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电脑主机噪声屏蔽箱的研制
史英君 臧义坤 李雪松
(哈尔滨工业大学市政环境工程学院)
指导教师:郑 彤
摘 要:在确定电脑机箱内产生的噪音是低频噪声后,用隔声屏蔽装置来实现对低频噪声的屏蔽。在隔绝声音的同时为了尽量不使机箱内温度升高对两种不同的通风方式进行了实验。实验表明,采用从机箱下方进气,机箱后面出气的通风方式最合理。在这种通风方式下,降噪率保持在50%左右,而在7个小时的实验时间内温度升高只有2摄氏度左右。
关键词:低频噪声 屏蔽 降噪率 隔声罩
1.课题简介
1.1课题研究的目的意义
台式电脑主机的电源风扇、CPU风扇和显卡风扇所产生的低分贝噪声对电脑使用者身心健康的损害已成为一个日益突出的问题。尤其是在背景噪声很低的封闭室内,这种噪声极易使电脑使用者感到疲劳、烦躁,甚至神经衰弱并进而厌倦电脑的使用。
电脑主机噪声屏蔽箱的研制,目的在于消除这种噪声污染,还电脑使用者一个清心、宁静的工作环境。
1.2现状分析
随着计算机技术的飞速发展,计算机芯片的计算速度越来越快,发热量却难以降下来。目前给台式电脑电源、CPU和显卡降温的手段仍是利用风扇提供的高速气流来加快散热速度,这一技术的使用已相当成熟、有效,现在有使用循环水冷方式给cpu降温的,使用这种方法机箱内产生的噪声几乎没有,但是这种技术还不成熟,水冷泵的管道非常多,安装很不方便,一般用户很难接受这种产品。使用风扇给电脑降温,高速气流在经过机箱中各种元器件表面时产生了极为扰人的低分贝噪声。尽管许多台式电脑用户都遇到了这一问题,一些媒体也对这种噪声所造成的对健康的影响有所报道,但并没有引起计算机生产商的关注。到目前为止,还没有一家电脑经销商推出“无噪声电脑”这一概念和产品,而广大台式电脑用户也只能采用播放背景音乐来掩盖风扇噪声的这种不得已的方式。多数台式电脑用户显然不会因有噪声而放弃购买和使用电脑,尽管他们渴望一个清心、宁静的工作环境。
电脑风扇的噪声可用具有隔音功能的封闭箱体来实现。这里有两个技术问题,一是隔音材料的选取与箱体形状的设计,另一个是如何在封闭的箱体内将电脑主机产生的热量及时地转移到箱体之外。这两个技术问题是相互关联的。要想隔声需要箱体尽量封闭,但是封闭的箱体会阻止热量的散发。迄今为止尚未见有关该类产品上市及消息的发布。
如果机箱设计成功的话,可以设计有这种隔声机箱的新型电脑桌。相信这种产品会有市场前景的。
2.课题完成情况
2.1箱体结构对降噪的影响
对于降低噪声,我们采用的是隔声罩降噪,隔声罩是降噪声源封闭在一个小空间内,以减少其对外辐射噪声的围护结构。隔声罩的材料应使用质轻隔声性良好的复合结构,我们采用的是常见的木板。在隔声罩内,需附加吸声系数较高的吸声材料。考虑到要通风散热,我们把罩壳做成半开放的形式,进气和出气在保证热量能散发出去的情况下尽量小。
(1)屏蔽箱结构示意图:
箱体平面三视图
说明:箱体有后门一个,在后门的侧面板上有6个半圆形的插线槽,让主机的电源线,显示器线,音箱线,鼠标、键盘线等各种插线的出入。
(2)实验记录
实验室窗关 电脑关
(db) 电 脑 开(db)
前门关 前门开
在前门测 在侧面测 在后门测 在前门测 在侧面测 在后门测
35.3 35.1 37.1 40.5 37.8 41.2
实验室窗开 电 脑 开(db)
前门关 前门开
在前门测 在侧面测 在后门测 在前门测 在侧面测 在后门测
36.9 37.5 37.9 41.7 40.9 42.5
窗开时降噪率=(最大噪声-屏蔽噪声)/(最大噪声-背景噪声)=(40.5-35.3)/(40.5-30.6)=52.5%
窗关时降噪率=(最大噪声-屏蔽噪声)/(最大噪声-背景噪声)=(41.7-36.9)/(41.7-31.3)=46.2%
2.2箱体结构对散热的影响
实验记录:
(1)采用后门进气,上方出气的情况
5月4日
