CN114576212A - 一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置及加工方法，装置包括筒体，筒体的筒壁设有消声腔，消声腔通过槽口与筒体内腔连通；消声腔的声容为
消声腔的声质量为Mb＝ρ0a/Sh；V为消声腔的容积，a为槽口的槽壁壁厚，Sh为槽口的截面积，ρ0为空气密度，c0为声速；消声腔的自振频率为
消声腔的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同。方法为，先检测并找出导致硬盘读写性能下降的最敏感频率，将此频率作为需要消除的风扇噪声频率fHDD；然后确定槽口的槽壁壁厚a和槽口的截面积Sh，得出消声腔的声质量Mb＝ρ0a/Sh，令f＝fHDD，并根据公式
计算得出消声腔的声容Cb，再根据公式
得出消声腔的容积V；最后注塑成型得到筒体。本发明能节省时间，提高组装效率。
Description
技术领域
本发明涉及服务器技术领域，具体为一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置及加工方法。
背景技术
随着数字化转型的提出、人工智能的普及应用，巨量化的模型越来越多。在市场驱动下，硬盘的容量越来越大，硬盘磁道密度持续提高，宽度持续降低。服务器布局更紧凑，部件更轻薄。这些因素都将导致硬盘读写性能对振动和噪声更敏感。
通过大量的研究，已知风扇噪声是影响硬盘读写性能的主要因素，风扇噪声越大，硬盘读写性能越差。改善硬盘读写性能有三大途径：①从源头入手，直接降低噪声源的噪声；②在传递路径上增加阻隔措施，降低传递到硬盘区域的噪声；③提高硬盘的抗干扰度。
我们最常用的是第二个方法，具体的操作为：①在风扇框部位增加蜂窝网或者吸音棉圈；②在风扇框与硬盘背板之间的区域贴吸音棉；③在硬盘背板、服务器机箱上盖等处粘贴吸音棉。
在噪声传递路径上增加阻隔措施改善噪声的缺点是显而易见的：由于不同的服务器机箱，噪声传递路径不同，所需粘贴吸音棉的部位也会不同，所粘贴吸音棉的厚度也不同，所以吸音棉的粘贴部位和吸音棉的厚度都需要经过反复实验调试，才能确定。
由于需要反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，所以耗费了大量的调试实验时间，降低了组装效率。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置及加工方法，本发明能够无需使用吸音棉，从而避免反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，继而节省了时间，提高了组装效率。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：
一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，包括筒体，筒体的两端均敞口，筒体的筒壁设有消声腔和槽口，消声腔通过槽口与筒体的内腔连通；消声腔的声容为
消声腔的声质量为Mb＝ρ0a/Sh；V为消声腔的容积，a为槽口的槽壁壁厚，Sh为槽口的截面积，ρ0为空气密度，c0为声速；消声腔的自振频率为
消声腔的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同。
进一步的，所述筒体为一体注塑成型结构。
进一步的，所述筒体的一个敞口端设有挂耳，挂耳通过紧固件与风扇框连接。
进一步的，所述筒体在远离风扇框的一端设有防护板，防护板设有通风孔。
进一步的，所述防护板采用蜂窝板，蜂窝板的蜂窝孔为所述通风孔。
进一步的，所述防护板与所述筒体可拆卸连接。
一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置的加工方法，包括如下步骤：
(1)检测出需要消除的风扇噪声频率fHDD，将需要消除的风扇噪声频率fHDD作为消声腔的自振频率f；
(2)根据不同服务器机箱的布置空间，确定筒体的基本外廓尺寸，根据筒体的注塑成型的难易程度，确定槽口的槽壁壁厚a和槽口的截面积Sh，得出消声腔的声质量Mb＝ρ0a/Sh，根据步骤(1)得到的消声腔的自振频率f和公式
