サウンドアッテネーター

消音器、ダクトサイレンサー、サウンドトラップ、マフラーは、空調・​​暖房換気空調（HVAC）ダクトの騒音制御 音響処理であり、建物内の機器から占有空間へ、または占有空間間でダクトを介した騒音の伝達を減らすように設計されています。^{[1] [2]}

最も単純な形態では、音響減衰器はダクト内のバッフルで構成されています。これらのバッフルには、多くの場合、吸音材が含まれています。音響減衰器の物理的寸法とバッフル構成は、特定の範囲の周波数を減衰するように選択されます。中周波数と高周波数の騒音を減衰させるのにのみ効果的な従来の内部ライニングダクトとは異なり、^[3]音響減衰器は、比較的短い長さでより広い帯域の減衰を実現できます。^[2]特定の種類の音響減衰器は、本質的にはパッシブノイズコントロールデバイスとして使用される ヘルムホルツ共鳴器です。

一般的に、音響減衰器は次の要素で構成されます。

• 軽量板金の内側の穴あき層（バッフル）
• バッフルは吸音断熱材で満たされる。
  • 高速システムの場合、または気流中の粒子状物質が懸念される場合は、袋入りまたはマイラー面の断熱材が使用されます。
  • パックレス音響減衰器には吸音断熱材が含まれていません。その結果、パックレスサウンドトラップの高周波挿入損失は大幅に減少します。袋入り断熱材またはパックレス音響減衰器は、通常「病院グレード」減衰器と呼ばれます。^[4]
• 外側の非穿孔金属板層。外側の層は、ダクトの破損や侵入時の騒音を最小限に抑えるために、通常、厚手の金属板 (18 ゲージ以上) で作られています。
  • 円形のダクトは長方形のダクトよりもかなり剛性が高く、ダクトからの騒音が発生しにくいため、円形の音響減衰器のゲージは通常あまり考慮されません。^{[5] [6]}

音響減衰器には円形と長方形のものがあります。プレハブの長方形音響減衰器は、通常、3、5、7、または9フィートの長さがあります。音響減衰器の幅と高さは、周囲のダクトによって決まることが多いですが、減衰を改善するために拡張メディアオプションも利用できます。長方形音響減衰器のバッフルは一般にスプリッターと呼ばれ、円形音響減衰器には弾丸形のバッフルが含まれています。^[7]

音響減衰器は通常、性能特性やダクト速度に基づいて「低」、「中」、「高」に分類されます。分類スキームの例を以下に示します。

市販の消音器の音響特性は、ASTM E477:ダクトライナー材料およびプレハブ消音器の音響および気流性能の実験室測定のための標準試験方法に従ってテストされています。^{[9]これらのテストは}NVLAP認定施設で実施され、製造元によってマーケティングまたはエンジニアリング速報で報告されます。米国以外では、消音器は英国規格4718（旧規格）またはISO 7235に従ってテストされています。

音響減衰器の動的挿入損失は、流動条件下で消音器によって提供される減衰量（デシベル単位）です。一般的な低速ダクトシステムの流動条件では、2000～3000フィート/分を超えることはほとんどありませんが、蒸気ベント用の音響減衰器は、15,000～20,000フィート/分の範囲の気流速度に耐える必要があります。 ^[10]音響減衰器の音響性能は、さまざまな気流速度と順方向および逆方向の流れ条件でテストされます。順方向の流れとは、空気と音波が同じ方向に伝播する場合です。消音器の挿入損失は次のように定義されます^[11]

${\displaystyle IL\ (dB)=10\log({\frac {W_{0}}{W_{m}}})}$

どこ：

${\displaystyle W_{0}}$=減衰器付きダクトからの 放射音響パワー

${\displaystyle W_{m}}$= 減衰器なしのダクトから放射される音響パワー

一部のメーカーは、サイレンサーの静的挿入損失を報告しています。これは通常、ファンの代わりにスピーカーを使用して測定され、流量ゼロの状態を表します。^[7]これらの値は、排気ダクトに侵入する外部の騒音を減衰するために音響減衰器が使用される煙排出システムの設計に役立ちます。

