Lw≦300mm
を満たす[1]〜[27]のいずれかに記載の消音システム。
[29] 消音器の空洞部の深さLdは、
25.3mm≦Ld≦175mm
を満たす[1]〜[28]のいずれかに記載の消音システム。
[30] 空洞部内に複数の吸音材が配置されている[1]〜[29]のいずれかに記載の消音システム。
[31] 壁を貫通して設置された通気スリーブに、通気スリーブ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、
消音装置は、
空洞部および空洞部と外部とを連通する開口部を有し、壁の一方の端面に配置される1以上の消音器と、
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配置される吸音材と、を備え、
消音器の開口部は、通気スリーブの中心軸側を向いて配置されており、
消音器内の音波の進行方向における空洞部の深さLdは、通気スリーブ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通気スリーブ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を満たす消音システム。
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。
本発明の消音システムは、通気スリーブの第一共鳴の周波数の音に対して共鳴しない消音器を、通気スリーブの近傍に配置して、通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数の音を消音するものである。
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。
管状部材12は、例えば、換気口および空調用ダクト等の通気スリーブである。
消音器21は、通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数を含む周波数の音を消音するものである。
消音器21は、管状部材12の半径方向に延在する略直方体形状で、内部に略直方体形状の空洞部30を有する。空洞部30の管状部材12側の端面には、空洞部30と外部とを連通する開口部32が形成されている。
消音器21の開口部32は、管状部材12の周面に形成された周面開口部12aと接続されている。開口部32が周面開口部12aに接続することによって、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開口部32が接続している。
ここで、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1に示す例においは、空洞部30は半径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半径方向(図中上下方向)である。従って、空洞部30の深さLdは、半径方向における開口部32から空洞部30上端までの長さである。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。
また、共鳴型の消音器は解放空間に配置すると効果的であるが、管状部材のような共鳴体の内部に同じ共鳴周波数で配置した場合、管状部材の共鳴と消音器の共鳴が相互作用してしまう。これにより、管状部材による元の共鳴透過音を二つの周波数に分離させて、新たな共鳴透過音を発生させてしまうため、消音器としての効果が小さいという問題があった。
消音器21は、消音器21の壁面近傍における流体の粘性、および、壁面の凹凸(表面粗さ)、あるいは、後述する消音器21内に配置された吸音材24等によって音エネルギーを熱エネルギーに変換して消音を行う。この壁面近傍における流体の粘性、および、壁面の凹凸(表面粗さ)、あるいは、消音器21内に配置された吸音材24は、本発明における変換機構である。
この消音の原理は消音器の共鳴を用いないので、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21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21による消音の原理は消音器の共鳴を用いないので、消音器の構造で決まるような特定の周波数のみの音を消音せず、広い周波数帯域における複数の共鳴音を消音することができる。
また、消音器21による消音の原理は消音器の共鳴を用いないので、管状部材の共鳴との相互作用が発生せず、管状部材による元の共鳴透過音を二つの周波数に分離させることもなく、十分な消音効果が得られる。
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た。
図110に示すように、シミュレーションにおいて通気スリーブ(管状部材)の直径は100mmとし、壁の厚みは100mmとし、化粧板の厚みは10mmとし、壁と化粧板との間の距離は140mmとした。すなわち、壁と化粧板との合計厚みは、250mmとした。
また、音波検出面側の通気スリーブの端面から32mmの位置には、レジスター(直径102mm)の蓋が配置されるものとしてモデル化した。
図111に、シミュレーションの結果を、周波数と透過音圧強度との関係のグラフとして示す。
図111から、消音器を配置しない場合(ストレート管の場合)の通気スリーブ12の第一共鳴の周波数は、515Hz程度であることがわかる。
図112および図113に示すように、長さ1000mm、直径100mmの音響管の外周部に気柱共鳴型の消音器が接続されたモデルを作成して、気柱共鳴型消音器の基本的な音響特性を評価した。音響管の一方の端面から平面波を入射させ他方の端面に到達する音波の単位体積あたりの振幅を求めた。入射させる音波は単位体積あたりの振幅を1とした。検出面上における音圧振幅の積分値を、入射面上における音圧振幅の積分値で割った値を2乗したものを、透過音圧強度とした。
気柱共鳴型消音器は、断面の大きさが45mm×45mmの直方体形状とし、長さを種々変更して、周波数と透過音圧強度との関係を計算して共鳴周波数を求めた。その結果、図114に計算例1として示すように、長さ150mmで共鳴周波数が515Hz程度となることがわかった。
図113および図115に示すように、気柱共鳴共鳴型の消音器のモデルは、45mm×45mmの角柱状で長さ(深さ)が150mmの気柱共鳴管を側面に2つ有し、通気スリーブと同じ直径(100mm)の管状の消音器を通気スリーブの端部に配置する構成とした。通気スリーブの軸方向の長さは130mm、消音器の管状部の軸方向の長さは120mmとした。気柱共鳴管の軸方向の位置は通気スリーブ側の端面から5mmの位置とした。
