JPH1011070A - 能動騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】送風ダクト内を通過する空気に含まれる騒音
（音源音波）の高い周波数の騒音を低減できる能動騒音
制御装置を提供するものである。 【解決手段】送風ダクト１の経路途中の外部に多数のオ
リフィス有する仕切り板を介して送風ダクト１に通じる
スピーカエンクロージャ２を設け、かつ該スピーカエン
クロージャ２内に放音面をオリフィス３ａ方向に向けた
スピーカ４を設けるとともに該スピーカ４より音源音波
と逆位相の音波を発生させるようにし、高い周波数の音
波に基づく騒音を低減し得る構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエアコン等の空気調
和機に適用されて良好なる能動騒音制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の能動騒音制御装置は図６
及び図７に示すように構成されている。これらの図から
明らかなように従来の騒音制御装置は、送風ダクト１の
一部に騒音を打ち消す２次音源用スピーカ４のスピーカ
エンクロージャ２を設置するとともに、特に高い周波数
の騒音を低減するために図６に示すように吸音材１１を
送風ダクト１の内壁に貼着したり、或いは図７に示すよ
うに送風ダクト１の空路途中に消音器１２を設置する構
成になっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の能動騒音制御装置では、能動消音の適用範
囲外の高い周波数の騒音低減効果はある程度期待できる
ものの、図６のように吸音材１１を貼着するものでは、
大面積の吸音材が必要になるため吸音材による空気の摩
擦係数が大幅に増大することになり、十分な送風を行う
には大きな送風能力を有する送風機を必要とし、消費電
力の増大という問題があった。

【０００４】更にこれに加えて、経年劣化及び水分吸収
等のため吸音材を定期的に交換（張り替え）する必要が
あり、非常に手間が掛かると云う問題もあった。又、図
７のように消音器１２を備えるものでは、消音器とスピ
ーカエンクロージャのために送風ダクトに大きな空間を
要し、かつダクト構造も非常に複雑になるとの問題があ
った。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に着眼
して発明されたものであり、吸音材、消音器を別途設置
する必要のない、パッシブ消音器を兼ね備えたスピーカ
エンクロージャを用いる能動騒音制御装置を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の能動騒
音制御装置は、送風ダクト内を通過する送風に含まれる
騒音を低減するものにおいて、上記送風ダクトの経路途
中の外部に多数のオリフィス有する仕切り板を介して上
記送風ダクトに通じるスピーカエンクロージャを設け、
かつ該スピーカエンクロージャ内に放音面を上記オリフ
ィス方向に向けたスピーカを設けるとともに該スピーカ
より音源音波と逆位相の音波を発生させるようにしたこ
とを特徴としている。

【０００７】この構成によるならば、高い周波数の音源
音波はオリフィスよりスピーカエンクロージャ内へ侵入
し、スピーカのコーン紙等に反射して再び仕切り板の方
へ戻る。このとき、音源音波がオリフィスとスピーカ間
距離で決まる共鳴周波数に一致する場合、スピーカエン
クロージャ内に定在波が発生し、オリフィス付近で空気
が大きく振動し、これに伴う音響エネルギーはオリフィ
ス付近での仕切り板との摩擦により熱エネルギーに変換
される。その結果、従来の装置では消音できなかった高
い周波数の音波に基づく騒音を低減することができる。

【０００８】請求項２の発明の能動騒音制御装置は、請
求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカエンク
ロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間に吸音
材を充填したことを特徴としている。

【０００９】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して再び仕切り板方向に戻る際吸音材を通過し、音響
エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることにな
る。その結果、高い周波数の音波の音響エネルギーが更
に減衰され、消音効果を高めることができる。

【００１０】請求項３の発明の能動騒音制御装置は、請
求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカエンク
ロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間に吸音
材を充填するとともに上記仕切り板のオリフィスとオリ
フィスの間の仕切り部の形状を山形形状にしたことを特
徴としている。

【００１１】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して吸音材を介して仕切り板方向に戻るが、この仕切
り板における仕切り部で乱反射して再びスピーカエンク
ロージャ内に伝播し、吸音材内を長時間通過することに
なる。その結果、高い周波数の音源音波の音響エネルギ
ーが尚一層減衰され、更に、消音効果を高めることがで
きる。

