JPH0922291A

JPH0922291A - 能動騒音制御装置

Info

Publication number: JPH0922291A
Application number: JP7169920A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hoshino; 勉星野; Tadashi Ohashi; 正大橋; Toshiro Oga; 寿郎大賀
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】小径のダクト内を流れる高速な気流騒音に対し
て、特にダクト出口部形状に着目し出口部で急に吹き出
し口が曲がっている場合でも、その曲がり部分で発生す
る局所的な騒音を抑えることのできる能動騒音制御装置
を提供する。【構成】ダクト内を流れる高速な気流騒音に対して、特
にダクト出口部で急に吹き出し口が曲がって、断面積変
化があったり、管内オリフィスがあったとしても、その
曲がり部を通る風量を、上流の消去用スピ−カ以降と曲
がり部の間に造った開口部に風を流すことで制限し、曲
がり部分で発生する局所的な騒音を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は能動騒音制御装置に関
し、特に空調ダクト、冷却用ダクト等の空気を通すダク
トで発生する騒音を低減する能動騒音制御(ANC:Active
Noise Control)装置に関するものである。

【０００１】近年、労働環境の改善などが望まれており
冷暖房完備のオフィスはもとより、ＯＡ化の進んだオフ
ィス空間が一般的になってきている。これに伴い従来で
は目立たなかった空調やダクトの気流騒音が問題になり
始めており、その解決が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空調ダクトや冷却用ダクト等
の気流騒音については、オフィス内壁に吸音材を貼り、
吸音処理することで騒音を低減していたが、特に低域の
騒音を十分に吸音させるには、一般的な目安として吸音
させるべき騒音の波長の１／４の厚さの吸音材が必要な
ため、非常に大規模なものとなってしまうとともに気流
抵抗を生み吸排気効率が悪くなるという欠点があった。

【０００３】このため、既に適応フィルタを用いた能動
騒音制御装置が１９８０年代の終わり頃から空調ダクト
騒音に適用され始めた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような空調ダクト
の場合は比較的大きな室内に適用することが普通であっ
たので、ダクト自体の形状を始め、排気の吹き出し口等
はストレート形状に出来、能動騒音制御装置を適用する
上で制御を困難にさせる要因は余り無かった。

【０００５】しかしながら、能動騒音制御装置の適用範
囲をより狭い分野、例えば個人の家の個室に設置された
空調ダクトやＯＡ機器の内部冷却用ダクト等にまで広げ
ようとすると、ダクト部分はストレート型であっても、
出口部で急に吹き出し口が曲がっていたりした場合、気
流を抵抗無しに流すことが不可能となる結果、或る風速
以上では曲がり部分で発生する局所的な騒音の為に能動
騒音制御装置の効果が無くなってしまう。

【０００６】一方、送風機を用いて比較的ダクト内風速
が速い場合に、発生している騒音をより大きく低減させ
るように適用した能動騒音制御装置の例は下記の文献に
おいて報告されている。電子情報通信学会電気音響研究会EA88（昭和63年）：
西村、新井「風速１５ m/s・上流軸流ファン・２００mm
角直管ストレート型ダクト」日本音響学会秋期研究発表会（昭和61年３月) ：西
村、泉山、赤松「風速１０ m/s・軸流ファン・２００mm
角直管ストレート型ダクト」

【０００７】その他の参考文献としては、日本音響学会
春季研究発表会講演論文集・平成４年３月p.p 643-644
「能動騒音制御の性能と流れの音の空間的相関度との関
係」（長安、鈴木））等が挙げられる。

【０００８】しかしながら、これらの文献においても、
全てストレート形状の吹き出し口を持つダクトについて
のみであり、従って、比較的ダクト内風速が速い状態で
発生している騒音へ能動騒音制御装置を適用しようとす
ると、ダクト形状がストレート型に限定され、幅広い分
野への能動騒音制御装置の適用ができなくなってしまう
という問題点があった。

