冰箱的主動降噪系統(tǒng)及其控制方法的研究

周 斌 萬春旭 汪勁松

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

冰箱是保持恒定低溫的一種制冷設備，也是一種使食物或其他物品保持恒定低溫冷態(tài)的民用產品。箱體內有壓縮機、制冰機用以結冰的柜或箱，帶有制冷裝置的儲藏箱。而在冰箱工作時往往會產生噪音，噪音主要是來自壓縮機運行時產生的，對人們的生活休息造成了一定影響，特別是在晚上，影響人們的休息。

1 主動降噪系統(tǒng)的拓撲設計

本文所研究的主動降噪系統(tǒng)，包括噪音采集單元、降噪前聲音檢測單元、降噪振動單元、反饋檢測單元和噪音處理單元。其中噪音處理單元分別與噪音采集單元、降噪前聲音檢測單元、降噪振動單元和反饋檢測單元電性連接；噪音采集單元、降噪前聲音檢測單元和反饋檢測單元均將采集到的噪音波形及噪音音量數據傳輸給噪音處理單元；噪音處理單元將降噪振動控制信號傳輸給降噪振動單元。主動降噪系統(tǒng)的拓撲圖見圖1所示。

噪音采集單元設置在冰箱壓縮機艙室內，用于監(jiān)測壓縮機實時噪音波形及噪音音量；同時降噪前聲音檢測單元、降噪振動單元和反饋檢測單元均設置在壓縮機艙室向外傳播噪音的通道內；降噪振動單元設置在通道中間位置，降噪振動單元通過反向振動抵消噪音振動；降噪前聲音檢測單元設置在降噪振動單元與噪音采集單元之間，且降噪前聲音檢測單元設置在靠近降噪振動單元的位置，降噪前聲音檢測單元用于檢測通道中間位置噪音波形及噪音音量；反饋單元設置在通道出口處，用于檢測通道出口處噪音的波形及噪音音量。

圖1 主動降噪系統(tǒng)的拓撲圖

其中，噪音處理單元包括微處理器并且集成在冰箱的控制模塊中。并且反饋檢測單元之間設置有隔音板。

2 主動降噪系統(tǒng)的控制步驟

用于冰箱的主動降噪系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：噪音采集單元采集壓縮機艙室內的噪音波形和噪音音量，并將噪音波形信號和噪音音量信號數據傳輸給噪音處理單元；

步驟二：降噪前聲音檢測單元檢測通道中間位置的噪音波形和噪音音量，并將噪音波形信號和噪音音量信號數據傳輸給噪音處理單元；

步驟三：噪音處理單元根據兩次檢測到的噪音音頻信號進行匹配對比，并根據相同的噪音波形部分實時確定通道內的噪音音量衰減系數，并計算聲音從噪音采集單元傳輸至降噪前聲音檢測單元的遲滯時間；

步驟四：設置噪音從通道內輸出的音量大小的閾值，噪音處理單元根據步驟三中中獲得的衰減系數，調整降噪振動單元的振動幅度，并根據遲滯時間調整降噪振動單元振動的相位差；噪音處理單元將對降噪振動單元的控制信息傳輸給降噪振動單元；

步驟五：降噪振動單元根據接收到的降噪振動單元控制信息進行振動；

步驟六：反饋檢測單元檢測實時噪音音量，并將噪音音量信息傳輸給噪音處理單元；噪音處理單元根據反饋檢測單元提供的噪音音量信息調整降噪振動單元的振動幅度。

其中，噪音處理單元傳輸給降噪振動單元的控制信息還包括降噪振動單元的振動波形，振動波形與降噪振動單元所要消除的噪音波形相反。

3 主動降噪系統(tǒng)的控制方法

冰箱的主動降噪系統(tǒng)及其控制方法如圖2所示。

設噪音采集單元采集到的噪音音量為a 分貝、降噪前聲音檢測單元采集到的噪音音量為b分貝、閾值設置為d 、遲滯時間為t 、衰減系數為k、隔音板對聲音的衰減系數為l、則降噪振動單元所需降噪的振動幅度所產生的音量為x，則有：