【００１２】請求項４の発明の能動騒音制御装置は、請
求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカエンク
ロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間に吸音
材を充填するとともに上記スピーカエンクロージャ内の
上記スピーカと仕切り板間の内壁面を山形形状の凹凸面
としたことを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して吸音材を介して仕切り板方向に戻るが、このと
き、スピーカエンクロージャの壁面の凹凸面で乱反射し
て吸音材内を長時間通過し、吸音材による熱エネルギー
への変換効率が高まる。その結果、高い周波数の音源音
波の音響エネルギーが尚一層減衰され、更に、消音効果
を高めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔第１の実施の形態〕本発明の第１の実施形態にかゝる
能動騒音制御装置について図１に従って説明する。

【００１５】この実施の形態の能動騒音制御装置は図に
示すように構成され、図中１は空気調和機内に設置され
た送風ダクト、２は該送風ダクト１の一端部底面に設け
られたスピーカエンクロージャであり、図２に示すよう
に送風ダクト１とオリフィス３ａを有する仕切板３を介
して仕切られている。

【００１６】このスピーカエンクロージャ２はその内部
をバッフル板２ａで上下の部屋２ｂ，２ｃに区分され、
下方の部屋２ｃにコーン紙４ａの周縁にて上記バッフル
板２ａの開口の周辺に固定されているスピーカ４を設け
ている。このスピーカ４は音源より伝播して来た音源音
波（騒音）８に対して逆位相の音波を発生するように構
成されている。

【００１７】５は上記送風ダクト１の空気入口側の上壁
面に取り付けられた音源音波検知器であり、音源（図示
せず）から送風ダクト１内を伝播してきた音源音波８を
検知する。６はスピーカ制御回路であり、上記検知器５
で検知した音源音波８が送風ダクト１内をスピーカ４に
対応した位置に到達した際に、音源音波８と逆位相で同
音圧の音波を発生するように上記スピーカ４に制御信号
を供給するように構成されている。従って、スピーカ４
より出力された音波は音源音波８と干渉し合い、該音源
音波の音圧を大幅に減少させる。

【００１８】７は上記送風ダクト１の空気出口側の上壁
面に設けられた出力音波検知器であり、上記干渉後の出
力音波を検知して、その検出信号を消音誤差信号として
上記スピーカ制御回路６へフィードバックする。従っ
て、このフィードバックにより消音誤差信号がより小さ
くなるように上記スピーカ４に対する制御信号の調整が
行われる。

【００１９】尚、ここで上記構成により低減効果のある
騒音の周波数ｆは送風ダクト１の長径Ｄに対して、以下
の式（１）にて表される。

【００２０】 ｆ（Ｈｚ）〈 Ｃ／（２Ｄ）…………… （１） ここで Ｃ：音速（ｍ／ｓｅｃ） Ｄ：送風ダクトの長径（ｍ）

【００２１】上記式（１）を満足する周波数ｆでは、音
波は送風ダクト１内で送風ダクト１の入口から出口に至
る方向のみ音圧の分布をもつ一次元音場を形成できる。
従って、式（１）を満足する周波数ｆでは送風ダクト１
の出口より放出される出力音波９を送風ダクト１の出口
近傍に設置された一個のスピーカ４で干渉、消音可能で
あり、十分な騒音低減効果が得られる。

【００２２】一方、式（１）で表される周波数ｆより高
い周波数の音波は、送風ダクト１の断面内で音圧分布が
生じ、複雑な３次元音場になる。もし、このような音場
を音波干渉する場合には、上記スピーカ４一個では不可
能であり、多くのスピーカ、音源音波検知器及び出力音
波検知器を組み合わせた多チャンネルの制御回路が必要
となり、装置の大型化及びコストの大幅な上昇と言う問
題がある。従って、このような方法は殆ど採られず、単
に送風ダクトの内面に吸音材を内貼りする方法又は消音
器を送風ダクト内に別途設置する方法が採られてきた。

【００２３】本発明は、このように装置を複雑化するこ
となく、かつ吸音材又は別個の消音器を用いることなく
高い周波数域の騒音を大幅に消音するものであり、上記
構成に従って、その動作を以下に説明する。

【００２４】周波数ｆでない高い周波数域の音源音波８
が送風ダクト１内を進行し、その一部がスピーカエンク
ロージャ２に設けた仕切板３のオリフィス３ａからスピ
ーカエンクロージャ２の内部へ侵入する。このスピーカ
エンクロジャ２内に侵入した音源音波はスピーカ４のコ
ーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再度仕切
板３へ向かう。

