ファン騒音 -...

2012.1.12ファン騒音対策

0ファン騒音の性質と低減対策

豊橋技術科学大学飯田明由


1

ファン騒音


2主な記号

]dB[

][

]W[

[m]

]Pa[ /s]m /min,[m Q 33

L

PePePpQPgpH

p

騒音レベル

は入力電力効率

出力

ヘッド

圧力

流量

=

∆=

=

η

ρ0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

流量 [m3/min]

静圧

[mm

Aq]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

騒音

レベ

ル

[dB

(A)]

HAP-4 CP-PK 103 3-3


3ファン周りの流れ

回転方向

軸流流れ

絶対速度V1

相対速度W1周速度U1

相対速度W2

絶対速度V2

周速度U2


4速度三角形

周速度

絶対速度相対速度

絶対流れ角α 相対流れ角β

子午面方向

周方向


5オイラーヘッド

( )111222 coscos ααρ VrVrQT −=

( )( ) ( )( )

　　オイラーヘッド

より

ggg

g

222

222

coscoscoscos

21

22

21

22

21

22

21

22

21

22

21

22

111222

111222

WWUUVVH

HQP

WWUUVVQ

VrVrQVrVrQTP

th

th

−−

−+

−=

=

−−

−+

−=

−=−==

ρ

ρ

αωαωρωααρω

単位時間当たりファンから流体に作用するトルク

単位時間当たりの出力


6ファン特性の相似則

4/3

2/1

22

2

2

HQNNs

uPSuQ

=

=

=

比速度：

圧力係数：

流量係数：

ρψ

φ

比速度：ヘッド1m，流量1m3/minにおいて最大効率点となる場合の回転数（rpm)

遠心ファン：150 - 600（高圧力・低風量）

斜流ファン：800 – 1400（大風量・比較的高圧力）

プロペラファン：10000 - 2000（大風量・低圧力）


7ファン騒音の特性

回転音（Nz音）：狭帯域成分…..ピーク性の音，耳障り

・周波数＝羽枚数×回転周波数・流路系の音響共鳴との連成による場合もある・静翼と動翼の干渉

乱流音：狭帯域騒音…….個々の成分の音のレベルは小さい

・周波数：右肩下がり（渦の特性）・壁面近傍における渦や乱れの

変化に起因・抜本的な対策は難しい


8ファン騒音の相似則

( ) 6826

6857exp

3

22

NDDDNL

NDNDL

NDQNDP

curle ≈≈

≈

≈

≈

～

流量

圧力

低騒音化→回転数及び直径を小さくする


9比騒音

[dB] log10: 2QPkLSL ts−=比騒音

0.625:/s][m :

[Pa] :[dB] :

3

比例係数

流量

全圧

測定した騒音レベル

s

t

kQPL

超低騒音：15低騒音タイプ：15－20一般ファン：20以上


10比騒音によるファンの分類

ターボファン，シロッコファン比騒音：低流量が少ないので，電子機器冷却などで使われることは少ない

軸流ファン比騒音：大小型で大風量が得られるので，電子機器冷却等に広く利用


11ファン形状と騒音

小騒音レベル大


12事例紹介：プロペラファン

回転方向

一般に先端のとがった鎌形の翼のほうが低騒音となる


13冷却設計における注意点

空力騒音は流速が局所的に速い部分から発生しやすい→ 可能な限り遅い流速で冷却する→ 一様な流れ場

速度変動，流体力変動が音の原因となる．→ 入り口流れの乱れに依存→ ファンの試験装置での実験結果よりも電子機器

組み込み時には騒音が大きくなる．


14パンタグラフホーン騒音

円柱間欠孔付円柱

φ10mm


15

20

30

40

50

60

70

80

100 160 250 400 630 1k 1.6k 2.5k 4k 6.3k 10k O.A.Frequency [Hz]

SP

L [d

B(A

)]

