噪聲控制技術(shù)在洗碗機中的應(yīng)用

丈/佛山市順德區(qū)美的洗滌電器制造有限公司熊好平黃龍春

1 引言

隨著人民生活水平的提高，環(huán)保意識的增強，消費者對家電產(chǎn)品的低噪聲要求也日漸提高，國家及家電相關(guān)行業(yè)也對此進(jìn)行了相應(yīng)要求。在洗碗機新的A+行標(biāo)中，噪聲作為其中一個重要性能指標(biāo)，也有了具體的限值要求。本文通過理論介紹，結(jié)合實際中降噪技術(shù)在洗碗機上的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為今后改善和降低洗碗機工作噪聲，滿足消費者對產(chǎn)品高性能高品質(zhì)的需求，提供了一些參考。

2 常叩降噪技術(shù)

被動控制和主動控制是最常用的降噪技術(shù)，所謂被動控制是指：在噪聲控制過程中，除噪聲源外沒有其他外加能量輸入的控制方法。傳統(tǒng)的吸聲、隔聲、消聲及隔振等均屬噪聲被動控制。家電及民用產(chǎn)品主要使用被動降噪技術(shù)，本文也主要探討被動降噪技術(shù)的應(yīng)用。

如果在噪聲控制過程中，在噪聲源以外，人為加入能量（次級聲源或次級力源等）來控制噪聲的方法稱為噪聲主動控制。

2.1 吸聲降噪

(1)吸聲材料降噪

噪聲控制工程中常用的吸聲材料都是多孔材料，如礦渣棉、石棉、玻璃棉、毛氈、木絲板等，這些材料表面富有細(xì)孔，孔和孔之間互相聯(lián)通，并深入到材料內(nèi)層，聲波容易順利地透入。當(dāng)聲波迸入材料孔隙時,引起孔隙中的空氣和材料的細(xì)小纖維波動，由于摩檫和粘滯阻尼作用，聲能變?yōu)闊崮芏纳⒌簟?/p>

多孔吸聲材料的吸聲特性隨聲的頻率變化而變化。低頻時，由于孔隙中的空氣在單位時間內(nèi)的振動次數(shù)少，對聲波的衰減作用不大，故吸聲系數(shù)很低。隨著頻率的提高，吸聲系數(shù)逐漸增大，達(dá)到某一值后,增加不再明顯。

同一種多孔吸聲材料在實際使用中增加吸聲材料的厚度，可以提高低、中頻的吸聲效果，但厚度增加到一定程度后，效果就變得不明顯了。

在實際使用中，溫度、濕度和氣流等環(huán)境條.件對吸聲材料的吸聲性能也有一定影響。溫度增高，吸聲峰值向高頻移動。使用時不要超過材料的溫度使用范圍，否則材料會被破壞，失去吸聲作用。當(dāng)吸聲材料吸水受潮時，會引起材料變質(zhì)，使材料中的間隙和小孔被水堵塞，使孔隙率減小，從而影響吸聲性能。氣流則會使材料纖維飛散，還會引起聲波長變化，使吸聲峰值向高或低移動，呈現(xiàn)特性不穩(wěn)定的情況。

同一種多孔吸聲材料的密度對吸聲系數(shù)有—定影響，這是因為它直接與流阻有關(guān)。一般來講，吸聲材料的密度增加，低頻吸聲效果增加，高頻吸聲效果下降。因此，對吸聲材料的密度必須合理地選擇，以求最佳的吸聲效果。

(2)吸聲結(jié)構(gòu)降噪

吸聲結(jié)構(gòu)降噪包括薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)等。

穿孔板的穿孔直徑減小到1mm以下，則可增加吸聲系數(shù)，拓寬吸聲頻帶。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)通常指板厚小于1mm的薄板上穿以孔徑小于1mm的微孔，穿孔率在丨% 5%，板后面留有5 20mm厚度空氣層的吸聲結(jié)構(gòu)。

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)可以在氣流、溫度、濕度大幅度變化的環(huán)境中應(yīng)用，其吸聲頻帶寬度可以達(dá)到6 K)個1/3倍頻程。

基于能量的吸聲系數(shù).?

