特許 7283715 空調機器用消音装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】空調機器用消音装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20230523BHJP

   F24F 13/02 20060101ALI20230523BHJP

   F24F 13/24 20060101ALI20230523BHJP

   G10K 11/178 20060101ALI20230523BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20230523BHJP

   H04R 1/02 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 X

F24F13/02 H

F24F13/24 247

G10K11/178 120

G10K11/16 100

H04R1/02 102

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019214979

(22)【出願日】2019-11-28

(65)【公開番号】P2021085370

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-04-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】坂本 雄一

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 光春

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０４８４８４３２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平８－２７２３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５６８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－９８５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２１７２７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平５－１７２０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許第１０４５３４５３２（ＣＮ，Ｂ）

【文献】国際公開第２０１４／０５１８８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－８３６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１２４７７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

Ｆ２４Ｆ １３／０２

Ｆ２４Ｆ １３／２４

Ｇ１０Ｋ １１／１７８

Ｇ１０Ｋ １１／１６

Ｈ０４Ｒ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

騒音送出口上に設置され、騒音を参照信号として検出するリファレンスマイクが設けられた筒状の第１のダクトと、この第１のダクトの上部に設けられた全体形状が平面視円形をなし、かつ中央部にスピーカが設けられたスピーカバッフルと、このスピーカバッフルの背面に設けられたスピーカバックキャビティと、前記スピーカバッフルの上部に連結された筒状の第２のダクトと、この第２のダクト内であって前記スピーカの振動板上に間隔を空けて設けられた、消しきれなかった誤差信号である制御対象信号を検出するエラーマイクと、前記第２のダクトの上部に連結された吸気用の円筒体と、この円筒体の上方開口部を塞ぐように設けられたダクトカバーとを備え、前記第１のダクト内周面と前記スピーカバックキャビティ外周面との間が前記騒音の音響経路となり、かつその間隔が平面波となるよう設定され騒音は第１の平面波となり、前記第２のダクト内の誤差信号を前記エラーマイクが検出して前記スピーカから前記第１の平面波と逆位相の第２の平面波が出されることを特徴とする空調機器用消音装置。

【請求項2】

請求項１記載の空調機器用消音装置において、前記スピーカに接続されたＡＮＣコントローラを備え、前記リファレンスマイクで検出された参照信号は該リファレンスマイクと接続された前記ＡＮＣコントローラに入力され、前記エラーマイクの制御対象信号は前記ＡＮＣコントローラに入力され、前記ＡＮＣコントローラの出力は接続された前記スピーカに加えられ、前記スピーカは第２の平面波を送出することを特徴とする空調機器用消音装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の空調機器用消音装置において、前記第１のダクト内の前記音響経路に吸音材を設けたことを特徴とする空調機器用消音装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の空調機器用消音装置において、前記ダクトカバーの内面に前記エラーマイクの風避け兼補強用の円筒部を設けたことを特徴とする空調機器用消音装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の空調機器用消音装置において、前記スピーカバックキャビティを側断面Ｕ字状に設けたことを特徴とする空調機器用消音装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、空調機器用消音装置、詳しくは、例えば自動車のような車両において一般にエアコンと呼ばれる空調機器から生ずる空調騒音を消音させる消音装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の駆動源はガソリンエンジンやディーゼルエンジンが主流であったが、近年、地球温暖化対策の一環として二酸化炭素のような温室効果ガスの排出を抑制すべく電気モータを駆動源の一部とするハイブリット車あるいは電気自動車が急速に普及しつつある。

【0003】

これに伴いハイブリット車ではエンジン音が低減し、電気自動車ではエンジン音がなくなり静かになるが、これら騒音以外に、自動車の走行中にタイヤが路面上を転動する際に生ずる５０～５００Ｈｚのロードノイズ、車室共鳴による１００Ｈｚ以下のコモリ音、サイドミラー周辺に発生する流体騒音、エアコンの空調により発生する数１０～１００００Ｈｚ位の空調騒音などがある。

