模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲的實(shí)驗(yàn)研究

張亞虎 方忠誠 任偉

（美的集團(tuán)冰箱事業(yè)部技術(shù)研發(fā)中心 安徽合肥 230601）

模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲的實(shí)驗(yàn)研究

張亞虎 方忠誠 任偉

（美的集團(tuán)冰箱事業(yè)部技術(shù)研發(fā)中心 安徽合肥 230601）

嵌入式冰箱區(qū)別于傳統(tǒng)冰箱，對(duì)噪聲的要求，只限于冰箱前點(diǎn)噪聲。本文首先從理論上，分析了嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲聲場(chǎng)的分布，隨后通過現(xiàn)有某型傳統(tǒng)式冰箱，運(yùn)用制作的嵌入式工裝櫥柜，模擬嵌入式冰箱，在半消聲室內(nèi)測(cè)量其前點(diǎn)噪聲，并與該冰箱在非工裝狀態(tài)下的前點(diǎn)噪聲進(jìn)行對(duì)比，最后得出：嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲較傳統(tǒng)冰箱，聲壓值升高，但聲壓歷程體感波動(dòng)值下降，且頻譜分布也較傳統(tǒng)冰箱有一定的變化。

嵌入式冰箱；前點(diǎn)噪聲；聲場(chǎng)；體感波動(dòng)

1 引言

嵌入式冰箱較傳統(tǒng)冰箱有很大不同，傳統(tǒng)冰箱一般放置于廚房或客廳角落靠墻處，冰箱噪聲一般從前、左、右、頂部四個(gè)面向空氣傳播，而嵌入式冰箱則是直接嵌入到整體櫥柜，噪聲僅僅從冰箱前端一個(gè)面向空氣傳播，如圖1所示。

隨著嵌入式冰箱的普及，現(xiàn)有的傳統(tǒng)冰箱噪聲測(cè)試方法已不能滿足嵌入式冰箱噪聲的測(cè)試要求，而且嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲的傳播機(jī)理，與現(xiàn)有傳統(tǒng)冰箱有著很大的不同。而冰箱前點(diǎn)噪聲直接影響消費(fèi)者的主觀感受，因此降低冰箱前點(diǎn)噪聲可起到明顯的改善效果。

基于此，本文對(duì)嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲的傳播機(jī)理進(jìn)行了理論分析，并運(yùn)用工裝模擬嵌入式冰箱，分析比較傳統(tǒng)冰箱前點(diǎn)噪聲的不同，以期找出兩者的差異，為降低冰箱前點(diǎn)噪聲尋求合理的技術(shù)方案。

2 嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲傳播機(jī)理

2.1 冰箱前點(diǎn)噪聲源

冰箱噪聲源一般來說，主要為三類，分別為壓縮機(jī)噪聲、制冷管路振動(dòng)噪聲、制冷系統(tǒng)噪聲[1]。另外，隨著風(fēng)冷冰箱的大量普及，風(fēng)道及風(fēng)機(jī)噪聲也已成為冰箱的主要噪聲源之一。

圖1 嵌入式冰箱

圖2 模擬嵌入式冰箱工裝

圖3 冰箱前點(diǎn)聲壓歷程曲線

圖4 冰箱前點(diǎn)聲壓頻譜

圖5 模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲測(cè)試裝置

圖6 模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)聲壓歷程曲線

壓縮機(jī)作為冰箱的核心部件，也是主要的噪聲源，其噪聲主要來源于壓機(jī)進(jìn)排氣噪聲、電機(jī)電磁聲以及機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)聲等，這些噪聲通過冰箱底部與地面的間隙直接傳遞到冰箱前點(diǎn)，對(duì)冰箱前點(diǎn)噪聲的貢獻(xiàn)量最大。對(duì)壓縮機(jī)噪聲的改善，一般著眼于壓縮機(jī)本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及安裝方式的優(yōu)化。

