空気導入管の静音化装置
【課題】線スペクトル的でピーク周波数が広帯域に渡って一定間隔で現れるような騒音を確実に静音化する。
【解決手段】管路４の一方の開口２が騒音源９０に接続されている。管路４における他方の開口３よりもλ１／４だけ開口２側には消音器型消音器１０が設けられている。管路４における開口３よりもλ２／４だけ開口２側には消音器型消音器２０が設けられている。管路４における開口３よりもλ３／４だけ開口２側には消音器型消音器３０が設けられている。管路４における消音器３０と開口３との間には膨張型消音器４０が設けられている。
【解決手段】管路４の一方の開口２が騒音源９０に接続されている。管路４における他方の開口３よりもλ１／４だけ開口２側には消音器型消音器１０が設けられている。管路４における開口３よりもλ２／４だけ開口２側には消音器型消音器２０が設けられている。管路４における開口３よりもλ３／４だけ開口２側には消音器型消音器３０が設けられている。管路４における消音器３０と開口３との間には膨張型消音器４０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）等に空気を導入する空気導入管における騒音の静音化に好適な静音化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子楽器やＰＡ（Pro Audio）機器の電源としての用途が期待される技術の１つに直接メタノール型燃料電池がある。図３２は、この電池８０の構成を示す図である。図３２に示すように、直接メタノール型燃料電池８０は、燃料電池セル８１と、燃料電池セル８１における一方の極である空気極８２に空気を供給する空気ポンプ８４と、燃料電池セル８１における他方の極である燃料極８３にメタノールを供給する燃料ポンプ８５と、燃料電池セル８１において空気とメタノールとが化学反応を起こすことにより発生する水を廃棄するラジエータ８６と、メタノールを循環させるラジエータ８７とを有する。この電池８０の空気極８２及び燃料極８３に電子機器やＰＡ機器などの負荷８９を接続し、空気極８２及び燃料極８３に空気及びメタノールを供給すると、空気及びメタノールの化学反応により発生した電力が負荷８９に与えられる。ここで、この電池８０の駆動中には、空気ポンプ８４内のモータが定速で回転され、外部の空気が同ポンプ８４を介して空気極８２へ送り込まれる。このため、図３３に示すように、この電池８０の駆動中は、モータの回転数の整数倍の周波数に急峻なピークを持った複数の線スペクトルを含む騒音が、空気ポンプ８４から発生する。このように広い周波数帯域に亙って多くの線スペクトルの分布した音の静音化に利用できる技術的手段として、騒音源に管路を連結し、この管路上に膨張型消音器や共鳴器型消音器などの消音器を備えつけたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
膨張型消音器は、管路の途中に、管路の内側の断面積よりも大きな断面積の空洞を内側に持った膨張部を設け、管路及び膨張部の断面積の不連続な部分で生じる反射によって伝搬音を減衰させるものである。図３４は、膨張型消音器３００の構成を示す図である。共鳴器型消音器は、管路の途中に閉管やヘルムホルツ共鳴器などの各種共鳴器を連結したものである。図３５は、ヘルムホルツ共鳴器を用いた共鳴器型消音器３０１の構成を示す図である。
【０００４】
膨張型消音器の管路の入口及び出口間における各周波数成分の透過損失Ｒは、管路長が無限大であると仮定した場合、次式（１）により求められ、図３６（Ａ）のようになる。次式（１）において、ｍは、膨張部内の空洞の面積Ｓ２を膨張部に繋がる一方の側の管路の断面積Ｓ１で除算した値である。ｍ’は、膨張部内の空洞の面積Ｓ２を膨張部に繋がる他方の管路の断面積Ｓ３で除算した値である。ｋは、管路を伝搬する音の波数（＝２π／波長）である。ｌは、膨張型消音器における空洞部の長さである。
【数１】
【０００５】
また、例えば、共鳴器型消音器が図３５に示す構成のもの（ヘルムホルツ共鳴器を利用したもの）である場合、透過損失Ｒは、次式（２）により求められ、図３７のようになる。式（２）において、Ｖはヘルムホルツ共鳴器のキャビティの容積、Ｓは管路の断面積、ｆは管路を伝搬する音の周波数、ｆｒはヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数である。
【数２】
式（２）における共鳴周波数ｆｒは、次式（３）により与えられる。
【数３】
次式（３）において、Ｃは、音速である。また、式（２）及び（３）におけるＣ０は、次式（４）により与えられる。
【数４】
式（４）において、ｎはキャビティと管路の連結孔であるネックの個数、ａはネックの半径、ｌｅはネックの長さである。また、βは次式（５）により与えられる。
【数５】
【０００６】
図３６（Ａ）に示すように、膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数においては、前掲の式（１）におけるパラメータｍ，ｍ’，ｋ，ｌにより決まる一定の周波数帯域幅毎に急峻なピークが現れる。そして、この伝達関数においては、ピークとピークの間の周波数の利得が小さくなる。また、図３７に示すように、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、共鳴器のパラメータ（図３５の例の消音器であれば、キャビティの容積、キャビティと管路とを連結するネックの面積、ネックの長さ）により決まる１つの周波数に急峻なディップを持ったものとなる。よって、原理的には、当該膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数が騒音のピークの周波数と一致しないような寸法とした膨張型消音器を利用したり、各々の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップの周波数が騒音のピークの周波数と一致するような寸法とした複数個の共鳴器型消音器を利用することにより、直接メタノール型燃料電池の空気ポンプから発生する騒音を静音化することが可能ではある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような技術的手段には次のような問題がある。まず、図３６（Ａ）に示した膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、膨張部の両側に無限長の管路が各々繋がっていると仮定した場合のものであるが、実際には、有限の長さの管路が膨張部の両側に接続される。このため、図３６（Ｂ）に示すように、膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、ピークの周波数の間隔が不均一なものとなる。そして、膨張型消音器の管路の長さが有限である場合における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数は、膨張部内の空洞の断面積や膨張部の両端に繋がる各管路の形状（管路の断面積、管路の屈曲の有無、管路の枝分かれの有無、継手などの介在の有無など）といった様々な条件に依存して決まる。このため、膨張型消音器を、その伝達関数のピークの周波数が狙いとする騒音のピークの周波数のいずれとも一致しないように設計することは極めて困難である。
【０００９】
一方、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップの周波数は、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を決めるパラメータとなる数種類の寸法（図３５の例の消音器であれば、キャビティの容積Ｖ、キャビティと管路とを連結するネックの面積Ｓ、ネックの長さｌｅ）に依存するため、伝達関数のディップの周波数が狙いとする騒音のピークの周波数と一致するように設計することは、膨張型消音器に比べれば容易である。しかしながら、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップは急峻であるから、空気ポンプ８４の駆動中の温度変化などにより空気ポンプ８４から発生する騒音のピークの周波数が僅かでも変化すると、静音効果が得られなくなる。
【００１０】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、多数の線スペクトルが広帯域に渡って分布した騒音を確実に静音化することができる静音化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、両端に開口を有し、これらの各開口のうち第１の開口が騒音源に連結される管路と、前記管路における第２の開口から第１の開口の側に離れた位置に設けられた共鳴器型消音器であって、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を変化させる手段を有する共鳴器型消音器と、前記管路における前記第１の開口と前記共鳴器型消音器の間に設けられた膨張型消音器とを具備する静音化装置を提供する。
【００１２】
この発明は、低域から高域までの広帯域の周波数成分を減衰する膨張型共鳴器と、当該共鳴器の寸法に応じて決まる特定の周波数成分のみを減衰する共鳴器型消音器を併有している。そして、共鳴器型消音器はその共鳴周波数を決定づけるパラメータを変化させる手段を有している。よって、音の媒体である空気の温度などの環境変化に応じて共鳴器型消音器のパラメータを適宜変更しつつ利用することにより、多数の線スペクトルが広帯域に渡って分布した騒音を確実に静音化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である静音化装置の構成を示す図である。
【図２】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図３】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図４】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図５】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図６】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１９】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２１】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２２】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２３】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２５】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２６】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２７】本発明の他の実施形態である静音化装置の管路を示す図である。
【図２８】本発明の他の実施形態である静音化装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３０】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３１】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３２】直接メタノール型燃料電池の構成を示す図である。
【図３３】同電池の空気ポンプが発生する騒音のパワースペクトルを示す図である。
【図３４】膨張型消音器の構成を示す図である。
【図３５】共鳴器型消音器の構成を示す図である。
【図３６】膨張型共鳴器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である 。
【図３７】共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態である静音化装置１及びこの静音化装置１が取り付けられる騒音源９０の構成を示す図である。図１において、騒音源９０は、上述した直接メタノール型燃料電池８０の空気ポンプ８４である。電池８０の駆動中は、騒音源９０である空気ポンプ８４内のモータが定速（例えば、５０回転／秒とする）で回転され、外部の空気が電池８０の空気極８２へ送り込まれる。このため、電池８０の駆動中は、騒音源９０である空気ポンプ８４からは、同ポンプ８４内のモータの回転数に基づいて決定される基本周波数ｆ１（ｆ１＝２００Hz）と、その整数倍の高次周波数ｆ２（ｆ２＝４００Hz），ｆ３（ｆ３＝６００Hz）…に急峻なピークを持った多数の線スペクトルを含む騒音が放射される。静音化装置１は、騒音源９０たる空気ポンプ８４から発生される騒音を静音化するものである。
【００１５】
静音化装置１は、両端に開口２及び３を有する管路４と、管路４における開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１：ｃは１５°Ｃにおいて空気中を伝搬する音の音速）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器１０と、管路４における開口３よりもλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器２０と、管路４における開口３よりもλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器３０と、管路４における共鳴器型消音器１０と開口２の間に設けられた膨張型消音器４０とを有する。
【００１６】
図１において、管路４は、直接メタノール型燃料電池８０と燃料電池セル８１からなる騒音源９０へ当該管路４内を経由して空気を引き込む役割を果たす。管路４の開口２は騒音源９０に連結されており、開口３は外部に開放されている。ここで、この管路４における消音器４０が設けられた位置から開口３までの区間は、断面積が均一でなければならない。一方、この管路４における消音器４０が設けられた位置から開口２までの区間は、任意に設計できる。例えば、断面積が不均一であってもよいし、管路４が大きく湾曲していてもよい。
【００１７】
消音器１０は、閉管（サイドブランチ管）である。この消音器１０は、騒音源９０から発生する音波における基本周波数ｆ１及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器１０は、管路４内における開口３よりもλ１／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部１１の一部分を、円筒部１１の外周径と同じ内周径を持ち且つ一端側が閉塞された円筒部１２内に挿入したものである。ここで、通常の状態では、円筒部１２における閉塞された側の端面と管路４との間の距離Ｌ１は、周波数ｆ１及び音速ｃを次式（６）に代入して求まる長さに調整される。
Ｌ１＝ｃ／（４・ｆ１）＝λ１／４…（６）
【００１８】