図111に、シミュレーションの結果を、周波数と透過音圧強度との関係のグラフとして示す(比較例8)。また、図116に、実験の結果を、周波数と透過音圧強度との関係のグラフとして示す。
実験は、上述した形状及び寸法の消音器を厚み5mmアクリル板を用いて作製し、後述する簡易小型防音室を用いて、実施例と同様の方法で周波数と透過音圧強度との関係を測定した。
その結果、通気スリーブの第一共鳴周波数の音は消音できるものの、新たに2つのピークが存在する。
このように、通気スリーブに対する消音器として、共鳴型の消音器を用いる場合には、別の新たな透過音圧強度のピークを生成してしまうため十分に消音することはできない。
消音器21の共鳴周波数F1において管状部材12内に生じる第一共鳴の透過音圧強度をより小さくして相互作用をより小さくできる観点から、管状部材12内に生じる第一共鳴の周波数F0と、消音器21の共鳴周波数F1は、1.17×F0<F1を満たすことが好ましく、1.22×F0<F1を満たすことがより好ましく、1.34×F0<F1を満たすことがさらに好ましい。上記条件を満たすことで、消音器21の共鳴周波数F1において管状部材12内に生じる第一共鳴の透過音圧強度がピーク値に対して20%以下、15%以下、10%以下となる。
図2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。また、図3は、消音システム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。図4は、消音器の空洞部の深さLdと幅Lwとを説明するための図である。なお、図3及び図4においては、壁16の図示を省略している。以降の図においても、壁16の図示を省略する場合がある。
管状部材12は例えば、換気口および空調用ダクト等の通気スリーブである。
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略直方体形状の空洞部30を有する。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。すなわち、消音器22は、L字型の空間を有する。この開口部32は、管状部材12の周面に形成された周面開口部12aと接続されている。開口部32が周面開口部12aに接続することによって、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開口部32が接続している。
図5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5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。
なお、図6に示す消音システム10bおよび図7に示す消音システム10cにおいて、消音器22は開口部32が管状部材12の中心軸側を向くように配置されている。なお、管状部材12の中心軸とは、管状部材12の断面における重心を通る軸である。
例えば、管状部材12の第一共鳴周波数の音波を消音する場合には、第一共鳴周波数の音波の音圧が高くなる位置、すなわち、軸方向における管状部材の中央に消音器22の開口部32を配置することで、音圧および気体分子の移動速度を高くすることができ、より高い防音性能を発現することができる。
この点については、実施例においてより詳細に説明する。
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4参照)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。なお、図1においては、空洞部30の幅は、図中左右方向の長さであり、開口部32の幅Lwと一致している。
なお、図9〜図11におけるlogは、常用対数である。
シミュレーションにおいて管状部材の長さは300mm、直径は100mmとし、消音器22の空洞部30は、管状部材12の外周に環状に設置し、軸方向が深さ方向とした。開口部32は管状部材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は軸方向において管状部材12の中央に配置した。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。
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。
シミュレーションにおいて管状部材の長さは300mm、直径は100mmとし、消音器22の空洞部30は、管状部材12の外周に環状に設置し、軸方向が深さ方向とした。開口部32は管状部材の周面方向にスリット状に配置した。空洞部30の深さLdは80mm、幅Lwは10mmとした。開口部32は軸方向において管状部材12の中央に配置した。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。
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13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13および図14に示す。
図13および図14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。
図15に示す消音システム10dのように、吸音材24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16に示す消音システム10eのように、吸音材24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。
図107は、シミュレーションに用いた消音システムのモデルを模式的に表す断面図である。
図107に示すように、壁16の厚みは212.5mmとし、管状部材12の直径は100mmとした。消音器22は、入射側(図107中左側)の壁から100mm離間する位置に配置した。消音器22は、管状部材12の外周に管状に配置し、軸方向が深さ方向とした。消音器22の空洞部30の長さ(筒長)は42mmとした。幅は37mm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は、軸方向において、入射側(図107中左側)に形成されるものとした。消音器22の空洞部30の全域に吸音材24を配置した。
また、管状部材12の、音波の入射側の開口部にはガラリ(カバー部材)が配置され、音波の出射側の開口部にはレジスター(風量調整部材)が配置される構成とした。