【0004】

このうち空調騒音は搭乗者にとって気になるところである。

【0005】

最近では、大柄な人が増加しつつあり、また、大家族や多人数のグループで車を使用して移動することがあり、車内空間を広くしたミニバンなどの３列シートを備える車の需要が増加している。また、ミニバンに限らず３列シートの乗用車タイプもある。

【0006】

この種の車両は後部座席側も快適な空間とするために空調機器が取付けられている。この空調機器を動作させると、広い帯域にわたって外気を吸気するファンの振動や吸気の空力騒音が生じる。

【0007】

車内空間が広く、快適になると、それに伴い音楽や動画などを楽しむ傾向になるが、後部座席の空調機器からの騒音が耳ざわりで不快になる。

【0008】

従来、騒音低減用の機器としてはＰＮＣ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と称され、吸音材を用いた消音方式がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開平５－１７２０９９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１の機器ではグラスウールからなる吸気材を気流の通路に設け、ファン吸入側で発生した騒音を吸音材内で熱エネルギーに変換して消音するようにしている。従来の吸音材としては、その他ウレタンフォーム、フェルトなどが用いられている。

【0011】

しかしながら、吸音材は１０００Ｈｚ以降の騒音を消音ないし低減できるが、それ以下の低域のノイズは消音できないという課題がある。

【0012】

また、吸音機能は吸音材の素材や量により決まってしまい、吸音効率を上げようとすると吸音材の量を多くしなければならない。この場合、構造が大型化し、大きな設置スペースが要求されるため、小型、軽量化には不向きである。また、従来例では騒音の種類、変化（低域～高域、大きさなど）に対応できないという課題がある。

【0013】

この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、低域の騒音を消音でき、所望の消音性能を発揮できる空調機器用静音装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

請求項１記載の本発明に係る空調機器用消音装置は、騒音送出口上に設置され、騒音を参照信号として検出するリファレンスマイクが設けられた筒状の第１のダクトと、この第１のダクトの上部に設けられた全体形状が平面視円形をなし、かつ中央部にスピーカが設けられたスピーカバッフルと、このスピーカバッフルの背面に設けられたスピーカバックキャビティと、前記スピーカバッフルの上部に連結された筒状の第２のダクトと、この第２のダクト内であって、前記スピーカの振動板上に間隔を空けて設けられた、消しきれなかった誤差信号である制御対象信号を検出するエラーマイクと、前記第２のダクトの上部に連結された吸気用の円筒体と、この円筒体の上方開口部を塞ぐように設けられたダクトカバーとを備え、前記第１のダクト内周面と前記スピーカバックキャビティ外周面との間が前記騒音の音響経路となり、かつその間隔が平面波となるよう設定され騒音は第１の平面波となり、前記第２のダクト内の誤差信号を前記エラーマイクが検出して前記スピーカから前記第１の平面波と逆位相の第２の平面波が出されることを特徴とする。
請求項２に係る本発明は、前記空調機器用消音装置において、前記スピーカに接続されたＡＮＣコントローラを備え、前記リファレンスマイクで検出された参照信号は該リファレンスマイクと接続された前記ＡＮＣコントローラに入力され、前記エラーマイクの制御対象信号は前記ＡＮＣコントローラに入力され、前記ＡＮＣコントローラの出力は接続された前記スピーカに加えられ、前記スピーカは第２の平面波を送出することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、前記空調機器用消音装置において、前記第１のダクト内の前記音響経路に吸音材を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、前記空調機器用消音装置において、前記ダクトカバーの内面に前記エラーマイクの風避け兼補強用の円筒部を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、前記空調機器用消音装置において、前記スピーカバックキャビティを側断面Ｕ字状に設けたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１記載の本発明によれば、騒音送出口上に設けられる空調機器用消音装置は吸音ダクトとして機能し、従来の吸音材だけの消音装置では消音できなかった低域の騒音も消音し得る。
請求項２記載の本発明によれば、騒音の位相に対し、逆位相を発生させるＡＮＣコントローラを設けることで、低域の騒音の音圧を減衰させることができ、さらに消音効果を高めることができる。
請求項３記載の本発明によれば、消音効果の高い繊維を主素材とする吸音材を組み入れたため、低域の消音から１０００Ｈｚ以降の幅広い範囲にわたっても騒音を消音できる。
請求項４記載の本発明によれば、ダクトカバーの剛性があがるため吸音ダクトとしての強度が向上し振動が抑制され、かつエラーマイクの風避けができ、エラーマイクを確実に動作させることができる。
請求項５記載の本発明によれば、側断面Ｕ字状のスピーカバックキャビティにより音響経路を形成できるので、音響経路を通る空気や音を円滑に案内でき、騒音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の車載空調機器用消音装置の分解斜視図。