【０００９】そこで本発明は、小径のダクト内を流れる
高速な気流騒音に対して、特にダクト出口部形状に着目
し出口部で急に吹き出し口が曲がっている場合でも、そ
の曲がり部分で発生する局所的な騒音を抑えることがで
き、結果として能動騒音制御が有効となる装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明に係る能動
騒音制御装置の構成を原理的に説明したもので、図中、
電算機や電子機器等の筐体内に設置されている発熱部１
２の冷却用の送風機（ブロア）１はダクト２内の上流部
に設けられており、吸気口３より冷気を導入し発熱部１
２の冷却後、熱気は排気口４に到る。

【００１１】このダクト２は、ストレート部２ａと排気
口４を含むダクト２の出口部２ｂとして排気方向を変え
るための湾曲したベンド９とで構成されている。

【００１２】送風機１による騒音を送風機１の近くに設
置した騒音検出用マイクロホン５によりピックアップ
し、適応フィルタを構成する消去用フィルタ６に入力し
た後、ダクト２の騒音を消去するため最も効果的なスト
レート部２ａの終端部に設けた消音用スピーカ７に出力
する。

【００１３】スピーカ７の前面近くには誤差（騒音消去
状態）検出用マイクロホン８を設け、この出力をやはり
適応フィルタを構成する消去用フィルタ係数演算部１１
まで戻す手段を有している。

【００１４】そして、本発明の特徴部分として、スピー
カ７に対向したダクト２のストレート部２ａの終端部に
別の排気口としての開口部１０が設けられている。

【００１５】上記の出口部２ｂは、流体の方向を変える
形状の代わりに流体の流量を制限する形状を有している
か、或いはダクト断面積を拡大する形状を有していても
よい。

【００１６】さらに、上記の開口部の大きさは、該スピ
ーカの中心位置から該出口部２ｂまでであることが好ま
しい。

【００１７】

【作用】本発明に係る能動騒音制御装置では図１に示す
如く、電算機や電子機器等の筐体内に設置されている発
熱部１２の冷却用の送風機１や空調ダクト２による発生
する騒音（送風機１自体の発生する騒音及び風が流れる
ことにより発生する騒音）を消去するために、それらの
音源を騒音検出用マイクロホン５により取り出し、ＤＳ
Ｐ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）等で実現した
消去用フィルタ６に通した後、スピーカ７によりスピー
カ７前面の騒音波形と同振幅で逆位相の音を発する。

【００１８】そして、誤差検出用マイクロホン８をスピ
ーカ７の近傍に設置し、消去後の消し残り分の誤差情報
を誤差検出用マイクロホン８により消去用フィルタ係数
演算更新部１１に送り、消去用フィルタ６のタップ係数
更新に用いる。

【００１９】ダクト２の出口部２ｂで排気の方向を変え
るために接続されたベンド９において、ダクト２内を流
れる空気の風速が速い場合には気流の速度不均一が生
じ、その結果発生する渦による局所騒音の発生を防ぐた
め、スピーカ７の上部には開口部１０が設けられている
が、この開口部の存在により、ベンド９を流れる風量を
低下させ、結果として局所騒音の発生を防ぐ効果を奏し
ている。この開口部１０はダクト２に窓を開けただけの
構造である。

【００２０】図２に示した様にダクト２内の風速が臨界
レイノルズ数より低い場合、流れが乱れずダクト２の断
面内の風速分布は点線で示すように中心が速く、ダクト
壁面に近づくにつれて風速が低くなる傾向にある。

【００２１】しかし、ダクト２内の風速が速くなった場
合には臨界レイノルズ数を越えてしまうので、その結
果、内部の風の流れが乱れ、ダクト２断面内の風速分布
は矢印で示すように断面内で一様分布となる。

【００２２】その結果、開口部１０程度の小排気口であ
っても、ダクト２内の風は多く流れ出ることになり、ベ
ンド９の部分を通過する風量を減らすのに寄与すること
となる。

【００２３】但し、スピーカ７の対向面を全て開口部１
０にすると、能動騒音制御時にスピーカ７の上流側で発
生する定在波が開口部１０上から外部に漏れることにな
るため、開口部１０の大きさはスピーカ７の中心位置位
までが限度で、その位置より下流に出口部２ｂまでに留
めることが好ましい。

