【 前言 】
作者：瑞其科技 李俊寬 資深工程師
正規的噪聲分析軟體ultraFluidX雖然精準，但計算量龐大且對硬體要求極高。在本案例中，我們的目標並不是要得到一個能與麥克風量測完全匹配的精準分貝數值，而是要快速驗證「加裝吸音棉」這個方案是否真的有效。
因此，選擇 AcuSolve 「近似作法」在工程上是更聰明的策略。本實際案例為伺服器硬碟(圖一)，受到風扇噪音影響，導致讀寫速度下降。
透過加裝吸音棉前後比較，得到有無吸音棉的硬碟表面聲壓級差異最多到「5.54dB」，量化了氣動噪音影響力，最終為本例的硬碟讀寫效能定義一個「75dB」的噪音臨界值。
圖一 伺服器3D圖
正規作法：ultraFluidX
ultraFluidX 使用 LBM 晶格波茲曼法（Lattice Boltzmann method），算法原生即為可壓流，因此求解流場後同時也解算完聲場。
其應用場景為
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需計算可壓流，包含噪聲傳播，貼近真實的噪音量測值。
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需輸出 dB MAP、Sound Pressure 雲形圖，可視化噪音源及聲波傳遞(圖二)。
透過這些結果圖，使用者可以直觀的知道需改良的部位，還有修改的方向為何。
缺點為
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計算量大、硬體門檻高。
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熱傳計算尚有限制。
圖二 正規噪聲分析結果：dB MAP及Sound Pressure contour
近似作法：AcuSolve 吸音棉對減噪效果的驗證
AcuSolve 使用連續體假設的 Navier-Stokes equation，流體密度為常數。
應用場景為
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快速AB比較評估，沒有要與量測值對標。
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缺乏GPU及Linux計算平台。
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改良方案需同時考慮噪音及散熱。
缺點為不可壓流計算(密度固定)，不計算噪聲傳播，僅考慮氣動噪音源。為了驗證AcuSolve能在氣動噪音分析中發揮作用，先以常見的噪音改良手段-吸音棉作為驗證。
分析結果無吸音棉下游總聲壓級為80.28dB，有吸音棉為67.62dB(圖三)，在吸音棉阻隔良好的情況下，加吸音棉後可降低12.66dB，可謂效果顯著。由渦度圖(圖四)也能發現加吸音棉後，渦度由原本500降為200。以上結果證明吸音棉在 AcuSolve 的分析中是能發揮吸音作用的。
圖三 有無吸音棉結果-總聲壓級及時域、頻域曲線比較
圖四 有無吸音棉結果-渦度比較
近似作法：實際案例-以 AcuSolve 分析噪音影響伺服器硬碟讀取速度
接下來進行實際案例的分析。取伺服器其中一組風扇-硬碟模組進行 CFD 分析，進行有無吸音棉比較。已知實測結果，無吸音棉讀取速度受影響，有吸音棉則有改善。
由渦度圖(圖五)可發現，無吸音棉的硬碟間隙渦度為500，有吸音棉則降為200。而由總聲壓級及時域、頻域曲線圖(圖六)可發現，從時域曲線可觀察到無吸音棉震幅較有吸音棉的大，從頻域曲線可發現無吸音棉在100Hz以下的低頻段，無吸音棉的聲壓級較有吸音棉高12dB。而總聲壓級無吸音棉比有吸音棉高5.54dB。
圖五 伺服器分析結果-有無吸音棉渦度比較
圖六 伺服器分析結果-硬碟表面總聲壓級及時域、頻域曲線比較
結論
- ultraFluidX 方案可完整模擬聲場，而 AcuSolve 能有限度的分析氣動噪音問題。
- AcuSolve 方案能模擬加裝吸音棉後，降低噪音值12.66dB，進而評估噪音改良方案是否有效。
- 由渦度圖可發現，有吸音棉的硬碟間隙渦度較無吸音棉來的低300。
- 由壓力擾動圖(時域訊號)可發現，有吸音棉的壓力振幅較無吸音棉來的小。
- 由聲壓級圖(頻域訊號)可發現，影響總聲壓級大小的主要因素為低頻段能量。AcuSolve 分析結果能充分展現吸音棉對於降噪影響，有無吸音棉差異最多到5.54 dB。並可定義出聲壓臨界值75 dB(圖七)，高於臨界值會對硬碟讀取產生影響。
圖七 伺服器分析結果-硬碟表面觀測點總聲壓級一覽
