风扇噪音控制

風扇的噪聲及其控制（1）
擬文：吳昌林（Peter Wu） 發布時間：2001年12月28日 18時39分
一、風扇的噪聲特性
軸流式風扇工作時，動葉周期性地承受前面靜葉出口不均勻气流的脈動力作用，動葉后的靜葉也同樣承受動葉出口不均勻气流的作用，產生噪聲；另一方面，由于葉片本身及葉片上壓力的不均勻分布，轉動時對周圍气体及零件的扰動也构成旋轉噪聲；离心式風机工作時也由于葉片尾跡，使气流的壓力和速度不均勻地作用在它的固定元件上，產生旋轉噪聲。

此外由于气体流經葉片時產生湍流附層面、旋渦及旋渦脫离，引起葉片上壓力分布的脈動而產生渦流噪聲。

旋轉噪聲和渦流噪聲合成了机器的气動噪聲。

1．聲壓和聲壓級
（1）聲壓 是指疏密的聲波使大气壓力產生壓強波動的大小稱聲壓。

（2）聲壓級Lp
L p=20log10(p/p0) （dB）（2-5-1）式中 p─聲壓（Pa）；
p0─基准聲壓，p0=2×10-5 Pa；
風扇的噪音值通常以聲壓級L p之倍頻帶繪出。

分貝(dBA)的改變所形成的效應，如下列征兆所示：
3 dBA 几乎沒有感覺
5 dBA 感覺出來
10 dBA 感覺兩倍大聲響
2．聲強和聲強級
（1）聲強 是指在聲波傳播方向上單位時間內通過單位面積的
聲能，即單位面積上的聲功率（W/m2）,稱為聲強。

對平面波和球面波某處的聲強（I）与該處聲壓的平方成正比。

即
I=p2/(ρ0C0) （2-5-2）
式中p─有效聲壓（Pa）；
ρ0─平衡狀態時的空气密度（kg/m3）;
C0─空气聲速（m/s）.
（2）聲強級L I
L I =10 log10(I/I0)（2-5-3）式中I0─基准聲強，I0=10-12 W/m2
噪聲程度：
0 ~ 20 dBA 很微弱
20 ~ 40 dBA 微弱
40 ~ 60 dBA 中度
60 ~ 80 dBA 大聲
80 ~ 100 dBA 很大聲
100 ~ 140 dBA 震耳欲聾
3．聲功率与聲功率級
（1）聲功率 是指單位時間內聲源向外輻射的總能量（W）。

（2）聲功率級 聲功率級L W
L W =10 log10(W/W0)………………………………（2-5-4）
式中W0─10-12W為基准聲功率；
L W─聲功率級（dB）.
4．風扇噪聲頻譜特性
頻譜為聲壓級或聲功率級隨著頻譜變化的圖形。

＜500H z為低頻噪聲
＞1000 H z為高頻噪聲
500～1000 H z為中頻噪聲。

風扇的頻譜用頻譜分析器測得到。

風扇的倍頻程和1/3倍頻程如圖所示。

倍頻程与1/3倍頻程頻譜如圖2-5-1所示。

頻譜用頻譜分析器實測得到。

圖2-5-1倍頻程与1/3倍頻程頻譜
不同的風扇參數，有著不同的頻譜。

其頻率特性主要取決于風扇的葉片數、轉速和扇葉葉片直徑。

軸流式風扇、离心式風扇的噪聲和空气動力學特性、噪聲頻率特性分別如圖2-5-2、2-5-3、2-5-4、2-5-5所示。

圖2-5-2軸流式風扇的噪聲和空气動力特性
圖2-5-3 軸流式風扇噪聲頻率特性
圖2-5-4 离心式風扇的噪聲和空气動力特性（后彎葉）
圖2-5-5 离心式風扇噪聲頻率特性
風扇的噪聲及其控制（2）
擬文：吳昌林（Peter Wu） 發布時間：2001年12月28日 18時39分
二、噪聲測量
散熱風扇的噪音是在背景噪音低于15 dBA半無回音室中所測量。

待測風扇在自由空气中動轉，距入風口一米處置一聲級計，如圖2-5-6。

圖2-5-6 風扇噪聲測試示意圖
圖2-5-7 風扇噪聲測試電腦化系統圖
三、噪聲控制
下列五項准測提供風扇使用者最佳方法，以降低噪音至最小：
1.系統阻抗
一個風扇的入風口与出風口之間范圍占全部系統阻抗的60%至80%，另外气流愈大，噪音相對愈高。

系統阻抗愈高，冷卻所需的气流愈大，因此為了將噪音降至最小，系統阻抗必須減至最低程度。

2.气流扰亂
沿著气流路徑所遇到的阻礙而造成的扰流會產生噪音。

因此任何阻礙，特別在關鍵的入風口与出風口范圍，必須避免，以降低噪音。

3.風扇轉速与尺寸
由于高轉速風扇比低轉速風扇產生較大的噪音，因此應盡可能嘗試及選用低轉速風扇。

而一個尺寸較大、轉速較低的風扇，通常比小尺寸、高轉速的風扇，在輸送相同風量時安靜。

同一系列的風扇，風量風壓大者，噪聲也較大，因此，要合理選擇風扇形式，余量過大不僅浪費電能，而且增大噪聲。

對同一型號的風扇，應盡量選低轉速運行的風扇；對不同型號風扇，應選擇噪聲分貝值較低的，而不應只考慮轉速。

4.溫度升高
在一個系統內，冷卻所需的風量与允許的溫升成反比。

允許溫升稍微提高，即可大量減少所需的風量。

因此，如果對強加之允許溫升的限制略微放松一些，所需風量將可降低，噪音亦可降低。

5.轉子的平衡控制
轉子出現不平衡時，風永扇運轉振動會加劇，噪聲由此加大，因此轉子必須校方可使用，特別建議采用柔軟的隔絕器材，以避免風扇振動的傳遞，有的散熱器在風扇与散熱片之間加一塑料蓋子，可以起到一定的減振效果。

6.電壓變動
電壓變動會影響噪聲程度。

加到風扇的電壓愈高，因轉速升高，振動就愈大，產生的噪音也愈大。

7.設計的考慮
构成風扇的每一零件設計，均會影響噪聲程度。

下列設計的考慮可達成降低噪聲：電机之矽鋼片尺寸扇葉与外框的設計及精确的制造与平衡。

四、風扇异音及其与噪聲之區別
噪聲听起來只有單純的風聲，噪聲是一种聲波，具有聲波的一切特性。

噪聲分為空气動力噪聲、机械噪聲及電磁噪聲。

噪聲可以減少但不能消除。

而异音則不同，風扇運轉時，除風聲外，若還有其它聲音發出（有兩种以上的聲音發出），即可判斷風扇出現了异音。

异音可以減小，可以防止也可以消除。

异音產生原因：可能因軸承內有异物或變形，以及組裝不當而出現碰撞，或電机繞組纏繞不均，造成松脫，都可能產生异音，這种風扇必須屬于淘汰之等級。

一般檢測异音的方法都用貼近耳听的辦法，主觀性因素較大，不容易識別，容易起爭議，如果你使用的風扇數量較大，采用圖2-5-7方法借助頻譜分析設備查看噪聲頻譜能量分布可初步識別异音，識別方法如圖2-5-8。