【００２４】

【実施例】図３は本発明に係る能動騒音制御装置の一実
施例を示したもので、特にＯＡ機器の内部冷却部を取り
出して示したものである。

【００２５】この実施例では、送風機１として最大静圧
６０mmH₂O のブロア２基を用いており、ブロア自体は二
重構造を採る防音箱（発熱部）１２内に設置されてい
る。防音箱１２の遮音特性は−３０dB(A) であるため、
送風機１によって発生させられる騒音の殆どはダクト２
内部を通って排気口４と開口部１０から外部に放射され
る。

【００２６】この開口部１０の寸法例としては、幅１４
０mm×奥行１４０mmである。

【００２７】無響室で実測（測定位置は排気口４の端か
ら１０ｃｍ離れた位置）したところ、送風機１の回転時
に開口部１０に蓋をした状態で排気口４から外へ放射さ
れる騒音と周囲の暗騒音との比は−１５dB(A) 以上であ
った。

【００２８】また、騒音検出用マイクロホン５とスピー
カ７の中心位置との間の距離は、ダクト２内を通る排気
口騒音が外に出るまでに回路系の処理時間が間に合うよ
うに設定したところ３４０mmとなった。

【００２９】能動騒音制御装置を適用させるための騒音
検出用マイクロホン５の位置、及び誤差検出用マイクロ
ホン８の位置は送風機１が動作し気流騒音が発生してい
る状態で、これらのマイクロホン出力同士の相関が最も
高くなる位置を選択し固定した。また、この相関をより
向上させるために金網１３を騒音検出用マイクロホン５
の上流の流れ路に挿入している。

【００３０】また、スピーカ７には、スピーカボックス
１４が取り付けられている。

【００３１】図４は図３に示したダクト２を丁度、騒音
検出用マイクロホン５の設置位置である面Ａ−Ａで切断
したときの断面を示し、図５は面Ｂ−Ｂで切断したとき
の断面を示したものである。

【００３２】いずれの場合も、図示のようにダクト２の
内側には吸音材が貼られており、底面には４０mm厚の吸
音材１５ａが貼られており、底面以外の３面は１０mm厚
の吸音材１５ｂが貼られている。

【００３３】図４の断面では、ダクト内面の極近傍の部
分では風の流れは層流低層になることを期待し騒音検出
用マイクロホン５を４０mm厚吸音材１５ａの内面奥底に
埋め込んで設置している。

【００３４】また図５の断面では、誤差検出用マイクロ
ホン８、スピーカ７、及び開口部１０の設置状態が併せ
て示されており、誤差検出用マイクロホン８も前述の理
由から４０mm厚吸音材１５ａの内面奥底に埋め込んで設
置している。スピーカ７についてはダクト２の側面に埋
め込み設置している。スピーカ７の丁度前面上部に開口
部１０を設けている。

【００３５】騒音検出用マイクロホン５は、騒音を取り
出しＤＳＰ等で構成した消去用フィルタ６に入力した
後、スピーカ７に出力する。なお、１６〜１８はＡ／Ｄ
変換部であり、Ａ／Ｄ変換部１６はマイクロホン５の出
力信号をフィルタ６と演算部７とに与えるために増幅器
とバンドパスフィルタとＡ／Ｄ変換器とで構成されてお
り、Ａ／Ｄ変換部１７はマイクロホン８の出力信号を演
算部１１に与えるために増幅器とバンドパスフィルタと
Ａ／Ｄ変換器とで構成されており、そして、Ｄ／Ａ変換
部１８はフィルタ６からの出力データをスピーカ７に与
えるためにＤ／Ａ変換器とバンドパスフィルタと増幅器
とで構成されている。

【００３６】消去用フィルタ６ではスピーカ７の前面近
くに於いて、存在する先の送風機１により発生し、伝播
してきた騒音波形に対し、送風機１のダクト２内の騒音
伝播経路を模擬することにより、騒音波形と同振幅で逆
位相の信号を作成する。