【図2】同上の車載空調機器用消音装置の構成部材であるダクトベースおよびリファレンスマイク取付部材の斜視図。

【図3】同上の車載空調機器用消音装置の構成部材である第１のダクト、吸音材、吸音材ホルダー、スピーカバックキャビティ、スピーカの斜視図。

【図4】本実施形態の車載空調機器用消音装置の構成部材であるスピーカバッフルと、このスピーカバッフルに取付けられるエラーマイク取付部材の斜視図。

【図5】本実施形態の車載空調機器用消音装置の構成部材である第２のダクト、吸気兼キャンセル音排出用のカゴ状円筒体、ダクトカバーの斜視図。

【図6】組立てられた本実施形態の車載空調機器用消音装置の側断面図。

【図7】同上の車載空調機器用消音装置にＡＮＣコントローラを接続した状態を示す説明図。

【図8】本発明の動作原理の説明図。

【図9】本発明の同動作原理の説明図。

【図10】本発明の同動作原理の説明図。

【図11】本発明の同動作原理の説明図。

【図12】ＡＮＣコントローラによって騒音源の騒音の位相を打ち消して消音する本発明の原理説明図。

【図13】本発明に使用されるＡＮＣコントローラの一構成例のブロック図。

【図14】本実施形態の車載空調機器用消音装置内での吸気の流れ、第１、第２の平面波の様子、キャンセル音の流れの様子を示す説明図。

【図15】騒音源の騒音の周波数特性で、横軸は周波数、縦軸は音圧を示す。

【図16】本実施形態における、第１のダクト内にスピーカ、スピーカバッフルを備えたスピーカバックキャビティをセットした場合の吸音（消音）特性。

【図17】ＡＮＣコントローラをオンにした場合における騒音低減の特性を示す説明図。

【図18】本実施形態において、ＡＮＣによる効果と、吸音材のＰＮＣによる効果を示した説明図。

【図19】車載空調機器ユニットの概略斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に沿って本発明の好ましい実施例を説明する。

【0018】

本発明は、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）と称される機器の騒音対策用として開発された。このＨＶＡＣとは、空調機能を集約したモジュール部品で、ヒータと送風、エアコンなどの各機能部分を一体化したものの総称の車載空調機器のことである。

【0019】

図１９はＨＶＡＣの概略構成図である。１００はＨＶＡＣの筺体で、図示の状態において、筐体上面１００ａの一部に円形の吸気口１０１があり、その内部にモータ（図示せず）に接続された回転可能なファン１０２が設けられている。ファン１０２とは複数枚の放射状の平板羽根を有する遠心送風機である。

【0020】

ＨＶＡＣはヒータとして機能するラジエター１０３、エバポレータ１０４、シャッター１０５などを備えている。

【0021】

動作としては、吸気口１０１から、ファン１０２の回転により、矢印で示すように、筺体１００内に吸気した空気を、エバポレータ１０４で冷却もしくは、ラジエター１０３で加熱し、シャッター１０５により混ぜ具合を調整したうえで排出口から排出する。ＨＶＡＣから排出された空気は、ダクト１０６を通り、車室内足元に送られ、また別のダクト１０７を介し頭上の吹き出し口から後部座席周辺（２列目、３列目シート）の車室内に送られる。

【0022】

このＨＶＡＣは、一般的に３列目のシートの座面横の内装材と外板の中に配置されている。ＨＶＡＣを作動させると筺体１００と吸気口１０１から、振動と空力騒音による広い帯域の動作音が放出され、この動作音は内装材からの透過や内装部品間の隙間を通過して３列目シートの直近の搭乗者にはかなりの騒音となる。