ガラリ、および、レジスターは、市販のものを参考にモデル化した。
結果を図108に示す。図108は、流れ抵抗と開口幅/筒長と規格化透過損失との関係を表すグラフである。なお、規格化透過損失は、透過損失が最大となる値を1として規格化した値である。
例えば、図19に示すように、3つの消音器22を有し、3つの消音器22が管状部材12の外周面に、周面方向に等間隔に配置されて回転対称となる構成としてもよい。あるいは、図20に示すように、6つの消音器22を有し、6つの消音器22が管状部材12の外周面に等間隔に配置されて回転対称となる構成としてもよい。なお、消音器22の数はこれらに限定はされず、例えば、2つの消音器22が回転対称に配置される構成であってもよいし、4つの消音器22が回転対称に配置される構成であってもよい。
例えば、図21に示すように、4つの消音器22が管状部材12の内部(内側の周面(内周面))に、周面方向に等間隔に配置されて回転対称となる構成としてもよい。
これにより、消音システムの大型化を抑制しつつ、高い防音性能を発現することができる。
なお、実効外径は、円相当直径であり、断面が円形ではない場合、その断面積と同じ円の直径を実効外径とした。
これにより、消音システムの大型化を抑制して通気性を確保しつつ、高い防音性能を発現することができる。
例えば、図27に示す消音システム10iは、軸方向において、管状部材12の略中央部で、管状部材12の周面開口部12aに接続される消音器22aと、管状部材12の一方の端部近傍で周面開口部12aに接続される消音器22bとを有する。中央部側の消音器22aの空洞部30aの深さLdは、端部側の消音器22bの空洞部30bの深さLdが互いに異なる。
例えば、図28に示す消音システム10jは、軸方向において、管状部材12の略中央部で、管状部材12の周面開口部12aに接続される消音器22aと、管状部材12の一方の端部近傍で周面開口部12aに接続される消音器22bとを有する。中央部側の消音器22aの空洞部30aには吸音材24aが配置されており、端部側の消音器22bの空洞部30bには吸音材24bが配置されている。吸音材24aの吸音特性と吸音材24bの吸音特性とは互いに異なる。
図29および図30に示す消音システムは、2つの消音器23が管状部材12の外周面に沿って配置されている。消音器23の空洞部30は、開口部32から管状部材12の周面方向に沿って延在している。すなわち、消音器23は開口部32から周面方向に深さを有する。
このような構成とすることで、消音器の軸方向の長さを短くすることができる。
図33に本発明の消音システムの他の一例の模式的な断面図を示す。
図33に示す消音システム10kは、管状部材12の一方の端面側に、管状部材12を通過する音を消音する消音装置14が設置された構成を有する。
消音器22は、挿入部26の端面に配置される以外は、上述のL字型の消音器22と同様の構成を有する。また、消音器22は、挿入部26の内径を塞がないように、挿入部26の周面に沿って配置されている。また、消音器22はその開口部32が挿入部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。
なお、挿入部26の中心軸とは、挿入部26の断面における重心を通る軸である。
例えば、図67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68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69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67〜図69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。
複数の消音器22を有する場合には、周面方向に等間隔に配置されて回転対称となる構成としてもよい。
あるいは、図34に示す消音システム10lのように軸方向に複数の消音器22を有し、軸方向の少なくとも2箇所以上の位置に、複数の消音器22の開口部32が配置される構成としてもよい。
例えば、図35に示す消音装置は、軸方向に挿入部26側から消音器22aと消音器22bとを有する。消音器22aの空洞部30aの深さLdは、消音器22bの空洞部30bの深さLdが互いに異なる。
例えば、図36に示す消音装置は、軸方向に挿入部26側から消音器22aと消音器22bとを有する。消音器22aの空洞部30aには吸音材24aが配置されており、消音器22bの空洞部30bには吸音材24bが配置されている。吸音材24aの吸音特性と吸音材24bの吸音特性とは互いに異なる。
図104に示す消音装置は、軸方向に挿入部26側から消音器22aと消音器22bとを有する。消音器22aの空洞部30aおよび空洞部30b内にはそれぞれ3つの吸音材24c、24dおよび24eが配置されている。各空洞部内において、吸音材24c〜24eは、空洞部の深さ方向に積層されている。
空洞部内に複数の吸音材を配置する構成とすることで、製造の際に、吸音材を開口部から空洞部内に充填しやすくなり、また、メンテナンスの際に、吸音材を交換しやすくなる。
また、空洞部の形状に合わせて成型された吸音材が複数に分割されているのがより好ましい。
空洞部内に異なる種類の吸音材を複数配置することで、消音器による消音を、消音器(空洞部)の形状、および、吸音対象の音等に適した吸音性能に制御することが容易となる。
例えば、コンクリート壁と化粧板との間の距離はさまざまで、同じマンションであっても場所によって異なったり、施工会社によって異なったりする。コンクリート壁と化粧板との間の距離に応じて、そのつど消音装置を設計して作製するとコストがかかる。また全ての距離に適用できるよう消音装置を薄く設計すると、防音性能が低くなってしまう。そこで、消音装置をコンクリート壁と化粧板との間に設置する場合に、コンクリート壁と化粧板との間の距離に応じて分離された複数の消音器を適宜組み合わせて設置することで、低コストで防音性能を最大化することができる。
また、消音装置14は、管状部材12の室内側の端面、および、室外側の端面のどちらに設置してもよいが、室内側の端面に設置されるのが好ましい。
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40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。
