Какая часть лопасти вентилятора создает шум?

Помимо шума двигателя и подшипников, большая часть акустической мощности исходит от завихрений, следующих за задней кромкой лопасти после ее прохождения. Существует также направленный наружу импульс воздуха, поскольку передняя кромка каждой лопасти толкает вперед, разрезая воздух.

Вихревые завихрения создают широкий спектр случайных шумов, модулированных частотой лопастей вентилятора. Внешние импульсы, конечно, возникают на частоте лопастей с гармониками. Оба сильнее возле наконечника, потому что наконечник движется быстрее. Более быстрое разделение воздуха означает более резкий передний фронт импульса давления, поэтому высокочастотный шум особенно сконцентрирован вблизи наконечников. Небольшой микрофон рядом с вращающимися лопастями будет улавливать повторяющуюся мягкую ступенчатую функцию от передних кромок лопастей с более быстрыми ступенчатыми функциями (таким образом, состоящими из более высоких частот) дальше от втулки. Это отвечает на одну часть вашего вопроса.

Под «частотой лезвия» я подразумеваю, как часто лезвие проходит какую-либо конкретную точку в пространстве в секунду. (Я не инженер-фанат, поэтому мой жаргон может быть неправильным.) (Хотя, не поймите меня неправильно — я большой фанат инженеров!)

Фактический шум от вентилятора будет показывать изменения частоты вращения или полных циклов сборки лопастей, а не только того, что я называю частотой лопастей. Это потому, что лезвия не полностью идентичны. Кто знает, может быть, на одном лезвии есть остатки дохлого жука, а на других нет. Дисбаланс увеличивает шум.

Обратите внимание, что вентиляторы издают акустический шум на частотах ниже частоты лопастей. Вихревые завихрения не одинаковы каждый раз, когда мимо проходит лезвие — они случайны, и изменения от одного цикла к другому означают субгармоники.

Лопасти вентилятора редко вращаются в воздухе голышом. Там, вероятно, есть решетка, проволочная клетка, что-то защитное, чтобы уберечь детские пальцы и насекомых. Какой бы ни была структура, при проталкивании воздуха возникает турбулентность. Шум будет в основном от выталкиваемого воздуха, выходящего из вентилятора, и немного (но немного) от нового воздуха, всасываемого для его замены.

Существует формула для оценки акустической мощности, создаваемой вентилятором. Все, что я могу найти на данный момент, это из PDF-файла неизвестного происхождения. Утверждается, что формула взята из справочника, предоставленного ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха), который, увы, не доступен онлайн бесплатно.

$L_w = K_w + 10 log_{10} Q + 20 log_{10} P + BFI + C_N$

$L_w$- уровень звуковой мощности в дБ.$K_w$– конкретное постоянное количество шума, указанное в данных производителя. Обычно это 20 с чем-то или 30 с чем-то дБ, если у вас нет противного промышленного вентилятора, это может быть до 40 с чем-то дБ.

Q — расход воздуха, кубических футов в минуту. (Не в обиду странам N-1 в мире, не использующим единицы измерения США! Очевидно, что этот PDF-файл был создан в США.) P - это атмосферное давление в дюймах водяного столба (!). BFI — это своего рода поправка, относящаяся к частоте лезвия, обычно однозначное число в дБ. Окончательно$C_N$исправляет неэффективные вентиляторы. От нуля для «идеального» вентилятора до примерно 12 дБ для вентилятора с эффективностью всего 40%. Эффективность здесь - это «гидравлическая эффективность», основанная на расходе воздуха, давлении и мощности двигателя в лошадиных силах (л.с.):

${Q P}\over{6350 ({HP})}$

Получайте удовольствие от подстановки чисел...

В начале этого ответа я отмахнулся от шума двигателя, но, конечно, это важный фактор. Если вы не заплатите большие деньги за прекрасно сбалансированный двигатель, двигатель будет трясти свою опору, все устройство, в котором он находится. Материнская плата компьютера является отличной декой для передачи вибраций в воздух. Вентилятор в окне или подвешенный к потолку (важно во Флориде!) или на какой-либо подставке передает вибрации конструкции и, если задействованы какие-то незакрепленные детали, часто удовлетворяет требованиям хаотической системы. Это означает больше субгармоник и много гармоник.

Хорошее исследование было проведено еще в 1950-х годах, и интерес к ним возобновился в последние двадцать лет или около того из-за стремления к бесшумным компьютерам. (Особенно в любительских студиях звукозаписи!) Лучший материал содержится в книгах, к которым у меня сейчас нет свободного доступа. Некоторые ссылки, которые существуют в Интернете, по крайней мере, тезисы статей:

Источник шума в вентиляторах - Говард Харди Дж. Акуст. соц. Являюсь. Том 31, выпуск 6, стр. 850-850 (1959)

См. http://www.arca53.dsl.pipex.com/index_files/ventnoise1.htm примерно на полпути вниз страницы «Шум вентилятора» .

«Визуализация источника аэродинамического шума вокруг вращающейся лопасти вентилятора», А. Нашимото, Н. Фудзисава, Т. Накано, Т. Йода, Дж. Визуализация 11 (4): 365-373 (2008 г.) (доступно в цифровой библиотеке ACM. , Springer.com и другие поставщики академических статей, но не бесплатно онлайн. Вы рядом с университетом с библиотекой?)

Для шумов, создаваемых самолетами, эта статья носит информативный и нетехнический характер: http://www.noisequest.psu.edu/SourcesAviation.Overview.html

У этой компании, производящей вентиляторы, воздуходувки и т. д., есть небольшая информация о физике шума вентиляторов: http://www.jmcproducts.com/acoustic-noise/

Хотя мне не нравится пользоваться Википедией из-за ее постоянно меняющегося характера, в настоящее время эта статья актуальна: http://en.wikipedia.org/wiki/Quiet_PC