【００２５】一方、スピーカ４より出力された音波は能
動騒音制御により消音が可能な低い周波数の音波である
ため、コーン紙４ａの振動周波数も低い。これに比較し
て、対象としている上記音源音波８の振動周波数は高い
ため、音源音波８がコーン紙４ａで反射される際の状態
は、静止したコーン紙４ａで反射する状況と略等価であ
り、殆ど影響を受けない。

【００２６】こゝでオリフイス３ａの位置からコーン紙
４ａの位置までの距離をＬとし、オリフイス３ａの位置
からバッフル板２ａまでの距離をＬ´とすると、まず、
前者の距離Ｌ間で共鳴する音波の波長λは、距離Ｌと次
式の関係を満足する。

【００２７】 Ｌ＝（２ｎ−１）λ／４ ………… （２） ここで、ｎ：１，２，３・・・・・（整数）

【００２８】この際の共鳴周波数ｆｎは、次式より求め
られる。 ｆｎ（Ｈｚ）＝（２ｎ−１）ｃ／（４Ｌ）…………（３） ここで、ｎ：１，２，３・・・・・（整数） ｃ：音速

【００２９】図２は、式（３）で表される一次の共鳴周
波数ｆ１におけるスピーカエンクロジャ２内の空気の振
動モードを概念的に示している。この図に示すように上
記式（３）においてｎ＝１の場合の周波数ｆ１では、オ
リフイス３ａ部付近では空気の振動が非常に大きくなる
ため、オリフイス３ａ部において音響エネルギーは摩擦
により熱エネルギーに変換されて消散し、その結果、消
音される。

【００３０】この現象はｆ２，ｆ３，・・・，ｆｎにつ
いても同様に起こるため、結局多数の周波数ｆｎ（ｎ＝
１，２，・・・）において騒音が低減される。又、距離
Ｌ´間についても上記距離Ｌの場合と同様であり、上記
式（３）にて求まるように距離Ｌの場合よりも少し高周
波側にずれた多数の周波数において騒音が軽減される。

【００３１】〔第２の実施の形態〕図３に示すようにこ
の実施の形態では、上記第１の実施の形態におけるスピ
ーカエンクロージャ２内の上部の部屋２ｂに吸音材１０
を充填した構造となっている。即ち、仕切り板３とスピ
ーカ４との間に吸音材１０を充填している。この実施の
形態においても、上記式（１）で示される低い周波数の
音源音波８は従来通り能動騒音制御装置により消音され
る。

【００３２】一方、高い周波数の音源音波８は、仕切り
板３のオリフィス３ａよりスピーカエンクロージャ２の
内部に侵入する。そして侵入した音源音波８はスピーカ
４のコーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再
度オリフィス付き仕切板３へ向かう。

【００３３】ここで、上記式（３）で表される共鳴周波
数ｆｎの音波は図２で説明したようにスピーカ１のコー
ン紙４ａ及びバッフル板２ａとオリフィス３ａ間で共鳴
モードを形成し、音響エネルギーが摩擦により熱エネル
ギーに変換されて散逸する。

【００３４】一方、オリフィス３ａからスピーカエンク
ロージャ２の内部に侵入した共鳴周波数以外の音波は、
コーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再びオ
リフィス３ａを通ってそのまま送風ダクト１内に放出さ
れる。

【００３５】しかしながら、この第２の実施の形態のよ
うに、スピーカエンクロージャ２内に多孔質の吸音材１
０を充填すれば、音波がオリフィス３ａを通って送風ダ
クト１内に放出される前に吸音材１０中を通過するた
め、音響エネルギーの一部は多孔質を通過する際に摩擦
によって熱エネルギーに変換され散逸する。従って、式
（３）で表される共鳴周波数以外の音波も低減できるた
め、広範囲における高い周波数域での騒音の低減ができ
る。

【００３６】〔第３の実施の形態〕図４にこの実施の形
態を示しているが、本実施の形態では上記第２の実施の
形態における上記仕切板３の各オリフィス３ａの間に位
置する仕切り部３ｂ，・・・の形状を山形形状にした構
成と成っている。この実施の形態においても、上記式
（１）で示される低い周波数の音源音波８は従来通り能
動騒音制御装置により消音される。