よって、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ１の周波数成分が含まれている場合、消音器１０内において管共鳴現象が発生し、周波数ｆ１の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００１９】
また、この消音器１０における円筒部１１の外周は円筒部１２の内周に対して僅かな摩擦力を持って接している。そして、円筒部１２を円筒部１１に近づけたり円筒部１１から遠ざける方向に動かすことにより、円筒部１２における閉塞された側の端面と管路４との間の距離Ｌ１をＬ１±αの範囲内において調整することができる。この距離Ｌ１の調整により、消音器１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を基本周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２０】
消音器２０は、ヘルムホルツ共鳴器である。この消音器２０は、騒音源９０から発生する音波における周波数ｆ２及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器２０は、管路４内における開口３よりもλ２／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部２１と、円筒部２１の外周径と同じ内周径のネック２２を持った壺状部２３における当該ネック２２とを連結させたものである。
【００２１】
ここで、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ２の周波数成分が含まれている場合、消音器２０内においてヘルムホルツ共鳴現象が発生し、周波数ｆ２の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００２２】
また、この消音器２０における円筒部２１の外周と壺状部２３のネック２２の内周にはネジ山及びネジ溝が各々設けられており、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２１とネック２２とが連結されている。そして、この消音器２０では、壺状部２３を円筒部２１に対して回転させると、壺状部２３におけるネック２２と空洞２４の境界面と管路４との間の距離Ｌ２をＬ２±βの範囲内において調整することができる。この距離Ｌ２の調整により、消音器２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２３】
消音器３０は、ヘルムホルツ共鳴器である。この消音器３０は、騒音源９０から発生する音波における周波数ｆ３及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器３０は、管路４内における開口３よりもλ３／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部３１の先端に、この円筒部３１の内周径よりも大きな内周径をもったシリンダ部３２を設け、このシリンダ部３２内にピストン部３３を挿入したものである。
【００２４】
ここで、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ３の周波数成分が含まれている場合、消音器３０内においてヘルムホルツ共鳴現象が発生し、周波数ｆ３の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００２５】
また、この消音器３０におけるピストン部３３の外周面は、シリンダ部３２の内周面に対してある程度の摩擦力をもって接している。そして、この消音器３０では、ピストン部３３を円筒部３１に近づけたり円筒部３１から遠ざける方向に動かすことにより、空洞３４の容積Ｖ３をＶ３±γの範囲内において調整することができる。この容積Ｖ３の調整により、消音器３０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ３の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２６】
消音器４０は、騒音源９０から発生する音波における低域から高域までの周波数成分を広く減衰させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器４０は、管路４の断面積よりも大きな断面積の空洞を内側に持った膨張部４１を有している。膨張部４１の内側の空洞は、当該膨張部４１の一端面及び他端面に各々設けられた孔４２及び４３を介して管路４と連通している。ここで、この膨張部４１の両端面に連通している管路４の長さは有限である。よって、当該消音器４０における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、不均一な間隔で急峻なピークが現れるようなものとなる（図３６（Ｂ））。このため、開口２の側から当該消音器４０を経由して共鳴器３０の側に伝搬される音波における各周波数成分は、当該消音器４０における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数成分以外の周波数成分だけが減衰する。
【００２７】
以上説明した本実施形態によると、次の効果が得られる。
第１に、本実施形態では、騒音源９０である空気ポンプ８４から管路４内に伝搬された音波が、膨張型消音器４０、共鳴器型消音器１０，２０，及び３０が連結された位置を経由し、開口３から外部に放射される。そして、管路４に設けられている４つの消音器１０，２０，３０及び４０のうち膨張型消音器４０により、音波における低域から高域までの広帯域の周波数成分が減衰される。また、共鳴器型消音器１０，２０及び３０により、音波における基本周波数ｆ１（ｆ１＝２００Hz）と、その整数倍の高次周波数ｆ２（ｆ２＝４００Hz），ｆ３（ｆ３＝６００Hz）…の周波数成分が減衰する。よって、実施形態によると、空気ポンプ８４の騒音を確実に静音化することができる。
【００２８】
本願発明者らは、この第１の効果を確認すべく、次のような検証を行った。まず、静音化装置１の開口２を騒音源９０たる空気ポンプ８４に接続し、空気ポンプ８４を駆動させている間に開口３から放射された音を収音し、収音した音のパワースペクトルを測定した。また、静音化装置１のものと同寸法で消音器１０，２０，３０，及び４０が設けられていない管路４’の一方の開口２’を騒音源９０たる空気ポンプ８４に接続し、空気ポンプ８４を駆動させている間にこの管路４’の他方の開口３’から放射された音のパワースペクトルを測定した。図２は、以上のようにして測定した両パワースペクトルを周波数軸を揃えて示した図である。また、図３は、静音化装置１を接続した場合におけるパワースペクトルを人間の聴覚特性に応じて補正したＡ特性波形と、管路４’を接続した場合におけるパワースペクトルを人間の聴覚特性に応じて補正したＡ特性波形とを、周波数軸を揃えて示した図である。騒音源９０に静音化装置１を備え付けた場合と管路４を備え付けた場合の各々における各周波数成分の振幅を比較すると、低域から高域までのほぼ全周波数成分において、静音化装置１を備え付けた場合の方が管路４’を備え付けた場合よりも振幅が小さくなっている。また、静音化装置１を備え付けた場合のパワースペクトルでは、管路４’を備え付けた場合のパワースペクトルにおいてピークとなっている周波数成分が十分に小さくなっている。このことから、静音化装置１を騒音源９０たる空気ポンプ８４に備え付けることにより、確実な静音効果が得られることが分かる。
【００２９】
第２に、本実施形態では、共鳴器型消音器１０の共鳴周波数を決定付けるパラメータである距離Ｌ１、共鳴器型消音器２０の共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである距離Ｌ２、及び共鳴器型消音器３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである体積Ｖ３を調整する手段が設けられている。よって、音波の媒質である空気の温度が変化し、騒音源９０から発生する騒音における急峻なピークの周波数が変化している場合でも、距離Ｌ１、Ｌ２や体積Ｖ３の調整により、そのピークの周波数成分を低減させることができる。また、騒音源９０の静音用の静音化装置１の製造段階において共鳴器１０，２０，３０の設置位置に寸法誤差があった場合でも、距離Ｌ１及びＬ２や体積Ｖ３を調整し、その騒音源９０が発生する騒音のピーク周波数の周波数成分を低減させることができる。
【００３０】
第３に、本実施形態では、管路４における開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）だけ開口２側に共鳴器型消音器１０が設けられているため、騒音源９０から発生する騒音における基本周波数ｆ１の周波数成分の減衰量を大きくすることができる。以下、この効果が得られる理由について詳細に説明する。管路４内を開口３に向かって伝搬する音波に周波数ｆ１の周波数成分が含まれている場合、その周波数ｆ１の音波（進行波）と開口３において反射して逆方向に伝搬される音波（反射波）とが合成され、開口３に節を有する波長λ１の定在波が発生する。共鳴器型消音器１０が開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）だけ開口２側に設けられている場合、共鳴器型消音器１０の位置がこの波長λ１の定在波の腹と一致する。このため、共鳴器型消音器１０内の空気がこの波長λ１の定在波により加振され易くなる。この結果、共鳴器型消音器１０を他の位置に設けた場合よりも周波数ｆ１の周波数成分の減衰量が大きくなる。また、同様に、本実施形態では、管路４における開口３よりもλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）及びλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）だけ開口２側に共鳴器型消音器２０及び３０が設けられているため、騒音源９０から発生する騒音における周波数ｆ２及び周波数ｆ３の周波数成分の減衰量を大きくすることができる。
【００３１】
本願発明者らは、この第３の効果を確認すべく、次のような検証を行った。まず、本願発明者らは、周波数ｆ１＝２００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる共鳴器の位置が開口３からλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）≒４２５ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図４（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から４２５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ａを設けた場合、この消音器１０ａよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｂを設けた場合、この消音器１０ｂの開口５２側に共鳴器型消音器１０ｃを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図４（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３２】
また、本願発明者らは、周波数ｆ２＝４００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる消音器の位置が開口３からλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）≒２１２．５ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図５（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から２１２．５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｄを設けた場合、この消音器１０ｄよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｅを設けた場合、共鳴器１０ｄよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｆを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図５（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３３】
また、本願発明者らは、周波数ｆ３＝６００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる消音器の位置が開口３からλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）≒１４１ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図６（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から１４１ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｇを設けた場合、消音器１０ｇよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｈを設けた場合、消音器１０ｇよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｉを設けた場合、消音器１０ｉよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｊを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図６（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３４】
図４（Ｂ）における２００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から４２５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ａを設けた場合は、残りの２つ場合に比べて、２００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。また、図５（Ｂ）における４００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から２１２．５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｄを設けた場合は、残りの２つ場合に比べて、４００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。図６（Ｂ）における６００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から１４１ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｇを設けた場合は、残りの３つの場合に比べて、６００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。このことから、開口３よりもλ１／４，λ２／４，及びλ３／４だけ開口２側に共鳴器型消音器１０，２０，及び３０を設けた場合に、周波数ｆ１，ｆ２，及びｆ３の周波数成分の減衰量が最も大きくなることが分かる。
