冰箱夜間靜音模式及控制技術研究

段躍斌 張海鵬 孫敬龍 潘毅廣 丁龍輝

海信（山東）冰箱有限公司 山東青島 266071

1 引言

冰箱與很多家用電器最大的區別是它一直處于工作狀態，雖然我們可以使用減振降噪技術將運行聲音調整到很小，但冰箱始終是機器，它無法知道用戶何時休息。通過用戶反饋數據分析可知，很大一部分用戶反饋家里用的冰箱“一到晚上睡覺時就會響”，這種問題嚴重影響了用戶對冰箱產品的使用體驗。

風冷冰箱的原理是利用流動的空氣進行制冷，高溫空氣流經內置的蒸發器，與低溫蒸發器兩者直接發生熱交換，空氣的溫度降低，通過風機將冷卻的空氣吹入冰箱，風冷冰箱在這種不斷的循環方式下，降低冰箱間室的溫度。風冷冰箱化霜是利用加熱絲對蒸發器進行加熱，使翅片蒸發器上的霜層融化成化霜水排出至間室外部，這就會導致冰箱間室內溫度的上升，為了保證冰箱的保鮮性能，冰箱在化霜結束后（化霜恢復期），壓縮機、風機會以較高的轉速運行，以保證間室內溫度快速降至用戶需要的溫度。類似于化霜周期的壓縮機、風機高轉速的情況，會帶來高分貝的噪聲，這種聲音在白天不易被人們察覺，但在夜深人靜，特別是冰箱離臥室很近的情況下，冰箱工作噪聲會影響人們的休息、睡眠，引起用戶投訴[1]。

2 現有技術分析

目前冰箱壓縮機、風機轉速都是由冰箱主控板進行控制，主控板對壓縮機、風機轉速控制有兩種形式，第一種是通過感溫頭檢測環境溫度，環境溫度越高，默認冰箱需要的冷量越大，壓縮機和風機的轉速隨之越大，第二種是環境溫度和冰箱設置溫度與間室溫度差共同決定壓縮機、風機的轉速，而現有冰箱無法識別冰箱工作在白天還是夜晚，所以經常會在夜晚出現壓縮機、風機高頻運轉等情況，此種情況噪聲相對較大，與穩定運行聲音形成鮮明對比，很容易被用戶感知，帶來投訴。

針對冰箱夜間出現噪聲大的運行工況，各大冰箱公司都給出了不同的方案，方案一：顯示板設置“靜音”按鍵，用戶主動控制冰箱是否進入靜音模式[2]；方案二：光電傳感器判斷白天還是夜晚，進而控制冰箱進入“靜音”模式[3]；方案三：設置環境噪聲感測裝置，對比環境噪聲和各間室本身發出的噪聲，環境噪聲低時冰箱進入靜音模式[4]；方案四：通過用戶穿戴的智能設備判斷用戶是否處于睡眠狀態，獲取用戶睡眠信息時，冰箱進入靜音模式[5]。靜音模式下主控板強行降低壓縮機、風機轉速來降低靜音模式下的噪聲。

3 降噪技術研究

3.1 夜間噪聲機理

人耳聽到各種聲音實際上是各種聲音以空氣為媒質的機械振動引起鼓膜振動的結果[6]。聲音傳遞函數是基于一系列激勵到響應的聲振傳遞函數矩陣，激勵與響應的關系可表示如下：

式（1）中：

根據聲音折射原理，白天與夜晚聲音傳播相比，地面附近大氣溫度梯度分布使聲線彎曲，白天與夜晚彎曲方向不同，所以聲音在夜晚比白天傳得更遠，如圖1、2所示，同是夜晚背景噪聲較小，噪聲在夜晚更容易被感知。

圖1 聲線對比

圖2 聲場對比

如表1所示，以某品牌的幾個類型冰箱為例，化霜恢復期作為壓縮機、風機高速運轉的一種情況，其噪聲比穩定運行噪聲大1～6 dB，這種噪聲對比穩定運行時的冰箱出現化霜周期時的噪聲很容易被用戶感知，尤其在夜深人靜的晚上，更易影響使用者的睡眠。

