臺灣博碩士論文加值系統

無響室或是半無響室的校正，需利用一標準音源(RSS-Reference Sound Source)產生噪音，然後依國際規範測試其特性否達到標準？然而標準無響室空間大小有一定之設計標準，對於小型產品的測試其空間顯得太大且浪費，若能將空間減小而設計成小無響室，對於小型產品測試極為方便且降低建造成本，但是相對地也必須有一小型標準音源對其做測試與校準。
因此，本研究以標準音源(RSS)尺寸為基準，將之縮小化研製出新型的小型標準音源，分別從原尺寸之縮為0.25(RSS-0.25)與0.5(RSS-0.5)倍做探究，並針對其最關鍵之噪音強度與指向性做鑑別。首先以Fluent軟體分析來模擬先前研製但仍有缺失之小型標準音源(RSS-0.25)之風速並與實驗值比對。藉由分析既有音源設計之風速大小，進而模擬設計出新型小型標準音源(RSS-0.5)，分析得知當距離為0.5 m時其風速為1.46 m/s，由既有音源RSS與RSS-0.25之量測風速與噪音關係得知，風速在1.5m/s以下，即不會影響麥克風之量測精度。因而根據此分析的幾何尺寸，製作出RSS-0.5成品，分別再探討其風速大小、噪音強度與指向性。
由RSS-0.5的實驗結果顯示，在風速方面，於距離0.5 m時，呈現出最大風速為1.44 m/s。噪音強度則會隨著馬達轉速的高低變化，量得最大噪音為71.4 dB。至於指向性方面，不論是低頻、中高頻部分風扇上方蓋板無開口，在90&;#8728;之聲壓有方向性問題存在，然而蓋板設計一開口後，整體各頻率的指向性，皆已改善。而在100 Hz~10 kHz之間的聲壓差值均在標準規範之6 dB內，但唯有單一頻率之2.5 kHz其壓聲值差為6.9 dB，因係極高頻範圍且誤差不大，故此設計之標準音源RSS-0.5，應可應用於小無響室校正使用。

In the calibration of anechoic or semi-anechoic chambers, it is required to have a reference sound source (RSS) to generate a standard noise for testing whether they can meet the ISO international standards. In general, the dimensions of the standard anechoic chamber are relatively too large for testing the small products such as those 3C products. It is better to have smaller chambers for saving the construction cost and reducing occupied space. In the mean time, it also needs a small RSS for calibrating the chambers.
This study developed a new type of reference sound source by focusing on the two critical factors of its sound intensity and directionality as specified in the ISO standards. Based on the RSS for the large standard chambers, an initial design of a small reference sound source (RSS-0.25) which was about the quarter size of RSS was developed and tested. Analysis with the Fluent software and experiment of wind speeds were conducted and compared with each other for the verification of the analysis model. By checking the wind speeds of the existing RSS and RSS-0.25, a new type of small reference sound source (RSS-0.5) was designed and simulated for its wind speeds. The results showed that when at a distance of 0.5 m, the wind speed analyzed is 1.46 m/s. According to the relationship between wind speed and noise measured on the RSS and RSS-0.25, the wind speed will not affect the accuracy of microphone measurement when it is less than 1.5 m/s. The model of RSS-0.5 with the corresponding analyzed geometric dimensions is then used for manufacturing the new RSS-0.5. The wind speed and noise intensity and directionality are investigated further.
The experimental results of RSS-0.5 showed that the wind speed was 1.44 m / s when measured at a distance of 0.5 m. Also, the maximum sound intensity generated was 71.4 dB though its intensity will vary as the motor speed changed. For the two designs with and without an opening on the cover plate of the fan top, it was found that the former still had directionality problem at the 90∘location and the latter had totally solved this problem no matter in the low or medium-high frequency ranges. Besides, the sound pressure differences are all within 6 dB between 100 Hz ~ 10 kHz following the ISO standards except that of 2.5 kHz which is 6.9 dB. This slight deviation at the solely high frequency is believed not affecting much on the newly developed reference sound source RSS-0.5 for the calibration of a small anechoic chamber.