计算得出消声腔的声容Cb，再根据公式
计算得出消声腔的容积V；
(3)根据步骤(2)得到数据，注塑成型得到筒体。
进一步的，在所述步骤(1)中，使用检测设备实时采集由风扇发出，传递到硬盘的噪声，经时频转换，得到噪声信号1/9倍频程的PSD谱，通过与硬盘本身在不同频率不同幅值的噪声影响下的读写性能下降Map图进行比较，找出影响硬盘读写性能最大的敏感频率，将此频率作为需要消除的风扇噪声频率fHDD。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
1、在本发明提供的风扇降噪装置中，具有消声腔和槽口的筒体能够形成空腔共振吸声结构，利用消声腔的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同的特点，在风扇噪声通过消声腔时，需要消除的风扇噪声与消声腔内空气形成共振，共振导致消声腔内空气振动的振幅达到最大，形成气墙，阻碍需要消除的风扇噪声频率fHDD段声波通过，达到特定噪声消声降噪的作用。
继而，在使用本发明提供的风扇降噪装置时，只需安装在风扇框上，就能够投入使用。无需使用吸音棉，更无需在噪声传递路径上，反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，从而有利于节省时间，提高了组装效率。
并且，因为消声腔的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同，所以本发明提供的风扇降噪装置能够从源头就对风扇发出的特定频率噪声进行精准消声，提高了消声效果，有利于改善硬盘读写性能。
再者，因为无需反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，所以还能够节约吸音棉，实现节约资源，降低成本的效果。
2、本发明通过让筒体为一体注塑成型结构，能够让一体注塑成型结构的筒体具有方便加工的优点。
3、本发明通过使用紧固件连接筒体上的挂耳和风扇框，能够方便拆装，有利于提高拆装效率。
4、本发明通过在筒体远离风扇框的一侧设置防护板，能够防止服务器内的线缆进入筒体，甚至进入风扇，有利于提高服务器运行安全性，从而有利于节省维修维护的成本。
5、本发明通过采用蜂窝板作为防护板，能够方便取材，有利于进一步提高组装效率。
6、本发明通过让防护板与筒体可拆卸连接，能够方便更换维护防护板，继而方便服务器的维修维护，有利于提高维护效率。
7、通过本发明的加工过程制得的风扇降噪装置，能够针对风扇发出的特定频率噪声进行精准消声，从而提高了降噪效果，改善了硬盘读写性能。并且，无需使用吸音棉，更无需在噪声传递路径上，反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，从而有利于节省时间，提高了组装效率。再者，还能够节约吸音棉，节约资源，降低成本。
附图说明
图1为筒体的立体图；
图2为筒体的全剖视图；
图3为图2A处的局部放大图；
图4为蜂窝网的立体图；
图5为风扇降噪装置的使用示意图；
图6为共振频率下声压级响应云图；
图7为共振频率下声压级响应切面图；
图8为筒体出口声压级响应曲线。
图中：
1-筒体，11-消声腔，12-槽口，13-挂耳，
2-风扇框，
3-蜂窝板。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，如图1-3所示，包括筒体1，筒体1的两端均敞口，筒体1的筒壁设有消声腔11和槽口12，消声腔11通过槽口12与筒体1的内腔连通。
消声腔11的声容为
消声腔11的声质量为Mb＝ρ0a/Sh，
V为消声腔11的容积，
a为槽口12的槽壁壁厚，
Sh为槽口12的截面积(图3中点状阴影区域为槽口的截面积)，
ρ0为空气密度，
c0为声速。
消声腔11的自振频率为
消声腔11的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同。
