浅谈散热风扇：“呜呜”异响从何而来？
对热爱折腾风扇的玩家们来说，相信大家都有过这样的经历：在特定转速下，机箱里的散热风扇总会产生尖锐而恼人的“呜呜”声。
不同于均匀一致的风噪，这刺耳的噪音突如其来，往往令人心烦意乱。然而，它们又是“昙花一现”，难以捉摸，一旦转速略有变化，“呜呜”声便迅速消失了。
这恼人而又神秘的“呜呜”声，究竟来自何处？是否有一些办法，避免买到有“呜呜”噪音的产品呢？
作为一名热爱折腾的玩家，我对此进行了一些研究。本期文章就将聚焦于风扇“呜呜”异响的成因与“避雷”方法，希望能解答你心中的问题。
是什么导致了呜呜声？
对于“呜呜”噪音的由来，玩家们一向众说纷纭，莫衷一是。一些散热从业人士认为，“呜呜”声主要源自“扇叶失速”。
扇叶失速？
要解释清楚“扇叶失速”的情况，我们要从P/Q曲线说起。
P/Q曲线揭示了风量与风压之间的关系，每一款风扇都有着不同的P/Q曲线。在P/Q曲线上，横轴是风扇在单位时间内输出的气流量，即风量。而纵轴则是风扇出风侧的气流压力，即风压。
曲线与横轴（风量轴）的交点，是风扇不受任何阻力时所输出的风量。
而曲线与纵轴（静压轴）交点，则指“使风扇输出风量=0”时，所需要的阻力。
P/Q曲线上的明显凹陷之处，是扇叶“失速区间”的特征之一。当阻抗曲线穿过这块区域时，便会发生“扇叶失速”。此时，风扇的效率将会大幅度下降，而噪音则会明显提升。
乍看之下，“扇叶失速”的说法似乎非常专业，好像很有道理。然而，事实真的如此吗？
显而易见，高度相似的扇叶，应该会有着接近的P/Q曲线，自然也有着接近的“失速区间”。而“相似”在散热领域并不少见——利民TL-B12E与“温柔台风”就是最好的例子。
光从造型上就能看出，二者的设计几乎一模一样。除了扇叶内侧的锯齿在B12上缺席以外，无论是叶片末端的圆角，还是风扇轴心的尺寸，两款风扇都如出一辙。
这份相似也体现在了风噪测试上。在最大转速下，这两把风扇的噪音几乎没有区别！
那么，它们的“呜呜”声也会如此相似吗？答案是否定的。它们确实都有“呜——”的噪音，但在具体表现形式上，二者大相径庭。
从听感响度上说，“温柔台风”的呜呜声比利民B12E更加刺耳。而从振动图像上观察，两把风扇也有所不同。
“温柔台风”更偏向低频，而利民B12E的频率则更高一些。
高度近似的叶型，却有着截然不同的结果。此外，在产生“呜呜”声的同时，风扇的散热效能并没有断崖式的下降。看来，“扇叶失速”的说法似乎站不住脚，它并不是“呜呜”异响的主要原因。
在进行了一些测试后，我有了另一种看法——这诡异的“呜呜”声，会是动平衡导致的共振吗？
动平衡水准？
对一把合格的风扇而言，动平衡自然不可或缺。动平衡水准将显著影响风扇的噪音与寿命。当动平衡较差时，风扇还会有引发共振的风险。事实上，类似的情况已经出现了。
“温柔台风”的威名众人皆知，然而少有人提及的是，它的动平衡水准正在逐年下降。在如今能买到的“温柔台风”当中，它们的扇叶往往会发生普遍的偏摆。
低转速时，可以明显地发现扇叶边缘正在快速而明显地“上下浮动”。动平衡的缺失直接导致了GT2150的振动表现普遍相当一般，部分个体甚至有引发严重共振的可能。
双滚珠风扇的轴噪，一般只在千转以下时较为明显。而转速越高越响的所谓“轴噪”，很可能就是扇叶偏摆引起的振动。类似的情况，便在我的冷排测试中反复出现了。
在1550转附近，“温柔台风”的噪音并不是十分夸张。风噪的音调整体平缓，响度也算不上恼人。
然而，只要稍微提高转速，在约1625±25RPM的特定转速下，“温柔台风”的异常噪音便达到了峰值。冷排上的风扇发出了如耳鸣般尖锐的“呜——”声，令人不堪其扰。
倘若继续提高转速，“呜——”的噪音又会很快消失。在1700RPM附近，“温柔台风”的音调又回归了正常。不再有尖锐刺耳的哀鸣，只有稀疏平常的气流噪音。
每一把“温柔台风”的动平衡水准都不尽相同。也正因此，每一把风扇发出“呜呜”噪音的转速区间也都不一样。
看来，风扇的动平衡缺陷，是导致“温柔台风”发出“呜——”噪音的主要嫌疑人了。
然而，正当我对“动平衡”的结论深信不疑时，利民的风扇产品又刷新了我的认知。在利民的多款风扇上，“呜呜”的噪音又出现了。但是，这些风扇并没有太过严重的偏轴，振动幅值也完全正常——这一次，又是什么导致了“呜呜”声呢？
材料强度！
