王晶晶

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可調(diào)光LED 燈的噪聲測量與控制

王晶晶

引言

隨著LED照明應用市場的持續(xù)快速發(fā)展，LED照明應用范圍的不斷擴大也導致了人們對LED照明產(chǎn)品要求的不斷提高。調(diào)光已不再僅僅只是為了達到節(jié)能的目標，而是更多地體現(xiàn)在人們對生活品質(zhì)要求的逐步提升上。調(diào)光的最大優(yōu)勢是可以讓人們實現(xiàn)按需照明，讓人在家居生活中得到一個更舒適更和諧的照明環(huán)境，以減少不必要的浪費。目前，LED調(diào)光方式主要有三種：可控硅調(diào)光、線性調(diào)光、PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)光。在傳統(tǒng)照明的可調(diào)光應用中，可控硅調(diào)光已經(jīng)和白熾燈鹵素燈結(jié)成了聯(lián)盟 （普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅來調(diào)光），占據(jù)了大部分的調(diào)光市場，如果LED照明產(chǎn)品想要取代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，就需要與可控硅調(diào)光器兼容［1］?？煽毓枵{(diào)光的優(yōu)點在于工作效率較高，性能穩(wěn)定。但是使用可控硅調(diào)光存在著一系列的問題，如降低了功率因素值、加大了諧波系數(shù)、產(chǎn)生嚴重的電磁干擾信號等［2］，在普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動電源時還會產(chǎn)生意想不到的問題，如音頻噪聲。

噪聲的危害

噪聲是發(fā)聲體做無規(guī)則振動時發(fā)出的聲音，從生理學上講，凡是妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音，以及對人們產(chǎn)生干擾的聲音都屬于噪聲。工業(yè)噪聲的危害已為人熟知，但居室、辦公室、教室等環(huán)境的室內(nèi)噪聲危害尚未引起人們足夠的重視［3］。隨著生活水平的提高，各種家電普遍走進千家萬戶。電視機錄音機所產(chǎn)生的噪音可達60～80dB，洗衣機為42～72 dB，電冰箱為34～50 dB。一般情況下，人耳可以感受到的聲音頻率在20Hz～20kHz之間，人耳對噪聲大小的主觀感覺如圖1所示。1997年3月實施的中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法規(guī)定：居民區(qū)的環(huán)境噪聲白天不能超過55 dB，夜間應低于45 dB，若超過這個標準，便會對人體產(chǎn)生危害［4］。隨著LED調(diào)光產(chǎn)品在家居生活的大量應用和人們對生活品質(zhì)要求的提高，調(diào)光LED燈的噪聲問題引起了人們的注意。在調(diào)光的過程中，LED燈產(chǎn)生的噪聲可能達到45dB（A）以上，這個噪聲在寂靜的夜晚就顯得十分吵鬧，影響人們的生活睡眠質(zhì)量。

圖1 人耳對噪聲大小的主觀感覺

LED 調(diào)光燈噪聲的測試方法

本文中LED調(diào)光燈的噪聲值用A計權(quán)聲壓級這個指標來進行考核，能源之星《ENERGYSTARProgram Requirements For Lamps and Luminaires Test Method——Noise》對可調(diào)光LED燈噪聲的測試方法做出了如下建議：在消聲室（或者半消聲室）中進行測試，麥克風應放置在距離被測樣品1m或者小于1m的位置，麥克風應以90°對著測試樣品，分別采集樣品的上、下、前、后、左、右六個位置的噪聲。測試布置示意圖如圖2所示，調(diào)節(jié)調(diào)光器，記錄下LED調(diào)光燈最小光輸出和最大光輸出時的噪聲值［5］。根據(jù)能源之星《ENERGY STARProgram Requirements Product Specification for Lamps（Light Bulbs）》要求采集到的最大噪聲值不大于24dB（A）［6］。

圖2 可調(diào)光LED燈的噪聲測試布置示意圖

LED 調(diào)光燈產(chǎn)生噪聲的原因

在傳統(tǒng)照明的可調(diào)光應用中，可控硅調(diào)光已經(jīng)和白熾燈鹵素燈結(jié)成了聯(lián)盟 （普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅調(diào)光器來調(diào)光），占據(jù)了大部分的調(diào)光市場，如果LED球泡燈想要取代白熾燈，就需要與可控硅調(diào)光器兼容。由于可控硅調(diào)光的工作原理，會產(chǎn)生電流的振蕩，電流的振蕩會引起LED燈驅(qū)動電路中的噪聲源振蕩并產(chǎn)生噪聲。在LED調(diào)光燈的驅(qū)動電源中，噪聲源主要有變壓器、電感和電容等電子元器件。LED燈在未加調(diào)光器的情況下，噪聲很小，噪聲頻譜圖 （麥克風到LED燈的測試距離為20cm）的分布情況見圖3，噪聲值為10.68dB（A）。加入可控硅調(diào)光器后，調(diào)光時最大的噪聲頻譜圖分布如圖4所示，噪聲值為32.01dB（A）。從測試數(shù)據(jù)可以看出，加入調(diào)光器后，可調(diào)光LED燈的噪聲值明顯表大，由10.68dB（A）上升到了32.01dB（A）。