【００３５】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態があり得る。例えば、以下の通りである。
（１）上記実施形態では、共鳴器型消音器１０を円筒部１１と円筒部１２とを連結させたものにより構成した。しかし、共鳴器型消音器１０の構成はこれに限らない。例えば、共鳴器型消音器１０を次のような構成のものにしてもよい。図７に示すように、第１の変形例である共鳴器型消音器１１０は、円筒部１１１と、円筒部１１２と、円筒部１１３とから構成される。円筒部１１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。円筒部１１１における管路４の反対側は開放されている。円筒部１１２は、円筒部１１１の外周径と同じ内周径を有している。円筒部１１２は両端が開放されている。円筒部１１３は、円筒部１１２の内周径と同じ外周径を有している。円筒部１１３における一端の側は開放され、他端の側は閉塞されている。この消音器１１０では、円筒部１１１における管路４と反対側の一部分が円筒部１１２内に挿入され、円筒部１１３における開放された側の端部の一部が円筒部１１２内に挿入されることにより、円筒部１１１，１１２，及び１１３の内周面を内郭とする閉管が形成される。この消音器１１０では、円筒部１１３を円筒部１１１に近づけたり遠ざける方向に動かすことにより、円筒部１１３における閉塞された側の端面と管路４と間の距離Ｌ１１０を調整することができる。この距離Ｌ１１０の調整により、消音器１１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３６】
図８に示すように、第２の変形例である共鳴器型消音器２１０は、円筒部２１１と円柱部２１２とから構成される。円筒部２１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。この円筒部２１１における管路４と反対側の端部は開放されている。円柱部２１２は円筒部２１１の内周径と同じ外周径を有している。この消音器２１０では、円筒部２１１の内周と円柱部２１２の外周にネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器２１０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２１１内に円柱部２１２が嵌合され、円筒部２１１の内周面と円柱部２１２の端面２１３とを内郭とする閉管が形成される。この消音器２１０では、円筒部２１１内の円柱部２１２を円筒部２１１に対して回転させることにより、円柱部２１２の端面２１３と管路４との間の距離Ｌ２１０を調整することができる。この距離Ｌ２１０の調整により、消音器２１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３７】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第３の変形例である共鳴器型消音器３１０は、管路４の内側から当該管路４を貫いて円筒を延在させ、この円筒における管路４と反対側の端部を閉塞したものである。この消音器３１０の側面３１１は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器３１０では、管路４と反対側の端面３１２を管路４から離す方向に動かしたり、管路４に近づける方向に動かしたりすることにより、端面３１２と管路４との間の距離Ｌ３１０を調整することができる。この距離Ｌ３１０の調整により、消音器３１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３８】
図１０に示すように、第４の変形例である共鳴器型消音器４１０は、円筒部４１１とピストン部４１２とから構成される。円筒部４１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。ピストン部４１２は、幅薄の円柱状をなしている。ピストン部４１２は、円筒部４１１の内周径と同じ外周径を有している。この消音器４１０におけるピストン部４１２は円筒部４１１内に挿入され、円筒部４１１の内周面とピストン部４１２の底面４１３とにより閉管が形成される。この消音器４１０では、ピストン部４１２を管路４に近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、円筒部４１１内におけるピストン部４１２の底面４１３と管路４との間の距離Ｌ４１０を調整することができる。この距離Ｌ４１０の調整により、消音器４１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３９】
図１１に示すように、第５の変形例である共鳴器型消音器５１０は、円筒部５１１と円筒部５１２とから構成される。円筒部５１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。この円筒部５１１における管路４と反対側の端部は開放されている。円筒部５１１は円筒部５１２の外周径と同じ内周径を有している。この消音器５１０では、円筒部５１１の外周と円筒部５１２の内周にネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器５１０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部５１２内に円筒部５１１が嵌合され、円筒部５１１及び５１２の内周面を内郭とする閉管が形成される。この消音器５１０では、円筒部５１２を円筒部５１１に対して回転させることにより、円筒部５１２における閉塞された側の端面５１３と管路４との間の距離Ｌ５１０を調整することができる。この距離Ｌ５１０の調整により、消音器５１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４０】
（２）上記実施形態では、共鳴器型消音器２０を円筒部２１と壺状部２３とを連結したものにより構成し、共鳴器型消音器３０を、円筒部３１、シリンダ部３２、及びピストン部３３を連結したものにより構成した。しかし、共鳴器型消音器２０及び３０の構成はこれに限らない。例えば、共鳴器型消音器２０及び３０の両方または一方（たとえば、共鳴器型消音器２０とする）を次のような構成のものにしてもよい。図１２に示すように、第６の変形例である共鳴器型消音器２２０は、円筒部２２１と、円筒部２２１の外周径と同じ内周径のネック２２２を持った壺状部２２３におけるネック２２２とを連結させたものである。この消音器２２０における円筒部２２１の内周と壺状部２２３のネック２２２の外周にはネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器２２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２２１内に壺状部２２３のネック２２２が嵌合され、円筒部２２１及び壺状部２２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。そして、壺状部２２３を円筒部２２１に対して回転させることにより、壺状部２２３におけるネック２２２とその奥の空洞２２４との境界面と管路４との距離Ｌ２２０を調整することができる。この距離Ｌ２２０の調整により、消音器２２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４１】
図１３に示すように、第７の変形例である共鳴器型消音器３２０は、円筒部３２１と、円筒部３２１の外周径と同じ内周径のネック３２２を持った壺状部３２３とから構成される。この消音器３２０では、円筒部３２１における管路４の反対側の一部分が壺状部３２３のネック３２２内に挿入され、円筒部３２１及び壺状部３２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器３２０では、壺状部３２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、壺状部３２３におけるネック３２２及びその奥の空洞３２４間の境界面と管路４と間の距離Ｌ３２０を調整することができる。この距離Ｌ３２０の調整により、消音器３２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４２】
図１４に示すように、第８の変形例である共鳴器型消音器４２０は、円筒部４２１と、円筒部４２１の外周径と同じ内周径のネック４２２を持った壺状部４２３とから構成される。この消音器４２０では、壺状部４２３のネック４２２の一部分が円筒部４２１内に挿入され、円筒部４２１及び壺状部４２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器４２０では、壺状部４２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、壺状部４２３におけるネック４２２とその奥の空洞４２４との境界面と管路４と間の距離Ｌ４２０を調整することができる。この距離Ｌ４２０の調整により、消音器４２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４３】
図１５に示すように、第９の変形例である共鳴器型消音器５２０は、円筒部５２１と、円筒部５２２と、円筒部５２２の外周径と同じ内周径のネック５２３を持った壺状部５２４とから構成される。この消音器５２０では、円筒部５２１における管路４の反対側の一部分と、壺状部５２４におけるネック５２３の一部分が円筒部５２２の両側から円筒部５２２内に挿入され、円筒部５２１，５２２及び壺状部５２４の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器５２０では、壺状部５２４を円筒部５２１に近づけたり遠ざける方向に動かすことにより、壺状部５２４におけるネック５２２とその奥の空洞５２８との境界面と管路４と間の距離Ｌ５２０を調整することができる。この距離Ｌ５２０の調整により、消音器５２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４４】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、第１０の変形例である共鳴器型消音器６２０は、管路４と連通するネック６２１を有する壺状をなしている。この消音器６２０におけるネック６２１は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器６２０では、当該消音器６２０を管路４から離す方向に引いたり、管路４に近づける方向に押したりすることにより、ネック６２１とその奥の空洞６２２との境界面と管路４と間の距離Ｌ６２０を調整することができる。この距離Ｌ６２０の調整により、消音器６２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４５】
図１７に示すように、第１１の変形例である共鳴器型消音器７２０は、管路４と連通するネック７２１を有する壺状をなしている。この消音器７２０におけるネック７２１の奥の空洞７２２には体積調整部材７２３が挿入される。体積調整部材７２３は、空洞７２２の内周径と同じ外周径を持った円柱状をなしている。この体積調整部材７２３における一端面の中心と他端面の中心との間には、ネック７２１の内周と同じ直径を持った孔７２４が穿設されている。ここで、空洞７２２内における体積調整部材７２３の体積が大きい程、空洞７２２における体積調整部材７２３を除いた部分の体積は小さくなる。この消音器７２０では、空洞７２２内に挿入されている体積調整部材７２３を体積のより大きなものや小さなものに置き換えることにより、空洞７２２における体積調整部材７２３を除いた部分の体積Ｖ７２０を調整することができる。この体積Ｖ７２０の調整により、消音器７２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４６】
図１８に示すように、第１２の変形例である共鳴器型消音器８２０は、管路４内と連通する碗部８２１と、この碗部８２１とともに空洞８２２を形成する円筒部８２３とから構成される。この消音器８２０における碗部８２１は、管路４内から当該管路４を貫いて外側に延在する小径の円筒の先端に大径の円筒を連結したものである。円筒部８２３は、碗部８２１における大径の円筒の部分の内周径と同じ外周径を有している。碗部８２１の大径の円筒の部分は開放されている。円筒部８２３における一方の端部は閉塞されており、他方の端部は開放されている。この消音器８２０では、円筒部８２３がその開放された側の端面を碗部８２１に向けて碗部８２１内に挿入され、碗部８２１及び円筒部８２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器８２０では、円筒部８２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞８２２の体積Ｖ８２０を調整することができる。この体積Ｖ８２０の調整により、消音器８２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４７】
図１９に示すように、第１３の変形例である共鳴器型消音器９２０は、管路４内と連通する碗部９２１と、この碗部９２１とともに空洞９２２を形成する円筒部９２３とから構成される。この消音器９２０では、碗部９２１における大径の円筒の部分がその開放された側の面を円筒部９２３に向けて円筒部９２３内に挿入され、碗部９２１及び円筒部９２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器９２０では、円筒部９２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞９２２の体積Ｖ９２０を調整することができる。この体積Ｖ９２０の調整により、消音器９２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４８】
図２０に示すように、第１４の変形例である共鳴器型消音器１０２０は、管路４内と連通する碗部１０２１と、この碗部１０２１とともに空洞１０２２を形成する円筒部１０２３及び１０２４とから構成される。この消音器１０２０では、碗部１０２１における大径の円筒の部分がその開放された側の面を円筒部１０２３に向けて円筒部１０２３内に挿入されるとともに、円筒部１０２４がその開放された側の面を円筒部１０２３に向けて円筒部１０２３内に挿入され、碗部１０２１と円筒部１０２３及び１０２４の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１０２０では、円筒部１０２４を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞１０２２の体積Ｖ１０２０を調整することができる。この体積Ｖ１０２０の調整により、消音器１０２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４９】