音響減衰器の挿入損失は、伝送損失と呼ばれることもあります。

音響減衰器の内部バッフルは空気の流れを狭め、乱流騒音を発生させます。音響減衰器によって発生する騒音は、狭められた部分の空気の流れの速度に直接関係しており、音響減衰器の表面積に比例して変化します。

発生するノイズの変化は次のように表される。

${\displaystyle 生成された\ノイズ\ (dB)=10\log({\frac {A_{1}}{A_{0}}})}$

どこ：

${\displaystyle A_{1}}$= 音響減衰器の新しい表面領域

${\displaystyle A_{0}}$= 音響減衰器の基準面面積

例えば、減衰器の幅が2倍になった場合、気流速度を一定に保ったままで騒音は3dB増加します。逆に、減衰器が10分の1に縮小した場合、気流速度を一定に保ったままで騒音は10dB減少します。ダクト継手による乱流騒音はの割合で変化するため、^[12]気流速度は減衰器のサイズを決定する重要な要素です。 ${\displaystyle 50log}$

再生騒音は常に検討されるべきですが、通常は非常に静かな部屋（コンサートホール、レコーディングスタジオ、音楽リハーサル室など）やダクトの速度が1500フィート/メートルを超える場合にのみ問題となります。 ^[4]

データが存在しない場合は、ダクトサイレンサーの再生騒音を推定するために使用できる予測式がある^{[13] [14]}

${\displaystyle Lw=55log(V/V_{0})+10log(N)+10log(H/H_{0})-45}$

どこ：

${\displaystyle Lw}$= 音響減衰器によって生成される音響出力レベル (dB)

${\displaystyle V}$= 狭窄断面積での速度（フィート/分）

${\displaystyle V_{0}}$= 基準速度（196.8フィート/分）

${\displaystyle N}$= 空気通路の数（スプリッターの数）

${\displaystyle H}$= 音響減衰器の高さまたは円周（インチ）

${\displaystyle H_{0}}$= 基準寸法 (0.0394 インチ)

他のダクト継手と同様に、消音器も圧力降下を引き起こします。ASTM E477 で得られたカタログ圧力降下値は理想的な層流を前提としていますが、現場での設置では必ずしもそうとは限りません。ASHRAEハンドブックには、さまざまな入口と出口の条件に対する圧力降下補正係数が記載されています。^[15]これらの補正係数は、消音器の上流または下流の 3 ～ 5 ダクト径以内に乱流が発生する場合に使用されます。^[16]

音響減衰器の寸法が周囲のダクトの寸法と異なる場合、音響減衰器との間の移行は滑らかで緩やかでなければなりません。急激な移行は圧力降下と再生騒音を大幅に増加させます。^[17]

音響減衰器を通した圧力損失は、通常、同等の長さのライニングダクトの圧力損失よりも高くなります。しかし、同等の減衰を達成するには、かなり長いライニングダクトの長さが必要であり、その場合、ライニングダクトの長い部分での圧力損失は、単一の音響減衰器で発生する圧力損失よりも大幅に大きくなります。^[18]

消散性音響減衰器による摩擦損失は次のように表される^[11]

${\displaystyle 摩擦\損失={\frac {P}{A}}l(K_{f}{\frac {1}{2}}\rho v_{p}^{2}),\ N/m^{2}}$

どこ：

${\displaystyle {\frac {P}{A}}}$= 音響減衰器の周囲と面積の比

${\displaystyle l}$= ダクトの長さ

${\displaystyle K_{f}}$= 摩擦損失係数

${\displaystyle \rho}$= 空気の密度

${\displaystyle v_{p}^{2}}$= 通過速度

音響減衰器の周囲、面積、長さも圧力降下に影響を与えるパラメータです。^[16]音響減衰器での摩擦損失は騒音減衰性能に正比例し、減衰が大きいほど圧力降下も大きくなります。

プレハブ式音響減衰器は、1950年代後半から1960年代前半にかけて普及しました。^[2]プレハブ式音響減衰器を最初に製造し、テストしたメーカーとしては、Koppers、^[19]、[20] Industrial Acoustics Company、^[21] Industrial Sound Control、^[22] Elof Hanssonなどがあります。^[19]

