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Nouvelle théorie sur les nuisances sonores d'un ventilateur
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 12:18 am    Sujet du message: Nouvelle théorie sur les nuisances sonores d'un ventilateur Répondre en citant Back to top

Salut tout le monde !

Comme tout le monde s'accorde à le dire, c'est essentiellement la vitesse de rotation qui est la source du bruit. Pourtant, comment expliquer que mon ventilateur de chipset de 40mm est tellement silencieux, sachant qu'il tourne à 1600RPM, alors qu'un ventilateur de 80mm tournant à 1300RPM est un peu plus bruyant, alors que sa vitesse de rotation est inférieure?

Je vais aller encore plus loin ; selon ma théorie, je pense que le bruit est dû à la vitesse à laquelle l'air rencontre les pales du ventilateur, de manière indirecte la vitesse de rotation, et non le débit d'air, et de manière marginale pour les ventilateurs de qualité, le bruit du frottement entre l'axe et le moteur du ventilateur. A mon avis, le bruit est identique pour des ventilateurs aux moteurs et aux fixations au moteur identique, si leurs vitesses d'extrémités de pales sont identiques ; tout ce qui compte est la vitesse de rencontre entre les pales et l'air. Et pour soutenir cette thèse, regardez ces 2 articles :

- http://www.materiel.be/refroid/92mmfans/page3.php
- http://www.materiel.be/refroid/120mmfans_2/page13.php

J'ai choisi ces 2 ventilateurs, car ils sont déjà de la même marque, ont globalement le même design, et sont en particulier en sleeve bearing. Comme vous pouvez le voir, les ventilateurs Papst 3412 N/2GLE et 4412 F/2GL ont des nuisances sonores très proches, tout du moins en 12V, de 45.2db/A et de 45.3db/A respectivement. 0.1dB/A de différence, cela peut tout simplement être dû à une différence de polution sonore du milieu de test, ou encore une légère différence de qualité entre les 2 ventilateurs.

Leurs vitesses de rotation sont respectivement de 1920RPM et 1400RPM. Si leurs nuisances sonores sont égales, c'est que les vitesses à laquelles les extrémités des pales rencontrent l'air doivent être égales. Pour que ces vitesses soient égales, il faut que le rapport des vitesses de rotation soit inversement proportionnel au rapport des tailles des ventilateurs. En effet, la vitesse aux extrémités des pales est le produit de la vitesse angulaire et du rayon du ventilateur. Pour tous les fans de physique, sachez que cette formule se trouve dans tout formulaire de physique, dans la section de mécanique, à propos du mouvement circulaire uniforme.

Effectuons la division de 1920 par 1400 ; cela donne 1.37. Si l'on effectue la division de 92 par 120, on obtient 0.77. L'inverse de 0.77 est 1.30. Qu'est-ce que cela veut dire ? Tout simplement que pour les 2 ventilateurs, on a rencontré les mêmes vitesses, à peu de chose près, aux extrémités des ventilateurs. Par ailleurs, on peut supposer que les vitesses de rotation fournies par Stéphane de www.materiel.be sont approximatives, pas exactes. Et comme les nuisances sonores, après discussion des sources des petites différences, sont pour ainsi dire identiques. Pour bien vous montrer que ce sont les mêmes vitesses, calculons la vitesse à l'extrémité des pales du Papst de 92mm ; 1920RPM multiplié par 46mm, le rayon du ventilateur, cela donne 88320mm/min. Calculons la vitesse à l'extrémité des pales du Papst de 120mm, mais en se basant sur le rapport de proportionnalité trouvé ; si la vitesse est la même, on doit pouvoir la trouver en faisant le produit de la vitesse de sa rotation par le rayon du ventilateur de 92mm et par le rapport de taille entre les 2 ventilateurs. Cela donne 1400RPM fois 46mm fois 1.37, ce qui vaut 88228mm/min. Proche non?