図２１に示すように、第１５の変形例である共鳴器型消音器１１２０では、管路４内と連通する碗部１１２１と、この碗部１１２１とともに空洞１１２２を形成する円筒部１１２３とから構成される。この消音器１１２０の碗部１１２１における大径の円筒の部分の内周と円筒部１１２３の外周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１１２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１１２１における大径の円筒の部分内に円筒部１１２３が嵌合され、碗部１１２１及び円筒部１１２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１１２０では、円筒部１１２３を碗部１１２１に対して回転させ、円筒部１１２３を碗部１１２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１１２２の体積Ｖ１１２０を調整することができる。この体積Ｖ１１２０の調整により、消音器１１２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５０】
図２２に示すように、第１６の変形例である共鳴器型消音器１２２０は、管路４内と連通する碗部１２２１、この碗部１２２１とともに空洞１２２２を形成する円筒部１２２３とから構成される。この消音器１２２０の碗部１２２１における大径の円筒の部分の外周と円筒部１２２３の内周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１２２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１２２１における大径の円筒の部分が円筒部１２２３内に嵌合され、碗部１２２１及び円筒部１２２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１２２０では、円筒部１２２３を碗部１２２１に対して回転させ、円筒部１２２３を碗部１２２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１２２２の体積Ｖ１２２０を調整することができる。この体積Ｖ１２２０の調整により、消音器１２２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５１】
図２３に示すように、第１７の変形例である共鳴器型消音器１３２０は、管路４内と連通する碗部１３２１と、この碗部１３２１とともに空洞１３２２を形成する円柱部１３２３とから構成される。碗部１３２１は、管路４内から当該管路４を貫いて外側に延在する小径の円筒に大径の円筒を連結したものである。円柱部１３２３は、碗部１３２１における大径の円筒の内周径と同じ外周径を有している。碗部１３２１の大径の円筒は開放されている。この消音器１３２０の碗部１３２１における大径の円筒の内周と円柱部１３２１の外周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１３２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１３２１における大径の円筒内に円柱部１３２３が嵌合され、碗部１３２１及び円柱部１３２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１３２０では、円柱部１３２３を碗部１３２１に対して回転させ、円柱部１３２３を碗部１３２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１３２２の体積Ｖ１３２０を調整することができる。この体積Ｖ１３２０の調整により、消音器１３２０内において音響エネルギーを減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５２】
図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示すように、第１８の変形例である共鳴器型消音器１４２０は、管路４内と連通するネック１４２１を持った壺状をなしている。この消音器１４２０におけるネック１４２１の奥の空洞１４２２を覆う側面１４２３は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器１４２０では、当該消音器１４２０を管路４から離す方向に引いたり、管路４に近づける方向に押したりすることにより、空洞１４２２の体積Ｖ１４２０を調整することができる。この体積Ｖ１４２０の調整により、消音器１４２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５３】
図２５に示すように、第１９の変形例である共鳴器型消音器１５２０は、管路４内と連通するネック１５２１を有する壺状をなしている。この消音器１５２０におけるネック１５２１の奥の空洞１５２２には内挿材１５２３が挿入される。内挿材１５２３は、例えば、砂や粘土である。空洞１５２２内における内挿材１５２３の体積が大きいほど、空洞１５２２内における内挿材１５２３を除いた部分の体積Ｖ１５２０は小さくなる。この消音器１５２０では、空洞１５２２内に挿入されている内挿材１５２３を体積のより大きなものや小さなものに置き換えることにより、体積Ｖ１５２０を調整することができる。この体積Ｖ１５２０の調整により、消音器１５２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５４】
図２６に示すように、第２０の変形例である共鳴器型消音器１６２０は、管路４内と連通するネック１６２１を持った壺状をなしている。消音器１６２０では、ネック１６２１にネック径調整部材１６２２が挿入される。このネック径調整部材１６２２は、ネック１６２１の内周径とほぼ同じ外周径を持った円柱状をなしている。ネック径調整部材１６２２における一端面の中心と他端面の中心との間には、孔１６２３が穿設されている。この消音器１６２０では、ネック１６２１に挿入されているネック径調整部材１６２２を孔１６２３の直径がより大きいものや小さいものに置き換えることにより、ヘルムホルツ共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである開口端補正値を変化させることができる。よって、ネック１６２１に挿入されているネック径調整部材１６２２を孔１６２３の直径がより大きいものや小さいものに置き換えることにより、消音器１６２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５５】
（３）上記実施形態において、空気ポンプ８４内のモータの回転数を検出する検出手段と、共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータとなる寸法を検出手段が検知した回転数に応じて変化させる制御手段とを設けてもよい。また、空気ポンプ８４から発生する騒音を収音する収音手段と、共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータとなる寸法を収音手段が検知した回転数に応じて変化させる制御手段とを設けてもよい。
【００５６】
（４）上記実施形態では、管路４は断面積が一定で一直線状をなしていた。しかし、管路４において開口２から孔４２の間は任意の断面積であってもよいし、任意に屈曲していてもよい。また、管路４における開口２から孔４２の間は任意に枝分かれしていてもよい。つまり、開口２から孔４２の間は自由に設計できる。また、管路４における孔４３から開口３の間は、静音化の対象となる音波の波長λと管路４の断面積ｄとに依存して決まる影響が軽微なものである場合は、管路４を屈曲させて全体のコンパクト化を図ってもよい。より具体的には、図２７に示すように、管路４内における屈曲方向を向いた面３１０の近傍を通る音波の行路とその反対側の面３１１の近傍を通る音波の行路の行路差が音波の波長λよりも十分に小さい場合には、当該管路４を屈曲させることよる影響は無視できるほど小さい。よって、この場合、管路４を屈曲させてもよい。
【００５７】
（５）上記実施形態において、図２８に示す静音化装置１Ａのように、管路４に当該管路４の管路長を調整する一又は複数の管路長調整手段９５（例えば、蛇腹、シリンダー、ゴム、ネジ込み、継手など：図２８の例では管路長調整手段９５の個数は３つ）を設けてもよい。この静音化装置１０Ａによると、管路４における共鳴器型消音器１０，２０，及び３０の位置と管路４内の定在波の音圧が最も高くなる位置が一致するように開口３と共鳴器型消音器１０，２０，及び３０との距離を調整し、消音効果をより高めることができる（第１の効果）。
【００５８】
また、この静音化装置１０Ａによると、当該静音化装置１０Ａにおける騒音源９０に塞がれた開口２からその反対側の開口３に至る全区間の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数と騒音源９０から発生する線スペクトルの周波数とが一致した場合にはその周波数と共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を一致させたとしても充分な消音効果が得られない、という問題を改善することができる（第２の効果）。
【００５９】
以下、この第２の効果について、詳細に説明する。静音化装置１は、管路４に膨張型消音器４０と３つの共鳴器型消音器１０，２０，及び３０を設けたものであるから、消音化装置１における騒音源９０に塞がれた開口２からその反対側の開口３に至る全区間の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１０は、管路４に共鳴器型消音器１０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１１と、管路４に共鳴器型消音器２０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１２と、管路４に共鳴器型消音器３０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１３と、管路４に膨張側消音器４０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１４の影響を含むものと考えることができる。図２９（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１は、各消音器１０の寸法に依存する周波数ｆ１１に急峻なディップを持ったものとなる（Ｒ１２，Ｒ１３は同等であるので以後説明を省く）。一方、伝達関数Ｒ１４は、ピークを複数持ったものとなる（図３６（Ｂ）参照）。そして、前述した通り、伝達関数Ｒ１４に現れるピークの周波数は、膨張側消音器４０の膨張部内の空洞の断面積や膨張部の両端に繋がる各管路４の形状（管路４の断面積、管路４の屈曲の有無、管路４の枝分かれの有無、継手などの介在の有無など）や長さなどの様々な条件に依存するため、騒音源９０に接続して実際に利用してみるまで伝達関数Ｒ１４のどの周波数（ｆ１４）にピークが発生するかは予測が困難である。このため、図２９（Ｂ）に示すように、騒音源９０から発生した騒音における周波数ｆｐと伝達関数Ｒ１４の周波数ｆ１４が一致することにより充分消音できなくなる場合がある。
【００６０】
騒音における周波数ｆｐの成分を減衰させるためには、消音器１０の周波数ｆ１１を周波数ｆｐ（＝ｆ１４）に合わせる必要がある。消音器１０の距離Ｌ１を調整して周波数ｆ１１を周波数ｆｐ（＝ｆ１４）に合わせる操作を行ったとすると、図３０（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１と伝達関数Ｒ１４を各々有する共鳴器を含めた系における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数ＲＸの振幅特性は、周波数ｆｐ（＝ｆ１１＝ｆ１４）にディップを有し、周波数ｆｐ（＝ｆ１１＝ｆ１４）の高域側近傍及び低域側近傍に２つのピークＰＨ及びＰＬを有するものとなる。このため、騒音における周波数ｆｐとその前後のピークＰＨ及びＰＬの内側の狭い帯域の成分は減衰させることができるものの、ピークＰＨ及びＰＬ付近の成分はあまり減衰させることができずに残ってしまう（図３０（Ｂ）参照）。
【００６１】
これに対し、静音化装置１０Ａでは、管路長調整手段９５による管路長自体の調整を通じて、伝達関数Ｒ１４におけるピークの周波数ｆ１４を低域側または高域側にずらすことができる。静音化装置１０Ａにおいて、伝達関数Ｒ１１の周波数ｆ１１を周波数ｆｐに合わせ、伝達関数Ｒ１４のピークの周波数ｆ１４を周波数ｆｐの低域側または高域側（図３１（Ａ）の例では高域側）にずらす操作を行ったとすると、図３１（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１と伝達関数Ｒ１４を各々有する共鳴器を含めた系における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数ＲＸの振幅特性では、周波数ｆｐの高域側近傍及び低域側近傍に現れるピークＰＨ及びＰＬが低減される。このため、周波数ｆｐと周波数ｆ１１及びｆ１４が一致している場合に比べると、周波数ｆｐの高域側の減衰量が幾分劣るものの、周波数ｆｐとその高域側及び低域側の全体としての減衰量は大きくなる（図３１（Ｂ）参照）。上述したように、空気ポンプ８４たる騒音源９０が発生する騒音は多数の線スペクトルを有しており、静音化装置１における伝達関数Ｒ１４の周波数ｆ１４がそれらの線スペクトルのいずれとも重ならないように管路４を設計するのは極めて困難である。本実施形態によると、設計上の困難性を回避しつつ、大きな静音効果を得ることができる。
【００６２】
