TWI806407B - 具散熱和降噪功能之電子系統和相關聲學濾波器 - Google Patents

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Abstract

電子系統包含系統出風口、散熱片、風扇和聲學濾波器。聲學濾波器設置在系統出風口和散熱片之間，其包含前管道、後管道和單膨脹室。前管道之收音口氣密連結至散熱片，而後管道之出音口氣密連結至出風口。單膨脹室連接至前管道和後管道，且位於前管道之出音口和後管道之收音口之間。單膨脹室之腔體截面積大於風扇的風扇出風口之截面積以產生一截止頻率以下的反射聲波，進而抵消風扇所產生之噪音。

Description

具散熱和降噪功能之電子系統和相關聲學濾波器
本發明提供一種電子系統和相關聲學濾波器，尤指一種具散熱和降噪功能之電子系統和相關聲學濾波器。
在現代化的資訊社會，電腦系統已經成為多數人不可或缺的資訊工具。為了避免元件因過熱而發生功率降低或是毀損，電腦系統一般會使用風扇來提供散熱功能，以將裝置內部所產生的熱量排出或是將裝置外部之冷空氣吸入。
風扇的轉速和靜壓決定了風扇的空氣流量，風扇運轉時的噪音大約和其轉速的五次方根成正比，轉速越快散熱能力越強，但造成的噪音越大。隨著中央處理器的功能越來越強，裝置內部所產生的廢熱也因此增加，加上微型化的趨勢會降低熱流效率，如何兼顧散熱和降噪是重要課題。
本發明提供一種具散熱和降噪功能之電子系統，其包含一系統出風口、一散熱片、一風扇，以及一聲學濾波器。該風扇包含一風扇出風口。該聲學濾波器設置在該系統出風口和該散熱片之間，其包含一前管道、一後管道和一單膨脹室。該前管道包含氣密連結至該散熱片之一第一收音口和一第一出音口。該後管道包含一第二收音口和氣密連結至該出風口之一第二出音口。該單膨脹室連接至該前管道和該後管道，且位於該前管道之該第一出音口和該後管道之該第二收音口之間，其中該單膨脹室之腔體截面積大於該風扇出風口之截面積以產生具一截止頻率之反射聲波，進而抵消該風扇所產生之噪音。
本發明另提供一種具降噪功能之聲學濾波器，其包含一前管道、一後管道和一單膨脹室。該前管道包含一第一收音口和一第一出音口，其中該第一收音口氣密連結至一電子系統之一散熱片。該後管道包含一第二收音口和一第二出音口，其中該第二出音口氣密連結至該電子系統之一出風口。該單膨脹室連接至該前管道和該後管道，且位於該前管道之該第一出音口和該後管道之該第二收音口之間，其中該單膨脹室之腔體截面積大於該電子系統之一風扇之一風扇出風口之截面積以產生具一截止頻率之反射聲波，進而抵消該風扇所產生之噪音。
5:吸音材料
10、20、30、40:聲學濾波器
50:處理器
60:風扇
70:散熱片
80:導熱管
100:電子系統
FT1、FT2:前管道
BT1、BT2:後管道
OC1、OC2:單膨脹室
L1-L3:長度
W1-W3:寬度
H1-H3:高度
AIN1:第一收音口
AOUT1:第一出音口
AIN2:第二收音口
AOUT2:第二出音口
SOUT:系統出風口
FOUT:風扇出風口
NS:風扇噪音
NS’:衰減噪音
R1、R2:電阻
L1、L2:電感
Ca:電容
第1圖為本發明實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器的示意圖。
第2A圖為第1圖所示之聲學濾波器的上視圖。
第2B圖為第1圖所示之聲學濾波器的側視圖。
第2C圖為第1圖所示之聲學濾波器的側視圖。
第3圖為本發明另一實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器的示意圖。
第4A圖為第2圖所示之聲學濾波器的上視圖。
第4B圖為第2圖所示之聲學濾波器的側視圖。
第4C圖為第2圖所示之聲學濾波器的側視圖。
第5圖為本發明另一實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器的示意圖。
第6圖為本發明另一實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器的示意圖。
第7圖為本發明實施例中一種具散熱和降噪功能之電子系統的示意圖。
第8A-8C圖為本發明實施例中聲學濾波器運作時之等效電路圖。