式中氐是入射能量，Ea是吸收能量，I?是反射系數(shù)。

實際吸聲量：

2.2 隔聲結(jié)構(gòu)降噪

常見隔聲結(jié)構(gòu)有單層隔聲結(jié)構(gòu)和雙層隔聲結(jié)構(gòu)等多種形式，衡量隔聲效果的兩個重要指標(biāo)是聲強透射系數(shù)（簡稱透射系數(shù)）和隔聲量。

透射系統(tǒng):

隔聲量：

(1)單層壁的隔聲

隔聲的“質(zhì)量定律”：

若聲波以角度入射到壁面上而其他條件不變，則隔聲量為：

若聲波無規(guī)入射到壁面上，則隔聲量為：

(2)雙層隔聲結(jié)構(gòu)

雙層壁隔聲機理：聲波激發(fā)起第一層壁振動時，這種振動先傳給空氣層，再傳給第二層壁，然后再向另一側(cè)輻射聲能。由于空氣層的彈性變形具有緩沖減振作用，使得傳給第二層壁的振動大為減弱，從而提高了總的隔聲量。

但雙層隔聲結(jié)構(gòu)間的空氣會作為彈簧與隔聲壁質(zhì)量發(fā)生共振，影響隔聲效果，其共振頻率可以寫為：

入射波頻率低于共振頻率時雙層壁的隔聲量：

入纖頻率高于類頻率時雙鍾的隔聲量：

通常雙層壁之間空氣層厚度增加，隔聲量增加，但空氣層厚度超過10cm后，隔聲量就幾乎不再增加，故實用上一般取空氣層厚度為8~10cm

雙層壁隔聲也存在同單層壁一樣的吻合效應(yīng)，若兩壁為厚度相同的同種材料時，其吻合臨界頻率與單層壁相同，可使隔聲量明顯下降。若兩壁采用不同材料或設(shè)計成不同厚度時，可便兩個單層壁的臨界頻率互相錯幵，從而避免出現(xiàn)隔聲量低谷過深的吻合效應(yīng)區(qū)域。

在雙層壁的中間空氣層填入適量的吸聲材料，可以消除共振及吻合效應(yīng)對隔聲效果的影響，一般在壁的中間空氣層填充一些內(nèi)阻較大的材料，如玻璃棉、礦植棉等，這樣會吸收聲能，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的隔聲效果,可以提高結(jié)構(gòu)隔聲量。

2.3 阻尼減振降噪

自由阻尼（見圖1)處理：拉壓變形耗散振動能量。

約束阻尼(見圖2)處理：剪切變形耗散振動能量。

自由阻尼處理的理論分析與設(shè)計（見圖3)。

以上是常用的被動降噪方法，在家電產(chǎn)品及洗碗機降噪處理中有較多的應(yīng)用。

3 降嗓技術(shù)在洗婉機十的應(yīng)ffl

根據(jù)對前述噪聲控制技術(shù)的分析，我們采用阻尼減振降噪以應(yīng)對低頻噪聲；采用吸音棉吸聲降噪以應(yīng)對中高頻噪聲；釆用隔音降噪技術(shù)以應(yīng)對全頻噪聲。通過多種噪聲控制技術(shù)并用的方式，有針對性地根據(jù)降噪前的測試分析進(jìn)行降噪處理,達(dá)成實際降噪效果。

降噪處理前的洗碗機頻程與頻譜分析：

從圖4-圖7圖譜可看到,通過一系列的降噪措施后,從時間歷程上看，在整個洗碗機工作過程，洗碗機整體噪聲己有大幅下降；從頻譜上看，從低頻到高頻，各頻段上的洗碗機的噪聲都有所下降，己不再是全頻段均處于較高幅值的狀態(tài)，說明針對各頻段所釆取的降噪措施己發(fā)揮作用。

4 結(jié)論

經(jīng)過上面的理論分析和計算以及與試驗數(shù)據(jù)的對比分析，我們可得到一些結(jié)論：

(1)噪聲控制技術(shù)在實際噪聲控制中是有效的，具有實際指導(dǎo)意義；

(2)通過一系列的降噪措施后，對洗碗機整體噪聲得到有效控制，噪聲大幅下降，不管是從歷程還是從頻譜上看，在各時間段、各頻段上的洗碗機的噪聲均已有所下降，說明針對各頻段所釆取的降噪措施已發(fā)揮作用。

在本研宄過程中，還有很多的細(xì)微方面由于時間關(guān)系以及條件限制，尚不能進(jìn)行更深入的探索和討論，比如當(dāng)達(dá)到一定的低噪狀態(tài)后，細(xì)小的因素就成為顯著因素,這時候的噪聲控制就不能簡單的用被動降噪控制技術(shù)，而需要采用主動降噪與被動降噪相結(jié)合的手段。另外，如何有效降噪以及如何降低降噪成本，在適當(dāng)降低產(chǎn)品工作噪音時如何提高和改善其噪聲品質(zhì)，值得在今后進(jìn)一步研宄。>r

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