CN108463092B

CN108463092B - 一种降噪装置和机柜

Info

Publication number: CN108463092B
Application number: CN201710097527.4A
Authority: CN
Inventors: 卢贤军; 王延松; 吴少勇; 杨京; 梁彬; 李丽娟; 张海龙; 程建春
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: CN108463092A; WO2018153318A1

Abstract

本发明实施例公开了一种降噪装置，应用于一机柜，包括至少一个具有腔体的降噪单元，所述腔体通过连接孔与所述机柜的风扇所产生的风道相连通；每个降噪单元包括至少一个延伸至腔体内部的隔板；所述连接孔的结构尺寸、所述隔板在腔体的位置信息均由所述风扇产生的噪声频带范围来决定。本发明实施例还同时公开了一种机柜。

Description

一种降噪装置和机柜

技术领域

本发明涉及机柜降噪领域，尤其涉及一种降噪装置和机柜。

背景技术

为了降低机柜的噪声干扰，通常要为机柜设计降噪结构，目前的降噪结构中，如基于亥姆霍兹(Helmholtz)共鸣器的降噪结构，是通过较大的体积来实现较大的声容，且体积越大共振频率越小，从而实现在低频处的降噪。

现有的基于共振原理的Helmholtz共鸣器，需满足下述公式：

其中，V为共鸣器的腔体的体积，λ为声波波长，但由于高端路由器机柜内部结构复杂，空间尺寸有限，对外加结构尺寸要求较严苛，那么，在低频噪声情形下现有的降噪结构不能满足机柜的尺寸需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种降噪装置和机柜，能够实现在低频噪声情形下满足机柜的尺寸需求，适用性较强。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种降噪装置，应用于一机柜中，包括至少一个具有腔体的降噪单元，所述腔体通过连接孔与所述机柜的风扇所产生的风道相连通；每个降噪单元包括至少一个延伸至腔体内部的隔板；所述连接孔的结构尺寸、所述隔板在腔体的位置信息均由所述风扇产生的噪声频带范围来决定。

进一步地，所述腔体中的隔板之间相互平行。

进一步地，所述连接孔的结构尺寸包括：所述连接孔的高度和所述连接孔的横截面积；在每个降噪单元内部沿着上表面至下表面的方向上，各个隔板依次记为第1块隔板至第N块隔板，所述隔板在腔体的位置信息包括：第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离、第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离、第I块隔板与第I+1块隔板的距离，其中，I＝1，…，N-1。

进一步地，所述隔板延伸至腔体内部的长度小于所述降噪单元的长度，且大于所述降噪单元的长度的一半；其中，所述降噪单元的长度为所述降噪单元在隔板的延伸方向上的长度。

进一步地，所述腔体中相邻隔板的延伸方向相反。

进一步地，在所述机柜的风扇所产生的风道的壁面的上、下、左、右的外表面分别设置有至少一个降噪单元。

进一步地，在所述机柜的风扇所产生的风道的壁面的任意一个外表面上设置有M个降噪单元，所述M个降噪单元按照共振频率从小到大的顺序依次为第1降噪单元至第M降噪单元，其中，第m降噪单元与第m+1降噪单元的共振频率的差小于第一预设阈值，m＝1，…，M-1。

进一步地，所述腔体的壁面与所述风道的壁面的材料满足以下条件：所述材料的密度与所述材料的声速的乘积大于第二预设阈值。

本发明实施例提供一种机柜，包括上述一个或多个实施例中任一项所述的装置。

本发明实施例所提供的降噪装置和机柜，该降噪装置应用于一机柜中，该降噪装置包括至少一个具有腔体的降噪单元，该腔体通过连接孔与机柜的风扇所产生的风道相连通，每个降噪单元包括至少一个延伸至腔体内部的隔板，连接孔的结构尺寸、隔板在腔体的位置信息均由风扇产生的噪声频带范围来决定，也就是说，用于降低风扇噪声的腔体的体积可以由风扇产生的噪声频带范围来决定，那么，可以根据风扇产生的噪声频带范围设置连接孔的结构尺寸和隔板在腔体的位置信息，进而确定出降噪单元的体积以适应机柜的空间尺寸，满足了机柜对外加结构尺寸要求严苛的需求，也就实现了在低频噪声情形下满足机柜的尺寸需求，适用性较强。

附图说明

图1为本发明实施例中降噪装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的应用于机柜的降噪装置的一种可选的三维透视示意图；