目錄
摘要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 x
圖目錄 xii
符號說明 xvi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 4
1.4 標準音源簡介 5
1.5 無響室與半無響室之規範 8
第二章 風扇之噪音 10
2.1 噪音氣動學 10
2.1.1 旋轉噪音 13
2.1.2 紊流噪音 14
2.2 風扇種類 15
2.2.1 離心式風扇 16
2.2.2 斜流式風扇 16
2.2.3 軸流式風扇 17
2.3 橫流扇之結構 18
2.3.1 橫流扇之葉片種類 18
2.3.2 橫流扇之原理 20
2.3.3 橫流扇之噪音特性 20
2.3.4 橫流扇之風量特性 22
2.4 音源指向性 22
第三章 小型標準音源之風速與噪音量測 24
3.1 標準音源與小型標準音源之風速 24
3.1.1 風速測量方式 25
3.1.2 風速測量結果 27
3.2 標準音源與小型標準音源之噪音 31
3.2.1 噪音指向性測量方式 32
3.2.2 噪音指向性測量結果 36
3.3 小型標準音源之噪音特性探討 37
3.3.1 小型標準音源水平噪音探討 37
3.3.2 小型標準音源垂直噪音探討 41
第四章 小型標準音源之風速分析 45
4.1 模流軟體之分析流程 45
4.1.1 模型建立方式 47
4.1.2 模型邊界條件定義與網格化處理 48
4.1.3 模流處理 49
4.2 分析結果 50
4.3 軸心分析 55
4.3.1 風速分析 59
4.3.2 結果探討 64
4.4 研製新型小型標準音源分析 68
第五章 新型標準音源之研製與實驗 72
5.1 研製新型小型標準音源(RSS-0.5) 72
5.1.2 新型小型標準音源(RSS-0.5)之風速實驗 75
5.1.3 M-60馬達之轉速 79
5.2 RSS-0.5風速量測 86
5.3 RSS-0.5之噪音方向性實驗 89
5.3.1 RSS-0.5之噪音方向性測試條件 89
5.3.2 RSS-0.5之噪音方向性實驗 90
第六章 結果討論 99
6.1 風速分析 99
6.2 噪音分析 101
6.3 音源方向性分析 102
6.4 未來展望 109
參考文獻 110

表目錄
表1.1 標準音源的誤差值 7
表2.1 各式風扇之性能比較 19
表2.2離心扇之不同葉片所產生之噪音與效能 19
表3.1 小型標準音源(RSS-0.25)風速量測 27
表3.2 標準音源 (RSS) 在不同高度與距離下之風速量測 29
表3.3 麥克風於1.5 m量測半徑之座標 34
表3.4 小型標準音源馬達於不同轉速與距離下之噪音值 40
表3.5 不同量測高度下之噪音值 43
表4.1 分析模型之參數 47
表4.2 小型標準音源0.1m空間產生之風速分析表 54
表4.3 平均風速實驗量測與分析比對表 54
表4.4 Type A圓錐軸心 56
表4.5 Type B圓柱軸心 57
表4.6 Type C六角柱軸心 57
表4.7 Type D八角柱軸心 57
表4.8 RSS與RSS-0.25之距離、風速、噪音 68
表4.9 標準音源之不同縮小倍率分析的風速 71
表5.1 M-60馬達輸入轉速2,000 rpm量測之風速 76
表5.2 M-60馬達輸入轉速3,000 rpm量測之風速 77
表5.3 M-60風扇與六角錐之馬達輸入轉速與輸出 82
表5.4 不同負載下之M-60馬達轉速 84
表5.5 RSS-0.5在0.5m半球面上各角度之風速 87
表5.6 RSS-0.5之方向性試驗各變化參數類型 90
表6.1 標準音源(RSS)各模擬縮小倍率之風速 100