（６）上記実施形態において、消音器４０内に多孔質素材等を充填することにより、消音器４０を騒音源９０への粉塵等の進入やセルスタックへの化学物質の進入を防ぐ役割を果たすケミカルフィルタと兼用する構成にしてもよい。この構成によると、騒音源９０への粉塵等の流入を防ぎつつ静音効果をより一層高めることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…静音化装置、２，３…開口、４…管路、１０，２０，３０…共鳴器型消音器、１１，１２，２１…円筒部、２２，３１…ネック、２３…壺状部、２４，３４，４１…空洞、３２…シリンダ部、３３…ピストン部、４０…膨張型共鳴器、４２，４３…孔、９０…騒音源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）等に空気を導入する空気導入管における騒音の静音化に好適な静音化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子楽器やＰＡ（Pro Audio）機器の電源としての用途が期待される技術の１つに直接メタノール型燃料電池がある。図３２は、この電池８０の構成を示す図である。図３２に示すように、直接メタノール型燃料電池８０は、燃料電池セル８１と、燃料電池セル８１における一方の極である空気極８２に空気を供給する空気ポンプ８４と、燃料電池セル８１における他方の極である燃料極８３にメタノールを供給する燃料ポンプ８５と、燃料電池セル８１において空気とメタノールとが化学反応を起こすことにより発生する水を廃棄するラジエータ８６と、メタノールを循環させるラジエータ８７とを有する。この電池８０の空気極８２及び燃料極８３に電子機器やＰＡ機器などの負荷８９を接続し、空気極８２及び燃料極８３に空気及びメタノールを供給すると、空気及びメタノールの化学反応により発生した電力が負荷８９に与えられる。ここで、この電池８０の駆動中には、空気ポンプ８４内のモータが定速で回転され、外部の空気が同ポンプ８４を介して空気極８２へ送り込まれる。このため、図３３に示すように、この電池８０の駆動中は、モータの回転数の整数倍の周波数に急峻なピークを持った複数の線スペクトルを含む騒音が、空気ポンプ８４から発生する。このように広い周波数帯域に亙って多くの線スペクトルの分布した音の静音化に利用できる技術的手段として、騒音源に管路を連結し、この管路上に膨張型消音器や共鳴器型消音器などの消音器を備えつけたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
膨張型消音器は、管路の途中に、管路の内側の断面積よりも大きな断面積の空洞を内側に持った膨張部を設け、管路及び膨張部の断面積の不連続な部分で生じる反射によって伝搬音を減衰させるものである。図３４は、膨張型消音器３００の構成を示す図である。共鳴器型消音器は、管路の途中に閉管やヘルムホルツ共鳴器などの各種共鳴器を連結したものである。図３５は、ヘルムホルツ共鳴器を用いた共鳴器型消音器３０１の構成を示す図である。
【０００４】
膨張型消音器の管路の入口及び出口間における各周波数成分の透過損失Ｒは、管路長が無限大であると仮定した場合、次式（１）により求められ、図３６（Ａ）のようになる。次式（１）において、ｍは、膨張部内の空洞の面積Ｓ２を膨張部に繋がる一方の側の管路の断面積Ｓ１で除算した値である。ｍ’は、膨張部内の空洞の面積Ｓ２を膨張部に繋がる他方の管路の断面積Ｓ３で除算した値である。ｋは、管路を伝搬する音の波数（＝２π／波長）である。ｌは、膨張型消音器における空洞部の長さである。
【数１】
【０００５】
また、例えば、共鳴器型消音器が図３５に示す構成のもの（ヘルムホルツ共鳴器を利用したもの）である場合、透過損失Ｒは、次式（２）により求められ、図３７のようになる。式（２）において、Ｖはヘルムホルツ共鳴器のキャビティの容積、Ｓは管路の断面積、ｆは管路を伝搬する音の周波数、ｆｒはヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数である。
【数２】
式（２）における共鳴周波数ｆｒは、次式（３）により与えられる。
【数３】
次式（３）において、Ｃは、音速である。また、式（２）及び（３）におけるＣ０は、次式（４）により与えられる。
【数４】
式（４）において、ｎはキャビティと管路の連結孔であるネックの個数、ａはネックの半径、ｌｅはネックの長さである。また、βは次式（５）により与えられる。
【数５】
【０００６】
図３６（Ａ）に示すように、膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数においては、前掲の式（１）におけるパラメータｍ，ｍ’，ｋ，ｌにより決まる一定の周波数帯域幅毎に急峻なピークが現れる。そして、この伝達関数においては、ピークとピークの間の周波数の利得が小さくなる。また、図３７に示すように、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、共鳴器のパラメータ（図３５の例の消音器であれば、キャビティの容積、キャビティと管路とを連結するネックの面積、ネックの長さ）により決まる１つの周波数に急峻なディップを持ったものとなる。よって、原理的には、当該膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数が騒音のピークの周波数と一致しないような寸法とした膨張型消音器を利用したり、各々の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップの周波数が騒音のピークの周波数と一致するような寸法とした複数個の共鳴器型消音器を利用することにより、直接メタノール型燃料電池の空気ポンプから発生する騒音を静音化することが可能ではある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような技術的手段には次のような問題がある。まず、図３６（Ａ）に示した膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、膨張部の両側に無限長の管路が各々繋がっていると仮定した場合のものであるが、実際には、有限の長さの管路が膨張部の両側に接続される。このため、図３６（Ｂ）に示すように、膨張型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、ピークの周波数の間隔が不均一なものとなる。そして、膨張型消音器の管路の長さが有限である場合における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数は、膨張部内の空洞の断面積や膨張部の両端に繋がる各管路の形状（管路の断面積、管路の屈曲の有無、管路の枝分かれの有無、継手などの介在の有無など）といった様々な条件に依存して決まる。このため、膨張型消音器を、その伝達関数のピークの周波数が狙いとする騒音のピークの周波数のいずれとも一致しないように設計することは極めて困難である。
【０００９】
一方、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップの周波数は、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を決めるパラメータとなる数種類の寸法（図３５の例の消音器であれば、キャビティの容積Ｖ、キャビティと管路とを連結するネックの面積Ｓ、ネックの長さｌｅ）に依存するため、伝達関数のディップの周波数が狙いとする騒音のピークの周波数と一致するように設計することは、膨張型消音器に比べれば容易である。しかしながら、共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のディップは急峻であるから、空気ポンプ８４の駆動中の温度変化などにより空気ポンプ８４から発生する騒音のピークの周波数が僅かでも変化すると、静音効果が得られなくなる。
【００１０】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、多数の線スペクトルが広帯域に渡って分布した騒音を確実に静音化することができる静音化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、両端に開口を有し、これらの各開口のうち第１の開口が騒音源に連結される管路と、前記管路における第２の開口から第１の開口の側に離れた位置に設けられた共鳴器型消音器であって、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を変化させる手段を有する共鳴器型消音器と、前記管路における前記第１の開口と前記共鳴器型消音器の間に設けられた膨張型消音器とを具備する静音化装置を提供する。
【００１２】
この発明は、低域から高域までの広帯域の周波数成分を減衰する膨張型共鳴器と、当該共鳴器の寸法に応じて決まる特定の周波数成分のみを減衰する共鳴器型消音器を併有している。そして、共鳴器型消音器はその共鳴周波数を決定づけるパラメータを変化させる手段を有している。よって、音の媒体である空気の温度などの環境変化に応じて共鳴器型消音器のパラメータを適宜変更しつつ利用することにより、多数の線スペクトルが広帯域に渡って分布した騒音を確実に静音化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である静音化装置の構成を示す図である。
【図２】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図３】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図４】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図５】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図６】同装置の効果を確認するために行われた検証の結果を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図１９】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２１】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２２】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２３】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２５】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２６】本発明の他の実施形態である静音化装置の共鳴器型消音器を示す図である。
【図２７】本発明の他の実施形態である静音化装置の管路を示す図である。
【図２８】本発明の他の実施形態である静音化装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３０】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３１】本発明の他の実施形態である静音化装置の作用を説明するための図である。
【図３２】直接メタノール型燃料電池の構成を示す図である。
【図３３】同電池の空気ポンプが発生する騒音のパワースペクトルを示す図である。
【図３４】膨張型消音器の構成を示す図である。
【図３５】共鳴器型消音器の構成を示す図である。
【図３６】膨張型共鳴器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である 。
【図３７】共鳴器型消音器における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態である静音化装置１及びこの静音化装置１が取り付けられる騒音源９０の構成を示す図である。図１において、騒音源９０は、上述した直接メタノール型燃料電池８０の空気ポンプ８４である。電池８０の駆動中は、騒音源９０である空気ポンプ８４内のモータが定速（例えば、５０回転／秒とする）で回転され、外部の空気が電池８０の空気極８２へ送り込まれる。このため、電池８０の駆動中は、騒音源９０である空気ポンプ８４からは、同ポンプ８４内のモータの回転数に基づいて決定される基本周波数ｆ１（ｆ１＝２００Hz）と、その整数倍の高次周波数ｆ２（ｆ２＝４００Hz），ｆ３（ｆ３＝６００Hz）…に急峻なピークを持った多数の線スペクトルを含む騒音が放射される。静音化装置１は、騒音源９０たる空気ポンプ８４から発生される騒音を静音化するものである。
【００１５】
静音化装置１は、両端に開口２及び３を有する管路４と、管路４における開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１：ｃは１５°Ｃにおいて空気中を伝搬する音の音速）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器１０と、管路４における開口３よりもλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器２０と、管路４における開口３よりもλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）だけ開口２側に設けられた共鳴器型消音器３０と、管路４における共鳴器型消音器１０と開口２の間に設けられた膨張型消音器４０とを有する。
【００１６】
図１において、管路４は、直接メタノール型燃料電池８０と燃料電池セル８１からなる騒音源９０へ当該管路４内を経由して空気を引き込む役割を果たす。管路４の開口２は騒音源９０に連結されており、開口３は外部に開放されている。ここで、この管路４における消音器４０が設けられた位置から開口３までの区間は、断面積が均一でなければならない。一方、この管路４における消音器４０が設けられた位置から開口２までの区間は、任意に設計できる。例えば、断面積が不均一であってもよいし、管路４が大きく湾曲していてもよい。
【００１７】
消音器１０は、閉管（サイドブランチ管）である。この消音器１０は、騒音源９０から発生する音波における基本周波数ｆ１及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器１０は、管路４内における開口３よりもλ１／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部１１の一部分を、円筒部１１の外周径と同じ内周径を持ち且つ一端側が閉塞された円筒部１２内に挿入したものである。ここで、通常の状態では、円筒部１２における閉塞された側の端面と管路４との間の距離Ｌ１は、周波数ｆ１及び音速ｃを次式（６）に代入して求まる長さに調整される。
Ｌ１＝ｃ／（４・ｆ１）＝λ１／４…（６）
【００１８】
よって、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ１の周波数成分が含まれている場合、消音器１０内において管共鳴現象が発生し、周波数ｆ１の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００１９】
また、この消音器１０における円筒部１１の外周は円筒部１２の内周に対して僅かな摩擦力を持って接している。そして、円筒部１２を円筒部１１に近づけたり円筒部１１から遠ざける方向に動かすことにより、円筒部１２における閉塞された側の端面と管路４との間の距離Ｌ１をＬ１±αの範囲内において調整することができる。この距離Ｌ１の調整により、消音器１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を基本周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２０】
