TWI525259B - 主動式風扇噪音控制系統 - Google Patents

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TWI525259B TW102141134A TW102141134A TWI525259B TW I525259 B TWI525259 B TW I525259B TW 102141134 A TW102141134 A TW 102141134A TW 102141134 A TW102141134 A TW 102141134A TW I525259 B TWI525259 B TW I525259B
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鄭懿倫
丁國基
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英業達股份有限公司
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Description

主動式風扇噪音控制系統
本發明是有關於一種噪音控制系統,特別是有關於一種用於風扇的主動式噪音控制系統。
隨著資訊科技發展,電子產品的工作效率越來越高,然而在此同時,電子產品的所產生的熱效應也隨之增加。為了避免因為過熱而導致電子產品的損壞,利用風扇來幫助散熱將是電子產品中不可或缺的一部份。
風扇產生的噪音,會使人產生不同程度的不安與焦慮感。在長時間被噪音干擾的情況下,不但會增加疲倦度、降低工作效能,更甚者會造成心理及生理的傷害。
一般風扇噪音控制方式主要藉由本身機構件做改善而達到噪音量減小為目的,如:框罩形狀、扇葉形狀、靜葉及肋條等設計改變,或是設置隔音裝置,然而上述方法對於風扇噪音中的低頻噪音無明顯效果,如何有效地消除風扇噪音中的低頻噪音是相關產業相當重視的議題。
本發明之一技術態樣是在提供一種主動式風扇噪音控制系統。
根據本發明一實施方式,一種主動式風扇噪音控制系統,包含風扇、感應單元、訊號處理單元、網狀結構以及壓電元件。風扇具有出風口與入風口。感應單元設置於出風口,用以接收風扇發出之聲音訊號。訊號處理單元用以接收由感應單元傳送之聲音訊號,並經分析計算後得到反相位訊號。網狀結構設置於入風口。壓電元件設置於網狀結構上,壓電元件接收並依照訊號處理單元所指示之反相位訊號振動,以帶動網狀結構振動並發出反向聲音抵銷風扇噪音。
根據本發明另一實施方式,一種主動式風扇噪音控制系統,包含散熱鰭片、風扇、感應單元、訊號處理單元、網狀結構以及壓電元件。散熱鰭片具有相對之前側與後側。風扇設置於前側,具有出風口與入風口,且出風口朝向前側。感應單元設置於後側,用以接收風扇發出之聲音訊號。訊號處理單元用以接收由感應單元傳送之聲音訊號,並經分析計算後得到反相位訊號。網狀結構設置於入風口。壓電元件設置於網狀結構上,其中壓電元件接收並依照訊號處理單元所指示之反相位訊號振動,以帶動網狀結構振動並發出反向聲音抵銷風扇噪音。
於本發明之一或多個實施方式中,聲音訊號為網狀結構與風扇發出聲音之混合訊號。
於本發明之一或多個實施方式中,風扇與感應單元 相隔適當距離,以使聲音訊號為風扇與網狀結構發出聲音充分混合後之混合訊號。
於本發明之一或多個實施方式中,散熱鰭片為長柱狀且具有長邊,前側與後側設置於長邊的兩端。
於本發明之一或多個實施方式中,風扇具有四個角落,且網狀結構具有四個固定部,網狀結構藉由固定部與風扇的角落相連接。
於本發明之一或多個實施方式中,壓電元件設置於網狀結構之中央。
於本發明之一或多個實施方式中,主動式風扇噪音控制系統更包含主機板,其中主機板具有中央處理器,散熱鰭片設置於中央處理器上。
於本發明之一或多個實施方式中,訊號處理單元為安裝於主機板中的軟體或韌體。
於本發明之一或多個實施方式中,風扇具有轉速偵測裝置,用以提供訊號處理單元風扇轉速訊號作為分析計算反相位訊號之參考訊號。
本發明上述實施方式藉由振動原本位於風扇入風口,用來防止異物進入的網狀結構,利用主動式噪音控制方法,產生風扇噪音的反相位聲波,因而有效地消除風扇所產生的噪音。
100‧‧‧主動式風扇噪音控制系統
110‧‧‧散熱鰭片
111‧‧‧前側