制冷管路振動(dòng)噪聲主要是由于壓機(jī)進(jìn)排氣管振動(dòng)帶動(dòng)相關(guān)振動(dòng)引發(fā)噪聲，一般針對(duì)這類噪聲通常加減振塊以及管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。

風(fēng)道噪聲來源于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)扇噪聲通過風(fēng)道內(nèi)的空氣以及減振機(jī)構(gòu)傳遞給箱體進(jìn)而傳播到冰箱前點(diǎn)，對(duì)冰箱前點(diǎn)噪聲有較大影響。

2.2 冰箱前點(diǎn)噪聲傳播機(jī)理

聲波在傳播路徑上常會(huì)遇到各種各樣的障礙物，從而使聲波從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)，因此如果在聲波傳播路徑上放置一塊擋板，則一部分聲波反射回來，同時(shí)也有一部分聲波會(huì)透射過去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擋板的隔音及反射功能。

嵌入式冰箱由于直接嵌入到整體櫥柜，冰箱左、右、頂、后四個(gè)面均由櫥柜面板遮擋，聲波在櫥柜的狹小空間內(nèi)完成一系列的反射，最終聲波通過疊加，由冰箱前端向空氣傳播，影響冰箱前點(diǎn)噪聲。

設(shè)空氣媒質(zhì)和櫥柜面板的特性阻抗分別為R1=ρ1c1和R2=ρ2c2，根據(jù)聲波的基本性質(zhì)，可以得出在面板分界面上反射聲波聲壓P2與入射波聲壓P1之比rp：

聲波完成反射后，各個(gè)反射面的聲波進(jìn)行疊加。現(xiàn)以兩列波的疊加為例，然后再推廣到多列波的情況。設(shè)兩列波聲壓分別為P3和P4，其合成聲場(chǎng)的聲壓設(shè)為P，且合成聲場(chǎng)P滿足波動(dòng)方程[2]，即：

另一方面，聲壓P3及P4也滿足聲波方程，即：

其中，c0表示聲波在空氣媒質(zhì)中的傳播速度。

將上兩式疊加，可以得到：

這里，考慮到聲學(xué)邊界條件是線性的，所以可以得到：

可以看出，兩列聲波合成聲場(chǎng)的聲壓等于每列聲波的聲壓之和。這就是聲波的疊加原理。由此，嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲的聲壓可以歸結(jié)為，各個(gè)反射面的反射聲波疊加，最終向冰箱前端傳播，形成冰箱前點(diǎn)聲場(chǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為有效探究嵌入式冰箱與傳統(tǒng)式冰箱前點(diǎn)噪聲的不同特性，制作了一套可以調(diào)節(jié)間距的模擬嵌入式冰箱工裝，如圖2所示。

首先將某型冰箱置于背景噪聲為18dB的半消聲室內(nèi)，不安裝該模擬工裝，直接將傳聲器探頭布于距冰箱前端水平1m，高度1m處，待冰箱運(yùn)行平穩(wěn)后，采集冰箱運(yùn)行3分鐘的聲壓歷程曲線，如圖3所示。

圖7 模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)聲壓頻譜

由圖3得出，前點(diǎn)聲壓在26～29.1dB波動(dòng)，體感波動(dòng)值為3.1dB，經(jīng)平均處理，這段時(shí)間內(nèi)冰箱前點(diǎn)平均聲壓級(jí)為26.8dB。隨后導(dǎo)出此時(shí)冰箱前點(diǎn)的聲壓頻譜圖，如圖4所示。

由圖4可以看出，冰箱前點(diǎn)聲壓優(yōu)勢(shì)頻帶集中在50Hz、100Hz、630Hz、800Hz，可以看出，前點(diǎn)噪聲主要為壓縮機(jī)噪聲、風(fēng)道噪聲以及部分管路振動(dòng)噪聲等。

隨后將該冰箱安裝模擬嵌入式冰箱工裝，如圖5所示，測(cè)點(diǎn)距冰箱前端1m，高度1m處，調(diào)節(jié)左右面板，使冰箱距面板距離均為5cm。待冰箱運(yùn)行平穩(wěn)后，再次采集3分鐘的前點(diǎn)噪聲聲壓歷程數(shù)據(jù)，如圖6所示，頻譜如圖7所示。