第1圖為本發明實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器10的示意圖。第2A圖為本發明實施例中聲學濾波器10之上視圖(X-Y平面)。第2B圖為本發明實施例中聲學濾波器10之側視圖(Y-Z平面)。第2C圖為本發明實施例中聲學濾波器10之側視圖(X-Z平面)。
如第1圖和第2A-2C圖所示，聲學濾波器10包含一前管道FT1、一後管道BT1，以及一單膨脹室OC1。在說明聲學濾波器10之結構時，代表長寬高之三邊係分別平行X軸、Y軸和Z軸之方向，其中前管道FT1之長度、寬度和高度分別由L1、W1和H1來標示，後管道BT1 之長度、寬度和高度分別由L2、W2和H2來標示，而單膨脹室OC1之長度、寬度和高度分別由L3、W3和T3來標示。AIN1代表前管道FT1之入口(第一收音口)，而AOUT1代表前管道FT1之出口(第一出音口)，其中聲學濾波器10的前管道FT1之第一收音口AIN1的截面積由前管道FT1之寬度和高度來定義，亦即聲學濾波器10的前管道FT1之第一收音口AIN1截面積為W1*H1。AIN2代表後管道BT1之入口(第二收音口)，而AOUT2代表後管道BT1之出口(第二出音口)，其中聲學濾波器10的後管道BT1之第二出音口AOUT2的截面積由後管道BT1之寬度和高度來定義，亦即聲學濾波器10的後管道BT1之出音口AOUT2截面積為W2*H2。在第1圖和第2A-2C圖所示之實施例中，聲學濾波器10為對稱結構，其中前管道FT1之入口中心軸和後管道BT1之出口中心軸對應至單膨脹室OC1之腔體中心軸。
第3圖為本發明實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器20的示意圖。第4A圖為本發明實施例中聲學濾波器20之上視圖(X-Y平面)。第4B圖為本發明實施例中聲學濾波器20之側視圖(Y-Z平面)。第4C圖為本發明實施例中聲學濾波器20之側視圖(X-Z平面)。
如第3圖和第4A-4C圖所示，聲學濾波器20包含一前管道FT2、一後管道BT2，以及一單膨脹室OC2。在說明聲學濾波器20之結構時，代表長寬高之三邊係分別平行X軸、Y軸和Z軸之方向，其中前管道FT2之長度、寬度和高度分別由L1、W1和H1來標示，後管道BT2之長度、寬度和高度分別由L2、W2和H2來標示，而單膨脹室OC2之長度、寬度和高度分別由L3、W3和T3來標示。AIN1代表前管道FT2之入口(第一收音口)，而AOUT1代表前管道FT2之出口(第一出音口)，其中聲學 濾波器20的前管道FT1之第一收音口AIN1的截面積由前管道FT2之寬度和高度來定義，亦即聲學濾波器20的前管道FT1之第一收音口AIN1截面積為W1*H1。AIN2代表後管道BT2之第二入口(第二收音口)，而AOUT2代表後管道BT2之第二出口(第二出音口)，其中聲學濾波器20的後管道BT1之第二出音口AOUT2的截面積由後管道BT2之寬度和高度來定義，亦即聲學濾波器20的後管道BT1之出音口AOUT2截面積為W2*H2。在第3圖和第4A-4C圖所示之實施例中，聲學濾波器20為非對稱結構，其中前管道FT2之入口中心軸和後管道BT2之出口中心軸並未對應至單膨脹室OC2之腔體中心軸。
第5圖為本發明另一實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器30的示意圖。第6圖為本發明另一實施例中一種可提供降噪功能之聲學濾波器40的示意圖。聲學濾波器30之結構和聲學濾波器10相同，而聲學濾波器40之結構和聲學濾波器20相同，在此不另加贅述，且第5圖和第6圖省略相關尺寸的標示。然而，聲學濾波器30和40另包含吸音材料5，例如可設置在單膨脹室OC1和OC2上。在一實施例中，吸音材料5可包含各式泡棉、玻璃纖維棉及岩棉等。然而，吸音材料5之種類和設置位置並不限定本發明之範疇。
第7圖為本發明實施例中一種具散熱和降噪功能之電子系統100的示意圖。電子系統100包含聲學濾波器10、20、30或40、一處理器50、一風扇60、一散熱片70，以及一導熱管80。處理器50可控制電子系統100中各元件之運作，其為主要廢熱來源。散熱片70和導熱管80可將處理器50產生的熱能導向風扇60之風扇出風口FOUT，再由風扇60 將熱能透過電子系統100之系統出風口SOUT加以排出。聲學濾波器10、20、30或40設置在電子系統100之系統出風口SOUT和散熱片70之間，可降低風扇60運作時所產生的噪音NS。聲學濾波器10/20/30/40中單膨脹室OC1/OC2之腔體中心對應至風扇60之中心軸。