【００３７】誤差検出用マイクロホン８は、消し残りの
音を検出し、この情報を演算部１１を介して消去用フィ
ルタ６に戻しフィルタ係数が最適となるよう修正する。

【００３８】以下の表１には図３に示した実施例に至る
までのデータ経緯が示されている。

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、項目（ａ）〜（ｄ）は以下の４つの
系の変化に伴うＡＮＣ・ＯＦＦ／ＡＮＣ・ＯＮの違いを
始めとした測定デ−タ（消音効果を始め騒音レベル等）
を示している。

【００４１】（ａ）ダクト２の出口部２ｂがストレート
形状の場合（図６参照）。（ｂ）ダクト２の出口部２ｂが３／２（外壁半径／内壁
半径）の比較的理想的なベンドの場合（損失係数ζ＝
0.16 ）（図７参照）。（ｃ）ダクト２の出口部２ｂが３／１のベンドの場合
（損失係数ζ＝ 0.7) 図８参照）。（ｄ）上記（ｃ）において消音用スピ−カ７の上部に開
口部１０を設けた場合（図３参照）。

【００４２】また、表１に示した各々の系で測定した項
目は以下の通りである。平均風速：出口部２ｂの断面内の９点の風速データを
平均した。レイノルズ数：慣性力／粘性力の比（空気温度２０°
Ｃで計算）。開口部１０及び排気口４の騒音レベル：一次騒音源
（送風機１の定格回転の状態）のみ放射されている状態
（ＡＮＣ・ＯＦＦ）での開口部１０の上部１０cm位置で
の騒音レベルと、同じく排気口４の端から１０cm位置で
の騒音レベル。誤差検出用マイクロホン出力：一次騒音源（送風機１
の定格回転の状態）のみ放射されている状態（ＡＮＣ・
ＯＦＦ) で誤差検出用マイクロホン出力を利得３２ｄＢ
のマイクアンプに入力し、増幅された後の出力レベルを
１／３oct.周波数分析器に入力し測定したもの。騒音検出用マイクロホン出力及び誤差検出用マイクロ
ホン出力：一次騒音源（送風機１の定格回転の状態）の
み放射されている状態（ＡＮＣ・ＯＦＦ) で騒音検出用
マイクロホン出力を利得２７ｄＢのマイクアンプに入力
し増幅した後の出力レベルと、誤差検出用マイクロホン
出力を利得３２ｄｂのマイクアンプに入力し増幅された
後の出力レベル。能動騒音制御装置消音効果（騒音検出用マイクロホン
出力）：ＡＮＣ・ＯＦＦ状態とＡＮＣ・ＯＮ状態ので
示した騒音検出用マイクロホン出力のレベル差。能動騒音制御装置消音効果（開口部１０／排気口４の
騒音レベル）：ＡＮＣ・ＯＦＦ状態とＡＮＣ・ＯＮ状態
の騒音レベル差。ここでは開口部１０の上から１０cm位
置での騒音レベルと、同じく排気口４の端から１０cm位
置での騒音レベル。

【００４３】まず、表１に示した項目（ａ）のダクト２
の出口部２ｂがストレート形状の基本的なものに対し
て、能動騒音制御装置を適用することで処理系の性能を
始めに明らかにした。結果的に能動騒音制御装置消音効
果は−４．９dB(A) 確保できる系であることを示し
た。

【００４４】そして、本発明では項目（ａ）のストレー
ト形状の出口部２ｂを能動騒音制御したときの消音効果
を−４．９dB(A) 以上に確保しつつ、いかに排気方向
を狭いスペースで変えるかにあるため、項目（ｂ）にお
いて、ダクト２の出口部２ｂをやや理想的な３／２ベン
ドにした（図７参照）。

【００４５】その結果、能動騒音制御による消音効果
は−３．１dB(A) まで劣化した。排気口４の騒音レベル
はベンド９内部の壁面全部に吸音材を貼ったため、６
１．７dB(A) まで下がった。

【００４６】また、騒音検出用マイクロホン出力／誤差
検出用マイクロホン出力の差についても、項目（ａ）
のストレート形状の場合、５dB程度の差であったのに比
べ、項目（ｂ）では２dB程度に下がってしまった。ベン
ド９で発生する局所騒音によるものと思われる。