在本实施例提供的风扇降噪装置中，具有消声腔11和槽口12的筒体1能够形成空腔共振吸声结构，利用消声腔11的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同的特点，在风扇噪声传递至消声腔11时，需要消除的风扇噪声能够与消声腔11内的空气共振(共振频率为需要消除的风扇噪声频率fHDD)，共振导致消声腔11内空气振动，并使振幅达到最大，从而消耗声能，达到吸声降噪的作用；并且，共振导致消声腔11内空气振动的振幅达到最大，形成气墙，阻碍需要消除的风扇噪声频率fHDD段声波通过，达到特定噪声消声降噪的作用。
在服务器机箱内，设置有风扇框2，风扇框2的一侧设置有硬盘，风扇框2的另一侧设置有风扇。在使用本实施例的风扇降噪装置时，如图5所示，需要将筒体1的一个敞口端安装在风扇框2靠近硬盘的一侧。从而在风扇启动后，风扇噪声能够穿过风扇降噪装置来降噪。
本实施例提供的风扇降噪装置，只需安装在风扇框2上，就能够投入使用。无需使用吸音棉，更无需在噪声传递路径上，反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，从而有利于节省时间，提高了组装效率。再者，还能够节约吸音棉，节约资源，降低成本。
并且，因为消声腔11的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同，所以本实施例提供的风扇降噪装置能够从源头就对风扇发出的特定频率噪声进行精准消声，提高了消声效果，有利于改善硬盘读写性能。
为了方便筒体1的拆装，如图5所示，在筒体1的一个敞口端上设置有多个挂耳13，挂耳13上设有紧固孔，可使用紧固件穿过紧固孔固定在风扇框2上。例如，可使用螺钉作为紧固件，让螺钉穿过紧固孔后钉入风扇框2上，从而实现筒体1在风扇框2上的安装；在拆卸时，直接将螺钉旋拧下来即可，使得筒体1在风扇框2上的拆装简便快捷，有利于提高拆装效率。
因为筒体1的两端均敞口，且一端安装在风扇框2上，所以筒体1在远离风扇框2的一端还是敞口的，存在服务器内线缆依次吸入筒体1、风扇的风险，高速旋转的风扇吸入线缆后容易造成安全事故，所以为了提高服务器运行安全性，如图4和图5所示，在筒体1远离风扇框2的一侧设置有防护板，防护板设置有通风孔，以便于让气流穿过。
防护板与筒体1为可拆卸连接，例如，防护板可通过紧固件与筒体1组装，或者防护板可通过卡扣结构与筒体1组装。通过让防护板与筒体1可拆卸连接，能够方便更换维护防护板，继而方便服务器的维修维护，有利于提高维护效率。
为了方便取材，以及为了提高组装效率，在本实施例中，可使用蜂窝板3作为防护板，蜂窝板3上的蜂窝孔可作为通风孔。
进一步的，筒体1为一体注塑成型结构，一体注塑成型结构的筒体1具有方便加工的优点。
实施例2：
一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置的加工方法，包括如下步骤:
(1)检测出需要消除的风扇噪声频率fHDD，将此需要消除的风扇噪声频率fHDD作为消声腔11的自振频率f。
具体的，使用检测设备实时采集由风扇发出，传递到硬盘相应位置的噪声。经时频转换，得到噪声信号1/9倍频程的PSD谱。通过与硬盘本身在不同频率不同幅值的噪声影响下的读写性能下降Map图进行比较，找出影响硬盘读写性能最大的敏感频率。将此频率作为需要消除的风扇噪声频率fHDD。
更具体的，检测设备可使用西门子LMS test lab或者海德声科公司的Headacoustics或者丹麦的B&K公司的振动噪声测试系统。
(2)根据不同服务器机箱的布置空间，确定筒体1的基本外廓尺寸，根据筒体1的注塑成型的难易程度，确定槽口12的槽壁壁厚a和槽口12的截面积Sh，得出消声腔11的声质量Mb＝ρ0a/Sh，根据步骤(1)得到的消声腔11的自振频率f和公式
计算得出消声腔11的声容Cb，再根据公式
得出消声腔11的容积V。这样就确定了消声腔11和槽口12的尺寸。
(3)根据步骤(2)得到数据，注塑成型得到筒体1。
注塑成型是指，注塑机利用塑胶加热到一定温度后能熔融成液体的性质，把熔融液体用高压注射到密闭的膜腔内，经过冷却定型，开模后顶出得到所需的塑料产品。
注塑成型用于生产各种应用的薄壁塑料部件，可形成复杂的形状和细节，尺寸精度好，生产率高，成本低廉，废料可回收利用，环保性能好。结合筒体1结构薄壁，内部细节要求精度高，成本低的特点及需求，选用注塑成型方式最为妥当。