消音器２０は、ヘルムホルツ共鳴器である。この消音器２０は、騒音源９０から発生する音波における周波数ｆ２及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器２０は、管路４内における開口３よりもλ２／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部２１と、円筒部２１の外周径と同じ内周径のネック２２を持った壺状部２３における当該ネック２２とを連結させたものである。
【００２１】
ここで、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ２の周波数成分が含まれている場合、消音器２０内においてヘルムホルツ共鳴現象が発生し、周波数ｆ２の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００２２】
また、この消音器２０における円筒部２１の外周と壺状部２３のネック２２の内周にはネジ山及びネジ溝が各々設けられており、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２１とネック２２とが連結されている。そして、この消音器２０では、壺状部２３を円筒部２１に対して回転させると、壺状部２３におけるネック２２と空洞２４の境界面と管路４との間の距離Ｌ２をＬ２±βの範囲内において調整することができる。この距離Ｌ２の調整により、消音器２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２３】
消音器３０は、ヘルムホルツ共鳴器である。この消音器３０は、騒音源９０から発生する音波における周波数ｆ３及びその近傍の周波数成分を低減させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器３０は、管路４内における開口３よりもλ３／４だけ開口２側の位置から当該管路４を貫いて外側に延在する円筒部３１の先端に、この円筒部３１の内周径よりも大きな内周径をもったシリンダ部３２を設け、このシリンダ部３２内にピストン部３３を挿入したものである。
【００２４】
ここで、通常の状態では、騒音源９０から開口２を介して管路４内を伝搬される音波の中に周波数ｆ３の周波数成分が含まれている場合、消音器３０内においてヘルムホルツ共鳴現象が発生し、周波数ｆ３の周波数成分の音響エネルギーが減衰する。
【００２５】
また、この消音器３０におけるピストン部３３の外周面は、シリンダ部３２の内周面に対してある程度の摩擦力をもって接している。そして、この消音器３０では、ピストン部３３を円筒部３１に近づけたり円筒部３１から遠ざける方向に動かすことにより、空洞３４の容積Ｖ３をＶ３±γの範囲内において調整することができる。この容積Ｖ３の調整により、消音器３０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ３の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００２６】
消音器４０は、騒音源９０から発生する音波における低域から高域までの周波数成分を広く減衰させる役割を果たす。より詳細に説明すると、この消音器４０は、管路４の断面積よりも大きな断面積の空洞を内側に持った膨張部４１を有している。膨張部４１の内側の空洞は、当該膨張部４１の一端面及び他端面に各々設けられた孔４２及び４３を介して管路４と連通している。ここで、この膨張部４１の両端面に連通している管路４の長さは有限である。よって、当該消音器４０における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数は、不均一な間隔で急峻なピークが現れるようなものとなる（図３６（Ｂ））。このため、開口２の側から当該消音器４０を経由して共鳴器３０の側に伝搬される音波における各周波数成分は、当該消音器４０における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数成分以外の周波数成分だけが減衰する。
【００２７】
以上説明した本実施形態によると、次の効果が得られる。
第１に、本実施形態では、騒音源９０である空気ポンプ８４から管路４内に伝搬された音波が、膨張型消音器４０、共鳴器型消音器１０，２０，及び３０が連結された位置を経由し、開口３から外部に放射される。そして、管路４に設けられている４つの消音器１０，２０，３０及び４０のうち膨張型消音器４０により、音波における低域から高域までの広帯域の周波数成分が減衰される。また、共鳴器型消音器１０，２０及び３０により、音波における基本周波数ｆ１（ｆ１＝２００Hz）と、その整数倍の高次周波数ｆ２（ｆ２＝４００Hz），ｆ３（ｆ３＝６００Hz）…の周波数成分が減衰する。よって、実施形態によると、空気ポンプ８４の騒音を確実に静音化することができる。
【００２８】
本願発明者らは、この第１の効果を確認すべく、次のような検証を行った。まず、静音化装置１の開口２を騒音源９０たる空気ポンプ８４に接続し、空気ポンプ８４を駆動させている間に開口３から放射された音を収音し、収音した音のパワースペクトルを測定した。また、静音化装置１のものと同寸法で消音器１０，２０，３０，及び４０が設けられていない管路４’の一方の開口２’を騒音源９０たる空気ポンプ８４に接続し、空気ポンプ８４を駆動させている間にこの管路４’の他方の開口３’から放射された音のパワースペクトルを測定した。図２は、以上のようにして測定した両パワースペクトルを周波数軸を揃えて示した図である。また、図３は、静音化装置１を接続した場合におけるパワースペクトルを人間の聴覚特性に応じて補正したＡ特性波形と、管路４’を接続した場合におけるパワースペクトルを人間の聴覚特性に応じて補正したＡ特性波形とを、周波数軸を揃えて示した図である。騒音源９０に静音化装置１を備え付けた場合と管路４を備え付けた場合の各々における各周波数成分の振幅を比較すると、低域から高域までのほぼ全周波数成分において、静音化装置１を備え付けた場合の方が管路４’を備え付けた場合よりも振幅が小さくなっている。また、静音化装置１を備え付けた場合のパワースペクトルでは、管路４’を備え付けた場合のパワースペクトルにおいてピークとなっている周波数成分が十分に小さくなっている。このことから、静音化装置１を騒音源９０たる空気ポンプ８４に備え付けることにより、確実な静音効果が得られることが分かる。
【００２９】
第２に、本実施形態では、共鳴器型消音器１０の共鳴周波数を決定付けるパラメータである距離Ｌ１、共鳴器型消音器２０の共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである距離Ｌ２、及び共鳴器型消音器３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである体積Ｖ３を調整する手段が設けられている。よって、音波の媒質である空気の温度が変化し、騒音源９０から発生する騒音における急峻なピークの周波数が変化している場合でも、距離Ｌ１、Ｌ２や体積Ｖ３の調整により、そのピークの周波数成分を低減させることができる。また、騒音源９０の静音用の静音化装置１の製造段階において共鳴器１０，２０，３０の設置位置に寸法誤差があった場合でも、距離Ｌ１及びＬ２や体積Ｖ３を調整し、その騒音源９０が発生する騒音のピーク周波数の周波数成分を低減させることができる。
【００３０】
第３に、本実施形態では、管路４における開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）だけ開口２側に共鳴器型消音器１０が設けられているため、騒音源９０から発生する騒音における基本周波数ｆ１の周波数成分の減衰量を大きくすることができる。以下、この効果が得られる理由について詳細に説明する。管路４内を開口３に向かって伝搬する音波に周波数ｆ１の周波数成分が含まれている場合、その周波数ｆ１の音波（進行波）と開口３において反射して逆方向に伝搬される音波（反射波）とが合成され、開口３に節を有する波長λ１の定在波が発生する。共鳴器型消音器１０が開口３よりもλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）だけ開口２側に設けられている場合、共鳴器型消音器１０の位置がこの波長λ１の定在波の腹と一致する。このため、共鳴器型消音器１０内の空気がこの波長λ１の定在波により加振され易くなる。この結果、共鳴器型消音器１０を他の位置に設けた場合よりも周波数ｆ１の周波数成分の減衰量が大きくなる。また、同様に、本実施形態では、管路４における開口３よりもλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）及びλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）だけ開口２側に共鳴器型消音器２０及び３０が設けられているため、騒音源９０から発生する騒音における周波数ｆ２及び周波数ｆ３の周波数成分の減衰量を大きくすることができる。
【００３１】
本願発明者らは、この第３の効果を確認すべく、次のような検証を行った。まず、本願発明者らは、周波数ｆ１＝２００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる共鳴器の位置が開口３からλ１／４（λ１＝ｃ／ｆ１）≒４２５ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図４（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から４２５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ａを設けた場合、この消音器１０ａよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｂを設けた場合、この消音器１０ｂの開口５２側に共鳴器型消音器１０ｃを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図４（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３２】
また、本願発明者らは、周波数ｆ２＝４００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる消音器の位置が開口３からλ２／４（λ２＝ｃ／ｆ２）≒２１２．５ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図５（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から２１２．５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｄを設けた場合、この消音器１０ｄよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｅを設けた場合、共鳴器１０ｄよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｆを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図５（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３３】
また、本願発明者らは、周波数ｆ３＝６００Hzの定在波の低減効果が最も高くなる消音器の位置が開口３からλ３／４（λ３＝ｃ／ｆ３）≒１４１ｍｍだけ離れた位置であることを確認するための検証を行った。より具体的には、図６（Ａ）に示すように、開管５１における一方の開口５２から１４１ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｇを設けた場合、消音器１０ｇよりも開口５２側に共鳴器型消音器１０ｈを設けた場合、消音器１０ｇよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｉを設けた場合、消音器１０ｉよりも開口５３側に共鳴器型消音器１０ｊを設けた場合の各々における挿入損失を測定した。図６（Ｂ）は、３つの場合の各々における挿入損失×（−１）で見積もった伝達関数を示す図である。
【００３４】
図４（Ｂ）における２００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から４２５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ａを設けた場合は、残りの２つ場合に比べて、２００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。また、図５（Ｂ）における４００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から２１２．５ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｄを設けた場合は、残りの２つ場合に比べて、４００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。図６（Ｂ）における６００Hzの周波数成分の振幅に着目すると、開口５２から１４１ｍｍだけ離れた位置に共鳴器型消音器１０ｇを設けた場合は、残りの３つの場合に比べて、６００Hzの周波数成分の減衰量が大きくなっている。このことから、開口３よりもλ１／４，λ２／４，及びλ３／４だけ開口２側に共鳴器型消音器１０，２０，及び３０を設けた場合に、周波数ｆ１，ｆ２，及びｆ３の周波数成分の減衰量が最も大きくなることが分かる。
【００３５】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態があり得る。例えば、以下の通りである。
（１）上記実施形態では、共鳴器型消音器１０を円筒部１１と円筒部１２とを連結させたものにより構成した。しかし、共鳴器型消音器１０の構成はこれに限らない。例えば、共鳴器型消音器１０を次のような構成のものにしてもよい。図７に示すように、第１の変形例である共鳴器型消音器１１０は、円筒部１１１と、円筒部１１２と、円筒部１１３とから構成される。円筒部１１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。円筒部１１１における管路４の反対側は開放されている。円筒部１１２は、円筒部１１１の外周径と同じ内周径を有している。円筒部１１２は両端が開放されている。円筒部１１３は、円筒部１１２の内周径と同じ外周径を有している。円筒部１１３における一端の側は開放され、他端の側は閉塞されている。この消音器１１０では、円筒部１１１における管路４と反対側の一部分が円筒部１１２内に挿入され、円筒部１１３における開放された側の端部の一部が円筒部１１２内に挿入されることにより、円筒部１１１，１１２，及び１１３の内周面を内郭とする閉管が形成される。この消音器１１０では、円筒部１１３を円筒部１１１に近づけたり遠ざける方向に動かすことにより、円筒部１１３における閉塞された側の端面と管路４と間の距離Ｌ１１０を調整することができる。この距離Ｌ１１０の調整により、消音器１１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３６】