纵观产生“呜呜”声的诸多利民风扇，它们的成因和“温柔台风”有所不同。
因动平衡而产生的共振，不仅会体现在振动图像上，还往往与安装方式有关——只要将“温柔台风”从冷排上取下，甚至是松开固定风扇的螺丝，“呜呜”声的频率便会发生改变。
然而，利民系风扇的“呜呜”声与之不同。即便把风扇悬吊于空中，“呜—呜—呜——”的噪音仍然不绝于耳。更诡异的是，不同款式的利民风扇，扇叶造型各不相同，但“呜呜”声却是一如既往。
下至价格低廉的TL-C12C工包扇，上到号称“三次元动平衡”的TL-B12，利民的散热风扇全都有不同程度的“呜呜”噪音，近乎无一幸免。可是翻查震动图像，它们的动平衡分明没有问题。
“呜呜”噪音仿佛扇叶上的幽灵，看不见、摸不着。在特定转速时突然出现，却又在风扇停转后无影无踪。
我花了很长时间定位问题所在，却又总是一无所获。直到在“猫头鹰”的一篇简介中，我终于找到了答案。
如同绝大多数物体一样，风扇的扇叶也有其固有频率。当叶片周围的湍流传递到叶片上时，便有可能引起共振。
不同于动平衡缺陷导致的剧烈抖动，这种方式引发的振动非常细微，从机械设计的角度来看并不是关键，也很难通过“振动测试”体现出来——这也无怪乎TL-C12C与G12的振幅都毫无问题，可“呜呜”声却异常明显了。
此刻，风扇的扇叶就像是扬声器的纸盆。它们都将表面振动传回空气之中，带动周围的气流从而发声。不同之处在于，风扇只会产生刺耳的“呜——呜——”噪音。
小小的表面振动，却会导致极大的声学问题。而扇叶材质的强度，正与它息息相关——更坚固的材料能更快地抑制振动，从而最小化人耳所感知到的尖锐噪音。脆弱的材料无力与振动抗衡，在特定转速下便会“余音绕梁，三日不绝”。
回看这些产生“呜呜”声的利民风扇，尽管扇叶造型各异，但它们的共同特征，便在于那出奇一致的廉价PBT塑料——材料强度太低了。
在利民的高端产品TL-B12E上，甚至出现了极端的“扫膛”的情况——扇叶材料无力抵抗高转速下的巨大离心力，叶轮最终被拉扯变形，与框体外壳发生刮擦，造成不可逆的损伤。
高端产品的材料强度尚且如此，低价位风扇的塑料质量更是不言而喻。“呜呜”声既是对人耳耐性的考验，也是扇叶不断振动的悲鸣。归根结底，还是材料缩水惹的祸啊！
如何避免“呜呜”声？
既然明确了“呜呜”噪音的两大成因——扇叶动平衡问题与材料强度缺陷，是时候谈谈如何“避雷”了。
动平衡判断
如前所述，动平衡正是导致“呜呜”噪音的一大因素，“温柔台风”就折戟于此。有必要针对它进行研究。
扇叶动平衡的好坏，能通过一些方法进行简单测量，手机的“振动传感器”便是其中之一。尽管不同设备的灵敏度各有差异，但在对比之间，我们仍能一窥风扇动平衡水准的高低。
站内值友@等等党取得阶段性胜利 更是研究出了创新性的解决方法，通过超声波换能器检测风扇振动，测试更为细致准确。
借由动平衡测试，消费者能够避开那些有着“潜在共振风险”的产品。
此外，风扇的安装方式也是亟待重视的地方。胶钉、磁吸螺丝、橡胶垫片……它们能够在一定程度上吸收振动，缓解动平衡问题带来的不悦噪声。
材料强度特征
利民风扇那普遍存在的“呜呜”噪音，归根结底是强度不足。而“框叶间距”正是扇叶材料强度的照妖镜。
顾名思义，它指的是风扇的扇叶末端与内边框的距离。
可别小看这以毫米计算的细微间隙，它对性能有着巨大的影响。框叶间距越大，泄露的气流量越多，风扇的效率愈发明显地下降。
不仅如此，这条缝隙还与材料强度息息相关：在较高的转速下，风扇会承受不小的离心力，扇叶将被拉扯增大。
此时，倘若风扇的材料不够坚固，扇叶的形变将会尤为剧烈。如果框叶间距预留不足，扇叶可能与框体发生刮擦，导致严重的“扫膛”事故。
也正因此，框叶间距不仅是决定风扇性能的重要指标，还可以作为材料强度的判据。借由框叶间距的大小，推断出材料强度的高低，从而避开存在“呜呜”声风险的产品。
将低端风扇与高端产品并排放置，框叶间距上的差距一目了然。这条扇框与扇叶之间的小小缝隙，正是扇叶材料强度的最佳体现。
后记
令人恼火的“呜——呜——”异响背后，竟然也有着如此复杂的成因；而在散热领域之内，又还有多少问题等待着我们探索呢？
这篇文章到这里就结束了，如果对本文内容与风扇选购有疑惑，随时欢迎与我交流！
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