Pour conclure, ce qui compte dans les nuisances sonores, c'est la vitesse de rencontre entre l'air et les pales. Ainsi, pour viser un certain niveau sonore, il faut connaître quelle est la vitesse limite pour les pales. Par conséquent, on peut dire que si on a un ventilateur de taille A, de vitesse de rotation x, il aura les mêmes nuisances sonores qu'un ventilateur de taille B, si sa vitesse de rotation y est égale au produit de x et du rapport B sur A. Ceci est un pas significatif dans la recherche du silence, car on peut savoir si un ventilateur de taille peu fréquente, comme ceux de 40mm, sera suffisamment silencieux, s'il est sous-volté correctement. De plus, cela permet de démontrer qu'un ventilateur de taille supérieure est aussi silencieux qu'un ventilateur plus petit, tout en refroidissant davantage, même si la vitesse de rotation du grand ventilateur est plus petite que celle du petit ventilateur, en suivant la règle de la proportionnalité inverse que j'ai démontrée ci-dessus. En effet, bien que l'on perde en vitesse de rotation, on gagne en surface, et comme le flux d'air est probablement proportionnel à la surface des pales, on y gagne ; en effet, on a divisé la vitesse de rotation par K, le rapport de la taille du grand ventilateur sur celle du petit, mais on a multiplié par K au carré l'air brassé par chaque rotation, à cause du rapport des surfaces. On a donc multiplié le flux d'air du petit ventilateur par K, confirmant le fait que plus gros est le ventilateur, aussi silencieux il peut être qu'un plus petit, tout en brassant plus d'air.

Des commentaires?
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Hervé
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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 1:57 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Cette approche est intéressante mais un peu trop conditionnelle à mon goût.

Je n’ai pas de connaissance théorique scientifique sur le sujet, mais après réflexion, il y a beaucoup de facteurs, parfois contradictoires, qui rentrent en compte.

Tout d’abord le moteur
On sait tous qu’un ventilateur de grand diamètre brasse, à vitesse égale, plus d’air. Il lui faut donc un moteur plus puissant, pour obtenir ce résultat, travaillant sur un axe plus « costaud », ce qui peut être source de bruit mais aussi de vibrations.

Ensuite l’air
Quand la pale vient « frapper » l’air, deux phénomènes surviennent.
Premièrement, l’air subit une compression puis, quelques fractions de secondes après, une décompression. Une « onde de choc » se produit, c’est le souffle.
Deuxièmement, cette onde de choc se répercute sur les pales du ventilateur, les faisant ainsi vibrer, une émission d’onde sonore se créée (principe du haut parleur).

Pour finir les pales
Là les choses se compliquent. Plus la pale est longue, plus il est difficile d’en amortir les vibrations (élasticité naturelle du matériau). Les oscillations seront plus importantes, ce qui se traduit par une fréquence sonore plus grave.
Subissant la « mécanique des fluides », les pales doivent être étudiées sur le plan de la rigidité mais aussi sur le plan de l’aérodynamisme (pour limiter la compression/décompression de l’air), tout en tenant compte de leurs longueurs.

En conclusion, plus le ventilateur est grand, plus le bruit qu’il émet sera grave, c’est une tendance pas une règle.

Tenant compte de la sensibilité de l’oreille humaine, une fréquence grave sera mieux « perçue » qu’une fréquence médium voire aiguë.

Pour en revenir à ton sujet, le « simple » calcul de vitesse de rotation ne peut s’appliquer qu’auprès de ventilateurs très semblables (2 Papst par exemple) et encore.
Qu’à mesures égales, en dB(A), la perception pourra être très différente suivant la fréquence.


Une autre chose me vient à l’esprit, le nombre de pales est-il important ?
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 2:21 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Merci de ta réponse Hervé !

Pour le moteur, ce qui compte à mon avis, c'est le pourcentage de la surface totale du ventilateur, afin de respecter les proportions. Je pense que les vibrations sont assez atténuées, car il ne faut pas perdre de vue que tout dans un ventilateur plus grand est agrandi ; comme les vibrations doivent franchir des fixations de bloc moteur plus grandes, plus épaisses surtout, les vibrations doivent être atténuées.