圖3 不帶調(diào)光器情況下的LED燈的噪聲頻譜圖（噪聲值為10.68dB（A））

圖4 帶調(diào)光器情況下的LED燈的噪聲頻譜圖（噪聲值為32.01dB（A））

噪聲的控制

噪聲是由振動所產(chǎn)生的，通過空氣介質(zhì)傳播，然后由我們的耳朵鼓膜接收［7］。一般可以從噪音源，傳播途徑以及噪音的接受者三個方面來降低噪音［8］。對于可調(diào)光LED燈而言，減弱噪聲的方法主要有兩種：從聲源處減弱或從傳播途徑處減小噪聲。

1.從聲源處減弱噪聲

（1）對發(fā)聲源變壓器、電感進行含浸處理，從聲源處減弱噪聲

變壓器及電感的噪音以磁芯振動為主，而磁芯振動通常是由磁伸縮和畸變，以及磁性的吸引力產(chǎn)生的。要降低變壓器及電感的噪聲，主要可以從降低磁芯的磁通密度或者通過浸凡立水來固定線圈及磁芯的方法來降低噪聲［9］。通過試驗測試，對變壓器和電感進行含浸處理后，噪聲值從32.01dB（A）降低到了20.77dB（A）。

圖5 含浸處理后LED球泡燈的噪聲頻譜圖 （噪聲值為20.77dBA）

（2）更換電容，將陶瓷電容更換成薄膜電容

所有的絕緣材料在電場的壓力下均會變形，這種電致伸縮效應與電場強度的平方成正比。有些絕緣介質(zhì)還呈現(xiàn)壓電效應，即與電場強度成正比的線性位移，壓電效應通常是電容產(chǎn)生噪聲的主要途徑。 廉價的小陶瓷電容中的非線性絕緣材料通常含有大比例的鈦酸鋇，在正常工作溫度下產(chǎn)生壓電效應。因而，這些元件會比線性絕緣成份的電容產(chǎn)生更多的噪聲［10］。

要確定陶瓷電容是否為主要噪聲源，可以用不同絕緣體的電容來替換，薄膜電容是性價比不錯的替代品。

通過試驗測試，結(jié)果如圖6所示，將陶瓷電容更換成薄膜電容后，噪聲值從32.01dB（A）降低到了26.44dB（A）。

圖6 更換電容后的噪聲頻譜圖（噪聲值為26.44 dB（A））

2.從傳播途徑處減小噪聲

點膠或者灌膠可以固定噪聲源，并影響噪音的傳播途徑，從而達到衰弱噪聲的效果。樣品在灌膠前后經(jīng)過對比測試，可調(diào)光LED燈的噪聲值由32.01 dB（A）降低到20.48 dB（A），如圖7所示。

圖7 灌膠后LED球泡燈的噪聲頻譜圖 （噪聲值為20.48 dB（A））

結(jié)語

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，噪聲污染已經(jīng)和水污染、大氣污染并列成為世界范圍的三大重要的環(huán)境問題。而隨著可調(diào)光LED燈的廣泛使用，噪音問題已經(jīng)越來越突出。本文首先對可調(diào)光LED燈噪音的測試方法進行介紹，然后提出可調(diào)光LED燈產(chǎn)生噪音的主要原因，接著對噪聲的控制提出了方法，并且通過實驗測試結(jié)果表明了控制方法的有效性。

（作者單位：廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院）

［1］中山市浩明科技有限公司.可控硅對LED調(diào)光優(yōu)劣勢分析［DB/OL］.中國燈飾商貿(mào)網(wǎng)，2012-7-17

［2］佚名.可控硅調(diào)光的缺點和問題-基于直流電源和交流電源的LED調(diào)光技術(shù)詳解［DB/OL］.電子發(fā)燒友網(wǎng)，2014-5-28

［3］吳銘權(quán).室內(nèi)噪聲的危害與控制［J］.環(huán)境與健康雜志，2006，（02）：189-192

［4］杜秀清.家庭噪音對兒童健康的影響及對策［J］.健康大視野，2014，（11）：1015

［7］宋文舉.噪音治理的問題及控制技術(shù)分析［J］.低碳世界，2015，（03）：6-7

［8］冀娜.噪聲對人體的危害與防護控制技術(shù)［J］.中國衛(wèi)生工程學，2008，（03）：182-184

［9］Fred&Lakes.LED驅(qū)動電源噪音與測試［DB/OL］.百度文庫，2014-9-14

［10］PI AN24.開關(guān)電源音頻噪聲抑制技術(shù)［DB/OL］.百度文庫，2013-3-17