CN104564847A - 主动式风扇噪音控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种主动式风扇噪音控制系统，包含风扇、感应单元、信号处理单元、网状结构以及压电元件。风扇具有出风口与入风口。感应单元设置于出风口，用以接收风扇发出的声音信号。信号处理单元用以接收由感应单元传送的声音信号，并经分析计算后得到反相位信号。网状结构设置于入风口。压电元件设置于网状结构上，压电元件接收并依照信号处理单元所指示的反相位信号振动，以带动网状结构振动并发出反向声音抵消风扇噪音。
Description
技术领域
本发明是有关于一种噪音控制系统，特别是有关于一种用于风扇的主动式噪音控制系统。
背景技术
随着信息科技发展，电子产品的工作效率越来越高，然而在此同时，电子产品的所产生的热效应也随之增加。为了避免因为过热而导致电子产品的损坏，利用风扇来帮助散热将是电子产品中不可或缺的一部分。
风扇产生的噪音，会使人产生不同程度的不安与焦虑感。在长时间被噪音干扰的情况下，不但会增加疲倦度、降低工作效能，更甚者会造成心理及生理的伤害。
一般风扇噪音控制方式主要通过本身机构件做改善而达到噪音量减小为目的，如：框罩形状、扇叶形状、静叶及肋条等设计改变，或是设置隔音装置，然而上述方法对于风扇噪音中的低频噪音无明显效果，如何有效地消除风扇噪音中的低频噪音是相关产业相当重视的议题。
发明内容
本发明的一目的是在提供一种主动式风扇噪音控制系统。
根据本发明一实施方式，一种主动式风扇噪音控制系统，包含风扇、感应单元、信号处理单元、网状结构以及压电元件。风扇具有出风口与入风口。感应单元设置于出风口，用以接收风扇发出的声音信号。信号处理单元用以接收由感应单元传送的声音信号，并经分析计算后得到反相位信号。网状结构设置于入风口。压电元件设置于网状结构上，压电元件接收并依照信号处理单元所指示的反相位信号振动，以带动网状结构振动并发出反向声音抵消风扇噪音。
根据本发明另一实施方式，一种主动式风扇噪音控制系统，包含散热鳍片、风扇、感应单元、信号处理单元、网状结构以及压电元件。散热鳍片具有相对的前侧与后侧。风扇设置于前侧，具有出风口与入风口，且出风口朝向前侧。感应单元设置于后侧，用以接收风扇发出的声音信号。信号处理单元用以接收由感应单元传送的声音信号，并经分析计算后得到反相位信号。网状结构设置于入风口。压电元件设置于网状结构上，其中压电元件接收并依照信号处理单元所指示的反相位信号振动，以带动网状结构振动并发出反向声音抵消风扇噪音。
于本发明的一或多个实施方式中，声音信号为网状结构与风扇发出声音的混合信号。
于本发明的一或多个实施方式中，风扇与感应单元相隔适当距离，以使声音信号为风扇与网状结构发出声音充分混合后的混合信号。
于本发明的一或多个实施方式中，散热鳍片为长柱状且具有长边，前侧与后侧设置于长边的两端。
于本发明的一或多个实施方式中，风扇具有四个角落，且网状结构具有四个固定部，网状结构通过固定部与风扇的角落相连接。
于本发明的一或多个实施方式中，压电元件设置于网状结构的中央。
于本发明的一或多个实施方式中，主动式风扇噪音控制系统还包含主机板，其中主机板具有中央处理器，散热鳍片设置于中央处理器上。
于本发明的一或多个实施方式中，信号处理单元为安装于主机板中的软件或固件。
于本发明的一或多个实施方式中，风扇具有转速侦测装置，用以提供信号处理单元风扇转速信号作为分析计算反相位信号的参考信号。
本发明上述实施方式通过振动原本位于风扇入风口，用来防止异物进入的网状结构，利用主动式噪音控制方法，产生风扇噪音的反相位声波，因而有效地消除风扇所产生的噪音。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的立体示意图；
图2A绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的方块图；
图2B绘示依照本发明另一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的方块图；
图3绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统安装于电脑上的立体图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的立体示意图。本实施方式的主动式风扇噪音控制系统100主要适用于个人电脑的风扇模块，亦适用于服务器主机的风扇模块，其中这些风扇模块主要为用来对于个人电脑或是服务器主机的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)进行散热。