4 試驗數據分析

本文選取長虹美菱股份有限公司某款單系統(tǒng)十字對開門冰箱一臺，冰箱處于空載運行下，環(huán)境溫度為25 ℃，冰箱上部為冷藏室，溫度范圍為2 ℃到8 ℃，下部為冷凍室，溫度范圍為-16 ℃到-24 ℃。其中一臺為不做主動降噪系統(tǒng)的設計，另外一臺為主動降噪系統(tǒng)的設計。

分別測試3種情況，分別如下所示：

1）壓縮機和風機組合運行噪聲，分如下三種運行狀態(tài)組合：①冷藏制冷，變溫不制冷，冷凍制冷；②冷藏單獨化霜，變溫和冷凍制冷；③冷藏云保濕運行，冷凍單獨制冷；

2）單獨掃頻測試壓縮機噪聲，風機全部關閉；

圖2 冰箱的主動降噪系統(tǒng)及其控制方法

3）單獨掃頻測試冷藏風機噪聲，其余風機、壓縮機全部關閉。

不做主動降噪系統(tǒng)的設計常規(guī)冰箱運行噪聲測試數據以及做主動降噪系統(tǒng)的設計冰箱運行噪聲測試數據如表格1-3所示。

下列表1-表3為不做主動降噪系統(tǒng)的設計常規(guī)冰箱運行噪聲測試數據：表1為常規(guī)壓縮機和風機組合運行噪聲測試數據；表2為常規(guī)單獨掃頻測試壓縮機噪聲測試數據；表3為常規(guī)單獨掃頻測試冷藏風機噪聲測試數據。

表1 常規(guī)壓縮機和風機組合運行噪聲測試數據

表2 常規(guī)單獨掃頻測試壓縮機噪聲測試數據

表4-表6為做主動降噪系統(tǒng)的設計冰箱運行噪聲測試數據：表4為壓縮機和風機組合運行噪聲測試數據；表5為單獨掃頻測試壓縮機噪聲測試數據；表6為單獨掃頻測試冷藏風機噪聲測試數據。

由上述表格分析可知：基于主動降噪系統(tǒng)的設計冰箱其噪音效果，在壓縮機和風機組合運行噪聲，單獨掃頻測試壓縮機噪聲，風機全部關閉以及單獨掃頻測試冷藏風機噪聲，其余風機、壓縮機全部關閉這三種情況下都有較大改善。

表3 常規(guī)單獨掃頻測試冷藏風機噪聲測試數據

表4 主動降噪系統(tǒng)的設計運行壓縮機和風機組合運行噪聲測試數據

本文通過在噪音傳播的通道中間位置和噪音的起點設置降噪前聲音檢測單元和噪音采集單元確定噪音的聲音波形、音量和實時通道內的空氣對于聲音的衰減效率，綜合通道內的空氣對于噪音的衰減效果，再通過降噪振動單元根據噪音在管道內傳播的時間延時，與噪音波形相反振動，達到中和噪音的目的，由于振動本身會向兩個方向同時產生聲波，因此為了防止降噪振動單元的衍生聲波，在通道的出口處設置隔音板和反饋檢測單元，反饋檢測單元檢測經過隔音板吸收后的噪音音量，當超出先設置好的閾值時，及時給降噪處理單元反饋信息，調整降噪振動單元的振動幅度，對降噪進行精確控制。

表5 主動降噪系統(tǒng)的設計單獨掃頻測試壓縮機噪聲測試數據

表6 主動降噪系統(tǒng)的設計單獨掃頻冷藏風機噪聲測試數據

5 總結

綜上所述，本文通過噪音采集單元和降噪前聲音檢測單元收集冰箱的噪音信息，并根據噪音信息控制降噪振動單元進行反向振動，達到對冰箱進行主動降噪的目的，通過反饋檢測單元檢測降噪效果并進行反饋，提高噪音處理單元對降噪振動單元控制的精準度。