Pour l'air, je pense que les nuisances sonores sont semblables ; en effet, cela ressemble fort à la comparaison entre une maquette d'avion dans une soufflerie et le vrai avion en situation réelle ; les 2 subissent le même écoulement, à des échelles différentes certes. L'onde de choc créée aura donc un ordre de magnitude plus petit sur le petit ventilateur, mais comme il frappe au même endroit la pale, du point de vue des proportions, je pense que les vibrations frapperont la même partie de la pale. De toute façon, ce n'est pas un bang supersonique qu'on entend non plus. Mr. Green

Pour les pales, n'oublions pas que les pales sont plus épaisses si elles sont grandes, ce qui fait qu'elles auront la même élasticité "relative".

Mais c'est vrai que je ne suis pas un spécialiste des ondes sonores, et il est fort possible que les petits ventilateurs résonnent plus dans l'aigu que dans le grave, s'ils respectent ma règle de proportionnalité. Et il est vrai que je supporte mieux les sons graves, à moins qu'un ingénieur ne me crée un ventilateur faisant le bruit d'un petit ruisseau, dans lequel cas je serais super heureux. Laughing

Et bien sûr, ce calcul des vitesses de rotation ne marche qu'avec des ventilateurs semblables ; il faut qu'ils aient le même type d'axe, c'est-à-dire à roulement ou à palier lisse, le même nombre de pales et surtout des pales de forme similaire.

A mon avis, le nombre de pales est aussi très important ; en effet, en ommettant naturellement le fait qu'un nombre de pales différent impose normalement une forme différente aux pales, je pense (Eh oui, j'arrive à penser sans que ma tête se mette à fumer ! Mr. Green) que le bruit sera différent, car les ondes, que tu as évoquées plus haut, vont percuter un nombre différent de pales. Bref, le nombre de parties du ventilateur vibrant à telle fréquence va varier, changeant donc la nature du bruit, ainsi que son intensité.

Mais bon, tout cela n'est que le fruit de l'ingéniosité, du génie (Je sais, je suis très modeste ! Mr. Green), d'un tout jeune adulte ayant fini son lycée et se préparant à prendre d'assaut l'EPFL, l'Ecole Polytechnique de Lausanne, avec j'espère autant de succès qu'au lycée ! Very Happy
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Hervé
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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 2:40 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Citation:

à moins qu'un ingénieur ne me crée un ventilateur faisant le bruit d'un petit ruisseau, dans lequel cas je serais super heureux.

Attention au suplice de la goutte d'eau, ça rend fou Mr. Green
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 2:47 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Ah bon ?

Il faut croire que je dois être résistant à ce type de torture ; mon père, puis moi-même, trouvons qu'il est plus facile de s'endormir lorsque l'on entend une douce pluie frapper les Velux. C'est peut-être dans nos gènes, car mes parents viennent d'un pays où la mousson règne la moitié de l'année !
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gm



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 7:06 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Dans le cas des papst 120 mm 1700 trm,il me semble que l'origne de leur ronronnement de v8 vient de leur moteur ou de leur roulements.(j'ai bien dit il me semble).

D'accord pour le ventilo,bruit de ruisseau,(mais non polué)tant qu'à faire il faut entendre la truite qui mouche. Mr. Green Wink
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Alexaume



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 8:05 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Mon avis personnel sur la question est assez simple, et rejoint évidemment les vôtres.

Pour moi, le bruit est lié à une turbulence importante, affectant telle quantité déterminée d'air.

On peut mouvoir cette quantité déterminée ou en faisant tourner très vite un ventilo, ce qui occasionnera une turbulence importante, et donc bcp de bruit, ou en en prenant un plus grand, qui tourne moins vite et, tout ayant le même débit, ne concentrera pas son effort sur un volume d'air très petit, mais sur un volume d'air plus important. Chaque particule d'air est mue alors avec une quantité d'effort moindre.

C'est pour cela à mon avis aussi que deux 80mm peuvent concurrencer un 120 mm : pour le même débit d'air, les deux configurations peuvent tourner lentement, et prendre de l'air au sein d'un volume important.

Je ne sais pas si j'ai été clair : on fait ce qu'on peut le matin au réveil Wink .