図８に示すように、第２の変形例である共鳴器型消音器２１０は、円筒部２１１と円柱部２１２とから構成される。円筒部２１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。この円筒部２１１における管路４と反対側の端部は開放されている。円柱部２１２は円筒部２１１の内周径と同じ外周径を有している。この消音器２１０では、円筒部２１１の内周と円柱部２１２の外周にネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器２１０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２１１内に円柱部２１２が嵌合され、円筒部２１１の内周面と円柱部２１２の端面２１３とを内郭とする閉管が形成される。この消音器２１０では、円筒部２１１内の円柱部２１２を円筒部２１１に対して回転させることにより、円柱部２１２の端面２１３と管路４との間の距離Ｌ２１０を調整することができる。この距離Ｌ２１０の調整により、消音器２１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３７】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第３の変形例である共鳴器型消音器３１０は、管路４の内側から当該管路４を貫いて円筒を延在させ、この円筒における管路４と反対側の端部を閉塞したものである。この消音器３１０の側面３１１は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器３１０では、管路４と反対側の端面３１２を管路４から離す方向に動かしたり、管路４に近づける方向に動かしたりすることにより、端面３１２と管路４との間の距離Ｌ３１０を調整することができる。この距離Ｌ３１０の調整により、消音器３１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３８】
図１０に示すように、第４の変形例である共鳴器型消音器４１０は、円筒部４１１とピストン部４１２とから構成される。円筒部４１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。ピストン部４１２は、幅薄の円柱状をなしている。ピストン部４１２は、円筒部４１１の内周径と同じ外周径を有している。この消音器４１０におけるピストン部４１２は円筒部４１１内に挿入され、円筒部４１１の内周面とピストン部４１２の底面４１３とにより閉管が形成される。この消音器４１０では、ピストン部４１２を管路４に近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、円筒部４１１内におけるピストン部４１２の底面４１３と管路４との間の距離Ｌ４１０を調整することができる。この距離Ｌ４１０の調整により、消音器４１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００３９】
図１１に示すように、第５の変形例である共鳴器型消音器５１０は、円筒部５１１と円筒部５１２とから構成される。円筒部５１１は、管路４の内側から当該管路４を貫いて外側に延在している。この円筒部５１１における管路４と反対側の端部は開放されている。円筒部５１１は円筒部５１２の外周径と同じ内周径を有している。この消音器５１０では、円筒部５１１の外周と円筒部５１２の内周にネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器５１０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部５１２内に円筒部５１１が嵌合され、円筒部５１１及び５１２の内周面を内郭とする閉管が形成される。この消音器５１０では、円筒部５１２を円筒部５１１に対して回転させることにより、円筒部５１２における閉塞された側の端面５１３と管路４との間の距離Ｌ５１０を調整することができる。この距離Ｌ５１０の調整により、消音器５１０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ１の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４０】
（２）上記実施形態では、共鳴器型消音器２０を円筒部２１と壺状部２３とを連結したものにより構成し、共鳴器型消音器３０を、円筒部３１、シリンダ部３２、及びピストン部３３を連結したものにより構成した。しかし、共鳴器型消音器２０及び３０の構成はこれに限らない。例えば、共鳴器型消音器２０及び３０の両方または一方（たとえば、共鳴器型消音器２０とする）を次のような構成のものにしてもよい。図１２に示すように、第６の変形例である共鳴器型消音器２２０は、円筒部２２１と、円筒部２２１の外周径と同じ内周径のネック２２２を持った壺状部２２３におけるネック２２２とを連結させたものである。この消音器２２０における円筒部２２１の内周と壺状部２２３のネック２２２の外周にはネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器２２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、円筒部２２１内に壺状部２２３のネック２２２が嵌合され、円筒部２２１及び壺状部２２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。そして、壺状部２２３を円筒部２２１に対して回転させることにより、壺状部２２３におけるネック２２２とその奥の空洞２２４との境界面と管路４との距離Ｌ２２０を調整することができる。この距離Ｌ２２０の調整により、消音器２２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４１】
図１３に示すように、第７の変形例である共鳴器型消音器３２０は、円筒部３２１と、円筒部３２１の外周径と同じ内周径のネック３２２を持った壺状部３２３とから構成される。この消音器３２０では、円筒部３２１における管路４の反対側の一部分が壺状部３２３のネック３２２内に挿入され、円筒部３２１及び壺状部３２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器３２０では、壺状部３２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、壺状部３２３におけるネック３２２及びその奥の空洞３２４間の境界面と管路４と間の距離Ｌ３２０を調整することができる。この距離Ｌ３２０の調整により、消音器３２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４２】
図１４に示すように、第８の変形例である共鳴器型消音器４２０は、円筒部４２１と、円筒部４２１の外周径と同じ内周径のネック４２２を持った壺状部４２３とから構成される。この消音器４２０では、壺状部４２３のネック４２２の一部分が円筒部４２１内に挿入され、円筒部４２１及び壺状部４２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器４２０では、壺状部４２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、壺状部４２３におけるネック４２２とその奥の空洞４２４との境界面と管路４と間の距離Ｌ４２０を調整することができる。この距離Ｌ４２０の調整により、消音器４２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４３】
図１５に示すように、第９の変形例である共鳴器型消音器５２０は、円筒部５２１と、円筒部５２２と、円筒部５２２の外周径と同じ内周径のネック５２３を持った壺状部５２４とから構成される。この消音器５２０では、円筒部５２１における管路４の反対側の一部分と、壺状部５２４におけるネック５２３の一部分が円筒部５２２の両側から円筒部５２２内に挿入され、円筒部５２１，５２２及び壺状部５２４の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器５２０では、壺状部５２４を円筒部５２１に近づけたり遠ざける方向に動かすことにより、壺状部５２４におけるネック５２２とその奥の空洞５２８との境界面と管路４と間の距離Ｌ５２０を調整することができる。この距離Ｌ５２０の調整により、消音器５２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４４】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、第１０の変形例である共鳴器型消音器６２０は、管路４と連通するネック６２１を有する壺状をなしている。この消音器６２０におけるネック６２１は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器６２０では、当該消音器６２０を管路４から離す方向に引いたり、管路４に近づける方向に押したりすることにより、ネック６２１とその奥の空洞６２２との境界面と管路４と間の距離Ｌ６２０を調整することができる。この距離Ｌ６２０の調整により、消音器６２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４５】
図１７に示すように、第１１の変形例である共鳴器型消音器７２０は、管路４と連通するネック７２１を有する壺状をなしている。この消音器７２０におけるネック７２１の奥の空洞７２２には体積調整部材７２３が挿入される。体積調整部材７２３は、空洞７２２の内周径と同じ外周径を持った円柱状をなしている。この体積調整部材７２３における一端面の中心と他端面の中心との間には、ネック７２１の内周と同じ直径を持った孔７２４が穿設されている。ここで、空洞７２２内における体積調整部材７２３の体積が大きい程、空洞７２２における体積調整部材７２３を除いた部分の体積は小さくなる。この消音器７２０では、空洞７２２内に挿入されている体積調整部材７２３を体積のより大きなものや小さなものに置き換えることにより、空洞７２２における体積調整部材７２３を除いた部分の体積Ｖ７２０を調整することができる。この体積Ｖ７２０の調整により、消音器７２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４６】
図１８に示すように、第１２の変形例である共鳴器型消音器８２０は、管路４内と連通する碗部８２１と、この碗部８２１とともに空洞８２２を形成する円筒部８２３とから構成される。この消音器８２０における碗部８２１は、管路４内から当該管路４を貫いて外側に延在する小径の円筒の先端に大径の円筒を連結したものである。円筒部８２３は、碗部８２１における大径の円筒の部分の内周径と同じ外周径を有している。碗部８２１の大径の円筒の部分は開放されている。円筒部８２３における一方の端部は閉塞されており、他方の端部は開放されている。この消音器８２０では、円筒部８２３がその開放された側の端面を碗部８２１に向けて碗部８２１内に挿入され、碗部８２１及び円筒部８２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器８２０では、円筒部８２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞８２２の体積Ｖ８２０を調整することができる。この体積Ｖ８２０の調整により、消音器８２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４７】
図１９に示すように、第１３の変形例である共鳴器型消音器９２０は、管路４内と連通する碗部９２１と、この碗部９２１とともに空洞９２２を形成する円筒部９２３とから構成される。この消音器９２０では、碗部９２１における大径の円筒の部分がその開放された側の面を円筒部９２３に向けて円筒部９２３内に挿入され、碗部９２１及び円筒部９２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器９２０では、円筒部９２３を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞９２２の体積Ｖ９２０を調整することができる。この体積Ｖ９２０の調整により、消音器９２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４８】
図２０に示すように、第１４の変形例である共鳴器型消音器１０２０は、管路４内と連通する碗部１０２１と、この碗部１０２１とともに空洞１０２２を形成する円筒部１０２３及び１０２４とから構成される。この消音器１０２０では、碗部１０２１における大径の円筒の部分がその開放された側の面を円筒部１０２３に向けて円筒部１０２３内に挿入されるとともに、円筒部１０２４がその開放された側の面を円筒部１０２３に向けて円筒部１０２３内に挿入され、碗部１０２１と円筒部１０２３及び１０２４の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１０２０では、円筒部１０２４を管路４に対して近づけたり管路４から遠ざける方向に動かすことにより、空洞１０２２の体積Ｖ１０２０を調整することができる。この体積Ｖ１０２０の調整により、消音器１０２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００４９】
図２１に示すように、第１５の変形例である共鳴器型消音器１１２０では、管路４内と連通する碗部１１２１と、この碗部１１２１とともに空洞１１２２を形成する円筒部１１２３とから構成される。この消音器１１２０の碗部１１２１における大径の円筒の部分の内周と円筒部１１２３の外周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１１２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１１２１における大径の円筒の部分内に円筒部１１２３が嵌合され、碗部１１２１及び円筒部１１２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１１２０では、円筒部１１２３を碗部１１２１に対して回転させ、円筒部１１２３を碗部１１２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１１２２の体積Ｖ１１２０を調整することができる。この体積Ｖ１１２０の調整により、消音器１１２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５０】
