JPH09212176A - 消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】消費電力の低減を図りつつ、広い周波数領域に
おける騒音抑制効果を確保するのに有利な消音装置を提
供すること。 【解決手段】騒音源から発生する騒音に対してずらした
位相をもつキャンセル音波を発生させて干渉させ、騒音
の抑制を図る消音装置である。騒音源である排気管１に
対して略対称位置に複数個のスピーカ３３、４３を設
け、一方のスピーカ４３の背面側にヘルムホルツ共鳴器
７を設け、共鳴器７の共鳴周波数を低域に設定する。周
波数が低域の騒音を共鳴器７のキャンセル音波で抑制
し、低域を越える周波数をもつ騒音をスピーカ３３、４
３からのキャンセル音波で抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャンセル音波によ
る打ち消し作用で騒音を抑制する消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】消音装置として、図４に示す様に、排気
管１００の出口１００ａ側に箱体２００を設け、出口１
００ａに対して略対称位置に２個のスピーカ３００、４
００を箱体２００内に設け、これにより排気管１００の
出口１００ａからの排気騒音Ｋ１に対して逆相となるキ
ャンセル音波Ｋ２、Ｋ３をスピーカ３００、４００から
発生させ、音波の干渉を利用して排気騒音を打ち消し、
これにより排気騒音の抑制を図るものが知られている
（特開平５−４６１８９号公報）。

【０００３】なお排気騒音Ｋ１、キャンセル音波Ｋ２、
Ｋ３は出口１００ａや箱体２００の出口を出ると、広が
るため、音波の干渉性は良好に確保される。このもので
は、スピーカ３００、４００の背面側の空間２００ｅは
密閉されており、外気と遮断されている。この消音装置
によれば、２個のスピーカ３００、４００が排気管１０
０の出口１００ａに対して略対称位置に設けられている
ので、消音効果の偏りを軽減するのに有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで一般的にはス
ピーカでは、低域の音波を効率良く生成するには振動体
の振幅を確保する必要があることから、スピーカの大型
化が好ましい。しかし設置スペースが大型化するため、
小型化が要請される機器、例えば車載用として用いるに
は不利である。そのため上記した消音装置によれば、ス
ピーカ３００、４００の小型化を図れば、低域でのキャ
ンセル音波の生成効率が低下する。故に上記した消音装
置では低域の排気騒音の抑制には不利である。

【０００５】更に上記した消音装置によれば、スピーカ
３００、４００の背面側の空間２００ｅは密閉されてお
り、背面側の空気スティフネスが増加し、スピーカ３０
０、４００の振動板の動きが制約され、ひいては振動板
の振幅が制約される。この意味においても、低域でのキ
ャンセル音波の生成効率が低下し、排気騒音の抑制効果
は必ずしも充分ではない。

【０００６】低域でのキャンセル音波の生成効率を高め
るには、振動体の振幅を確保すべくスピーカ３００、４
００に大電力を投入すれば良いが、消費電力の面で不利
となる。本発明は上記した消音装置を更に技術的に進め
たものであり、消費電力の低減を図りつつ、広い周波数
領域における騒音抑制効果を確保するのに有利な消音装
置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る消音装置
は、騒音源から発生する騒音に対して逆相となるキャン
セル音波を発生させて騒音の抑制を図る消音装置であっ
て、騒音源に対して略対称位置に複数個のスピーカを設
け、いずれか一方の該スピーカの背面側にヘルムホルツ
共鳴器を設け、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を低域
に設定し、周波数が低域の騒音をヘルムホルツ共鳴器の
キャンセル音波で抑制し、低域を越える周波数をもつ騒
音を複数個のスピーカからのキャンセル音波で抑制する
様にしたことを特徴とするものである。

【０００８】低域の騒音とは、騒音のうち、相対的に低
域の周波数をもつ騒音成分を意味する。

【０００９】

【発明の作用及び効果】周波数が低域の騒音について
は、ヘルムホルツ共鳴器のキャンセル音波で干渉され、
抑制される。低域を越える周波数をもつ騒音について
は、複数個のスピーカからのキャンセル音波で干渉さ
れ、抑制される。従って本発明に係る消音装置によれ
ば、広い周波数領域における騒音抑制効果を確保するの
有利である。

【００１０】更に本発明に係る消音装置によれば、前述
の様にヘルムホルツ共鳴器のキャンセル音波により、周
波数が低域の騒音が抑制されるため、スピーカ自体は周
波数低域の騒音に対して抑制効果を基本的には受け持た
ずとも良い。従ってスピーカ自体は、低域を越える周波
数をもつ騒音、即ち中域や高域の騒音に対して騒音抑制
効果を持てば良い。故に、スピーカの小型化、消費電力
の低減に有利である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照し
つつ説明する。本実施形態は、内燃機関の排気騒音に対
してキャンセル音波を干渉させて打ち消し合わせ、これ
により排気騒音を抑制するものである。図１は、本実施
形態に係る消音装置の原理を示す構成図である。図２は
主要部の模式的側面図である。