112‧‧‧後側
120‧‧‧風扇
121‧‧‧出風口
122‧‧‧入風口
123‧‧‧氣流
124‧‧‧角落
125‧‧‧轉速偵測裝置
126‧‧‧風扇轉速訊號
130‧‧‧感應單元
140‧‧‧訊號處理單元
150‧‧‧網狀結構
151‧‧‧固定部
160‧‧‧壓電元件
170‧‧‧聲音訊號
180‧‧‧反相位訊號
190‧‧‧主機板
第1圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的立體示意圖。
第2A圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的方塊圖。
第2B圖繪示依照本發明另一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的方塊圖。
第3圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統安裝於電腦上的立體圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式,為明確說明起見,許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而,應瞭解到,這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說,在本發明部分實施方式中,這些實務上的細節是非必要的。此外,為簡化圖式起見,一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的立體示意圖。本實施方式之主動式風扇噪音控制系統100主要適用於個人電腦的風扇模組,亦適用於伺服器主機的風扇模組,其中這些風扇模組主要為用來對於個人電腦或是伺服器主機的中央處理器(Central Processing Unit,CPU)進行散熱。
上述之主動式風扇噪音控制系統100包含風扇120、感應單元130、訊號處理單元140、網狀結構150以 及壓電元件160。風扇120具有出風口121與入風口122。感應單元130設置於出風口121,用以接收風扇120發出之聲音訊號170。訊號處理單元140用以接收由感應單元130傳送之聲音訊號170,並經分析計算後得到反相位訊號180。網狀結構150設置於入風口122。壓電元件160設置於網狀結構150上,壓電元件160接收並依照訊號處理單元140所指示之反相位訊號振動,以帶動網狀結構150振動並發出反向聲音抵銷風扇噪音。
主動式風扇噪音控制系統100主要為用來消除低頻噪音。風扇120的扇葉在旋轉並產生氣流123時,會因為扇葉本身的頻率而產生氣流123在時序上會有不均勻的情況,不均勻的流場本身便會形成一種低頻單頻的噪音,或稱為扇葉噪音(Blade Passing Tone)。主動式風扇噪音控制系統100採用主動式噪音控制(Active Noise Cancellation,ANC)來消除風扇噪音,也就是利用次音源干涉抵消噪音源達到控制效果。
第2A圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的方塊圖。主動式風扇噪音控制系統100利用次音源產生與風扇噪音的聲波振幅相同卻相位相反的抵消聲波,干涉抵消風扇噪音以達到控制效果。網狀結構150為次音源,正好適合用於振動並發出低頻聲波,以抵消低頻噪音。具體而言,如第2A圖所繪示,在感應單元130接收到風扇120發出的聲音訊號170後,感應單元130傳送聲音訊號170到訊號處理單元140。訊號處理單元140接收 到聲音訊號170後,進行分析計算並得到與聲音訊號170振幅相同卻相位相反的反相位訊號180。之後訊號處理單元140再傳送反相位訊號180至壓電元件160,壓電元件160依照訊號處理單元140所指示之反相位訊號180振動,以帶動網狀結構150振動並發出反向聲音,而與風扇噪音的聲波互相干涉抵消,進而達到噪音控制的效果。
