Welcher Teil des Lüfterflügels sorgt eigentlich für die Geräuschentwicklung?

Abgesehen von Motor- und Lagergeräuschen stammt der größte Teil der akustischen Leistung von den Wirbelwirbeln, die der Hinterkante der Schaufel folgen, nachdem sie vorbeigefahren ist. Es gibt auch einen nach außen gerichteten Luftimpuls, wenn die Vorderkante jeder Klinge nach vorne drückt und die Luft schneidet.

Die nachlaufenden Wirbel erzeugen ein breites Spektrum an zufälligem Rauschen, das durch die Lüfterflügelfrequenz moduliert wird. Die nach außen gerichteten Impulse treten natürlich bei der Blattfrequenz mit Oberwellen auf. Beide sind in der Nähe der Spitze stärker, da sich die Spitze schneller bewegt. Eine schnellere Aufspaltung der Luft bedeutet eine schärfere Vorderkante des Druckimpulses, sodass das höherfrequente Rauschen besonders in der Nähe der Spitzen konzentriert ist. Ein kleines Mikrofon in der Nähe der sich drehenden Blätter würde eine sich wiederholende weiche Schrittfunktion von den Vorderkanten der Blätter aufnehmen, wobei schneller ansteigende Schrittfunktionen (die daher aus höheren Frequenzen bestehen) weiter von der Nabe entfernt sind. Das beantwortet einen Teil deiner Frage.

Mit "Klingenfrequenz" meine ich, wie oft eine Klinge pro Sekunde einen bestimmten Punkt im Raum passiert. (Ich bin kein Fan-Ingenieur, daher mag mein Jargon nicht stimmen.) (Obwohl, verstehen Sie mich nicht falsch – ich bin ein großer Fan von Ingenieuren!)

Das tatsächliche Geräusch eines Lüfters zeigt Variationen bei der Drehfrequenz oder bei vollen Zyklen der Blattanordnung, nicht nur bei dem, was ich die Blattfrequenz nenne. Dies liegt daran, dass die Klingen nicht vollkommen identisch sind. Wer weiß, vielleicht sind auf einer Klinge die Überreste eines toten Käfers und auf den anderen nicht. Ungleichgewichte erhöhen das Rauschen.

Beachten Sie, dass Ventilatoren akustische Geräusche bei Frequenzen erzeugen, die niedriger als die Flügelfrequenz sind. Die Wirbel sind nicht jedes Mal gleich, wenn eine Schaufel vorbeigeht – sie sind zufällig und die Variationen von einem Zyklus zum nächsten bedeuten Subharmonische.

Lüfterflügel drehen sich selten nackt in der Luft. Es gibt wahrscheinlich ein Gitter, einen Drahtkäfig, etwas Schützendes, um die Finger der Kinder zu schützen und Insekten fernzuhalten. Unabhängig von der Struktur gibt es Turbulenzen, wenn Luft vorbeigedrückt wird. Das Geräusch wird hauptsächlich von der aus dem Lüfter gepressten Luft und wenig (aber etwas) von der neuen Luft verursacht, die angesaugt wird, um sie zu ersetzen.

Es gibt eine Formel zur Abschätzung der von einem Ventilator erzeugten Schallleistung. Alles, was ich im Moment finden kann, ist dies aus einem PDF unbekannter Herkunft. Die Formel stammt angeblich aus einem Handbuch der ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers), das leider nicht kostenlos online ist.

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

$L_w$ist der Schallleistungspegel in dB.$K_w$ist ein bestimmtes konstantes Rauschen, angegeben in den Herstellerangaben. Normalerweise sind es 20 oder 30 dB, es sei denn, Sie haben einen bösen Industrielüfter, es können bis zu 40 dB sein.

Q ist der Luftstrom, Kubikfuß pro Minute. (Keine Beleidigung für die N-1-Länder der Welt, die keine US-Maßeinheiten verwenden! Offensichtlich stammt dieses PDF aus den USA.) P ist der Luftdruck in Zoll Wasser (!). BFI ist eine Art Korrektur in Bezug auf die Blattfrequenz, normalerweise eine einstellige Zahl von dB. Endlich$C_N$korrigiert ineffiziente Lüfter. Null für einen "perfekten" Lüfter, bis etwa 12 dB für einen Lüfter mit nur 40 % Effizienz. Effizienz ist hier "hydraulische Effizienz", basierend auf Luftstrom, Druck und Motorleistung in Pferdestärken (PS):

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

Viel Spaß beim Zahlen einfügen...

Ich habe das Motorgeräusch zu Beginn dieser Antwort abgewischt, aber das ist natürlich ein großer Faktor. Wenn Sie nicht viel Geld für einen exquisit gut ausbalancierten Motor bezahlen, erschüttert der Motor seine Halterung und den gesamten Apparat, in dem er sich befindet. Ein Computer-Motherboard ist ein großartiger Resonanzboden, um Vibrationen in die Luft zu übertragen. Ein Ventilator im Fenster oder an der Decke (unverzichtbar in Florida!) oder in einem Ständer jeglicher Art überträgt Vibrationen auf die Struktur und erfüllt, wenn einige lose Teile beteiligt sind, oft die Anforderungen eines chaotischen Systems. Das bedeutet mehr Subharmonische und viele Harmonische.

Bereits in den 1950er Jahren wurde diesbezüglich gut geforscht, mit erneutem Interesse in den letzten zwanzig Jahren aufgrund des Wunsches nach leisen Computern. (Besonders in Amateur-Tonstudios!) Das beste Material ist in Büchern, zu denen ich derzeit keinen einfachen Zugang habe. Einige Referenzen, die online existieren, zumindest Zusammenfassungen von Artikeln:

Geräuschquellen in Ventilatoren - Howard Hardy J. Acoust. Soc. Bin. Band 31, Heft 6, S. 850-850 (1959)

Siehe http://www.arca53.dsl.pipex.com/index_files/ventnoise1.htm ungefähr in der Mitte der Seite, "Fan Noise"

"Visualization of Aerodynamic Noise Source around a Rotating Fan Blade", A. Nashimoto, N. Fujisawa, T. Nakano, T. Yoda, J. Visualization 11(4):365-373 (2008) (verfügbar in der ACM Digital Library , Springer.com und andere Anbieter von wissenschaftlichen Arbeiten, aber nicht kostenlos online. Befinden Sie sich in der Nähe einer Universität mit einer Bibliothek?)

Für Geräusche, die von Flugzeugen erzeugt werden, ist dieser Artikel informativ und nicht technisch: http://www.noisequest.psu.edu/SourcesAviation.Overview.html

Diese Firma, die Lüfter, Gebläse usw. herstellt, hat einige Informationen zur Lüftergeräuschphysik: http://www.jmcproducts.com/acoustic-noise/

Obwohl ich Wikipedia aufgrund seiner sich ständig ändernden Natur nicht mag, ist dieser Artikel zu diesem Zeitpunkt relevant: http://en.wikipedia.org/wiki/Quiet_PC