ここで、図71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72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73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71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75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。
図105に示す消音システム、および、図106に示す消音システムのように、消音装置14は、消音装置14の中心軸が、中心軸に垂直な方向に管状部材12の中心軸とずれるように配置されていてもよい。
消音装置14の中心軸と管状部材12の中心軸とが一致する構成は通気性の点で好ましい。一方、消音装置14の中心軸と管状部材12の中心軸とがずれている場合は、音の反射が増えるため防音性能が向上する点で好ましい。特に直進性の高い高周波領域で効果がある。
一方、住宅用の壁は、全体の厚み(コンクリート壁と化粧板との合計厚み)は最大で400mmであり、コンクリート壁が少なくとも100mmであるため、空洞部の幅Lwは、住宅のコンクリート壁と化粧板との間の空間に配置可能な観点から、300mm以下であるのが好ましく、さらに汎用性の観点から200mm以下であるのがより好ましく、150mm以下であるのがさらに好ましい。
一方、消音器は径方向において住宅の柱と柱の間に配置される。住宅の柱と柱の間は最大で450mm程度であり、通気スリーブは少なくとも100mm程度である。従って、空洞部の深さLdは、住宅の柱と柱の間の空間に配置可能な観点から、175mm以下(=(450mm−100mm)/2)であるのが好ましく、130mm以下であるのがより好ましく、100mm以下であるのがさらに好ましい。
図91に、シミュレーションモデルの模式図を示す。
図91に示すように、シミュレーションにおいて管状部材の長さは200mm、直径は100mmとした。消音器22は、管状部材12の外周に管状に設置した。軸方向において管状部材12の音波の入射側の端面と消音器22との間の距離は100mmとした。消音器22の開口部32は管状部材の周面方向にスリット状に配置した。開口部32の幅は15mmとした。空洞部30の軸方向の長さは60mm、軸方向に垂直な方向の幅は33mmとした。
図91に示すように、軸方向に平行なある断面で見た際に、空洞部30内を9分割し、9分割した領域p1〜p9の各領域に流れ抵抗13000[Pa・s/m2]の吸音材24が配置されるものとして、シミュレーションを行った。p1が開口部32に最も近い領域であり、p2およびp3は、半径方向においてp1よりも開口部32から遠い領域である。また、p4およびp7は、軸方向においてp1よりも開口部32から遠い領域である。p5およびp8は、軸方向においてp2よりも開口部32から遠い領域である。p6およびp9は、軸方向においてp3よりも開口部32から遠い領域である。
また、図93には、p1〜p9の各領域に吸音材を配置した場合の、500Hzバンドの透過損失を表すグラフを示す。500Hzバンドの透過損失は、354Hz以上707Hz以下の周波数での透過損失の平均値を求めたものである。
図95には、pz1〜pz3の各領域に吸音材を配置した場合の、500Hzバンドの透過損失を表すグラフを示す。
図97には、ph1〜ph3の各領域に吸音材を配置した場合の、500Hzバンドの透過損失を表すグラフを示す。
図98に示す消音システムにおいては、消音器22の空洞部30を構成する壁面の、開口部32を有する面と対面する面に第2空洞部38を有する。管状部材12内に生じる第一共鳴の音場空間に接続しない位置に、空洞部30と連通する第2開口部38を有する構成とすることで、空洞部30内の音響インピーダンスが低くなるため、音波が空洞部30内に浸入しやすくなる。これによって、空洞部30内で音エネルギーが熱エネルギーに変換されやすくなり、防音性能をより向上できる。また、空洞部30の体積を大きくすることなく空洞部30内の音響インピーダンスを低くすることができるので、消音器を小型化することができる。
図100は、本発明の消音システムの他の一例の模式的断面図である。また、図101は、図100のD−D線断面図である。
図100および図101に示すように、浸入防止板34は、管状部材12内の鉛直方向の下方に、管状部材12の径方向に立設している板状の部材である。
浸入防止板34の鉛直方向の高さは、5mm以上40mm以下が好ましい。
図102は、本発明の消音システムの他の一例の模式的断面図である。また、図103は、図102のE−E線断面図である。
図102および図103に示すように、消音器22の開口部32の鉛直方向の下側の領域を蓋部36で塞ぐ構成とすることによって、外部から管状部材12内に浸入した雨水が消音器22の空洞部30に浸入するのを防止できる。
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、多孔質金属箔(多孔質アルミニウム箔等)、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。
なお、多孔質フィルム、多孔質金属箔、不織布、織布を用いた場合には、それらが有する貫通孔部によって吸音効果を得ることができる。すなわち、これらは音エネルギーを熱エネルギーに変換する変換機構としても機能する。
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77に示すように、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78に示すように、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。
しかしながら、折れ曲がり部を曲面にしたり、折れ曲がり部に整流板を設けた場合には、通気性が向上するものの、音波の透過率も高くなってしまう。
密度の小さい不織布としては、株式会社巴川製紙所:ステンレス繊維シート(トミーファイレックSS)、通常のティッシュペーパーなどが挙げられる。厚みと密度の小さい膜としては、市販の各種ラップフィルム、シリコーンゴムフィルム、金属箔などが挙げられる。
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、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。壁の厚みは300mmとし、管状部材の直径は100mm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41に示す。