風扇120與感應單元130可相隔一預定距離,以使聲音訊號170為風扇120與網狀結構150發出聲音充分混合後之混合訊號。具體而言,在風扇120開始運轉後,一開始網狀結構150並未發出任何聲音,因此感應單元130接收到的聲音訊號170為單純風扇120所產生的噪音,之後網狀結構150振動並發出抵消聲波,以抵消風扇120所產生的噪音。但是網狀結構150發出的抵消聲波,在與風扇120所產生的噪音互相干涉後,可能會因為計算誤差或其他誤差因素而不會完全消除噪音,因此這時感應單元130可以再次接收聲音訊號170,此時的聲音訊號170即為風扇120與網狀結構150發出聲音之混合訊號。在訊號處理單元140接收到混合風扇120與網狀結構150發出聲音的聲音訊號170後,訊號處理單元140進行分析計算並得到與聲音訊號170相位相反的補償訊號,這時將補償訊號與前一次計算得到的反相位訊號180相加後,即為這一次的反相位訊號180,之後訊號處理單元140再依照這一次的反相位訊號180,指示壓電元件160振動,並帶動網狀結構150振動而發出抵消聲波,以抵消風扇噪音。上述過程可以重複數 次,以達到最佳效果,其中每次重新計算反相位訊號180之間的時間間隔可低於一秒,因此可以在很快的時間內即完成校正並消除噪音。另外,在外在條件改變而導致風扇噪音特性改變的情況下,比如說因為主機板的溫度改變,風扇120的轉速隨之改變,上述的操作過程亦可以及時依照情況進行修正。
感應單元130可為麥克風或其他可以偵測聲波的裝置。應了解到,以上所舉之感應單元130的具體實施方式僅為例示,並非用以限制本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,應視實際需要,彈性選擇感應單元130的具體實施方式。
訊號處理單元140可為處理器。應了解到,以上所舉之訊號處理單元140的具體實施方式僅為例示,並非用以限制本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,應視實際需要,彈性選擇訊號處理單元140的具體實施方式。
網狀結構150的材質可為銅或鐵等金屬。應了解到,以上所舉之網狀結構150的材質僅為例示,並非用以限制本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,應視實際需要,彈性選擇網狀結構150的材質。
第2B圖繪示依照本發明另一實施方式之主動式風扇噪音控制系統的方塊圖。如第2B圖所繪示,風扇120可具有轉速偵測裝置125,用以提供訊號處理單元140風扇轉速訊號126作為分析計算反相位訊號180之參考訊號。轉 速偵測裝置125可為接觸式轉速計、非接觸式轉速計或閃頻儀。
如第1圖所繪示,主動式風扇噪音控制系統100更可包含散熱鰭片110。散熱鰭片110具有相對之前側111與後側112。風扇120設置於前側111,且出風口121朝向前側111。感應單元130設置於後側112。
散熱鰭片110可為長柱狀且可具有長邊,前側111與後側112分別位於長邊的兩端。除了扇葉本身的頻率而產生氣流123在時序上會有不均勻的情況,氣流123亦可能因為受到周邊裝置的擠壓,或是氣流123與周邊裝置的撞擊,而產生噪音。具體而言,氣流123可能在流動時因為受到散熱鰭片110的擠壓或是與散熱鰭片110撞擊,而產生噪音。前述之風扇噪音皆是因為氣流123流動而產生,因此噪音主要將會隨著氣流123流動方向傳遞。為此,將感應單元130設置於後側112,如此感應單元130便能接收從後側112吹出氣流123中的風扇噪音,即主要的風扇噪音流動處,而能準確接收有關風扇噪音的資訊。另外,因為感應單元130位於散熱鰭片110的下風處,因此將不會干擾到散熱鰭片110中的氣流,因而減損散熱效能。
壓電元件160可設置於網狀結構150之中央,如此壓電元件160將能振動而由網狀結構150之中央帶動整個網狀結構150振動,因而能使整個網狀結構150均勻地振動並發出聲波,以有效抵消風扇噪音。另外,網狀結構150的中央可為風扇的中央,此區域因為沒有扇葉帶動,所以 正好沒有空氣流動,壓電元件160設置於此處將不會干擾空氣流入風扇120,因而減損風扇120的散熱效能。