長方形の散逸性減衰器は、今日の建築音響騒音制御 で使用されている減衰器の最も一般的なバリエーションですが、他の設計オプションも存在します。

リアクティブサイレンサーは、自動車やトラックのマフラー設計で非常に一般的です。^[10]減衰は主に音の反射、面積の変化、調整されたチャンバーによって実現されます。^[11] リアクティブサイレンサーをゼロから設計するには数学的に多くの作業が必要であるため、メーカーは多くの場合、多数の既成の設計を用意しています。

消散型サイレンサーは、音のエネルギーを熱に変換することで音を減衰させます。^[10]消散型サイレンサーは、圧力損失の少ない広帯域減衰が必要な場合に使用されます。^[11]一般的なダクトでは、高周波はビームとしてダクトを伝わり、外側のライニングされたエッジとの相互作用は最小限です。視線を遮るバッフル付きのサウンド減衰器や、曲がったエルボ減衰器は、従来のライニングされたダクトよりも高周波の減衰が優れています。^[19]一般的に、バッフルが厚く減衰器が長いほど、より広い周波数範囲で挿入損失が大きくなります。^[4]

これらのタイプの減衰器は、空調ユニット、ダクトファンコイルユニット、コンプレッサー、ガスタービン、その他の換気装置の筐体の空気取り入れ口で一般的に使用されています。 ^{[4] [10]}特定の空調ユニットまたはファンアプリケーションでは、共面サイレンサー（ファンに合わせたサイズでファンの出口に直接取り付けられた消音サイレンサー）を使用するのが一般的です。^[23]これはファンアレイ設計の一般的な機能です。

2 つの閉鎖されたプライベート空間間のクロストークを防止するために特別に設計された音響減衰器。その設計には、通常、1 つ以上の曲げが組み込まれ、「Z」または「U」の形状を形成します。この曲げにより、音響減衰器の全体の長さを大幅に増やすことなく、音響減衰器の効率が向上します。クロストーク減衰器は受動的なデバイスであり、圧力降下が非常に低いサイズ (通常 0.05 インチ未満) にする必要があります。

1970年代初頭、アメリカンSFプロダクツ社は、一体型の音響減衰器を備えた空気分配装置であるKGE排気レジスターを開発しました。^[24]

まず、プロジェクトの騒音制御エンジニア（または音響技術者）、機械エンジニア、および機器担当者が、プロジェクトの機械的要件と予算の制約を満たす、可能な限り静かな機器を選択します。次に、騒音制御エンジニアは通常、最初に減衰器なしで経路を計算します。必要な音響減衰器の挿入損失は、計算された経路と目標のバックグラウンドノイズレベルの差です。^[16]減衰器の選択が実行できない場合、騒音制御エンジニアと機械担当者は、機器と音響減衰器間の経路を再評価する必要があります。スペースの制約により直線減衰器を使用できない場合は、エルボまたはトランジショナル減衰器を使用できます。^[16]

ダクトサイレンサーは、グラスファイバー製のダクトライナーが禁止されているシステムでよく使用されます。グラスファイバーの空気質への影響はわずかですが、^[25]多くの高等教育プロジェクトでは、グラスファイバー製のダクトライナーの使用を制限しています。このような状況では、プロジェクトの音響担当者は、ファンの騒音とダクトによる騒音を減衰させる主な手段としてダクトサイレンサーに頼らなければなりません。

音響減衰器は通常、ダクトを通って伝わる騒音を減衰させるために、ダクト付き機械設備の近くに設置されます。これによりトレードオフが生じます。音響減衰器はファンの近くに設置する必要がありますが、ファンやダンパーの近くでは空気が乱流になる傾向があります。^[16]理想的には、防火ダンパーがない場合は、音響減衰器は機械設備室の壁をまたぐように設置する必要があります。^[26]音響減衰器が居住空間の上に設置されている場合、騒音制御エンジニアは減衰器の前にダクトからの騒音が問題にならないことを確認する必要があります。^[23]減衰器と機械室の貫通部の間にかなりの距離がある場合は、騒音がダクトに侵入して減衰器を迂回するのを防ぐために、追加のダクト被覆（外部のグラスファイバーブランケットや石膏ラギングなど）が必要になる場合があります。^[23]

消音器は屋外でも使用でき、冷却塔、非常用発電機の吸気口、排気ファンの騒音を静めることができます。^[4]大型の機器には、消音器の配列（消音器バンクとも呼ばれます）が必要になります。

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