図41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460Hz、第二共鳴周波数は950Hz、第三共鳴周波数は1470Hz、第四共鳴周波数は2000Hzである。
次に、実施例1として、図42に示すように、管状部材12の外周面に消音器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。
消音器22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(図24参照)。また、消音器22の空洞部30内には吸音材24が配置される構成とした。
空洞部30の深さLdは60mm、幅Lwは10mmとし、軸方向の開口部32の幅は10mmとし、管状部材12の肉厚は3mmとし、開口部32の面積S1と空洞部30の内壁の表面積Sdとの割合S1/Sdは7.4%とし、軸方向における開口部32の中心位置は、音源側の端面から150mmの位置とした。
また、吸音材24は、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13000[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13000[Pa・s/m2]としてシミュレーションを行った。
結果を図43に示す。なお、図43には参考例として深さLdが0mmの場合、すなわち、消音器22を配置しない場合の結果も示した。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43に示すように、実施例1は、参考例と比較して、特に、第一共鳴周波数および第三共鳴周波数近傍において透過音圧が選択的に低くなっており、これらの周波数帯での防音性能が高いことがわかる。これは本発明の消音システムにおける吸音の効果が、管状部材の共鳴現象によって管状部材内部の音圧が高くなればなるほど高くなるためである。
次に、比較例1として、図44に示すように、管状部材12の外周面に消音器122を配置した構成についてシミュレーションを行なった。消音器122は空洞部130の深さLdは10mm、幅Lwは60mm、開口部の幅は60mm、面積割合S1/Sdは76.3%とし、それ以外は、実施例1の構成と同様の構成である。この構成は、空洞の体積は実施例1と同じであるにもかかわらず、開口部の面積が異なるため、吸音効果が異なる例である。
結果を図45に示す。なお、図45には参考例として開口部の幅が0mmの場合、すなわち、消音器122を配置しない場合の結果も示した。
図45に示すように、比較例1は、参考例と比較すると、広い周波数帯域で、特に800Hz以上の高周波帯域で透過音圧が低くなっている。しかしながら、実施例1と比較すると、共鳴音の透過音圧を選択的に低くすることはなく、第一共振周波数近傍の低周波側での防音性能が十分でないことがわかる。
同様に、上記比較例1において、開口部の幅を種々変更してシミュレーションを行なった結果を図47に示す。
さらに、図48には、垂直筒型の消音器を用いた以外は実施例1と同様にして、空洞部30の深さLdを種々変更してシミュレーションを行なった結果を示す。空洞部30の幅Lw(開口部32の幅)は10mmとした。
なお、吸音材は、空洞部の大きさに合わせて変更した。また、開口部の中心位置は、管状部材の中央で固定した。また、図46〜図48では、比較のため各周波数に対するλ/4の値も太線で記した。
図46から空洞部の深さLdによって消音の効果が異なっており、低周波側でも高い消音効果を得られることがわかる。開口部が中央に配置されているため、中央部に音圧が高い第一共鳴音と第三共鳴音が急激に吸音されている。また、必要とする長さはλ/4よりも短く、その特異性が明確である。また、図48から垂直筒型の場合も同様に、空洞部の深さLdによって消音の効果が異なっており、低周波側でも高い消音効果を得られることがわかる。開口部が中央に配置されているため、中央部に音圧が高い第一共鳴音と第三共鳴音が急激に吸音されている。また、必要とする長さはλ/4よりも短く、その特異性が明確である。
一方、図47から、単に吸音材を配置する構成では、共鳴音の吸音にはλ/4程度の長さが必要であることがわかり、この場合、低周波側での防音性能を高めることが難しいことがわかる。
結果を図49に示す。なお、第一共鳴周波数の波長λの1/4は約170mmである。
図49からわかるように、本発明の実施例1では、λ/4よりも短い深さにおいて、透過損失がピークとなる。一方、比較例1では開口部の幅が長くなるほど透過損失が高くなる。これは、吸音材の音波に接する表面積、および体積に依存した特性である。音波に接する表面積を大きくするという一般的な使用方法で吸音材を使用した場合、このような特性になる。
次に、消音器22の開口部32の位置についてシミュレーションを行なった結果について説明する。
図50及び図51に示すように、消音器22の開口部32の位置を管状部材の軸方向に種々変更して、透過音圧を算出した。図50のように、開口部32の中心が管状部材の軸方向中心位置にある場合を基準(位置0mm)とした。開口部32の位置以外は実施例1と同様である。図50に示すように、開口部32を中央に配置した構成を実施例2とし、図51に示すように、開口部32を一方の端面近傍に配置した構成(位置140mm)を実施例3とする。
開口部の位置と周波数と透過音圧との関係を表すグラフを図52に示し、実施例2および3の周波数と透過音圧との関係を表すグラフを図53に示す。また、図53には、消音器を配置しない場合を参考例として示す。
このように、消音器22の開口部32の位置によって消音するモードを制御することができる。
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54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54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55および図56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、(1.25−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<5.6が好ましく、(1.32−log((0.1×Ld)))/0.24<log(σ1)<5.2がより好ましく、(1.39−log((0.1×Ld)))/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、logは常用対数である。
次に、軸方向に消音器22を複数配置した場合について、シミュレーションを行なった結果について説明する。