图3为本发明实施例中图2中的应用于机柜的降噪装置在风道左侧的剖视图；

图4为本发明实施例中图2中的应用于机柜的降噪装置在风道上表面的剖视图；

图5为级联的亥姆霍兹共鸣器的共振频率的示意图；

图6为本发明实施例中的降噪装置以平面波入射模拟噪声源在不同频率处的声强透射率分布图；

图7为本发明实施例中的降噪装置以平面波入射模拟噪声源在不同频率处的隔声量分布图；

图8为本发明实施例中以风扇为噪声源仿真模拟风扇在波导管和降噪装置中的频谱图对比图；

图9为本发明实施例中机柜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供一种降噪装置，图1为本发明实施例中降噪装置的结构示意图，如图1所示，该降噪装置应用于一机柜中，包括：

至少一个具有腔体101的降噪单元10，腔体101通过连接孔103与机柜的风扇所产生的风道相连通；每个降噪单元10包括至少一个延伸至腔体101内部的隔板102；连接孔103的结构尺寸、隔板102在腔体101的位置信息均由风扇产生的噪声频带范围来决定。

这里，连接孔正对着隔板，在实际应用中，机柜的风道管口直径略大于风扇直径，这样可以保证风扇与风道之间有足够的空隙供空气流通，风道的长度可根据机柜结构以及所级联的多个降噪单元的总长决定，风扇放置在风道内部靠近风道的一端管口处，风道两端管口开放，与外界空气相连通。

其中，上述风扇产生的噪声频带范围大致在800-1300Hz之间，为了降低风扇所产生的低频噪声，需要将每个降噪单元的共振频率设置在800-1300Hz之间。

另外，每个降噪单元中包括至少一个延伸至腔体内部的隔板，那么，当降噪单元中包括有多个延伸至腔体内部的隔板时，在一种可选的实施例中，腔体中的隔板之间相互平行。

由于连接孔的结构尺寸、隔板在腔体的位置信息均由风扇产生的噪声频带范围来决定，那么，在具体实施过程中，连接孔的结构尺寸包括：连接孔的高度和连接孔的横截面积；在每个降噪单元内部沿着上表面至下表面的方向上，各个隔板依次记为第1块隔板至第N块隔板，隔板在腔体的位置信息包括：第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离、第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离、第I块隔板与第I+1块隔板的距离，其中，I＝1，…，N-1。

可见，每个降噪单元中的连接孔的高度和连接孔的横截面积、第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离、第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离、第I块隔板与第I+1块隔板的距离均由风扇产生的噪声频带范围来决定。

其中，针对每个降噪单元来说，连接孔的高度、第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离、第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离、第I块隔板与第I+1块隔板的距离远小于该降噪单元的共振频率对应的波长，属于亚波长范围。

当腔体内部设置有多个互相平行的隔板时，在一种可选的实施例中，隔板延伸至腔体内部的长度小于降噪单元的长度，且大于降噪单元的长度的一半；

其中，降噪单元的长度为降噪单元在隔板的延伸方向上的长度。

为了增强降噪单元的降噪效率，在一种可选的实施例中，腔体中相邻隔板的延伸方向相反。

这样，腔体内部的隔板之间交替错开，在空间上形成了折叠形状，使得腔体与隔板、隔板与隔板之间均可以等效为弹簧，弹簧相互串联的效果相当于一个较大体积的腔体等效成的弹簧。

举例来说，对于单个降噪单元来说，连接孔为喉管，腔体通过喉管与机柜的风扇所产生的风道相连通，该降噪单元中包括i个隔板，且隔板之间相互平行；假设该降噪单元的共振频率记为f，可以通过下式来计算：

其中，上述ρ₀为背景媒质的密度，该背景媒质通常为空气，l和S分别为喉管的高度和横截面积，在腔体内部，腔体的上下表面与隔板、隔板与隔板之间等效为弹簧，其总弹性系数用K_a表示，计算如下：

其中，上述i取值为0，1，2，…，n，K_0a表示腔体的上表面与第一个隔板之间等效的弹簧弹性系数，K_na表示腔体的下表面与第n块隔板之间等效的弹簧弹性系数，K_ia表示第i块隔板与第i+1隔板之间等效的弹簧弹性系数，V_i为第i块隔板相对应的体积，c₀为背景媒质中的声速。

这里，需要说明的是，上述第i块隔板相对应的体积V_i的计算方法为：当i＝0时，第1块隔板相对应的体积等于第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离乘以降噪单元上表面的表面积；当i＝N时，第N块隔板相对应的体积等于第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离乘以降噪单元上表面的表面积；当i＝1，…，N-1时，第i块隔板相对应的体积等于第i块隔板与第i+1块隔板的距离乘以降噪单元上表面的表面积。