【0023】

このため、ＨＶＡＣに本発明の実施形態の空調機器用消音装置が取付けられる。

【0024】

図１は本発明に係る実施形態の空調機器用消音装置Ａの分解斜視図である。空調機器用消音装置Ａは、低域はＡＮＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）方式を採用し、高域は前記ＰＮＣ方式を採用し消音するようにしている。

【0025】

図１中、１は、図１９に示したＨＶＡＣの筺体１００の円形の吸気口１０１の上部に取付けられるほぼ円筒状のダクトベースであって連結部である。２はリファレンスマイク、３はリファレンスマイク取付部材、４は円筒状の第１のダクト、５は第１のダクト４内にセットされる吸音材、６は吸音材５を取付けるほぼ逆円錐台状をなす吸音材ホルダー、７はスピーカバックキャビティ、８はスピーカ、９はスピーカバッフル、１０はエラーマイク、１１はエラーマイク取付部材、１２は円筒状をなす第２のダクト、１３はエア吸引用の例えばカゴ状の円筒体、１４はダクトカバーである。

【0026】

図２は、ダクトベース１および、このダクトベース１に取付けられるリファレンスマイク取付部材３と、リファレンスマイク取付部材３に取付けられたリファレンスマイク２の斜視図を示す。

【0027】

ダクトベース１は円筒状の胴部１ａと、この胴部１ａの下部に設けられたフランジ状のＨＶＡＣの筐体取付部１ｂと、胴部１ａの上部において外側に向って張り出したフランジ部１ｃとを備えている。そして、筺体取付部１ｂが図１９に示したファン１０２の外周であって筺体１００上にボルトやナット、超音波溶着もしくは接着などの適宜の固定手段によって取付けられる。

【0028】

フランジ部１ｃの上面にはリファレンスマイク取付部材３が接着、超音波溶着などの適宜の固着手段によって取付けられる。リファレンスマイク取付部材３はホイール状をなし、フランジ部１ｃの上面に取付けられる円環状のリム部３ａと、この中心部に設けられた円筒状のマイク取付部３ｂと、このマイク取付部３ｂの外周部とリム部３ａの内周部間において、周方向に間隔を介して設けられた複数本のスポーク部３ｃとを備え、マイク取付部３ｂの中心部にリファレンスマイク２が設けられる。このリファレンスマイク２はＨＶＡＣから生じる騒音を検出するためのものである。

【0029】

さらに、フランジ部１ｃの外周は上方に突出したリブ状連結部１ｄが形成されている。

【0030】

図３は、円筒状の第１のダクト４と、この第１のダクト４内に必要に応じ設けられる吸音材５とその吸音材ホルダー６およびスピーカバックキャビティ７、スピーカ８を示す。

【0031】

第１のダクト４の下部には外側に向かって突出したダクト連結部４ａが形成され、このダクト連結部４ａをダクトベース１に形成されたリブ状連結部１ｄの内側に挿入し、第１のダクト４をダクトベース１に連結する。

【0032】

第１のダクト４の内周面に沿って吸音材５が設けられる。吸音材５は、全体形状がほぼ円筒状をなし、内周面は円錐状のテーパ面５ａに形成されている。テーパ面５ａの内径は上方が下方より大となっている。このようにしたのは、気流を上方から速やかに下方に導くためである。吸音材５としては、ナノファイバー繊維が高域での吸音率が良好であり、好適である。本実施形態では吸音材５にナノファイバー繊維を用いた。

【0033】

再び図３において、６は逆円錐台形をなす吸音材ホルダーである。この吸音材ホルダー６は下から上方に従って内径が順次拡がるとともに、間隔をおいて配置された複数のリング部材６ａと、これらリング部材６ａを連結する複数のリング連結部材６ｂとにて構成され、吸音材５を第１のダクト４の内周面と、吸音材ホルダー６との間に挟み込んで取付けることができる。各リング連結部材６ｂも周方向に間隔を介し配置され、リング部材６ａとリング連結部材６ｂとの間に窓６ｃが形成され吸音材５のテーパ面５ａが露出し、騒音を吸音するようになっている。なお、吸音材５を成形品にて形成し、第１のダクト４の内周面に接着固定するようにした場合、吸音材ホルダー６はなくてもよい。