風扇60運作時所產生的噪音NS在經過散熱片70後，再被聲學濾波器10、20、30或40進行降噪處理，使得抵達電子系統100之系統出風口SOUT的為衰減噪音NS’，其中衰減噪音NS’之聲壓(dBSPL)低於噪音NS之聲壓。在本發明中，聲學濾波器10、20、30或40中前管道FT1/FT2之第一收音口AIN1氣密連結至散熱片70，而聲學濾波器10、20、30或40中後管道BT1/BT2之第二出音口AOUT2氣密連結至電子系統100之系統出風口SOUT，使得風扇60的噪音NS能由三維度變成一維的管道噪音。此外，聲學濾波器10、20、30和40中前管道FT1/FT2之第一收音口AIN1和後管道BT1/BT2之第二出音口AOUT2可和風扇60之風扇出風口FOUT具相同截面積，因此不會影響響風扇60的散熱效果。
第8A-8C圖為本發明實施例中聲學濾波器10/20/30/40運作時之等效電路圖。由於本發明聲學濾波器10/20/30/40中單膨脹室OC1和OC2之截面積(W3*H3)相異於風扇60之截面積(亦即前管道FT1/FT2之第一收音口AIN1之截面積W1*H1)，當風扇60的噪音依序經由前管道FT1/FT2、單膨脹室OC1/OC2和後管道BT1/BT2抵達電子裝置100之系統出風口SOUT的期間，聲學濾波器10、20、30或40會產生特定截止頻率以下的反射聲波來抵消某些頻率的聲波峰值，以達到降聲壓的效果。
如第8A圖所示，本發明聲學濾波器10/20/30/40之運作類似一個高通濾波器及聲學振盪器，電阻R1和電感L1為前管道FT1/FT2的貢獻，電容Ca為單膨脹室OC1/OC2的貢獻，而電阻R2和電感L2為後管道BT1/BT2的貢獻。如第8B圖所示，當前管道FT1/FT2之長度L1和後管道BT1/BT2之長度L2遠小於單膨脹室OC1/OC2之長度L3時，電阻R1和R2之貢獻可以忽略。如第8C圖所示，聲學濾波器10/20/30/40之截止頻率相關於電容Ca，而電容Ca之值由單膨脹室OC1/OC2之結構來決定，單膨脹室OC1/OC2之容積越大，電容Ca之值越大，而聲學濾波器10/20/30/40所產生反射聲波之截止頻率越大。
在一實施例中，本發明可透過增加單膨脹室OC1/OC2之長度L3來提高聲學濾波器10/20/30/40所產生反射聲波之截止頻率，進而濾除較多頻率的噪音。在一實施例中，本發明可透過增加單膨脹室OC1/OC2之寬度W3來提高聲學濾波器10/20/30/40所產生反射聲波之截止頻率，進而在濾波頻率能得到較大的衰減值。在第5圖和第6圖所示之實施例中，聲學濾波器30和40可另包含吸音材料50以提升降噪效果。
在實作聲學濾波器10和30之一實施例中，前管道FT1之長度L1小於5毫米，寬度W1可為70毫米，而高度H1可為7毫米；後管道BT1之長度L2小於5毫米，寬度W2可為70毫米，而高度H2可為7毫米；單膨脹室OC1之長度L3可介於10毫米和15毫米之間，寬度W3可為130毫米或不小於2W1，而高度H3可為7毫米。上述尺寸之聲學濾波器10和30可濾除2KHz以下的風扇噪音。然而，聲學濾波器10和30之實作尺寸並不限定本發明之範疇。
在實作聲學濾波器20和40之一實施例中，前管道FT1之長度L1小於5毫米，寬度W1可為70毫米，而高度H1可為7毫米；後管道BT1之長度L2小於5毫米，寬度W2可為70毫米，而高度H2可為7毫米；單膨脹室OC2之長度L3可介於10毫米和15毫米之間，寬度W3可為100毫米或不小於W1，而高度H3可為7毫米。上述尺寸之聲學濾波器20和40可濾除2KHz以下的風扇噪音。然而，聲學濾波器20和40之實作尺寸並不限定本發明之範疇。
在本發明中，聲學濾波器10/20/30/40中前管道FT1/FT2之高度H1、後管道BT1/BT2之高度H2和單膨脹室OC1/OC2之高度H2和風扇40之高度相同，因此不會影響風扇40的散熱效能。