En tout cas, tout mon discours était bruits de moteur exclus.
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Kostik
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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 9:27 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Un 120mm fait plus de bruit qu'un 80mm à vitesse de rotation égale, et c'est effectivement dû au fait que ses pales tournent plus vite. Il me parait correct de dire que le bruit est proportionnel à la vitesse du bout des pales. Mais note quand même bien que :

Si le bruit est proportionnel à la vitesse du bout des pales, alors à nombre de rotations/minute donné, le bruit variera linéairement avec le diamètre du ventilo. En effet, la vitesse est fonction de la circonférence, qui varie avec le diamètre (Pi x D).

Si le débit est proportionnel à la surface du ventilo (ce qui est grosso-modo vrai), alors il varie avec le carré du diamètre. En effet, la surface est fonction du carré du rayon (Pi x R²).

Du coup, à nombre de RPM égal, un ventilo 120mm aura une vitesse au niveau du bout des pales qui sera 50% supérieure à celle d'un 80mm (et donc, d'après cette théorie, 50% de bruit en plus), mais il aura une surface 125% plus importante (et donc, d'après l'autre théorie, 125% de débit en plus).

Ce qui signifie que pour obtenir le même débit avec un 120mm qu'avec un 80mm, on peut diviser la vitesse de rotation par 2,25. On obtient alors (j'abrège en ne développant pas les calculs) une réduction de 33% de la vitesse du bout des pales du 120mm par rapport à celle du 80mm ayant le même débit.

Donc définitivement le 120mm gagne. Même si ça n'empêche pas un 40mm tournant à 1600rpm d'être discret. Mais il faut voir quel est son débit.
 
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 10:12 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

C'est exactement ce que j'ai écrit au-dessus Kostik, mais c'est vrai que ton texte a le mérite d'être plus clair ! Respect
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 10:41 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Ton raisonnement, Kostik, est juste mais tu as fait une petite erreur de frappe ; si l'on passe de 80mm à 120mm, on augmente de 50% chaque dimension, et le carré de 150% n'est pas 125%, mais 225% !

En tout cas, je peux vous certifier qu'un ventilateur de 40mm est très discret s'il tourne à 1600RPM, par contre, son débit d'air s'effondre ; mon ventilateur de 40mm, un Evercool EC4010L05C, a une vitesse de rotation de 4500RPM et un débit d'origine de 4.27CFM. Selon mes calculs, le débit tombe donc à 1.51CFM...

Mais bon, il est vrai que j'ai une machine bien ventilée, et le dissipateur de chipset qu'il refroidit est conçu pour fonctionner SANS ventilateur. Il est là pour gagner quelques MHz, enfin j'espère, car il faut aussi se dire que le ventilateur est un obstacle dans mon flux d'air...
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Kostik
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 MessagePosté le: Sam Sep 18, 2004 11:48 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Par 125% de débit en plus, j'entendais bien que le débit était égal à 225% de celui du 80mm Smile. D'où la division par 2,25.

A mon avis, 1,5 CFM ou rien du tout, ça doit se valoir. D'autant que le débit n'est pas exactement proportionnel à la vitesse de rotation. En dessous d'une certaine vitesse, le ventilo ne brasse plus rien.
 
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TBL



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 MessagePosté le: Dim Sep 19, 2004 1:47 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

hello:

bjr

Lors du montage du boitier que j'ai, j'ai du introduire 4 venti de 90 mm.

J'ai sous-volté c'est venti et ils sont montés sur des sangles.

J'ai pu observé:

venti à fond sur le MDF: bourdonnements.

venti sous-volté: plus graves.

le même sur le gédi: roulements (bourdonnements plus graves).

Obstacles devant venti: bourdonnements aigues.

Ouverture d'admission (les venti sont tous en extractions) mal proportionnées: ronfflemments.

un exemple de connerie (4éme post à partir du haut):

http://www.pcsilencieux.com/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=299&highlight=mdf

Pot d'échapement: le "pot" n'en n'est pas vraiement un, mais, le bruit de souffle est considérable à sa sortie, par contre, à l'opposé, là où je suis, le bruit est très faible.
J'ai donc fait tous cela:

réduction de la vitesse,

5 à 10 cm entre obstacles et venti,

circulation d'air à plat,

pas de fixations dures (pas de vis),

sortie d'air rigoureusement opposée à mes portugaises,

Orifice d'admission ni trop grand (bruit hd) ni trop petits,

Pas de contact direct venti-mdf,

Venti choisi sans clac-clac à vide, équilibrés (bon emballage en cas d'expédition => bulpack obligatoire).