【００３７】一方、高い周波数の音源音波８は、スピー
カエンクロージャ２に設けたオリフィス３ａよりスピー
カエンクロージャ２の内部に侵入する。そして侵入した
音源音波８はスピーカ４のコーン紙４ａ及びバッフル板
２ａで反射した後、再度仕切り板３へ向かう。

【００３８】ここで、上記式（３）で表される共鳴周波
数ｆｎの音波は図２で説明したようにスピーカ１のコー
ン紙４ａ及びバッフル板２ａとオリフィス３ａ間で共鳴
モードを形成し、音響エネルギーが摩擦により熱エネル
ギーに変換されて散逸する。

【００３９】一方、オリフィス３ａからスピーカエンク
ロージャ２の内部に侵入した共鳴周波数以外の音波は、
コーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再びオ
リフィス３ａを通ってそのまま送風ダクト１内に放出さ
れる。

【００４０】しかしながら、この第３の実施の形態のよ
うに、仕切り板３の仕切り部３ｂを山形形状にすること
により、コーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した音
波の一部が、山形の仕切り部３ｂで乱反射され再度スピ
ーカエンクロージャ２内部を伝播するようになるため、
音波の伝播距離が増加し、充填された吸音材１０内を長
時間通過するため、音響エネルギーの吸音量が大きくな
る。

【００４１】よって、式（３）で表される共鳴周波数以
外の音波も大きく低減できるため、広範囲における高い
周波数域での大幅な騒音低減が達成できる。

【００４２】〔第４の実施の形態〕図５にこの実施の形
態を示しているが、本実施の形態では上記第３の実施の
形態の構成に加えて、スピーカエンクロージャ２内の側
壁面を山形形状の凹凸面２ｃとしている。従って、この
構成によれば、上記式（１）で示される低い周波数の音
源音波８は従来通り能動騒音制御装置により消音され
る。

【００４３】一方、高い周波数の音源音波８は、仕切り
板３のオリフィス３ａよりスピーカエンクロージャ２の
内部に侵入する。そして侵入した音源音波８はスピーカ
４のコーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再
度オリフィス付き仕切板３へ向かう。

【００４４】ここで、上記式（３）で表される共鳴周波
数ｆｎの音波は図２で説明したようにスピーカ１のコー
ン紙４ａ及びバッフル板２ａとオリフィス３ａ間で共鳴
モードを形成し、音響エネルギーが摩擦により熱エネル
ギーに変換されて散逸する。

【００４５】一方、オリフィス３ａからスピーカエンク
ロージャ２の内部に侵入した共鳴周波数以外の音波は、
コーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した後、再びオ
リフィス３ａを通ってそのまま送風ダクト１内に放出さ
れる。

【００４６】しかし乍ら、この第４の実施の形態のよう
に、オリフィス仕切り板３の仕切り部３ｂ及びスピーカ
エンクロージャ２内の内壁を山形形状にすることによ
り、コーン紙４ａ及びバッフル板２ａで反射した音波部
が乱反射され再度スピーカエンクロージャ２内部を伝播
するようになるため、音波の伝播距離が上記第３の実施
の形態よりさらに増加し、充填された吸音材１０内を長
時間通過することゝなり、音響エネルギーの吸音量が大
きくなる。

【００４７】従って、式（３）で表される共鳴周波数以
外の音波をより大きく低減できるため、広範囲における
高い周波数域での大幅な騒音低減が達成できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されるもので
あり、請求項１の発明の能動騒音制御装置は、送風ダク
ト内を通過する送風に含まれる騒音を低減するものにお
いて、上記送風ダクトの経路途中の外部に多数のオリフ
ィス有する仕切り板を介して上記送風ダクトに通じるス
ピーカエンクロージャを設け、かつ該スピーカエンクロ
ージャ内に放音面を上記オリフィス方向に向けたスピー
カを設けるとともに該スピーカより音源音波と逆位相の
音波を発生させるようにした構成である。

【００４９】この構成によるならば、高い周波数の音源
音波はオリフィスよりスピーカエンクロージャ内へ侵入
し、スピーカのコーン紙等に反射して再び仕切り板の方
へ戻る。このとき、音源音波がオリフィスとスピーカ間
距離で決まる共鳴周波数に一致する場合、スピーカエン
クロージャ内に定在波が発生して、オリフィス付近で空
気が大きく振動し、これに伴う音響エネルギーはオリフ
ィス付近での仕切り板との摩擦により熱エネルギーに変
換される。その結果、従来の装置では消音できなかった
高い周波数の音波に基づく騒音を低減し得る能動騒音制
御装置を提供できる。