【００１２】内燃機関では、排気騒音がマフラー１０を
経て排気管１の出口１ｃから生じる。従って排気管１の
出口１ｃは騒音源として機能する。図３はマフラー１０
通過後の排気騒音の周波数と音圧との関係を示すグラフ
である。図３の特性線Ｈから理解できる様に、排気騒音
によれば、排気騒音の周波数が低域のときには音圧が大
きく、排気騒音の周波数が高くなるにつれて音圧が低く
なる傾向がある。

【００１３】本実施形態によれば、図１に示す様に、排
気管１の出口１ｃの中心軸線Ｐに対して略対称位置に、
第１スピーカユニット３及び第２スピーカユニット４が
設けられている。第１スピーカユニット３は、外方に向
かう開口３０ｃを備えた小室３０及び大室３１とからな
る箱体３２と、箱体３２の大室３１に配置された第１ス
ピーカ３３とを備えている。第１スピーカ３３は、キャ
ンセル音波を発生させるコーンからなる第１振動板３４
と、電磁力で第１振動板３４を振動させる第１駆動源と
しての第１ボイスコイル３５とを備えている。

【００１４】第２スピーカユニット４は、外方に向かう
開口４０ｃを備えた小室４０及び大室４１とからなる箱
体４２と、箱体４２の大室４１に配置された第２スピー
カ４３とを備えている。第２スピーカ４３は、キャンセ
ル音波を発生させるコーンからなる第２振動板４４と、
電磁力で第２振動板４４を振動させる第２駆動源として
の第２ボイスコイル４５とを備えている。

【００１５】なお前述の様に第１スピーカユニット３及
び第２スピーカユニット４が排気管１の出口１ｃに対し
て略対称位置に設けられているため、図２から理解でき
る様に、排気管１の出口１ｃの中心軸線Ｐを中心とする
仮想円Ｍ上に、開口４０ｃ及び開口３０ｃはそれぞれ位
置している。制御装置６は第１スピーカ３３及び第２ス
ピーカ４３の駆動を制御するものである。排気脈動検知
センサ６１からの信号は、信号線６１ｘを介して制御装
置６の適応フィルタ６０に入力され、適応フィルタ６０
でスピーカ駆動信号が生成され、その信号がＤ／Ａ変換
器６２、アンプ６３を経て第２スピーカ４３に入力さ
れ、第２スピーカ４３が駆動される。排気脈動検知セン
サ６１からの信号は、適応フィルタ６０に入力され、適
応フィルタ６０でスピーカ駆動信号が生成され、、特性
変更フィルタ６６、Ｄ／Ａ変換器６７、アンプ６８を経
て第１スピーカ３３に入力され、第１スピーカ３３が駆
動される。

【００１６】排気管１の出口１ｃから所定距離離れて配
設され、排気騒音を検知する排気騒音検知センサ６９か
らの検知信号は、信号線６９ｐを介して適応フィルタ６
０に入力され、この検知信号に基づいて、適応フィルタ
６０で生成されるスピーカ駆動信号に修正が加えられ
る。本実施形態では第２スピーカユニット４には共鳴器
７が設けられている。共鳴器７はヘルムホルツ共鳴器を
構成するものであり、第２スピーカユニット４の大室４
１において第２スピーカ４３の後方に位置する背室７０
と、背室７０に連通する出力管７２とを備えている。出
力管７２の先端の開口７２ｃは外方に向かっている。

【００１７】ヘルムホルツ共鳴器によれば、その共鳴周
波数は基本的には（Ｃ／２π）×｛（Ｓ／（Ｌ・Ｖ）｝
^1/2 〔Ｈｚ〕として示される。ここでＣは音速、Ｓは出
力管７２の通路の横断面積、Ｌは出力管７２の中心軸線
の長さ、Ｖは背室７０の容積を意味する。本実施形態で
は、共鳴器７の共鳴周波数が低域の周波数ｆ_a （例えば
１００〔Ｈｚ〕になる様に、共鳴器７におけるＳ、Ｖ、
Ｌ等の各値が適宜設定されている。

【００１８】この様に第２スピーカユニット４には共鳴
器７が設けられており、従って低域の排気騒音を抑制す
る場合には、第２スピーカユニット４の第２スピーカ４
３が駆動する。なお低域の音波の生成を考慮して、第２
スピーカ４３は第１スピーカ３３よりもサイズが少々大
きくされている。本実施形態によれば、排気脈動検知セ
ンサ６１が検知した排気騒音の周波数が低域であるｆ_a
付近であれば、制御装置６は第２スピーカ４３を駆動さ
せ、第２スピーカ４３の駆動に基づいて、その低域の共
鳴周波数付近で共鳴が生じ、共鳴器７の出力管７２の出
口７２ｃから低域のキャンセル音波が放出される。よっ
てキャンセル音波と排気騒音とが干渉して打ち消し合
い、排気騒音が抑制される。この場合には、第１スピー
カ３３からキャンセル音波は放出されない。