上述的主动式风扇噪音控制系统100包含风扇120、感应单元130、信号处理单元140、网状结构150以及压电元件160。风扇120具有出风口121与入风口122。感应单元130设置于出风口121，用以接收风扇120发出的声音信号170。信号处理单元140用以接收由感应单元130传送的声音信号170，并经分析计算后得到反相位信号180。网状结构150设置于入风口122。压电元件160设置于网状结构150上，压电元件160接收并依照信号处理单元140所指示的反相位信号振动，以带动网状结构150振动并发出反向声音抵消风扇噪音。
主动式风扇噪音控制系统100主要为用来消除低频噪音。风扇120的扇叶在旋转并产生气流123时，会因为扇叶本身的频率而产生气流123在时序上会有不均匀的情况，不均匀的流场本身便会形成一种低频单频的噪音，或称为扇叶噪音(Blade Passing Tone)。主动式风扇噪音控制系统100采用主动式噪音控制(Active Noise Cancellation，ANC)来消除风扇噪音，也就是利用次音源干涉抵消噪音源达到控制效果。
图2A绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的方块图。主动式风扇噪音控制系统100利用次音源产生与风扇噪音的声波振幅相同却相位相反的抵消声波，干涉抵消风扇噪音以达到控制效果。网状结构150为次音源，正好适合用于振动并发出低频声波，以抵消低频噪音。具体而言，如图2A所绘示，在感应单元130接收到风扇120发出的声音信号170后，感应单元130传送声音信号170到信号处理单元140。信号处理单元140接收到声音信号170后，进行分析计算并得到与声音信号170振幅相同却相位相反的反相位信号180。之后信号处理单元140再传送反相位信号180至压电元件160，压电元件160依照信号处理单元140所指示的反相位信号180振动，以带动网状结构150振动并发出反向声音，而与风扇噪音的声波互相干涉抵消，进而达到噪音控制的效果。
风扇120与感应单元130可相隔一预定距离，以使声音信号170为风扇120与网状结构150发出声音充分混合后的混合信号。具体而言，在风扇120开始运转后，一开始网状结构150并未发出任何声音，因此感应单元130接收到的声音信号170为单纯风扇120所产生的噪音，之后网状结构150振动并发出抵消声波，以抵消风扇120所产生的噪音。但是网状结构150发出的抵消声波，在与风扇120所产生的噪音互相干涉后，可能会因为计算误差或其他误差因素而不会完全消除噪音，因此这时感应单元130可以再次接收声音信号170，此时的声音信号170即为风扇120与网状结构150发出声音的混合信号。在信号处理单元140接收到混合风扇120与网状结构150发出声音的声音信号170后，信号处理单元140进行分析计算并得到与声音信号170相位相反的补偿信号，这时将补偿信号与前一次计算得到的反相位信号180相加后，即为这一次的反相位信号180，之后信号处理单元140再依照这一次的反相位信号180，指示压电元件160振动，并带动网状结构150振动而发出抵消声波，以抵消风扇噪音。上述过程可以重复数次，以达到最佳效果，其中每次重新计算反相位信号180之间的时间间隔可低于一秒，因此可以在很快的时间内即完成校正并消除噪音。另外，在外在条件改变而导致风扇噪音特性改变的情况下，比如说因为主机板的温度改变，风扇120的转速随之改变，上述的操作过程亦可以及时依照情况进行修正。
感应单元130可为麦克风或其他可以侦测声波的装置。应了解到，以上所举的感应单元130的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择感应单元130的具体实施方式。
信号处理单元140可为处理器。应了解到，以上所举的信号处理单元140的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择信号处理单元140的具体实施方式。
网状结构150的材质可为铜或铁等金属。应了解到，以上所举的网状结构150的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择网状结构150的材质。
图2B绘示依照本发明另一实施方式的主动式风扇噪音控制系统的方块图。如图2B所绘示，风扇120可具有转速侦测装置125，用以提供信号处理单元140风扇转速信号126作为分析计算反相位信号180的参考信号。转速侦测装置125可为接触式转速计、非接触式转速计或闪频仪。
如图1所绘示，主动式风扇噪音控制系统100还可包含散热鳍片110。散热鳍片110具有相对的前侧111与后侧112。风扇120设置于前侧111，且出风口121朝向前侧111。感应单元130设置于后侧112。