为了更加彻底的降低风扇所产生的噪声，在一种可选的实施例中，在机柜的风扇所产生的风道的壁面的上、下、左、右的外表面分别设置有至少一个降噪单元。

这里，上表面和下表面的降噪装置的结构尺寸可以相互对应，左表面和右表面的降噪装置的结构尺寸可以相互对应，这里，本发明实施例对此不做具体限定。

在一种可选的实施例中，在机柜的风扇所产生的风道的壁面的任意一个外表面上设置有M个降噪单元，M个降噪单元按照共振频率从小到大的顺序依次为第1降噪单元至第M降噪单元，其中，第m降噪单元与第m+1降噪单元的共振频率的差小于第一预设阈值，m＝1，…，M-1。

其中，上述第一预设阈值可以根据级联的亥姆霍兹共鸣器的共振频率来设置，例如90Hz、100Hz。

为了降低机柜的风扇所产生的噪声，腔体的和风道的壁面的材料为声学硬材料，在一种可选的实施例中，腔体的壁面与风道的壁面的材料满足以下条件：

材料的密度与材料的声速的乘积大于第二预设阈值；

其中，上述第二预设阈值可以为空气的密度×空气的声速×10；例如腔体和风道的材料可以为金属或者塑料。

下面举实例来对上述降噪装置中的一个或多个实施例进行说明。

图2为本发明实施例中的应用于机柜的降噪装置的一种可选的三维透视示意图，如图2所示，该机柜包括单个风扇25和风道21，风扇25放置在风道21里面靠近端口的位置，该降噪装置在沿风道21上下左右四个表面等间距设置有4个降噪单元，每个降噪单元具有腔体22，腔体22中设置有喉管23、隔板24。

其中，喉管23用于连通腔体22与风道21，降噪单元的腔体22放置在距风道21表面一定距离处，尺寸固定，腔体22内不等间距分布着两个方向相反、交替错开的平行隔板24，划分腔体22的声传播通道。

这里，风扇25的直径约为80mm，针对高端路由器机柜的整体构造及风扇布局分布，为了降低风扇所产生的低频噪声，根据为每个降噪单元设置的共振频率，结合公式(1)、(2)、(3)和(4)，那么，对于图2中风道上表面左起第一个降噪单元中的腔体和平行隔板参数可以设置如下：当风道21的长度为200mm，宽度和高度均为82mm时，腔体的长宽高分别为：40mm、82mm和12mm，相邻腔体之间的距离为4mm，隔板的长宽高分别为30mm、82mm和1mm，上下隔板到腔体下表面的距离分别为2mm、7mm。

图3为本发明实施例中图2中的应用于机柜的降噪装置在风道左侧的剖视图，图4为本发明实施例中图2中的应用于机柜的降噪装置在风道上表面的剖视图，经仿真模拟分析出该风扇在不同工况下所产生噪声的主要频率点在800-1300Hz频带范围内，根据为每个降噪单元设置的共振频率，结合公式(1)、(2)、(3)和(4)，设计的喉管具体参数如下：喉管高度为2mm，以风扇所在一侧风道的管口横截面为正面，喉管中心相对腔体中心位置偏右为正，偏左为负，则风道左侧喉管横截面长度与偏离腔体中心位置的距离在图2中按从左往右顺序分别为：1、1、7、7mm和-6、-2、-10、-8mm，其对应的共振频率为780Hz、820Hz、840Hz、870Hz；风道上表面喉管横截面长度与偏离腔体中心位置的距离在图3中按从左往右顺序分别为：15、13、7、19mm和-10、-6、2、-2mm，其对应的共振频率为910Hz、970Hz、1060Hz、1140Hz，其中，风扇的左侧和右侧喉管结构参数一致，上表面和下表面喉管结构参数一致。

图5为级联的亥姆霍兹共鸣器的共振频率的示意图，如图5所示，横坐标表示频率，纵坐标表示透射率；f₁至f₈对应的频率分别为780Hz、820Hz、840Hz、870Hz、910Hz、970Hz、1060Hz、1140Hz。从图5中可以看出，在以共振频率为中心频率的一定频带上其透射率都很小，在考虑到机柜中风扇的位置及其周围的结构分布，在实际应用中，可以将级联的降噪单元的共振频率间隔选为50Hz，最终实现在一定频带上的降噪。

图6为本发明实施例中的降噪装置以平面波入射模拟噪声源在不同频率处的声强透射率分布图，其中，图6中横坐标为频率，纵坐标为透射率；图7为本发明实施例中的降噪装置以平面波入射模拟噪声源在不同频率处的隔声量分布图，其中，图7中横坐标为频率，纵坐标为隔声率；在靠近风扇的入口处设置一个压力幅值为1Pa的入射平面波模拟风扇噪声，观察远离风扇一面的端口面上的声能透射情况，参考图6和图7可知，图6中显示远离风扇一面的端口面上透射出的声能与入射到靠近风扇一面的端口面上的总声能之比，图6和图7中显示在800-1200Hz频率左右处声波的透射率大幅度衰减，最大隔声量约为40dB。