【００４７】項目（ｃ）のダクト２の出口部２ｂが３／
１のベンドの場合、排気口４の騒音レベルはベンド内
部に吸音材を貼らなかったため、６４．７dB(A) であっ
た。能動騒音制御による消音効果は−０．２dB(A) ま
で劣化した。

【００４８】この原因として、ベンド９で発生する局所
騒音が、上記の項目（ｂ）の３／２ベンドと比較し急に
増加したことが挙げられる。元々のベンドの損失率も項
目（ｃ）の３／１のベンドの方が大きい。

【００４９】その裏付けとして騒音検出用マイクロホン
出力／誤差検出用マイクロホン出力の差については誤
差検出用の方が騒音検出用に比べ３dBも増加している。

【００５０】この問題に対し本発明では、表１（ｄ）中
で消音用スピ−カ上部に開口部１０を増設し排気口４の
ベンド９を流れる風量を低下させることにした。

【００５１】その結果、項目（ｃ）では誤差検出用マイ
クロホン出力の方が騒音検出用に比べ３dBも増加してい
たが、項目（ｄ）では騒音検出用マイクロホン出力の方
が誤差検出用に比べ１dB増加し、局所騒音は大幅に減っ
たことが判る。

【００５２】さらに、能動騒音制御による消音効果も
項目（ｃ）の時点で０．２dBであったものが、項目
（ｄ）の場合は開口部１０と排気口でそれぞれ−５．４
dB(A) と−４．１dB(A) まで改善した。

【００５３】また、開口部１０を設ける位置は図３に示
した位置に特定することはなく、３／１のベンド９の内
壁や側壁部分であっても良い。

【００５４】〔他の実施例の説明〕上述の実施例では排
気口４を３／１ベンドの型にしているが、図９に示す如
く、排気口４をベンド型でなく急激にダクト２の断面積
の形状が狭まる系へ応用してもよい。

【００５５】この図９の例では排気口４とスピ−カ７と
の間でダクト２が断面積Ａ１から断面積Ａ２に狭まって
いる。なお、スピ−カ７よりダクト２の上流側について
は図３と同様である。

【００５６】この断面積が変化する部分を通過する流れ
の損失ヘッドｈ[m] は次式で表せる。ｈ＝ζ（ｖ₂ ²／２ｇ）・・・式（１）ここで、下流側断面平均速度ｖ₂＝Ｑ／Ａ₂ 損失係数ζ＝（Ａ₂／Ａ_C−１）² 但し、Ａ₂／Ｃ_C＝Ａ_C Ｃ_C：収縮係数Ａ_C：収縮部断面積

【００５７】一例として、Ａ₂／Ａ₁＝0.6 の場合Ｃ_C＝0.7 ζ＝0.18 となる。

【００５８】この場合の損失係数ζは上述の項目（ｂ）
におけるダクト２の出口部２ｂが３／２（外壁半径／内
壁半径）の比較的理想的なベンドの場合の損失係数とほ
ぼ同一であり、ダクト２内部に風等を通した場合と同様
に渦の発生を起こし、それが局所騒音となって能動騒音
制御適用時に無効となるが、この実施例でも図３と同様
の開口部１０を設けることで能動騒音制御を有効に働か
せることが出来る。

【００５９】なお、断面積が緩やかに狭まる場合（ディ
フューザー形状）や、ダクト２内部で一部分の断面積が
縮む場合（オリフィス）についても本実施例が適用でき
る。

【００６０】図９に示した実施例では、排気口４とスピ
−カ７との間で急にダクト２の断面積が狭まった場合を
示したが、図１０に示すように逆に急にダクト２の断面
積が広がった場合でも同様の損失ヘッドが生じる。な
お、スピ−カ７よりダクト２の上流側については図３と
同様である。

【００６１】図１０でダクト排気口４近くで断面積Ａ１
から断面積Ａ２に急に拡大する場合、ここを通過する流
れの損失ヘッドｈ[m] は式（１）と同様に次式で表せ
る。ただし、断面内の速度分布が一様である場合につい
てである。