因為網狀結構150產生的反相位聲波必須正好抵消風扇噪音的聲波,才能達到噪音控制的功效,所以網狀結構150必須要能穩妥固定,如此才能在振動時產生準確的反相位聲波。為此,網狀結構150可具有複數個固定部151,固定部151與風扇120相連,如此將能穩妥固定網狀結構150於風扇120,而不致於發生網狀結構150僅有某部份固定,其他部份卻晃動的情況。具體而言,風扇120可具有四個角落124,且網狀結構150具有四個固定部151,網狀結構150藉由固定部151與風扇的角落124相連接。
第3圖繪示依照本發明一實施方式之主動式風扇噪音控制系統安裝於電腦上的立體圖。主動式風扇噪音控制系統100更可包含主機板190,主機板190可具有中央處理器,散熱鰭片110可設置於中央處理器上。於是,中央處理器可先散熱至散熱鰭片110,然後風扇120吹出氣流123與散熱鰭片110接觸並帶走散熱鰭片110的熱量,因而對於中央處理器有效地進行散熱。訊號處理單元140可為安裝於主機板190中的軟體或韌體。
本發明上述實施方式藉由振動原本位於風扇120的入風口122,用來防止異物進入的網狀結構150,利用主動式噪音控制方法,產生風扇噪音的反相位聲波,因而有效地消除風扇120所產生的噪音。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧主動式風扇噪音控制系統
110‧‧‧散熱鰭片
111‧‧‧前側
112‧‧‧後側
120‧‧‧風扇
121‧‧‧出風口
122‧‧‧入風口
123‧‧‧氣流
124‧‧‧角落
130‧‧‧感應單元
150‧‧‧網狀結構
151‧‧‧固定部
160‧‧‧壓電元件

Claims (9)

  1. 一種主動式風扇噪音控制系統,包含:一風扇,具有一出風口與一入風口;一感應單元,設置於該出風口,用以接收該風扇發出之一聲音訊號;一訊號處理單元,用以接收由該感應單元傳送之該聲音訊號,並經分析計算後得到一反相位訊號;一網狀結構,設置於該入風口;以及一壓電元件,設置於該網狀結構上,其中該壓電元件接收並依照該訊號處理單元所指示之該反相位訊號振動,以帶動該網狀結構振動並發出反向聲音抵銷風扇噪音,其中該聲音訊號為該網狀結構與該風扇發出聲音之混合訊號。
  2. 一種主動式風扇噪音控制系統,包含:一散熱鰭片,具有相對之一前側與一後側;一風扇,設置於該前側,具有一出風口與一入風口,且該出風口朝向該前側;一感應單元,設置於該後側,用以接收該風扇發出之一聲音訊號;一訊號處理單元,用以接收由該感應單元傳送之該聲音訊號,並經分析計算後得到一反相位訊號;一網狀結構,設置於該入風口;以及一壓電元件,設置於該網狀結構上,其中該壓電元件 接收並依照該訊號處理單元所指示之該反相位訊號振動,以帶動該網狀結構振動並發出反向聲音抵銷風扇噪音,其中該聲音訊號為該網狀結構與該風扇發出聲音之混合訊號。
  3. 如請求項1或2所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該風扇與該感應單元相隔一預定距離,以使該聲音訊號為該風扇與該網狀結構發出聲音充分混合後之混合訊號。
  4. 如請求項2所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該散熱鰭片為長柱狀且具有一長邊,該前側與該後側設置於該長邊的兩端。
  5. 如請求項1或2所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該風扇具有四個角落,且該網狀結構具有四個固定部,該網狀結構藉由該些固定部與該風扇的該些角落相連接。
  6. 如請求項1或2所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該壓電元件設置於該網狀結構之中央。
  7. 如請求項2所述之主動式風扇噪音控制系統,更包含一主機板,其中該主機板具有一中央處理器,該散熱鰭 片設置於該中央處理器上。
  8. 如請求項7所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該訊號處理單元為安裝於該主機板中的軟體或韌體。
  9. 如請求項1或2所述之主動式風扇噪音控制系統,其中該風扇具有一轉速偵測裝置,用以提供該訊號處理單元一風扇轉速訊號作為分析計算該反相位訊號之參考訊號。
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