【0034】

第１のダクト４内の中央部には側断面Ｕ字状のスピーカバックキャビティ７が設けられる。このスピーカバックキャビティ７の上方中央部にはスピーカ８が設けられる。８ａはスピーカの振動板、８ｂはスピーカ取付板、８ｃは磁気回路である。スピーカ８は、図４に示すように、平面から見て全体形状が円形をなすスピーカバッフル９に取付けられる。

【0035】

スピーカバッフル９は、第１のダクト４の上部に連結される（図６）、外周に設けられたリング状の外側リング部９ａと、この外側リング部９ａの内側に離間し、かつ外側リング部９ａと同心円をなす内側リング部９ｂと、これら外側リング部９ａと内側リング部９ｂとを連結するアーム部９ｃとを備える。外側リング部９ａ、内側リング部９ｂ、アーム９ｃにて区画形成された空間部分は通気孔９ｆとなる。

【0036】

内側リング部９ｂの内側には、スピーカ８の前面バッフルとしても機能する円板状の取付板９ｄが設けられている。この取付板９ｄの外周部には円筒状の突部９ｅが間隔を介し複数突設されている。これら突部９ｅはエラーマイク取付部材１１を取付けるためのものである。

【0037】

すなわち、エラーマイク取付部材１１はスタンド状をなす。エラーマイク取付部材１１は中央部に円筒状のマイク取付部１１ａが設けられ、その中央にエラーマイク１０がセットされる。マイク取付部１１ａの外周には放射状に延びる屈曲アーム１１ｂが複数突設され、各屈曲アーム１１ｂの先端部には突部９ｅに挿通してエラーマイク取付部材１１を取付けるための取付孔１１ｃが形成されている。この取付孔１１ｃを突部９ｅに挿通し、接着剤もしくは超音波熔着またはネジなどの取付手段によって、エラーマイク取付部材１１を取付板９ｄに取付け固定する。この場合、エラーマイク１０は、エラーマイク１０を持ち上げるように上方に突出する屈曲アーム１１ｂによってスピーカ８の上方位置に所定の距離間隔をあけて配置される。

【0038】

また、取付板９ｄにはスピーカ取付板８ｂの形状に対応した矩形のスピーカ取付部９ｇが形成され、適宜の取付手段を介しスピーカ８が取付けられる。

【0039】

さらに、取付板９ｄの背面にはスピーカバックキャビティ７の上部が適宜の取付手段によって取付けられる。

【0040】

第２のダクト１２の外径は第１のダクト４とほぼ同じである。第２のダクト１２の上下には肉厚の第１、第２の連結部１２ａ、１２ｂが形成されている。下側の第１の連結部１２ａはスピーカバッフル９の外側リング部９ａの上部に適宜の取付手段によって連結される。また、上側の第２の連結部１２ｂには、カゴ状の円筒体１３の下側の第１のリング部１３ａが連結される。

【0041】

カゴ状の円筒体１３は第２のダクト１２の上部に連結される第１のリング部１３ａと、この第１のリング部１３ａの径と同径をなし、かつ第１のリング部１３ａの上方に離間して対向配置された第２のリング部１３ｂとを備え、第１、第２のリング部１３ａ、１３ｂは縦方向に延びる複数の棒状の連結部１３ｃによって連結される。連結部１３ｃは適宜間隔でもって配置されている。また、第１、第２のリング部１３ａ、１３ｂの間に補強用のリング部１３ｄが設けられている。この補強用リング部１３ｄは図示例では一つであるが、一つに限られるものではない。第１、第２のリング部１３ａ、１３ｂや連結部１３ｃ、必要に応じて設けられる補強用リング部１３ｄ間に通気孔１３ｅが形成されている。この通気孔１３ｅを介し外気が内部に吸入されたり、コントロールされたキャンセル後の音が放出される。