間欠穴の効果

円柱

間欠円柱

BGN


16乱流の影響

20

30

40

50

60

70

80

100 160 250 400 630 1k 1.6k 2.5k 4k 6.3k 10k O.A.Frequency [Hz]

SP

L [d

B(A

)]

円柱

間欠円柱

BGN


17

コンピュータの低騒音冷却事例


18サイレンサによる騒音低減（事例）

ワークステーションワークステーションワークステーションワークステーションワークステーションワークステーションワークステーションワークステーション


19遮音（透過損失）

音波

111

11

,,

cZ

upup

rr

ρ=インピーダンス

反射波

入射波

222

,

cZ

up tt

ρ=インピーダンス

透過波

221

21

)(4ZZZZ

upupTii

tti +

==透過損失


20防音対策

11

4.6

17

26

17

10

------

透過損失*1

[dB]

5.8×109

6.0×109

70×1010

2.2 ×1010

7.6×1010

2.2×109

1.4×105

弾性率

[Pa]

7110023001.75×106ポリエチレン

1650040002.30×106木材

3.3250050001.00×107ガラス

1786059504.16×107鉄

3270064201.73×107アルミ

899814801.50×106水

------1.23414.08×102空気

等価厚さ*2

[mm]密度

[kg/m3]音速

[m/s]音響インピーダンス[N・s/m3 ]

*1 :厚さ1mmの部材の透過損失(周波数１ｋHz)*2：厚さ1mmの鉄板とほぼ透過損失が等しくなる場合の板厚

[Hz] :][kg/m

[dB] 43)log(202

周波数

単位面積あたりの質量

fm

mfTL −=質量則


21遮音（コインシデンス）

10

15

20

25

30

35

40

45

50

100 1000 10000

周波数[Hz]

透過

損失

[dB

]

測定値

質量則

材料の弾性と慣性によって定まる固有の周波数で透過損失が低下する現象

入射波と固体上を伝わる曲げ波が共鳴することによって音が透過する現象

射角：板に対する音波の入

：板材のポアソン比

：板材の密度

：板材のヤング率

材料の板圧

材料の音速

気体の音速

θσρ

σρθπ

EhCwC

hCC

EhCf

w

c

::

:8.1

)1(12sin2

2

2

2

2

≈

−=


22吸音材

入射エネルギーI透過エネルギー T

反射エネルギー R吸音（熱）エネルギー A

I

ITIRR

A

=

=

=

α

τ

吸音率

透過率

反射率

吸音材は多孔質材料が使われることが多い吸音材は一般に軽いので透過損失はそれほど大きくない．


23サイレンサー（抵抗型サイレンサー）

ダクト内を複数の流路に分割し，各流路表面に吸音材を貼り付ける


24冷却騒音の対策事例

室内温度が高い場合

ファンを高速運転

騒音増大

顧客からのクレーム


25寄与率解析

寄与率解析


26サイレンサー効果の簡易予測

騒音低減予測通風抵抗予測


27サイレンサ性能評価ツール

http://fluid.mech.kogakuin.ac.jp/~iida/Lectures/Noise/Noise.xls


28エクセルによるパラメータ評価


29性能評価(最適化）

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30

圧力損失 [Pa]

低減効果

[dB]

採用モデル


30予測ツールの評価

0

10

20

30

40

50

60

70

20

31.5 50 80 125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

Frequency [Hz]

Noi

se L

evel

[d

B]

SR2201With Silencer With Silencer (Prediction)

OA


31吸音サイレンサーを用いた電子機器

騒音レベル 54dB→40dB


32ファン騒音のまとめ

ファン騒音ファンの回転数，相対速度に注意ファン上流の流れの影響が大きいファンの選定方法が重要比騒音を調べてみる動作点での運転となるようにする．

電子機器冷却における低騒音化遮音，吸音の特性を知る遮音は重さと構造，吸音は材質通風抵抗と騒音はトレードオフ（ファンの選定）冷却性能だけを考えると低騒音化は失敗する低騒音化に必要な条件，冷却に必要な条件をメモしてみる

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