在一實施例中，電子系統100可為一筆記型電腦，或其它機體空間受限的電子裝置。然而，電子系統100之種類並不限定本發明之範疇。
綜上所述，在本發明電子系統中，風扇可提供散熱功能，而聲學濾波器可降低風扇運作時所產生的噪音。本發明聲學濾波器透過音波路徑上截面積變化來產生特定截止頻率之反射聲波，進而抵消噪音中某些頻率的聲波峰值。因此，本發明具可兼顧散熱和降噪功能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10:聲學濾波器
FT1:前管道
BT1:後管道
OC1:單膨脹室
L3:長度
W1-W3:寬度
H1-H3:高度
AIN:收音口
AOUT:出音口
NS:風扇噪音
NS’:衰減噪音

Claims (14)

  1. 一種具散熱和降噪功能之電子系統，其包含：一系統出風口；一處理器，用來控制該電子系統之運作；一風扇，其包含一風扇出風口，用來將該處理器所產生的熱能排出該系統出風口；一散熱片，設置在該風扇出風口，用來將該處理器所產生的熱能導向該風扇出風口；以及一聲學濾波器，設置在該系統出風口和該散熱片之間，用來產生具一截止頻率之反射聲波以抵消該風扇所產生之噪音，其包含：一前管道，其包含：一第一收音口，氣密連結至該散熱片；以及一第一出音口；一後管道，其包含：一第二收音口；以及一第二出音口，氣密連結至該系統出風口；一單膨脹室，連接至該前管道和該後管道，且位於該前管道之該第一出音口和該後管道之該第二收音口之間，其中該單膨脹室之腔體截面積大於該風扇出風口之截面積；以及一吸音材料，設置在該單膨脹室上。
  2. 如請求項1所述之電子系統，其中：該前管道之該第一收音口的截面積係由該前管道之一第一寬度和 一第一高度來定義；該後管道之該第二出音口的截面積係由該後管道之一第二寬度和一第二高度來定義；該單膨脹室之腔體截面積係由該單膨脹室之一第三寬度和一第三高度來定義；且該第三寬度大於該第一寬度和該第二寬度。
  3. 如請求項2所述之電子系統，其中該第三寬度之值介於10毫米和15毫米之間。
  4. 如請求項2所述之電子系統，其中前管道之一第一長度和該後管道之一第二長度不大於該單膨脹室之一第三長度。
  5. 如請求項4所述之電子系統，其中該第一長度和該第二長度之值小於5毫米。
  6. 如請求項2所述之電子系統，其中該第一高度之值、該第二高度之值和該第三高度之值和該風扇之高度相同。
  7. 如請求項1所述之電子系統，其中該前管道之該第一收音口之中心軸、該後管道之該第二出音口之中心軸和該單膨脹室之腔體中心軸對應至該風扇之一中心軸。
  8. 一種具降噪功能之聲學濾波器，用來產生具一截止頻率 之反射聲波以抵消一電子系統之一風扇所產生之噪音，其包含：一前管道，其包含：一第一收音口，氣密連結至該電子系統之一散熱片；以及一第一出音口；一後管道，其包含：一第二收音口；以及一第二出音口，氣密連結至該電子系統之一系統出風口；以及一單膨脹室，連接至該前管道和該後管道，且位於該前管道之該第一出音口和該後管道之該第二收音口之間，其中該單膨脹室之腔體截面積大於該電子系統之該風扇的一風扇出風口之截面積；以及一吸音材料，設置在該單膨脹室上。
  9. 如請求項8所述之聲學濾波器，其中：該前管道之該第一收音口的截面積係由該前管道之一第一寬度和一第一高度來定義；該後管道之該第二出音口的截面積係由該後管道之一第二寬度和一第二高度來定義；該單膨脹室之腔體截面積係由該單膨脹室之一第三寬度和一第三高度來定義；且該第三寬度大於該第一寬度和該第二寬度。
  10. 如請求項9所述之聲學濾波器，其中該第三寬度之值介於10毫米和15毫米之間。
  11. 如請求項9所述之聲學濾波器，其中前管道之一第一長度和該後管道之一第二長度不大於該單膨脹室之一第三長度。
  12. 如請求項11所述之聲學濾波器，其中該第一長度和該第二長度之值小於5毫米。
  13. 如請求項9所述之聲學濾波器，其中該第一高度之值、該第二高度之值和該第三高度之值和該風扇之高度相同。
  14. 如請求項8所述之聲學濾波器，其中該前管道之該第一收音口之中心軸、該後管道之該第二出音口之中心軸和該單膨脹室之腔體中心軸對應至該風扇之一中心軸。
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