消音システムの構成は、図27に示すような、軸方向に管状部材12の中央位置(端面から150mmの位置)に開口部32aを有する消音器22aと、端部近傍(端面から25mmの位置)に開口部32bを有する消音器22bとを有する構成とした。
壁の厚みは300mmとし、管状部材の直径は100mmとした。
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とした。消音器22aの空洞部30aの深さLdは80mm、幅Lwは10mm、開口部32aの幅Loは10mm、面積割合S1/Sdは5.5%とした。消音器22bの空洞部30bの深さLdは50mm、幅Lwは10mm、開口部32bの幅Loは10mm、面積割合S1/Sdは8.9%とした。
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。吸音材24の流れ抵抗は13000[Pa・s/m2]とした。
このような消音システムのモデルを用いて周波数と透過音圧との関係を算出した。結果を図57に示す。なお、図57には、参考例として消音器が無い場合と、軸方向に消音器を1つ有する構成として実施例1の結果も示した。
次に、消音システムを作製して防音性能を評価した結果について説明する。
まず、リファレンスとして、図58に示すような簡易小型防音室を用いて、消音器を配置しない場合の透過音圧の測定を行なった。
図58に示す簡易小型防音室は、5面を吸音ウレタンフォームW3(厚み100mm、富士ゴム産業株式会社製 U00F2)で囲まれ、残りの1面を、吸音ウレタンフォームW2(吸音ウレタンフォームW3(富士ゴム産業株式会社製 U00F2)を2枚、合計厚み205mm)の両面に厚み5mmのアクリル板W1を配置した壁部材で囲まれている。また、5面の吸音ウレタンフォームW3のうち、左右面に配置される3面の内側の面には、波型の吸音ウレタンフォームW4(最大厚み35mm、富士ゴム産業株式会社製 U00F6)を配置した。防音室内の大きさは、400mm×500mm×500mmとした。
吸音ウレタンフォームW2と2枚のアクリル板W1とを有する壁部材には、壁部材を貫通して、内径10cmの塩化ビニル製の通気スリーブ(管状部材)12を設置した。
通気スリーブ12の防音室内の端面にはカバー部材18として横ガラリ(株式会社ユニックス製 SG−CB)を取り付け、通気スリーブ12の外側の端面には風量調整部材20としてレジスター(株式会社ユニックス製 KRP−BWF)を取り付けた。
実施例5として、図59に示すように、通気スリーブ12内に、消音器22を設置して、レジスター20を全開にして上記と同様に音圧を測定して、音圧のデータに対してフーリエ変換を行い周波数スペクトルを算出し、バックグラウンドデータとの差分を求めて透過音圧のデータとした。
結果を図60に示す。
なお、実施例5の消音器22は、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(図24参照)。また、消音器22の空洞部30内には吸音材24が配置される構成とした。
空洞部30の深さLdは80mm、幅Lwは14mmとし、軸方向の開口部32の幅は15mmとし、面積割合S1/Sdは8.3%とし、軸方向における開口部32の中心位置は、音源側の端面から113mmの位置とした。また、吸音材24は、豆炭あんか交換用ロックウール(ミツウロコ社製)を用いた。この吸音材24の流れ抵抗は40000[Pa・s/m2]で、空洞部30の全域に充填されるものとした。
比較例2として、消音器22に代えて、ポリエチレン製の防音スリーブ(株式会社新協和製 SK−BO75)を通気スリーブ12内に配置した以外は実施例4と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図61に示す。
比較例3として、消音器22に代えて、共鳴型の消音器であるサイレントスリーブP(株式会社建友製 HMS100K)を通気スリーブ12内に配置した以外は実施例4と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図62に示す。
実施例6として、通気スリーブ12が設置される吸音ウレタンフォームW2の厚みを265mmとし、通気スリーブ12の長さを変更した以外は、実施例5と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図63に示す。
消音器22に代えて、共鳴型の消音器であるサイレントスリーブP(株式会社建友製 HMS100K)を通気スリーブ12内に配置した以外は実施例6と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図64に示す。
一方、図62と図64との対比から、共鳴型の消音器では、通気スリーブの第一共鳴周波数が異なると、防音性能が低下してしまい、汎用性が低いことがわかる。
実施例7として、通気スリーブ12に、消音器22aおよび消音器22bを軸方向に並べて設置して、レジスター20を全開にして上記と同様に音圧を測定して、音圧のデータに対してフーリエ変換を行い周波数スペクトルを算出し、バックグラウンドデータとの差分を求めて透過音圧のデータとした。
結果を図65および図66に示す。図66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ものである。オクターブバンド周波数が500Hzのものは354Hz以上707Hz未満未満の周波数での透過損失の平均値を求めたものであり、1000Hzのものは707Hz以上1414Hz未満の周波数での透過損失の平均値を求めたものであり、2000Hzのものは1414Hz以上2829Hz未満の周波数での透過損失の平均値を求めたものである。また、図65および図66には実施例5の結果も示している。
消音器22aの空洞部30aの深さLdは40mm、幅Lwは14mmとし、軸方向の開口部32aの幅Loは14mmとし、面積割合S1/Sdは15.7%とし、軸方向における開口部32aの中心位置は、音源側の端面から113mmの位置とした。消音器22bの空洞部30bの深さLdは60mm、幅Lwは14mmとし、軸方向の開口部32bの幅Loは15mmとし、面積割合S1/Sdは11.4%とし、軸方向における開口部32bの中心位置は、音源側の端面から156mmの位置とした。
また、吸音材24は、豆炭あんか 交換用ロックウール(ミツウロコ社製)を用いた。この吸音材24の流れ抵抗は40000[Pa・s/m2]で、空洞部30の全域に充填されるものとした。
次に、市販の防音部材と組み合わせた消音システムを作製して防音性能を評価した結果について説明する。