表1 穩定運行與化霜恢復期噪聲對比

除化霜恢復階段噪聲比較大，如圖3所示，冰箱在化霜期的聲音突變和毛刺也很容易被用戶感知，是用戶投訴的主要問題點。

圖3 BCD-602W噪聲測試歷程曲線

3.2 靜音模式研究

針對上述問題，設計一種智能控制方式，使冰箱主動識別用戶休息時間段，進入夜間靜音模式。如圖4所示，冰箱關門操作后開始累計冰箱工作時間，當關門累計工作時間大于預設時間（根據中國人生活習慣，正常情況下晚上最后一次開關冰箱門后3～4 h開始睡覺），冰箱自動進入夜間靜音模式，其中預設時間可以通過觸屏控制板進行調整。當冰箱下一次開門時自動退出夜間靜音模式，累計工作時間清零。針對冰箱長時間未開門使用的情況，為保證化霜和其他功能部件的復位，從最后一次關門開始計算，關門時間累計滿24 h，相當于開關門操作一次，可以保證化霜等壓縮機、風機高頻運轉周期仍在白天進行。

3.3 靜音模式下的控制

夜間靜音模式不出現化霜周期以及冰箱壓縮機、風機高頻運轉的狀態，壓縮機、風機轉速相對穩定無明顯的變化，同時夜間模式不出現某些運轉噪聲大的特定模式，例如真空保壓、落冰、碎冰等，夜間靜音模式壓縮機控制方案（風機轉速與壓縮機檔位一一對應，現以壓縮機轉速控制為例）如圖5所示，以某型號為例進行說明。

圖4 冰箱夜間靜音模式進入和退出流程

圖5 夜間靜音模式壓縮機轉速控制

壓縮機使用檔位及轉速參考表2，冰箱進入夜間靜音模式后，壓縮機以3檔2400 r/min（夜間靜音模式壓縮機穩定運行轉速）運行，當間室溫度達到停機溫度時壓縮機停機，完成一個制冷周期，若壓縮機以3檔連續運行60 min未停機，則檢測間室內溫度與設置溫度差值，分兩種情況，第一種情況，測間室內溫度與設置溫度差值大于等于所設定的溫度閾值（3℃），則壓縮機切換為4檔運行，直至間室溫度達到停機溫度壓縮機停機；第二種情況，測間室內溫度與設置溫度差值小于所設定的溫度閾值（3℃），壓縮機維持3檔運行，當間室溫度達到停機溫度時壓縮機停機，當壓縮機維持3檔連續運行60 min不停機，則直接切換為4檔運行，直至間室溫度達到停機溫度，壓縮機停機。

表2 壓縮機檔位對應

夜間靜音模式壓縮機穩定運行轉速選取原則：

（1）根據整機掃頻結果，如圖6所示，選取遠離共振帶的轉速；

（2）壓縮機噪聲與冷量相對表現都比較好的轉速（效率相對較高的轉速）；

（3）考慮壓縮機上油轉速，為保證噪聲的穩定，上油轉速作為靜音模式轉速的首選，即壓縮機啟動上油后轉速不發生變化。

圖6 壓縮機掃頻曲線

4 結論

經驗證設計方案的主要特點如下：

（1）冰箱根據用戶使用情況自主識別白天和黑夜，自動進入和退出夜間靜音模式，避免用戶休息的夜晚冰箱出現噪聲大的情況；

（2）冰箱進入夜間靜音模式后，冰箱壓縮機、風機以效率最高的中低轉速運行，避免出現噪聲較大運行情況，同時減少壓縮機、風機轉速的變化，避免噪聲突變被用戶感知；

（3）冰箱開任意門使用，即默認為是白天，相對噪聲較大的工作模式在白天進行；

（4）為了避免用戶長時間不開門，影響冰箱的性能，記錄關門冰箱累計工作時間，每滿24 h計入一次開關門操作，保證默認的開關門操作也為白天。

進入夜間靜音模式的方法是根據中國人的生活習慣（夜晚用戶睡覺的情況下不會對冰箱進行操作）以及使用冰箱情況、作息時間，將冰箱的工作周期分為白天和夜晚，而冰箱識別的白天和夜晚是相對的，白天冰箱門開關次數少也可能會進入夜間靜音模式。夜間靜音模式噪聲有明顯的減小，工作狀態下噪聲穩定，無較大的波動出現。