【００１９】ところで音波の周波数が低域である場合に
は、波長（＝音速／周波数）が長くなる。そのため共鳴
器７の出力管７２の出口７２ｃと排気管１の出口１ｃと
間に多少の距離があっても、その距離よりも波長の方が
はるかに大きいので、排気管１の出口１ｃから発生する
低域付近の排気騒音Ｋ１と、共鳴器７の出力管７２の出
口７２ｃから出される低域付近のキャンセル音波Ｋ５と
の干渉性は確保される。

【００２０】例えば音波の周波数が上記した１００〔Ｈ
ｚ〕付近である場合には、波長（＝音速／周波数）が一
般的には３〜４ｍ程度となり、共鳴器７の出力管７２の
出口７２ｃと排気管１の出口１ｃとの間に多少の距離が
あっても、波長の方がはるかに大きいので、排気騒音に
対する干渉性は確保される。本実施形態の様に共鳴器７
の出力管７２の出口７２ｃが１個であっても、排気騒音
に対する干渉性は確保される。

【００２１】しかしながら音波の周波数が高くなると波
長が短くなり、共鳴器７の出力管７２の出口７２ｃと排
気管１の出口１ｃとの間の距離の影響が大きくなり、排
気管１の出口１ｃから発生する排気騒音Ｋ１と、共鳴器
７の出力管７２の出口７２ｃから出されるキャンセル音
波Ｋ５との干渉性は低下する傾向にある。そのため本実
施形態によれば、低域を越える周波数、即ち中域以上の
周波数をもつ排気騒音Ｋ１に対しては、第１スピーカ３
３から中域以上のキャンセル音波Ｋ７を放出すると共
に、第２スピーカ４３からも中域以上のキャンセル音波
を放出し、これらのキャンセル音波を排気騒音と干渉さ
せ、これにより中域以上の排気騒音を抑制する。

【００２２】具体的には排気脈動検知センサ６１が検知
した排気騒音の周波数がｆ_b （図３参照）を越えたとき
には、制御装置６は第１スピーカ３３、第２スピーカ４
３を駆動させ、第１スピーカ３３、第２スピーカ４３か
ら、同位相のキャンセル音波を放出する。この場合に
は、共鳴器７で規定されている低域の共鳴周波数とはか
なり相違するため、基本的には、共鳴器７による共鳴は
生じない。

【００２３】ところで前述した様に排気騒音との干渉性
を確保するには、第２スピーカ４３からのキャンセル音
波と第１スピーカ３３からのキャンセル音波とは同位
相、等圧とすることが好ましい。しかし前述した様に第
２スピーカ４３は第１スピーカ３３よりも多少サイズが
大きい。そこで本実施形態によれば、特性変更フィルタ
６６により、第２スピーカ４３からのキャンセル音波と
第１スピーカ３３からのキャンセル音波とが実質的に同
位相、等圧となる様に設定している。

【００２４】上記の様に本実施形態によれは、第１スピ
ーカ３３は、周波数が中域以上の排気騒音に対する干渉
を受け持てば良い。故に第１スピーカ３３は小型で済
み、車載用として適する。 （他の実施形態）上記した実施形態によれば、内燃機関
の排気管１から放出される排気騒音に適用しているが、
内燃機関の排気騒音に限られるものではない。更に内燃
機関に限らず、他の騒音機器の騒音抑制にも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る消音装置の原理を示す構成図で
ある。

【図２】実施形態に係る消音装置の排気管付近を模式的
に示す構成図である。

【図３】マフラー通過後の排気騒音の周波数と音圧との
関係を示すグラフである。

【図４】従来技術に係る消音装置の原理を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

図中、１は排気管（騒音源）、３は第１スピーカユニッ
ト、３３は第１スピーカ、４は第２スピーカユニット、
４３は第２スピーカ、６は制御装置、７は共鳴器、７０
は背室、７２は出力管を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】騒音源から発生する騒音に対して逆相とな
   るキャンセル音波を発生させて騒音の抑制を図る消音装
   置であって、 騒音源に対して略対称位置に複数個のスピーカを設け、
   いずれか一方の該スピーカの背面側にヘルムホルツ共鳴
   器を設け、該ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を低域に
   設定し、 周波数が低域の騒音を該ヘルムホルツ共鳴器のキャンセ
   ル音波で抑制し、低域を越える周波数をもつ騒音を複数
   個の該スピーカからのキャンセル音波で抑制する様にし
   たことを特徴とする消音装置。