由圖6得出，模擬嵌入式冰箱前點(diǎn)聲壓波動(dòng)范圍在27.02～28.1dB，波動(dòng)值為1dB，較傳統(tǒng)式冰箱前點(diǎn)波動(dòng)值3.1dB下降近2dB，將這段時(shí)間的聲壓作平均，得出該段時(shí)間聲壓歷程的平均聲壓級(jí)為27.9dB，較傳統(tǒng)式冰箱前點(diǎn)噪聲值升高了1.1dB。

由圖7聲壓頻譜圖相比圖4傳統(tǒng)式冰箱前點(diǎn)聲壓頻譜，可以看出，前點(diǎn)聲壓頻帶100Hz、630Hz處聲壓值下降明顯，而在160～500Hz頻帶內(nèi)的聲壓明顯上升。

綜上可以得出，嵌入式冰箱由于嵌入到櫥柜中，除前端外，其余各面均發(fā)生聲波反射作用，各個(gè)反射聲波疊加合成后，使得前點(diǎn)噪聲值升高，但聲壓波動(dòng)值減小，而頻譜隨著反射聲波的疊加合成而改變，各個(gè)頻帶處的聲能量得到重新分布。的實(shí)驗(yàn)研究，即制作嵌入式模擬工裝，比較同一個(gè)冰箱在安裝工裝前后，冰箱前點(diǎn)噪聲值及頻譜的變化。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，安裝模擬嵌入式工裝后，冰箱前點(diǎn)噪聲值較之前下降，但聲壓波動(dòng)值明顯下降，且聲能量在聲壓頻帶上的分布更均勻。

由此可以看出，嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲較傳統(tǒng)冰箱大，而隨著嵌入式冰箱的普及，降低其前點(diǎn)噪聲的緊迫性相比之前傳統(tǒng)式冰箱更為強(qiáng)烈。而降低嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲，通常有以下兩種方案：

（1）從冰箱本身降噪

通過優(yōu)化冰箱零部件結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的降噪方法，最大限度地降低冰箱自身噪聲，這與傳統(tǒng)冰箱降噪方法一致。

（2）從嵌入式櫥柜入手

隨著冰箱降噪水平的不斷提高，冰箱噪聲已降到極致，如果仍從冰箱本身降噪，成本不僅升高較大，降噪效果也不明顯。因此可以從嵌入式櫥柜角度考慮降噪，即充分利用櫥柜的吸聲、隔聲特性，以及櫥柜壁板距離冰箱的間距等。這也是我們以后研究嵌入式冰箱降噪的一個(gè)主要方向。

4 結(jié)論

本文針對(duì)嵌入式冰箱前點(diǎn)噪聲進(jìn)行了相關(guān)

[1] 沈海波. 降低冰箱噪音實(shí)驗(yàn)研究[J]. 制冷. 2002,8(5):15-19

[2] 杜功煥. 聲學(xué)基礎(chǔ)[M]. 南京大學(xué)出版社. 2001

Experimental research on the front noise of imitated inbuilt refrigerator

ZHANG Yahu FANG Zhongcheng REN Wei
(Refrigerator Division, Midea Refrigeration Group Hefei 230601)

The inbuilt refrigerator is different from traditional one, whose requirement to noise is only in front of the refrigerator noise. This paper, from the theory, gives analysis of the distribution of inbuilt refrigerator noise field. And then, through a certain type of traditional refrigerator, use embedded industry production installed cabinet, simulate inbuilt refrigerator, measure the front noise of the refrigerator in a semi-anechoic room to compare the front noise of traditional refrigerator without the cabinet. Finally, compared to the traditional refrigerator, the front noise of the inbuilt refrigerator, pressure increases, but the pressure range values decrease, and the spectral distribution also has some changes.

Inbuilt refrigerator; The front noise; Noise field; Pressure range