散热鳍片110可为长柱状且可具有长边，前侧111与后侧112分别位于长边的两端。除了扇叶本身的频率而产生气流123在时序上会有不均匀的情况，气流123亦可能因为受到周边装置的挤压，或是气流123与周边装置的撞击，而产生噪音。具体而言，气流123可能在流动时因为受到散热鳍片110的挤压或是与散热鳍片110撞击，而产生噪音。前述的风扇噪音皆是因为气流123流动而产生，因此噪音主要将会随着气流123流动方向传递。为此，将感应单元130设置于后侧112，如此感应单元130便能接收从后侧112吹出气流123中的风扇噪音，即主要的风扇噪音流动处，而能准确接收有关风扇噪音的信息。另外，因为感应单元130位于散热鳍片110的下风处，因此将不会干扰到散热鳍片110中的气流，因而减损散热效能。
压电元件160可设置于网状结构150的中央，如此压电元件160将能振动而由网状结构150的中央带动整个网状结构150振动，因而能使整个网状结构150均匀地振动并发出声波，以有效抵消风扇噪音。另外，网状结构150的中央可为风扇的中央，此区域因为没有扇叶带动，所以正好没有空气流动，压电元件160设置于此处将不会干扰空气流入风扇120，因而减损风扇120的散热效能。
因为网状结构150产生的反相位声波必须正好抵消风扇噪音的声波，才能达到噪音控制的功效，所以网状结构150必须要能稳妥固定，如此才能在振动时产生准确的反相位声波。为此，网状结构150可具有多个固定部151，固定部151与风扇120相连，如此将能稳妥固定网状结构150于风扇120，而不致于发生网状结构150仅有某部分固定，其他部分却晃动的情况。具体而言，风扇120可具有四个角落124，且网状结构150具有四个固定部151，网状结构150通过固定部151与风扇的角落124相连接。
图3绘示依照本发明一实施方式的主动式风扇噪音控制系统安装于电脑上的立体图。主动式风扇噪音控制系统100还可包含主机板190，主机板190可具有中央处理器，散热鳍片110可设置于中央处理器上。于是，中央处理器可先散热至散热鳍片110，然后风扇120吹出气流123与散热鳍片110接触并带走散热鳍片110的热量，因而对于中央处理器有效地进行散热。信号处理单元140可为安装于主机板190中的软件或固件。
本发明上述实施方式通过振动原本位于风扇120的入风口122，用来防止异物进入的网状结构150，利用主动式噪音控制方法，产生风扇噪音的反相位声波，因而有效地消除风扇120所产生的噪音。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，包含：
一风扇，具有一出风口与一入风口；
一感应单元，设置于该出风口，用以接收该风扇发出的一声音信号；
一信号处理单元，用以接收由该感应单元传送的该声音信号，并经分析计算后得到一反相位信号；
一网状结构，设置于该入风口；以及
一压电元件，设置于该网状结构上，其中该压电元件接收并依照该信号处理单元所指示的该反相位信号振动，以带动该网状结构振动并发出反向声音抵消风扇噪音。
2.根据权利要求1所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，还包含：
一散热鳍片，具有相对的一前侧与一后侧，其中该出风口朝向该前侧，且感应单元设置于该后侧。
3.根据权利要求2所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该散热鳍片为长柱状且具有一长边，该前侧与该后侧设置于该长边的两端。
4.根据权利要求2所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，还包含一主机板，其中该主机板具有一中央处理器，该散热鳍片设置于该中央处理器上。
5.根据权利要求4所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该信号处理单元为安装于该主机板中的软件或固件。
6.根据权利要求1所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该声音信号为该网状结构与该风扇发出声音的混合信号。
7.根据权利要求6所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该风扇与该感应单元相隔一预定距离，以使该声音信号为该风扇与该网状结构发出声音充分混合后的混合信号。
8.根据权利要求1所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该风扇具有四个角落，且该网状结构具有四个固定部，该网状结构通过所述固定部与该风扇的所述角落相连接。
9.根据权利要求1所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该压电元件设置于该网状结构的中央。
10.根据权利要求1所述的主动式风扇噪音控制系统，其特征在于，该风扇具有一转速侦测装置，用以提供该信号处理单元一风扇转速信号作为分析计算该反相位信号的参考信号。
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