【0042】

カゴ状の円筒体１３の上方開口部１３ｆはダクトカバー１４によって塞がれる。ダクトカバー１４は円板部状の天板１４ａと、この内面に突設されたエラーマイク１０の風避け兼補強部材として機能する円筒部１４ｂとを備えている。この円筒部１４ｂの径は天板１４ａの径より小に形成されている。そして、天板１４ａはカゴ状の円筒体１３の上部開口部１３ｆを塞ぐようにカゴ状の円筒体１３の第２のリング部１３ｂに連結される。

【0043】

本実施形態の空調機器用消音装置の組み立てにあたっては、まずダクトベース１にリファレンスマイク２を有するリファレンスマイク取付部材３が取付けられ、次にダクトベース１に第１のダクト４が連結され、この第１のダクト４には吸音材５、吸音材ホルダー６が取付けられ、ついでにスピーカ８やスピーカバックキャビティ７を有するスピーカバッフル９が取付けられる。またエラーマイク１０を有するスピーカバッフル９が第１のダクト４に連結され、次にスピーカバッフル９に第２のダクト１２が取付けられ、第２のダクト１２に円筒体１３が連結され、その上にダクトカバー１４を取付ければ、吸気ダクト構造の空調機器用消音装置Ａを組み立てることができる。なお、各パーツは第１のリング４の中心軸０と同軸に配置される。

【0044】

このように空調機器用消音装置Ａは各パーツを順次組み込んでいけばよいため組立性が良好である。

【0045】

図６は本実施形態に係る空調機器用消音装置Ａの組立状態の側断面図を示す。

【0046】

本実施形態では、リファレンスマイク２で騒音源１５の音を検出し、また、騒音が音響経路を通過する過程で第１の平面波とし、さらに、リファレンスマイク２で検出した音をスピーカ８の振動板８ａから第１の平面波を打ち消す第２の平面波を出すようにしている。この場合、リファレンスマイク２はなるべく騒音源１５に近い位置に設け、スピーカ８までの距離をある程度空ける。つまり、リファレンスマイク２とスピーカ８間は信号処理時間が間に合う距離に配置される。

【0047】

また、第１のダクト４内に側断面Ｕ字状のスピーカバックキャビティ７を設けている。したがって、スピーカバックキャビティ７の外周面と第１のダクト４の内周面との間に騒音源１５の音波が通る。その際、第１のダクト４の内周面とスピーカバックキャビティ７の外周面との間で騒音が第１の平面波となるように、狭い音響経路を作っている。

【0048】

平面波となる原理については後述する。

【0049】

スピーカ８からの第２の平面波を検出するエラーマイク１０はダクト径以上空ける。ダクト径とは後述するように第１のダクト４の内周面とスピーカバックキャビティ７の外周面とによって形成される間隔の寸法のことである。

【0050】

図７は空調機器用消音装置ＡにＡＮＣコントローラ１６を接続した状態を示す。このＡＮＣコントローラ１６はフィードフォワード制御方式を採用して構成され、この種のＡＮＣコントローラ１６は公知である。このＡＮＣコントローラ１６は、音を検出するリファレンスマイク２と、エラーマイク１０と、それらの信号を処理するコントローラを備えている。動作としては、リファレンスマイク２で検出した信号に伝達関数を畳み込んだ信号をコントローラにおいて２次音源で発生させ、エラーマイク１０で検出した信号が０となるようフィルタ係数を更新して消音するシステムである。この一回路例については追って説明する。

【0051】

本実施形態では、第１のダクト４の内周面と、その内側に間隔を空けて対向配置されたスピーカバックキャビティ７の外周面とが図９に示した２つの壁１８として機能し、リング形の管状をなす。図１０に示した管径Ｄに相当する２つの壁１８間の距離が騒音の低域を第１の平面波１５ｂとする寸法に設定されている。