时间 9:00 10:00 11:00 12:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00
箱内温度 20 25.1 27.5 28.0 28.5 28.5 28.5 29.5 29.5
箱外温度 20 21.2 21.7 22.0 21.5 21.5 22.0 21.5 20.5
温度变化 0.0 3.9 5.8 6.0 7.0 7.0 6.5 8.0 9.0
5月6日
时间 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 15:40
箱内温度 21.0 24.0 25.2 26.0 25.5 26.0 26.0 26.0
箱外温度 21.0 20.8 20.4 20.2 20.2 21.2 20.4 19.6
温度变化 0.0 3.2 4.8 5.8 5.3 4.8 5.6 6.4
在这种通风条件下,气流在机箱内流通的并不是很好,从图中可以看除,在不到两个小时的时间里,机箱内的温度比机箱外的温度上升了达5摄氏度左右,在随后的实验时间内温度又上升了5摄氏度。这个实验结果非常不理想。这种通风方式不适合机箱的散热的。于是,我们又对另一种散热方式进行了试验。
(2)采用下方进气,后门出气5月10日
时间 9:00 10:00 11:00 12:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00
箱内温度 20.0 21.5 22.0 22.5 22.8 22.5 22.5 22.5 22.5
箱外温度 20.0 21.0 21.5 22.0 21.5 21.5 22.0 21.5 20.5
温度变化 0.0 0.5 0.5 0.5 1.3 1.0 0.5 1.0 2.0
5月11日
时间 9:00 10:00 11:00 12:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00
箱内温度 20.5 22.0 22.4 22.5 22.5 23.0 22.5 23.0 23.0
箱外温度 20.5 21.0 21.8 22.0 22..0 22.5 22.0 21.5 21.5
温度变化 0.0 1.0 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 1.5 1.5
在对第一种通风方式的试验后,我们分析了机箱内热量升高很快的原因,发现是由于我们设置的通风通道和电脑机箱气流的走向正好相反,所以导致试验种机箱内温度上升了10度。第二次试验我们把机箱的通风通道改成和电源风扇流向一致的方向,让气流从机箱下面进入,从机箱后面流出。这样机箱内形成了内外冷热空气的对流,热量会很快从机箱内散发出去。经过测试,机箱内的温度变化非常小,从图中可以看出,在将近7个小时的测试时间内,机箱内的温度只上升了2摄氏度左右,达到了非常好的通风和散热效果。
3.总 结
由于课题时间和经费的限制,我们没有在机箱体内附加吸声材料。尽管这样,降噪率还是达到了50%左右。相信如果能附加一定的吸声材料的话,效果会更好。在初步设计的模型上,有一些人性化的、适合使用的设计没有能够实现。另外,箱体的一些接口处会漏出一些噪声,我们想了一种类似塑钢门窗上用的橡胶隔声垫,但是由于没有工厂能够将这个想法做出来,只好把它搁置了起来。
如果将这项成果市场化的话,还需要和电脑桌的设计结合起来,研制出具有低噪声的舒适、使用方便的电脑桌。目前,市场上没有这种产品的出现。如果能将这项产品市场化的话,相信它会有一定的市场前景的。
参考文献
[1]郑长聚 洪宗辉 王缇贤等 环境噪声控制工程 高等教育出版社 1988年5月
[2]张宝杰 城市生态与环境保护 哈尔滨工业大学出版社 2002年6月
[3]刘利民 印刷装订车间噪声控制技术与应用
[4]应怀樵 现代振动与噪声技术 航空工业出版社 2000.1