Comme toute machine dynamique la vitesse en bout de pale est un critére réel, mais, il m'est apparu "engluer" dans la masse des problèmes mécaniques de montage et de fonctionnement.

nb: tous les ventis sont à palier lisse.

a+
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Alexaume



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 MessagePosté le: Dim Sep 19, 2004 3:10 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

TBL a écrit:
hello:

bjr

Lors du montage du boitier que j'ai, j'ai du introduire 4 venti de 90 mm.

J'ai sous-volté c'est venti et ils sont montés sur des sangles.

J'ai pu observé:

venti à fond sur le MDF: bourdonnements.

venti sous-volté: plus graves.

le même sur le gédi: roulements (bourdonnements plus graves).

Obstacles devant venti: bourdonnements aigues.

Ouverture d'admission (les venti sont tous en extractions) mal proportionnées: ronfflemments.

un exemple de connerie (4éme post à partir du haut):

http://www.pcsilencieux.com/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=299&highlight=mdf

Pot d'échapement: le "pot" n'en n'est pas vraiement un, mais, le bruit de souffle est considérable à sa sortie, par contre, à l'opposé, là où je suis, le bruit est très faible.
J'ai donc fait tous cela:

réduction de la vitesse,

5 à 10 cm entre obstacles et venti,

circulation d'air à plat,

pas de fixations dures (pas de vis),

sortie d'air rigoureusement opposée à mes portugaises,

Orifice d'admission ni trop grand (bruit hd) ni trop petits,

Pas de contact direct venti-mdf,

Venti choisi sans clac-clac à vide, équilibrés (bon emballage en cas d'expédition => bulpack obligatoire).

Comme toute machine dynamique la vitesse en bout de pale est un critére réel, mais, il m'est apparu "engluer" dans la masse des problèmes mécaniques de montage et de fonctionnement.

nb: tous les ventis sont à palier lisse.

a+


Merci TBL pour ton témoignage Very Happy .

Je suis tout à fait d'accord avec toi, surtout pour ce qui concerne les prises d'air : ni trop ouvertes pour filtrer le bruit, ni trop peu pour qu'il n'y ait pas de bruit de turbulence.

Le juste milieu n'est pas forcément facile à trouver, d'autant plus que les coudes et pots d'échappement peuvent aussi être très utiles comme tu l'indiques, et délicats à bien réaliser Smile .

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 MessagePosté le: Lun Nov 15, 2004 12:59 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Un tableau qui compare simplement le flux d'air d'un 80 par rapport a un 92 et un 120 serait d'ailleurs une excellent idée (ou bien un graphique !). Ce serait particulièrement intéressant !

Pourquoi pas un logiciel qui affiche des courbes, permettant ainsi directement de comparer les flux d'air de différents ventilos... Je pense que ce serait un très bon outil...

Mais celà est un peu long a réaliser.. donc j'invite quelqu'un a bien vouloir faire un tel tableau, ça ne doit pas être bien compliqué...
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Boitier Textorm 6a19 + Globefan 120mm@5volts **** Athlon 1Ghz + Zalman 6000alcu + zalman 92mm@5volts **** Geforce 2mx440 passive **** Alim Tagan 380W incroyablement inaudible **** SAMSUNG 80Go (JVC) dans un tunnel de gédicoustic
 
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Lun Nov 15, 2004 9:04 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Pour cela, je ne connais qu'une personne ayant le temps, le matériel, et le savoir-faire ; Stéphane, de materiel.be.

Je ne crois pas que quelqu'un s'amuse à tester 27 ventilateurs de 120mm ici par exemple.

Essaie de le contacter, et dis-lui de ne prendre que des références du silence, en 5, 7, 9 et 12V, et de mesurer le débit d'air et les nuisances sonores.
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