
有些人在讨论过程中会混淆共振和拍频这两个现象的原因,今天在这里来告诉大家,怎么区分和避免这一系列情况
开头直接说结论
连续不断的嗡嗡声存在是共振的可能性。
一阵一阵成波动的 类似拍子的现象 并非是共振 而是拍频。

1.共振异响与拍频
共振异响: 指当物体或系统(如风扇扇叶或扇框筋条)的固有频率被外部一个相近或相同的周期性驱动力激发时,物体振幅显著增大的振动现象。通俗地说,就像一直推秋千,让秋千越变越高。在电脑风扇中,表现为持续的、音调基本不变的嗡嗡声。
拍频: 指两个频率相近但不完全相同的声波叠加后,合成声波的振幅呈现周期性强弱变化的现象。因其听起来像有节奏的beat,所以叫做拍频或拍音。在机箱内安装多把风扇时,常表现为一阵阵、不连续的“嗡~嗡~嗡~”声。

2. 风扇共振和拍频的产生原因和差异
共振异响的成因:主要由于外部频率激发了风扇(如扇叶或筋条)的固有频率。风扇的固有频率由其材料、几何形状等因素共同决定。对于常见的12-14cm风扇,其扇叶或筋条的固有频率范围,恰好容易被某些类型电机(如十字电机或部分6槽4极三相电机)运行时产生的转矩脉动(主要由齿槽转矩脉动引起,少数情况涉及霍尔信号异常或永磁体充磁异常产生的低次谐波)所激发。
共振异响的关键点:必须有匹配的外部激励频率,才会引发持续的共振异响。
拍频的成因:多把风扇转速的细微差异。即使同一型号的风扇,在生产装配过程中(如永磁体充磁、线圈匝数)的微小差异,也会导致其实际转速无法做到完全相同(即使采用闭环控制)。当这些转速略有不同的风扇在机箱内同时运行时,它们发出的声音频率相近但不相等,叠加后便产生了拍频现象。
拍频的关键点:只要有相近的旋转噪音频率,就可以合成一个beat。
假设两把同型号9叶风扇(不同型号风扇同样有拍频风险):
风扇1转速:2000 RPM → 扇叶基频 = 300 Hz, 二次谐波 = 600 Hz
风扇2转速:2020 RPM → 扇叶基频 = 303 Hz, 二次谐波 = 606 Hz
合成后
基频拍频:音调(300+303)/2=301.5 Hz ,波动频率303-300=3 Hz
二次谐波拍频:音调(600+606)/2=603 Hz ,波动频率 606-600=6 Hz
人耳会听到音调分别为301.5Hz和603Hz,每秒3和6次的嗡~嗡~嗡~声。

3. 共振的解决方案
共振异响的解决方法:核心思路是改变风扇特性或激励源,避免固有频率被激发(基本只能在厂商手中进行改进)。
主要方法为
更换更高强度和刚性的材料(用PPA-GF, PPS-GF, LCP-GF等特种工程塑料替代PC和PBT-GF)。
将单相方波驱动改为单相正弦波驱动。
将单相电机改为三相电机
为电机定子增加辅助槽
提高三相电机的槽数/极数
降低磁负荷
以上做法能提供更平稳的转矩输出,减少激发共振的风险。
举个例子:Arctic P12 Ver.4 相较老版本,通过改用CC6420单相正弦波驱动,有效降低了转矩脉动,从而解决了其老版本存在的扇叶共振异响问题。 4. 拍频的解决方案
理想方案: 让所有风扇转速完全同步。但实际应用时,精准的转速同步非常困难。
实用方案:将风扇间的转速差拉大(建议差值在±50 RPM以上)。人耳较难分辨15Hz以上的beat,嗡~嗡~声会显著减弱或消失。
同样举个例子:两把在1500 RPM下运行并产生拍频的风扇,将转速分别调整为1450 RPM和1550 RPM(相差100 RPM),即可大幅缓解拍频。三把或更多风扇的情况同理,需设置不同的目标转速。
而且市场同样有这类思路的产品,猫头鹰A14G2设置了25RPM的转速偏移,使基频差为7.5Hz,A12G2偏移转速提高到了50RPM,进一步缓解了拍频的影响。

最后目前针对行业设计的情况做一个吐槽
目前行业内一部分产品在设计过程中的目标不是很清晰,三相电机也好,LCP也罢。都是为了保证扇叶强度 减少老化蠕变和共振异响的手段。在堆到12槽8极/10极甚至更高的槽极数,配合足够大的气隙,PBT-GF和PC一样可以达到无共振异响的表现。
有一部分产品使用了LCP和三相电机以后,依旧存在共振异响或是扇叶蠕变的情况。更多的把LCP当作装饰件或者溢价的手段。做高性能产品,需要让产品本身变得高性能,而不是玩文字游戏让产品看起来有性能。
更何况LCP更像是一个“商品名”。LCP最便宜的几十块到最贵的几百块,最大差价将近十倍,机械性能也天差地别,作为消费者是很难做到真正的区分。