图8为本发明实施例中以风扇为噪声源仿真模拟风扇在波导管和降噪装置中的频谱图对比图，其中，在仿真软件中利用风扇旋转产生压力脉动，形成噪声，通过设置监测点来探测风扇的噪声频谱图。如图8所示，横坐标表示频率，纵坐标表示均方声压级，图中黑色实线是在100％工况下风扇在波导管中的频谱图，黑色虚线是在100％工况下风扇在降噪装置中的频谱图，仿真结果对应的作用频率范围为800-1000Hz、1100-1300Hz。在840-980Hz频带上噪声均方声压级降低高于10dB，最大可到24dB，在1100-1300Hz频带范围内降噪在1-15dB不等。

在上述实例中，基于机柜风扇降噪的降噪装置，通过在每个降噪单元的腔体内部增加交错的隔板来改变声场分布，腔体与隔板、隔板与隔板之间均可等效为弹簧，弹簧相互串联的效果相当于一个较大体积的腔体等效成的弹簧，在减小腔体体积的同时，又能实现和大体积腔体相同的共振频率，克服了现有的降噪结构体积过大的缺点，极大地增强了降噪装置在高端路由器机柜中为风扇降噪的实用性、可行性。

本发明实施例所提供的降噪装置，该降噪装置应用于一机柜中，该降噪装置包括至少一个具有腔体的降噪单元，该腔体通过连接孔与机柜的风扇所产生的风道相连通，每个降噪单元包括至少一个延伸至腔体内部的隔板，连接孔的结构尺寸、隔板在腔体的位置信息均由风扇产生的噪声频带范围来决定，也就是说，用于降低风扇噪声的腔体的体积可以由风扇产生的噪声频带范围来决定，那么，可以根据风扇产生的噪声频带范围设置连接孔的结构尺寸和隔板在腔体的位置信息，进而确定出降噪单元的体积以适应机柜的空间尺寸，满足了机柜对外加结构尺寸要求严苛的需求，也就实现了在低频噪声情形下满足机柜的尺寸需求，适用性较强。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种机柜，图9为本发明实施例中机柜的结构示意图，如图9所示，该机柜91包括上述一个或多个实施例中所述的降噪装置92。

这里需要指出的是：以上机柜实施例项的描述，与上述降噪装置描述是类似的，具有同方法实施例相同的有益效果，因此不做赘述。对于本发明机柜实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本发明降噪装置实施例的描述而理解，为节约篇幅，这里不再赘述。

这里需要指出的是：

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种降噪装置，其特征在于，应用于一机柜中，包括至少一个具有腔体的降噪单元，所述腔体通过连接孔与所述机柜的风扇所产生的风道相连通；

每个降噪单元包括至少一个延伸至腔体内部的隔板；所述连接孔的结构尺寸、所述隔板在腔体的位置信息均由所述风扇产生的噪声频带范围来决定；

其中，所述连接孔的结构尺寸包括：所述连接孔的高度和所述连接孔的横截面积；

其中，所述腔体中的隔板之间相互平行；

其中，在每个降噪单元内部沿着上表面至下表面的方向上，各个隔板依次记为第1块隔板至第N块隔板，所述隔板在腔体的位置信息包括：

第1块隔板与降噪单元内部上表面的距离、第N块隔板与降噪单元内部下表面的距离、第I块隔板与第I+1块隔板的距离，其中，I＝1，…，N-1。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔板延伸至腔体内部的长度小于所述降噪单元的长度，且大于所述降噪单元的长度的一半；

其中，所述降噪单元的长度为所述降噪单元在隔板的延伸方向上的长度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔体中相邻隔板的延伸方向相反。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述机柜的风扇所产生的风道的壁面的上、下、左、右的外表面分别设置有至少一个降噪单元。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述机柜的风扇所产生的风道的壁面的任意一个外表面上设置有M个降噪单元，所述M个降噪单元按照共振频率从小到大的顺序依次为第1降噪单元至第M降噪单元，其中，第m降噪单元与第m+1降噪单元的共振频率的差小于第一预设阈值，m＝1，…，M-1。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔体的壁面与所述风道的壁面的材料满足以下条件：

所述材料的密度与所述材料的声速的乘积大于第二预设阈值。

7.一种机柜，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的装置。