性能評価には、図79に示すような簡易小型防音室を用いた。
また、5面の吸音ウレタンフォームW3のうち、左右面に配置される3面の内側の面には、波型の吸音ウレタンフォームW4(最大厚み35mm、富士ゴム産業株式会社製 U00F6)が配置されている。防音室内の大きさは、800mm×800mm×900mmとした。
アルミニウム板W5、グラスウールW6およびアクリル板W1からなる壁部材には、壁部材を貫通して、内径100mm、長さ100mmの塩化ビニル製の通気スリーブ(管状部材)12を設置した。また、化粧板(アクリル板W1)には、通気スリーブの軸方向から見た際に、通気スリーブと同じ位置に100mmの開口を設けた。
なお、アクリル板W1およびアルミニウム板W5は端部を30mm角のアルミニウム製のフレームFrに固定して支持した。
消音器22aの空洞部30の深さLdは41mm、幅Lwは16mmとし、軸方向の開口部32の幅は12mmとし、面積割合S1/Sdは11.6%とした。消音器22bの空洞部30bの深さLdは60mm、幅Lwは15mmとし、軸方向の開口部32bの幅は12.5mmとし、面積割合S1/Sdは8.6%とした。また、吸音材24は、シンサレート(3M社製)を用いた。この吸音材24の流れ抵抗は27000[Pa・s/m2]で、空洞部30の全域に充填されるものとした。
結果を図80に示す。
また、この消音装置14の開口率は、通気スリーブ12の内径に対して88%である。
比較例5として、消音装置14に代えて、内挿型消音器として、ポリエチレン製の防音スリーブ(株式会社新協和製 SK−BO100)を通気スリーブ12内に配置した以外は実施例8と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図81に示す。
また、この防音スリーブの開口率は、通気スリーブ12の内径に対して35.7%である。
実施例9として、さらに、ポリエチレン製の防音スリーブ(株式会社新協和製 SK−BO100)を通気スリーブ12内に配置した以外は実施例8と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図82に示す。
また、図83には、実施例8、9および比較例5の周波数帯域(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。オクターブバンド周波数が500Hzのものは354Hz以上707Hz未満の周波数での透過損失の平均値を求めたものであり、1000Hzのものは707Hz以上1414Hz未満の周波数での透過損失の平均値を求めたものである。
比較例6として、消音装置14に代えて、防音フード(株式会社ユニックス製 SSFW−A10M)を通気スリーブ12の防音室内側の端部に配置した以外は実施例8と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図84に示す。
また、この防音フードの開口率は、通気スリーブ12の内径に対して50.2%である。
実施例10として、さらに、防音フード(株式会社ユニックス製 SSFW−A10M)を通気スリーブ12の防音室内側の端部に配置した以外は実施例8と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図85に示す。
また、図86には、実施例8、10および比較例6の周波数帯域(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。
実施例11として、さらに、ポリエチレン製の防音スリーブ(株式会社新協和製 SK−BO100)を通気スリーブ12内に配置し、防音フード(株式会社ユニックス製 SSFW−A10M)を通気スリーブ12の防音室内側の端部に配置した以外は実施例8と同様にして透過音圧を求めた。
結果を図87に示す。
また、図88には、実施例8、11、比較例5、6の周波数帯域(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。
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
21、22、22a、22b、23 消音器
24、24a〜24e 吸音材
26 挿入部
30、30a、30b 空洞部
32、32a、32b 開口部
34 浸入防止板
36 蓋部
38 第2開口部
40 化粧板
42 境界カバー
44 非通気フィルム
46 膜状部材
50 内挿型消音器
52 防音フード
54 仕切り部材
60 音響透過壁
Claims (30)
- 壁を貫通して設置された通気スリーブに、前記通気スリーブ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、前記通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数を含む周波数の音を消音するものであり、
前記消音装置は、
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し、前記壁の一方の端面側に配置される1以上の消音器と、
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配置される吸音材と、を備え、
前記消音器の前記開口部は、前記通気スリーブの中心軸側を向いて配置されており、
前記消音器の開口部の面積をS1、前記空洞部の内壁の表面積をSdとすると、面積Sdに対する面積S1の割合S1/Sdは、0<S1/Sd<40%を満たし、
前記消音装置を含む前記消音システムにおける前記通気スリーブ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、0.011×λ<Ld<0.25×λを満たし、
前記消音器は、前記通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数の音に対して共鳴せず、第一共鳴の周波数の音を前記消音器単体の共鳴によって消音するものではなく、前記吸音材によって消音するものである消音システム。 - 前記通気スリーブ内に生じる第一共鳴の周波数をF0とし、前記消音器の共鳴周波数をF1とすると、1.15×F0<F1を満たす請求項1に記載の消音システム。
- 前記通気スリーブ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または2に記載の消音システム。