【0052】

図８は第１の平面波を作成する原理を示す。騒音源１５からの音の波は円形に広がろうとするが壁１８によって音響経路を管状とし、広がらないよう抑えることで壁１８内の波は平面波となる。すなわち、図８の中央部において楕円１９で囲んで示す壁１８の内側では平面波に近くなる。この場合、波長が長いほど波は平らになる。図８において、右側に示す符号８ｄはスピーカ８の音源で、この音の位相が騒音源１５の位相に対し逆位相であれば騒音を打ち消すことができる。円形に広がる波の位相を実線と波線で表しており、左側の騒音源１５の位相と、右側の音源８ｄの位相とが逆位相であることを示す。平面波となると、図９に示すように、この第１の平面波１５ｂの伝搬方向は１方向となる。一般にこのような状態は１次元音場と呼ばれている。そして、第１の平面波１５ｂは第２の平面波１７ｂによって打ち消すことができる。

【0053】

平面波とする周波数は、図１０に示すように、管状の壁１８からなる音響経路の管径Ｄに依存する。周波数をｆ、音速をｃ、音響経路の直径をＤとした場合、次の式となる。
ｆ＜０．５８６ｃ／Ｄ

【0054】

本実施形態では騒音源１５の１００Ｈｚ～１０００Ｈｚの低域の騒音が第１の平面波１５ｂになるように、第１のダクト４の内周面と、これと対向するスピーカバックキャビティ７の外周面とからなる寸法を設定し、ハイカット構造とし高域成分を除去している。高域成分は吸音材５を用いたＰＮＣ効果によって消音するようにしている。

【0055】

図１１は図１０で示したように、管径Ｄに応じて作成された第１の平面波１５ｂをＡＮＣコントローラ１６を用いてスピーカ８からキャンセル音１７ｂを出す様子を示す。このキャンセル音１７ｂは、図９で示したように、第１の平面波を打ち消す逆位相の第２の平面波１７ｂに相当する。また、第２のダクト１２内の音をエラーマイク１０で検出し、その信号をＡＮＣコントローラ１６に送り、補正されたキャンセル音である第２の平面波１７ｂをスピーカ８から出し、最終的に外部にキャンセル後の音１７ｃを排出する。

【0056】

図１２は太い実線で示す騒音１５ａの位相に対し、細い線で示すスピーカ８側の逆位相のキャンセル音１７ｂによって図１１に示したキャンセル後の音１７ｃとする説明図である。

【0057】

図１３はＡＮＣコントローラ１６の一回路例である。

【0058】

リファレンスマイク２に入力された騒音に相当する参照信号ｘ（ｎ）はＦＩＲフィルタ回路ＦＩＲに送られる。ＦＩＲフィルタ回路ＦＩＲと接続されたＬＭＳアルゴリズム回路ＬＭＳには、エラーマイク１０で検出された制御対象信号ｄ（ｎ）と、スピーカ８とエラーマイク１０間の伝達特性を経て制御点に到達した信号ｚ（ｎ）とが重ね合わされた誤差信号ｅ（ｎ）が送られる。

【0059】

なお、図中ＦＩＲフィルタ回路ＦＩＲのｈ（ｋ、ｎ）はＦＩＲフィルタのフィルタ係数ベクトル、Ｃは二次経路特性（スピーカ８とエラーマイク１０までの音響系の伝達特性）、Ｃ’は二次経路特性（事前に測定した伝達特性）である。また、ＦＩＲフィルタ回路ＦＩＲからの信号はスピーカ８へ送出されるが、矢印は可変の意味で、エラーマイク１０の音圧を０にするようフィルタを更新し最適なフィルタ係数になるよう更新された信号がスピーカ８に送られ第１の平面波１５ｂは打ち消される。

【0060】

図１４は空調機器用消音装置Ａにおける吸気の流れおよびキャンセル後の音１７ｃなどの流れの様子を示す説明図である。

【0061】

ＨＶＡＣのファン１０２やエバポレータ１０４などから生ずる騒音源１５の騒音１５ａは、前述のようにリファレンスマイク２で検出され、その信号は、図７に示したように、ＡＮＣコントローラ１６に入力され処理される。

