| 概要 |
本論文は，ダクト騒音の低周波数域において良好な低減性能を持つ，ダクト断面周囲の音響特性がソフトである消音器について検討するものである。 音響的にソフトな境界とは，表面の吸音率が0複素反射率が-1というもので，境界面での音圧が零となる，音響的に剛な境界の対極をなすものである。理想的なソフト境界を有するダクトでは，入射する平面波は完全反射され，下流側へ騒音が伝搬しないため，騒音制御にソフト境界を導入...することで良好な効果を得られることが期待される。「理想的」とするのは，一般的な材質で定義通りの条件を満たすものが存在しないからであるが，対象周波数の1/4波長となる音響管を配列することで近似的に実現される。 1/4波長音響管を騒音制御に用いた検討はこれまでに幾つか行われてきている。ダクトへの適用に関する基礎的な研究としては，音響管の幅や配列寸法と得られる効果の関係について調べられている。しかし，減音効果と密接な関係があるダクトの幅と効果の関係について検討が為されていない。 また，1/4波長音響管は，その機構が故に減音性能が周波数依存することが避けられない。そのため，広帯域化に関する応用的研究が行われており，異なる設計周波数の音響管を組み合わせる場合について検討されており，一定の成果を得ている。しかし，その際に組み合わせるべき設計周波数に関する指標を示すまでに至っておらず，実用的な設計に向けては検討の余地が多く残されている。 なお，ソフトダクトは低周波数域において良好な成果が得られるが，制御対象周波数が低くなるに従って必要となる音響管の寸法も大きくなる。この問題について，ダクトスペースを縮小化させるための検討が行われており，音響管開口端に薄膜を付加したり，音響管にヘルムホルツ共鳴器を組み込むことに関する検討が行われている。しかし，これらの方法は，減音効果が小さくなったり効果の得られる帯域が狭くなったりするなどといった二次的な問題を生じており，縮小化に関しても多くの課題が残る。 防音壁への応用についても検討されているが，基となるべきソフトダクトにおける広帯域化や縮小化の検討に課題が残されていることもあり，開口部へのソフトダクト適用方法について有用なアイデアが出されたものの，実用に向けては多くの課題が残されている。 本論文では，これらの既往の研究に関する課題点を整理した上で，ソフトダクトの減音性能に関して，ソフトダクトを構成する寸法と得られる効果についてダクト幅をパラメータに含めた体系的な整理を行うことや，基本形状及び広帯域化のための配列について設計指針の策定を目的とした。また，ソフトダクトの縮小化に関して，効果の得られる帯域幅が制限されないような新しい形状を提案して縮小化を図ると共に，提案した音響管を用いてソフトダクトの広帯域化についても検討する。また，ソフトダクトの広帯域化と縮小化について得られた知見を基に，ダクト以外の騒音対策への適用について実用的な対策案を提案することを目的とする。 まず，ソフトダクトを構成する各部寸法と効果の関係について整理した結果，ダクトの幅が遮断周波数決定要因となる重要な知見を得て，その遮断周波数と音響管の設計周波数の関係により得られる周波数特性が大きく影響されることを示した。また，設計周波数の波長に対するソフトダクト各部寸法を一定の比率として，異なる設計周波数の音響管を組み合わせた場合，組み合わせる設計周波数が概ね明示的に得られることになるため，設計が容易になることを示した。更に，設計周波数を連続的に変化させた場合に得られる効果について数値計算による検討を行ったところ，設計周波数のシフト幅と設計周波数の波長に対するダクト幅の比の逆数を掛け合わせたパラメータと非常によい相関関係にあることを明らかにし，広帯域化設計の指標となるものを導き出すことができた。 次に，ソフトダクトの縮小化について検討を行った。本論文では，縮小化によって帯域が制限されないような形状として，音響管の側面を傾斜させる新たな形状を提案した。この形状により，体積を一定にした状態で減音効果をより低周波数域へシフトさせることが可能であることや，体積を一定にした状態で減音効果を低域にも高域にもシフトさせることが出来ることを示した。また，音響管寸法変化では説明できない周波数シフトの理由について，円筒進行波の解析から説明した。更に，側面の傾斜タイプが異なる音響管を組み合わせることでソフトダクトユニットの縮小化や広帯域化が可能であることを示した。 最後に，上記で得た知見を基に，防音壁開口部への適用について検討した。広帯域騒音である新幹線騒音を対象にした検討では，それまでに検討してきた広帯域化の音響管ユニットを適用しても有意な効果は得られなかった。しかし，特定の周波数が卓越する変圧器を対象とした検討では，開口部へソフトダクトを配列した場合に得られる効果が，開口部のない同じ高さの単純障壁と同じとなり，防音壁に開口が設けられた場合であってもソフトダクトを用いた騒音制御が非常に有効であることを示した。
This paper studies a silencer with a soft acoustic feature of the circumference of a duct section which has good reduction performance at low frequencies of duct noise. In addition, since it is unrealizable with a general material, the soft surface is realized by approximation using quarter-wavelength sound tubes. Some study using quarter-wavelength sound tubes for noise control has been carried out until now. But many problems are also left behind. So, in this paper, a problem is adjusted about conventional study. It aimed at leading a design manual about the arrangement for a bloadbanding, and the miniaturization of the soft duct was studied by suggesting the new shape. Furthermore, the application except for a duct was also considered based on the knowledge acquired about the bloadbanding and miniaturization of the soft duct. As a result of adjusting about each part size which constitutes a soft duct and the relation of the noise reduction effect, it turned out that the width of a duct becomes an important factor which determines cutoff frequency. Since the rough design frequency to combine would be taken in advance when the sound tube of different design frequency setting the size which constitutes a soft duct to the wavelength of design frequency as a fixed ratio is combined, it became clear that a design becomes easy. Furthermore, the effect acquired when varying design frequency continuously was studied. As a result, it becomes clear that it is in very good correlation about the parameter which consists of the ratio of duct width and the shift width of design frequency to the wavelength of design frequency, and the design manual for a bloadbanding was able to be drawn. About the miniaturization of the soft duct, the new shape which made the side plate of the sound tube incline was suggested. It becomes possible to shift the noise reduction effect of it to the low frequency, where volume is fixed. Moreover, it is possible to shift the noise reduction effect to both low frequency and high frequency depending on the inclination pattern of a sound tub side plate. And it was shown by combining the sound tub from which the inclination type of a side plate differs that the miniaturization and bloadbanding of a soft duct unit are possible. Finally, application to the sound barrier which has an opening was considered based on the knowledge acquired above. In the study for the transformer in which specific frequency surpasses, the effect acquired when a soft duct is arranged to an opening became the same as the simple barrier of the same height without an opening. Even if it was a sound barrier which has an opening, it was shown that the noise control using a soft duct is very effective.続きを見る
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