- 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1〜3のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.32−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<5.2を満たす請求項1〜4のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記吸音材の流れ抵抗σ1は、(1.39−log(0.1×Ld))/0.24<log(σ1)<4.7を満たす請求項1〜5のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記壁に平行に設けられた化粧板を有し、
前記消音装置は、前記化粧板と前記壁との間に配置される請求項1〜6のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの軸方向に平行な断面において、前記消音器は、前記通気スリーブの軸方向に延在する前記空洞部と、前記通気スリーブの軸方向に平行な前記空洞部の一面の、前記通気スリーブの軸方向の一方の端部側に位置する前記開口部とを有し、
前記通気スリーブの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1〜7のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記消音装置は、複数の前記消音器を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の消音システム。
- 複数の前記消音器の前記開口部は、前記通気スリーブの軸方向の少なくとも2箇所以上の位置に配置されている請求項9に記載の消音システム。
- 前記開口部の位置ごとに、前記消音器の前記空洞部の深さLdが異なる請求項10に記載の消音システム。
- 前記開口部の位置ごとに、前記消音器の前記空洞部内に音響特性の異なる吸音材が配置されている請求項10または11に記載の消音システム。
- 前記消音装置は、前記通気スリーブ内に接続される筒状の挿入部を有し、
前記挿入部は、前記挿入部の中心軸を前記通気スリーブの中心軸に一致させて配置されており、
前記消音器が、前記挿入部の一方の端面に接続されている請求項1〜12のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの中心軸を軸とする円周面における、前記開口部の面積S1は前記空洞部の面積S0よりも小さい請求項1〜13のいずれか一項に記載の消音システム。
- 2以上の前記消音器を有し、
各前記消音器の前記開口部は、前記通気スリーブの中心軸に対して回転対称に配置されている請求項1〜14のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの室内側の端部に設置されている請求項1〜15のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記通気スリーブの軸方向に垂直な断面において、前記通気スリーブの実効外径D0と、前記消音器の実効外径D1とは、D1<D0+2×(0.045×λ+5mm)を満たす請求項1〜16のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記消音装置が前記通気スリーブに着脱が可能である請求項1〜17のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記消音装置の前記消音器が分離可能である請求項1〜18のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記消音装置が難燃材料より耐熱性の高い材料からなる請求項1〜19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、前記通気スリーブの内周面の周方向に沿ってスリット状に形成されている請求項1〜20のいずれか一項に記載の消音システム。
- 前記消音装置の前記通気スリーブとは反対側に設置されるカバー部材、または、風量調整部材を有し、
前記通気スリーブの軸方向から見た際に、前記カバー部材、または、前記風量調整部材が前記消音装置を覆っている請求項1〜21のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブのいずれか一方の端部に設置されるカバー部材と、
前記通気スリーブ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通気スリーブ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1〜22のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記壁に平行に設けられた化粧板を有し、
前記壁と前記化粧板との間の空間を含む、前記壁と前記化粧板との合計厚みが、175mm〜400mmである請求項1〜23のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの軸方向において、前記消音器は、前記壁と、前記壁から離間して配置される化粧板との間に、一部が前記化粧板に形成された貫通孔に挿通されて配置されており、
前記通気スリーブの軸方向から見た際に、前記化粧板と前記消音器との境界を覆う境界カバーを有する請求項1〜24のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの軸方向において、前記消音器は、前記通気スリーブの一方の端部に配置され、
さらに、前記通気スリーブ内に配置される防音部材を有する請求項1〜25のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記通気スリーブの軸方向において、前記消音器は、前記通気スリーブの一方の端部に配置され、
さらに、前記通気スリーブの他方の端部に配置される防音部材を有する請求項1〜26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の幅Lwは、
5.5mm≦Lw≦300mm
を満たす請求項1〜27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の深さLdは、
25.3mm≦Ld≦175mm
を満たす請求項1〜28のいずれか一項に記載の消音システム。 - 前記空洞部内に複数の前記吸音材が配置されている請求項1〜29のいずれか一項に記載の消音システム。
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