図２２に示すように、第１６の変形例である共鳴器型消音器１２２０は、管路４内と連通する碗部１２２１、この碗部１２２１とともに空洞１２２２を形成する円筒部１２２３とから構成される。この消音器１２２０の碗部１２２１における大径の円筒の部分の外周と円筒部１２２３の内周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１２２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１２２１における大径の円筒の部分が円筒部１２２３内に嵌合され、碗部１２２１及び円筒部１２２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１２２０では、円筒部１２２３を碗部１２２１に対して回転させ、円筒部１２２３を碗部１２２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１２２２の体積Ｖ１２２０を調整することができる。この体積Ｖ１２２０の調整により、消音器１２２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５１】
図２３に示すように、第１７の変形例である共鳴器型消音器１３２０は、管路４内と連通する碗部１３２１と、この碗部１３２１とともに空洞１３２２を形成する円柱部１３２３とから構成される。碗部１３２１は、管路４内から当該管路４を貫いて外側に延在する小径の円筒に大径の円筒を連結したものである。円柱部１３２３は、碗部１３２１における大径の円筒の内周径と同じ外周径を有している。碗部１３２１の大径の円筒は開放されている。この消音器１３２０の碗部１３２１における大径の円筒の内周と円柱部１３２１の外周には、ネジ山及びネジ溝が各々設けられている。この消音器１３２０では、ネジ山及びネジ溝の締結により、碗部１３２１における大径の円筒内に円柱部１３２３が嵌合され、碗部１３２１及び円柱部１３２３の内周面を内郭とするヘルムホルツ共鳴器が形成される。この消音器１３２０では、円柱部１３２３を碗部１３２１に対して回転させ、円柱部１３２３を碗部１３２１に対して接離する方向に移動させることにより、空洞１３２２の体積Ｖ１３２０を調整することができる。この体積Ｖ１３２０の調整により、消音器１３２０内において音響エネルギーを減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５２】
図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示すように、第１８の変形例である共鳴器型消音器１４２０は、管路４内と連通するネック１４２１を持った壺状をなしている。この消音器１４２０におけるネック１４２１の奥の空洞１４２２を覆う側面１４２３は、可撓性素材を蛇腹状に成形したものである。この消音器１４２０では、当該消音器１４２０を管路４から離す方向に引いたり、管路４に近づける方向に押したりすることにより、空洞１４２２の体積Ｖ１４２０を調整することができる。この体積Ｖ１４２０の調整により、消音器１４２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５３】
図２５に示すように、第１９の変形例である共鳴器型消音器１５２０は、管路４内と連通するネック１５２１を有する壺状をなしている。この消音器１５２０におけるネック１５２１の奥の空洞１５２２には内挿材１５２３が挿入される。内挿材１５２３は、例えば、砂や粘土である。空洞１５２２内における内挿材１５２３の体積が大きいほど、空洞１５２２内における内挿材１５２３を除いた部分の体積Ｖ１５２０は小さくなる。この消音器１５２０では、空洞１５２２内に挿入されている内挿材１５２３を体積のより大きなものや小さなものに置き換えることにより、体積Ｖ１５２０を調整することができる。この体積Ｖ１５２０の調整により、消音器１５２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５４】
図２６に示すように、第２０の変形例である共鳴器型消音器１６２０は、管路４内と連通するネック１６２１を持った壺状をなしている。消音器１６２０では、ネック１６２１にネック径調整部材１６２２が挿入される。このネック径調整部材１６２２は、ネック１６２１の内周径とほぼ同じ外周径を持った円柱状をなしている。ネック径調整部材１６２２における一端面の中心と他端面の中心との間には、孔１６２３が穿設されている。この消音器１６２０では、ネック１６２１に挿入されているネック径調整部材１６２２を孔１６２３の直径がより大きいものや小さいものに置き換えることにより、ヘルムホルツ共鳴周波数を決定づけるパラメータの１つである開口端補正値を変化させることができる。よって、ネック１６２１に挿入されているネック径調整部材１６２２を孔１６２３の直径がより大きいものや小さいものに置き換えることにより、消音器１６２０内において音響エネルギーが減衰する周波数成分を周波数ｆ２の低周波側または高周波側に変化させることができる。
【００５５】
（３）上記実施形態において、空気ポンプ８４内のモータの回転数を検出する検出手段と、共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータとなる寸法を検出手段が検知した回転数に応じて変化させる制御手段とを設けてもよい。また、空気ポンプ８４から発生する騒音を収音する収音手段と、共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を決定づけるパラメータとなる寸法を収音手段が検知した回転数に応じて変化させる制御手段とを設けてもよい。
【００５６】
（４）上記実施形態では、管路４は断面積が一定で一直線状をなしていた。しかし、管路４において開口２から孔４２の間は任意の断面積であってもよいし、任意に屈曲していてもよい。また、管路４における開口２から孔４２の間は任意に枝分かれしていてもよい。つまり、開口２から孔４２の間は自由に設計できる。また、管路４における孔４３から開口３の間は、静音化の対象となる音波の波長λと管路４の断面積ｄとに依存して決まる影響が軽微なものである場合は、管路４を屈曲させて全体のコンパクト化を図ってもよい。より具体的には、図２７に示すように、管路４内における屈曲方向を向いた面３１０の近傍を通る音波の行路とその反対側の面３１１の近傍を通る音波の行路の行路差が音波の波長λよりも十分に小さい場合には、当該管路４を屈曲させることよる影響は無視できるほど小さい。よって、この場合、管路４を屈曲させてもよい。
【００５７】
（５）上記実施形態において、図２８に示す静音化装置１Ａのように、管路４に当該管路４の管路長を調整する一又は複数の管路長調整手段９５（例えば、蛇腹、シリンダー、ゴム、ネジ込み、継手など：図２８の例では管路長調整手段９５の個数は３つ）を設けてもよい。この静音化装置１０Ａによると、管路４における共鳴器型消音器１０，２０，及び３０の位置と管路４内の定在波の音圧が最も高くなる位置が一致するように開口３と共鳴器型消音器１０，２０，及び３０との距離を調整し、消音効果をより高めることができる（第１の効果）。
【００５８】
また、この静音化装置１０Ａによると、当該静音化装置１０Ａにおける騒音源９０に塞がれた開口２からその反対側の開口３に至る全区間の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数のピークの周波数と騒音源９０から発生する線スペクトルの周波数とが一致した場合にはその周波数と共鳴器型消音器１０，２０，３０の共鳴周波数を一致させたとしても充分な消音効果が得られない、という問題を改善することができる（第２の効果）。
【００５９】
以下、この第２の効果について、詳細に説明する。静音化装置１は、管路４に膨張型消音器４０と３つの共鳴器型消音器１０，２０，及び３０を設けたものであるから、消音化装置１における騒音源９０に塞がれた開口２からその反対側の開口３に至る全区間の透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１０は、管路４に共鳴器型消音器１０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１１と、管路４に共鳴器型消音器２０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１２と、管路４に共鳴器型消音器３０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１３と、管路４に膨張側消音器４０のみを設けたものの透過損失×（−１）で見積もった伝達関数Ｒ１４の影響を含むものと考えることができる。図２９（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１は、各消音器１０の寸法に依存する周波数ｆ１１に急峻なディップを持ったものとなる（Ｒ１２，Ｒ１３は同等であるので以後説明を省く）。一方、伝達関数Ｒ１４は、ピークを複数持ったものとなる（図３６（Ｂ）参照）。そして、前述した通り、伝達関数Ｒ１４に現れるピークの周波数は、膨張側消音器４０の膨張部内の空洞の断面積や膨張部の両端に繋がる各管路４の形状（管路４の断面積、管路４の屈曲の有無、管路４の枝分かれの有無、継手などの介在の有無など）や長さなどの様々な条件に依存するため、騒音源９０に接続して実際に利用してみるまで伝達関数Ｒ１４のどの周波数（ｆ１４）にピークが発生するかは予測が困難である。このため、図２９（Ｂ）に示すように、騒音源９０から発生した騒音における周波数ｆｐと伝達関数Ｒ１４の周波数ｆ１４が一致することにより充分消音できなくなる場合がある。
【００６０】
騒音における周波数ｆｐの成分を減衰させるためには、消音器１０の周波数ｆ１１を周波数ｆｐ（＝ｆ１４）に合わせる必要がある。消音器１０の距離Ｌ１を調整して周波数ｆ１１を周波数ｆｐ（＝ｆ１４）に合わせる操作を行ったとすると、図３０（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１と伝達関数Ｒ１４を各々有する共鳴器を含めた系における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数ＲＸの振幅特性は、周波数ｆｐ（＝ｆ１１＝ｆ１４）にディップを有し、周波数ｆｐ（＝ｆ１１＝ｆ１４）の高域側近傍及び低域側近傍に２つのピークＰＨ及びＰＬを有するものとなる。このため、騒音における周波数ｆｐとその前後のピークＰＨ及びＰＬの内側の狭い帯域の成分は減衰させることができるものの、ピークＰＨ及びＰＬ付近の成分はあまり減衰させることができずに残ってしまう（図３０（Ｂ）参照）。
【００６１】
これに対し、静音化装置１０Ａでは、管路長調整手段９５による管路長自体の調整を通じて、伝達関数Ｒ１４におけるピークの周波数ｆ１４を低域側または高域側にずらすことができる。静音化装置１０Ａにおいて、伝達関数Ｒ１１の周波数ｆ１１を周波数ｆｐに合わせ、伝達関数Ｒ１４のピークの周波数ｆ１４を周波数ｆｐの低域側または高域側（図３１（Ａ）の例では高域側）にずらす操作を行ったとすると、図３１（Ａ）に示すように、伝達関数Ｒ１１と伝達関数Ｒ１４を各々有する共鳴器を含めた系における透過損失×（−１）で見積もった伝達関数ＲＸの振幅特性では、周波数ｆｐの高域側近傍及び低域側近傍に現れるピークＰＨ及びＰＬが低減される。このため、周波数ｆｐと周波数ｆ１１及びｆ１４が一致している場合に比べると、周波数ｆｐの高域側の減衰量が幾分劣るものの、周波数ｆｐとその高域側及び低域側の全体としての減衰量は大きくなる（図３１（Ｂ）参照）。上述したように、空気ポンプ８４たる騒音源９０が発生する騒音は多数の線スペクトルを有しており、静音化装置１における伝達関数Ｒ１４の周波数ｆ１４がそれらの線スペクトルのいずれとも重ならないように管路４を設計するのは極めて困難である。本実施形態によると、設計上の困難性を回避しつつ、大きな静音効果を得ることができる。
【００６２】
（６）上記実施形態において、消音器４０内に多孔質素材等を充填することにより、消音器４０を騒音源９０への粉塵等の進入やセルスタックへの化学物質の進入を防ぐ役割を果たすケミカルフィルタと兼用する構成にしてもよい。この構成によると、騒音源９０への粉塵等の流入を防ぎつつ静音効果をより一層高めることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…静音化装置、２，３…開口、４…管路、１０，２０，３０…共鳴器型消音器、１１，１２，２１…円筒部、２２，３１…ネック、２３…壺状部、２４，３４，４１…空洞、３２…シリンダ部、３３…ピストン部、４０…膨張型共鳴器、４２，４３…孔、９０…騒音源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口を有し、これらの各開口のうち第１の開口が騒音源に連結される管路と、
前記管路における第２の開口から第１の開口の側に離れた位置に設けられた共鳴器型消音器であって、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を変化させる手段を有する共鳴器型消音器と、
前記管路における前記第１の開口と前記共鳴器型消音器の間に設けられた膨張型消音器と、
を具備することを特徴とする空気導入管の静音化装置。
【請求項２】
前記共鳴器型消音器が、前記騒音源から発生される音波の基本周波数で音速を除算した波長の１／４の長さだけ前記第２の開口から前記第１の開口の側に離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静音化装置。
【請求項３】
前記管路における少なくとも前記第１の開口と前記膨張型消音器の間の区間の断面積が均一であることを特徴とする請求項１または２に記載の静音化装置。
【請求項４】
前記管路の管路長を調整する管路長調整手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載の静音化装置。
【請求項１】
両端に開口を有し、これらの各開口のうち第１の開口が騒音源に連結される管路と、
前記管路における第２の開口から第１の開口の側に離れた位置に設けられた共鳴器型消音器であって、当該共鳴器型消音器の共鳴周波数を変化させる手段を有する共鳴器型消音器と、
前記管路における前記第１の開口と前記共鳴器型消音器の間に設けられた膨張型消音器と、
を具備することを特徴とする空気導入管の静音化装置。
【請求項２】
前記共鳴器型消音器が、前記騒音源から発生される音波の基本周波数で音速を除算した波長の１／４の長さだけ前記第２の開口から前記第１の開口の側に離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静音化装置。
【請求項３】
前記管路における少なくとも前記第１の開口と前記膨張型消音器の間の区間の断面積が均一であることを特徴とする請求項１または２に記載の静音化装置。
【請求項４】
前記管路の管路長を調整する管路長調整手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載の静音化装置。
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２０１２−１２８２３０（Ｐ２０１２−１２８２３０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０２１９（Ｐ２０１０−２８０２１９）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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