筒体1不特别指定材质，凡是符合耐高温，耐腐蚀，刚性好，易成型，成本低等特点的塑料材质均可替换。替换材料后依然可以使用步骤(1)和(2)得出尺寸。
通过本实施例的加工过程可知，通过本实施例的加工过程制得的风扇降噪装置，能够针对风扇发出的特定频率噪声进行精准消声，从而提高了降噪效果，改善了硬盘读写性能。并且，无需使用吸音棉，更无需在噪声传递路径上，反复实验调试吸音棉的粘贴部位和所需厚度，从而有利于节省时间，提高了组装效率。再者，还能够节约吸音棉，节约资源，降低成本。
实施例3：
一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置的监测情况，如图6-8所示，
图6为共振频率下的声压级响应云图，图7为共振频率下的声压级响应切面图，图8为筒体1出口声压级响应曲线。
从图6-7可以看出，在消声腔11及消声腔11附近，消声腔11发生气体共振，此共振频率为需要消除的风扇噪声频率fHDD。如图8所示，在共振作用下，频率为6625Hz的风扇噪声被消耗，达到了消除特定频率噪声的效果。
此外，声波透射系数也能表明物体的消音能力，声波透射系数越低，表示物体消声的效果越好。对于需要消除的风扇噪声频率fHDD，本发明提供的筒体1的声波透射系数近乎为0，表明该频率声波几乎无法穿过筒体1透射出去。也就说明本发明提供的风扇降噪装置，能够达到较好的消除特定频率噪声的效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，包括筒体，筒体的两端均敞口，筒体的筒壁设有消声腔和槽口，消声腔通过槽口与筒体的内腔连通；
消声腔的声容为
消声腔的声质量为Mb＝ρ0a/Sh；
V为消声腔的容积，a为槽口的槽壁壁厚，Sh为槽口的截面积，ρ0为空气密度，c0为声速；
消声腔的自振频率为
消声腔的自振频率f与需要消除的风扇噪声频率fHDD相同。
2.如权利要求1所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，所述筒体为一体注塑成型结构。
3.如权利要求2所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，所述筒体的一个敞口端设有挂耳，挂耳通过紧固件与风扇框连接。
4.如权利要求3所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，所述筒体在远离风扇框的一端设有防护板，防护板设有通风孔。
5.如权利要求4所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，所述防护板采用蜂窝板，蜂窝板的蜂窝孔为所述通风孔。
6.如权利要求4所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置，其特征在于，所述防护板与所述筒体可拆卸连接。
7.如权利要求2-6任一项所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)检测出需要消除的风扇噪声频率fHDD，将需要消除的风扇噪声频率fHDD作为消声腔的自振频率f；
(2)根据不同服务器机箱的布置空间，确定筒体的基本外廓尺寸，根据筒体的注塑成型的难易程度，确定槽口的槽壁壁厚a和槽口的截面积Sh，得出消声腔的声质量Mb＝ρ0a/Sh，根据步骤(1)得到的消声腔的自振频率f和公式
计算得出消声腔的声容Cb，再根据公式
计算得出消声腔的容积V；
(3)根据步骤(2)得到数据，注塑成型得到筒体。
8.如权利要求7所述的一种改善服务器硬盘读写性能的风扇降噪装置的加工方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，使用检测设备实时采集由风扇发出，传递到硬盘的噪声，经时频转换，得到噪声信号1/9倍频程的PSD谱，通过与硬盘本身在不同频率不同幅值的噪声影响下的读写性能下降Map图进行比较，找出影响硬盘读写性能最大的敏感频率，将此频率作为需要消除的风扇噪声频率fHDD。
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