【００６２】ｈ＝ζ（ｖ₁ ²／２ｇ）・・・式（２）ここで、上流側断面平均速度ｖ₁＝Ｑ／Ａ₁ 損失係数ζ＝（１−Ａ₁／Ａ₂）²

【００６３】一例として、Ａ₁／Ａ₂＝0.6 の場合、損失
係数ζ＝0.16となる。

【００６４】この場合の損失係数は上述の実施例の項目
（ｂ）によるダクト２の出口形状が３／２（外壁半径／
内壁半径）の比較的理想的なベンドの場合の損失係数と
ほぼ同一である。よってダクト２内部に風等を通した場
合も同様に渦の発生を起こし、それが局所騒音となって
能動騒音制御適用時に無効となるが、この実施例でも図
３と同様の開口部１０を設けることで、能動騒音制御を
有効に働かせることが出来る。

【００６５】なお、断面積が緩やかに広がった場合（デ
ィフューザー形状、ノズル形状）や、ダクト２内部で一
部分の断面積が広がる場合についても本実施例が適用で
きる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によればダクト
内を流れる高速な気流騒音に対して、特にダクト出口部
で急に吹き出し口が曲がって、断面積変化があったり、
管内オリフィスがあったとしても、その曲がり部を通る
風量を、上流の消去用スピ−カ以降と曲がり部の間に造
った開口部に風を流すことで制限し、曲がり部分で発生
する局所的な騒音を抑え、従来無効であった能動騒音制
御装置を有効にさせることが出来る。

【００６７】その結果、通常のダクト設計時について比
較的ダクト内風速が速い状態で発生している騒音へ能動
騒音制御装置を適用しようとする時、ダクト形状がスト
レート型に限定されず、幅広い分野のダクトへ能動騒音
制御装置が適用できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る能動騒音制御装置の構成を原理的
に示したブロック図である。

【図２】ダクト内の乱流速度分布を示した図である。

【図３】本発明に係る能動騒音制御装置の一実施例を示
した斜視図である。

【図４】図３において面Ａ−Ａで切断した断面図であ
る。

【図５】図３において面Ｂ−Ｂで切断した断面図であ
る。

【図６】ダクトの出口部形状がストレートである場合の
データ例を示した図である。

【図７】ダクトの出口部形状が３／２の比較的理想的な
ベンドの場合のデータ例を示した図である。

【図８】ダクトの出口部形状が３／１のベンドの場合の
データ例を示した図である。

【図９】本発明に係る能動騒音制御装置の他の実施例を
示した概略断面図である。

【図１０】本発明に係る能動騒音制御装置のさらに他の
実施例を示した概略断面図である。

【符号の説明】

１送風機２ダクト３吸気口４排気口５騒音検出用マイクロホン６消去用フィルタ７スピーカ８誤差検出用マイクロホン９ベンド１０開口部１１フィルタ係数演算部１２防音箱（発熱部）図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダクトがストレート部と該ストレート部に
接続され流体の方向を変える出口部とを有し、該ダクト
の騒音発生源の情報を検出して適応フィルタに入力し該
適応フィルタの出力を該ストレート部の終端部又は該出
口部に設けたスピーカより発生させるとともに該スピー
カ前面の騒音消去状態を検出して該適応フィルタを最適
化することにより該スピーカ前面近くに存在する騒音波
形に対し同一振幅で逆位相の音を放射する能動騒音消去
装置において、該スピーカ前面に開口部を設けたことを特徴とする能動
騒音制御装置。
【請求項２】該出口部が、流体の方向を変える形状の代
わりに流体の流量を制限する形状を有していることを特
徴とした請求項１に記載の能動騒音制御装置。
【請求項３】該出口部が、流体の方向を変える形状の代
わりにダクト断面積を拡大する形状を有していることを
特徴とした請求項１に記載の能動騒音制御装置。
【請求項４】該開口部の大きさが、該スピーカの中心位
置から該出口部までであることを特徴とした請求項１乃
至３のいずれかに記載の能動騒音制御装置。