圖目錄
圖1.1 標準音源(B&K 4204) 6
圖1.2 音場範圍 9
圖2.1 風扇氣動噪音之特性與分類 12
圖2.2 旋轉噪音(窄頻)與紊流噪音(寬頻) 13
圖2.3 風扇種類型式 15
圖2.4 離心式風扇 16
圖2.5 斜流式風扇 17
圖2.6 軸流式風扇 17
圖2.7 橫流扇進風與出風方向 20
圖2.8 空氣動力音源及其音次性質圖 23
圖3.1 熱線式風速計 25
圖3.2 小型標準音源(RSS-0.25) 26
圖3.3 小型標準音源(RSS-0.25)之風速方向性 28
圖3.4 標準音源(RSS)在Z=3.75 cm之風速方向性 30
圖3.5 標準音源(RSS)在Z=11.25 cm之風速方向性 30
圖3.6 標準音源(RSS)在Z=18.75 cm之風速方向性 31
圖3.7 標準音源(RSS)之指向性量測架設 33
圖3.8 雷射光投射到標準音源(RSS)之中心點 33
圖3.9 麥克風量測座標平面圖 35
圖3.10 麥克風型號B&K Type 4190 35
圖3.11 標準音源(RSS)之指向性聲壓差值 36
圖3.12 小型標準音源(RSS-0.25)之指向性聲壓差值 37
圖3.13 小型標準音源噪音量測(a)H=0.01 m (b)H=0.5 m 39
圖3.14 不同轉速與距離下之噪音值 41
圖3.15 小型標準音源(RSS-0.25)在不同垂直高度之噪音量測 42
圖3.16 有無蓋板在不同量測高度下之噪音值 44
圖4.1 CFD軟體分析圖 46
圖4.2 小型標準音源(RSS-0.25)模型 48
圖4.3 Interface之設定面 49
圖4.4 風量分析殘差曲線 50
圖4.5 風量收斂曲線 51
圖4.6 風扇中心速度向量圖 52
圖4.7 中心風速監測面 53
圖4.8 分析軸心類型 56
圖4.9 圓錐軸心之風速圖 60
圖4.10 圓柱軸心之風速圖 61
圖4.11 六角柱軸心之風速圖 62
圖4.12 八角柱軸心之風速圖 63
圖4.13 Type A圓錐形軸心 65
圖4.14 Type B圓柱型軸心 66
圖4.15 Type C六角柱軸心 66
圖4.16 Type D八角柱軸心 67
圖4.17 3/8倍之標準音源(RSS-0.375)的風速分析圖 69
圖4.18 1/2倍標準音源(RSS-0. 5)的風速分析圖 70
圖4.19 5/8倍標準音源(RSS-0.625)的風速分析圖 70
圖4.20 3/4倍標準音源(RSS-0.75)的風速分析圖 71
圖5.1 音源之零件組合示意圖 73
圖5.2 新型小型標準音源(RSS-0.5)之零件 75
圖5.3 新型小型標準音源(RSS-0.5)之風速量測 76
圖5.4不同輸入轉速在各水平距離量測下之風速 78
圖5.5 量測馬達轉速之實驗儀器 79
圖5.6 轉速計之量測方式 80
圖5.7 M-60馬達輸入轉速與輸出轉速量測 81
圖5.8 風扇置六角錐負載下馬達之輸入與輸出的轉速 83
圖5.9 變頻器輸入轉速與M-60馬達實際輸出轉速 85
圖5.10 M-80與M-60馬達外觀比 85
圖5.11 RSS-0.5風速量測時風速計之探針位置示意圖 86
圖5.12 RSS-0.5於0.5m半徑之半球面上各量測角度的風速 88
圖5.14 M-60馬達在1,265 rpm下而蓋板無洞時之聲壓方向性圖 93
圖5.15 M-60馬達在1,265 rpm下而蓋板有洞時之聲壓方向性圖 94
圖5.16 M-60馬達在1,564 rpm下而蓋板無洞時之聲壓方向性圖 95
圖5.17 M-60馬達在1,564 rpm下而蓋板有洞時之聲壓方向性圖 96
圖5.18 M-80馬達在2,254 rpm下而蓋板無洞時之聲壓方向性圖 97
圖5.19 M-80馬達在2,254 rpm下而蓋板有洞時之聲壓方向性圖 98

參考文獻
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