【００５０】又、請求項２の発明の能動騒音制御装置
は、請求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカ
エンクロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間
に吸音材を充填した構成である。

【００５１】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して再び仕切り板方向に戻る際吸音材を通過し、音響
エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることにな
る。その結果、高い周波数の音波の音響エネルギーが更
に減衰され、消音効果を高めることができる優れた能動
騒音制御装置を提供することができる。

【００５２】又、請求項３の発明の能動騒音制御装置
は、請求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカ
エンクロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間
に吸音材を充填するとともに上記仕切り板のオリフィス
とオリフィスの間の仕切り部の形状を山形形状にした構
成である。

【００５３】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して吸音材を介して仕切り板方向に戻るが、この仕切
り板における仕切り部で乱反射して再びスピーカエンク
ロージャ内に伝播し、吸音材内を長時間通過することに
なる。

【００５４】その結果、高い周波数の音源音波の音響エ
ネルギーが尚一層減衰され、更に、消音効果を高めるこ
とができる優れた能動騒音制御装置を提供することがで
きる。更に、請求項４の発明の能動騒音制御装置は、請
求項１の能動騒音制御装置における上記スピーカエンク
ロージャ内において、上記仕切り板とスピーカ間に吸音
材を充填するとともに上記スピーカエンクロージャ内の
上記スピーカと仕切り板間の内壁面を山形形状の凹凸面
とした構成である。

【００５５】この構成によれば、スピーカエンクロージ
ャ内に侵入した高い周波数の音源音波はスピーカ等に反
射して吸音材を介して仕切り板方向に戻るが、このと
き、スピーカエンクロージャの壁面の凹凸面で乱反射し
て吸音材内を長時間通過し、吸音材による熱エネルギー
への変換効率が高まる。その結果、高い周波数の音源音
波の音響エネルギーが尚一層減衰され、更に、消音効果
を高めることができる優れた能動騒音制御装置を提供す
ることができる。

【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第１の実施
の形態の構成概略図である。

【図２】 本発明に係る能動騒音制御装置の第１の実施
の形態に備えられているスピーカエンクロジャを示す側
面断面図である。

【図３】 本発明に係る能動騒音制御装置の第２の実施
の形態の構成概略図である。

【図４】 本発明に係る能動騒音制御装置の第３の実施
の形態の構成概略図である。

【図５】 本発明に係る能動騒音制御装置の第４の実施
の形態の構成概略図である。

【図６】 従来の能動騒音制御装置の構成概略図であ
る。

【図７】 従来の能動騒音制御装置の他の例の構成概略
図である。

【符号の説明】

１ 送風ダクト ２ スピーカエンクロジャ ３ 仕切り板 ３ａ オリフィス ３ｂ 仕切り部 ４ スピーカ １０ 吸音材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送風ダクト内を通過する送風に含まれる騒
   音を低減するものにおいて、上記送風ダクトの経路途中
   の外部に多数のオリフィス有する仕切り板を介して上記
   送風ダクトに通じるスピーカエンクロージャを設け、か
   つ該スピーカエンクロージャ内に放音面を上記オリフィ
   ス方向に向けたスピーカを設けるとともに該スピーカよ
   り音源音波と逆位相の音波を発生させるようにしたこと
   を特徴とする能動騒音制御装置。
2. 【請求項２】上記スピーカエンクロージャ内において、
   上記仕切り板とスピーカ間に吸音材を充填したことを特
   徴とする請求項１に記載された能動騒音制御装置。
3. 【請求項３】上記スピーカエンクロージャ内において、
   上記仕切り板とスピーカ間に吸音材を充填するとともに
   上記仕切り板のオリフィスとオリフィスの間の仕切り部
   の形状を山形形状にしたことを特徴とする請求項１に記
   載された能動騒音制御装置。
4. 【請求項４】上記スピーカエンクロージャ内において、
   上記仕切り板とスピーカ間に吸音材を充填するとともに
   上記スピーカエンクロージャ内の上記スピーカと仕切り
   板間の内壁面を山形形状の凹凸面としたことを特徴とす
   る請求項１に記載された能動騒音制御装置。