【0062】

また、騒音１５ａは第１のダクト４内で第１の平面波１５ｂとなり、スピーカバッフル９の通気孔９ｆを通って第２のダクト１２内に入る。

【0063】

第２のダクト１２内にはスピーカ８から第１の平面波１５ｂに対し逆位相の第２の平面波１７ｂがあるため、第１の平面波１５ｂは打ち消される。

【0064】

すなわち、第２のダクト１２内の消しきれなかった誤差信号である制御対象信号がエラーマイク１０で検出され、ＡＮＣコントローラ１６に入力される。ＡＮＣコントローラ１６で適宜補正された更新信号がスピーカ８に送出され、スピーカ８から第１の平面波１５ｂを打ち消す適切な第２の平面波１７ｂが出され、第１の平面波１５ｂは打ち消され、吸気用のカゴ状の円筒体１３の通気孔１３ｅからキャンセル後の音１７ｃが外部へ排出される。

【0065】

このキャンセル後の音１７ｃは後述する如く騒音１５ａが耳障りでないレベルにまで低減される。

【0066】

次に騒音が低減化される過程を説明する。

【0067】

図１５はＨＶＡＣを作動させた際に発生する騒音源１５自体の騒音特性Ｅを示す。横軸は周波数、縦軸は音圧である。騒音は広い帯域で発生する。

【0068】

図１６において、一点鎖線で示すＦは、ＨＶＡＣの筐体１００のファン１０２上に、スピーカユニット部（スピーカ８、スピーカバッフル９、スピーカバックキャビティ７）を設けた第１のダクト４、ダクトカバー１４等を組み込んだ状態の空調機器用消音装置Ａ、つまり吸音材５がない状態の空調機器用消音装置Ａを設置した場合の消音特性である。１５００Ｈｚと３０００Ｈｚ以上が減衰する。
二点鎖線で示すＧは空調機器用消音装置Ａに吸音材５及び吸音材カバー６を内蔵させた場合の消音特性である。１５００Ｈｚ以上がさらに減衰する。

【0069】

図１７において、破線で示すＨはＡＮＣコントローラ１６を作動した場合の消音特性で、１５０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で騒音が低減する。

【0070】

以上のことから、図１８において楕円Ｉで囲んで示すように、１００Ｈｚからほぼ１０００Ｈｚ前後の範囲ＩはＡＮＣによる効果で消音することができる。また楕円Ｊで囲んで示すように、ほぼ１０００Ｈｚ以上の帯域は吸音材５によるＰＮＣによる効果により車載空調機器から生ずる耳障りな騒音を消音できる。

【0071】

なお、本発明の空調機器用消音装置Ａは３列シートの車両に限らず、例えばキャンピングカーのようなその他の車両にも適用可能である。また、車両以外の分野にも使用し得る。

【符号の説明】

【0072】

１ ダクトベース
２ リファレンスマイク
３ リファレンスマイク取付部材
３ｂ マイク取付部
４ 第１のダクト
５ 吸音材
６ 吸音材ホルダー
７ スピーカバックキャビティ
８ スピーカ
８ｄ スピーカの音源
９ スピーカバッフル
９ｄ 取付板
９ｆ 通気孔
１０ エラーマイク
１１ エラーマイク取付部材
１１ａ マイク取付部
１２ 第２のダクト
１３ 吸気兼音排出部材であるカゴ状円筒体
１３ｅ 通気孔
１３ｆ 上方開口部
１４ ダクトカバー
１５ 騒音源
１５ａ 騒音
１５ｂ 第１の平面波
１６ ＡＮＣコントローラ
１７ｂ キャンセル音（第２の平面波）
１７ｃ キャンセル後の音
１８ 壁
１９ 楕円で囲んだ範囲
２０ 外気
１００ 筺体
１０１ 吸気口
１０２ ファン
１０３ ラジエター
１０４ エバポレータ
１０５ シャッター
１０６ ダクト
１０７ ダクト
ＨＶＡＣ 車載空調機器
Ａ 空調機器用消音装置
Ｅ ＨＶＡＣの作動時の消音特性
Ｆ ＨＶＡＣに、吸音材のない空調機器用消音装置Ａを載置した際の消音特性
Ｇ 吸音材内蔵の空調機器用消音装置Ａを載置した際の消音特性
Ｈ ＡＮＣコントローラ１６を作動させた場合の消音特性
Ｉ ＡＮＣによる消音効果
Ｊ ＰＮＣによる消音効果

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】