家用空调压缩机噪音控制基础

1、家用空调压缩机噪音控制基础 李玉斌 , 罗献中 (三菱电机 (广州 压缩机有限公司 , 广州市 510730摘 要 :首先介绍了噪音控制与测试的一些基本概念 , 然后对于空调压缩机的噪音与音源进行了初 步分析 , 为以后的噪音分类对策奠定基础 。关键词 :空调压缩机 ; 噪音 ; 消音REMARK ON THE NOISE AN D NOISE REDUCTION OF COMPRESSORUSED IN ROOM AIR -Abstract :First s ome basic conceptions on noise control are noise and its res ource

2、of com press or -to noise control is setK ey Words or ; ; Noise Reduction1 前言滚动活塞式压缩机 , 俗称旋转式压缩机 , 在家用空调压缩机市场上占据着绝对多数的份额 。 随着行业内各厂家纷纷扩能增产 , 家用空调压缩机市场在短短几年内迅速从供不应求转化为供大于求 。 为了应对当前激烈的市场竞争 , 除了降低成本 , 提高品质也是一个有效手段 。 家用空调压缩机的品质指标有很多 , 但首当其冲的 , 除了 C OP , 恐怕就是噪音了 。为了有效地开展噪音控制工作 , 具备相关的基础知识是必不可少的 。在此背景下 , 本

3、文对家用空调压缩机的噪音控制做了基础性的介绍与分析 。2 噪音控制的基本概念2. 1 人耳能感觉的声音频率范围为 :2020000H z人耳刚能听到的声压 (有效声压 称为听阈声压 , 大约是 2×10-5N/m 2。人耳开始产生疼痛感觉的声压 (有效声压 称为痛阈声压 , 大约是 20N/m 2。2. 2 由于从听阈声压到痛阈声压相差一百万倍(106 , 直接用声压表示声音强弱很不方便 , 故采用一个对数量 级来表示 。 即用声压级 Lp (又称 SP L 来表示 , 其单位规定为分贝 (dB 声压级 Lp 规定为 :Lp =10lg ( P 0 2=20lgP 0 (dB 式中

4、:P0=2×10-5N/m 2, 为基准声压 。2. 3 声强是指在垂直于声波传播方向上 , 单位时间 内通过单位面积的声能 , 用 I 表示 , 单位是 :W/m 2在自由声场中 , 声强与声压的关系为 :I =2×c:介质的密度c :介质中的声速c :称为传播声波的介质的特性阻抗为表示方便 , 也采用一个对数量 声强级 L I (I L 来度量声强 。L I =10lgI 0 (dB 式中 I 0=10-12W/m 2, 为基准声强 , 故 L I =10lg I +120 (dB 根据前述内容 , 可以很容易证明 , 同一声源的声 压级与声强级在数值上相等 。2. 4

5、 声功率是声源在单位时间内辐射出来的总能 量 , 用 W 表示 。W = S IndSS 为包围声源的封闭面 , In 为声强在微元面积 dS 法线方向上的分量 。(1 在自由声场中 , 一个无指向性的点声源作 球面辐射 , 此时 3 2 日用电器 电机电器技术 2003年第 3期W = S IndS =In 球 dS =In ×S 球 =4r 2×In =4r 22×cr 为球面半径 ,S 球 为球面表面积(2 如果声源在开阔空间的地面上 , 声波只向 半球面辐射 , 则W =2r 2×I 半球 =2r 22×c声功率的大小也用声功率级 L

6、W (PW L 表示L W =10lgW 0=10lg W +120 (dB 式中 W 0=10-12(w , 为基准声功率2. 5 声压级与声功率级的关系L W =L P +S :L P :在以声源为中心 , 以 r 为半径的球面上 , 若 干点的声压级平均值(1 自由场中 , 声源以球面波辐射时 ,L W =L P +10lg 4r 2=L P +20lg r +11 (dB (2 半自由场中L W =L P +10lg 2r 2=L P +20lg r +8 (dB 注 :因为 W =I S故 L W =10lg (I S +120=10lg S + 10lg I +120=10lg S

7、 +L I =Lp +10lg S2. 6 声级的平均L 均 =10lg n 10L10+10L10+ +10 L 10当声源中最大与最小的声级相差小于 5dB 时 , 可近似采用算术平均值 :L 均 = n n i =1 L i3 噪音的主观评价与测试分析与其他物理量不同 , 噪音评价考虑的是客观声 源的声波与人耳的作用关系 , 因而不可避免地将引 入人的主观感觉因素 , 称之为噪音的主观评价 。实 验表明 , 相同声压级而频率不同的声波 , 人耳对应的 感觉不同 , 对高频声波的感觉要强一些 。由此建立 了响度与响度级的概念 。 1936年在巴黎举行的国 际会议上 , 规定以 1000H

8、z 的纯音为基准 , 凡是听起 来同该纯音一样响的声音 , 其响度级就等于该纯音 的声压级 , 其单位是方 (phon 。响度反映的是人耳 对声响感觉的强弱程度 , 是对声音的声压与频率的 综合评价 , 其单位是宋 (s one 。一般是先测出声音的响度级 , 再由响度级算出 响度 。 两者的关系如下 :S =210S 为响度 ,L 为响度级由上式可以看出 , 10方 , 响度增 加 倍 。A 、 B 、 C 三种计权 。 A 计权模拟人耳对 40方纯音的响应 , 对中低频 信号进行了衰减 , 对低频衰减最大 。B 计权模拟人耳对 70方纯音的响应 , 对低频信 号进行了衰减 , 但衰减量低于

9、 A 计权 。C 计权模拟人耳对 100方纯音的响应 , 在整个 声频范围几乎无衰减 , 只在最高和最低端略有衰减 。 一般情况下普遍使用 A 计权声级 , 记做 dB (A , 作为于噪声的评价参数 , 中国 G B 规定为声功率级 , 日本 J IS 规定为声压级 。对于噪声的频谱分析 , 常用的有 FFT 分析法和 CP B 分析法 。(1 FFT 是 Fast F ourier Trans form 的缩写 , 译称 快速傅立叶变换 , FFT 分析法采用的是线性数字滤 波器 , FFT 分析仪对噪音频谱有着很高的解析度 。 (2 CP B 是 C onstant Percentage

10、 Bandwith 的缩写 , 译称定比带宽 , 采用 CP B 分析的方法通常称为 1/N 倍频程分析法 (1/N OCT AVE 。它是将宽广的声频 范围划分为若干较小的频段 , 每个频段的上限频率 值记为 f H , 下限频率值记为 f L ,f H -f L 称为频段带宽 。 f H 和 f L 的关系规定为 :f L=2NN =1时称为倍频程 ,N =1/2时称为 1/2倍频 程 ,N =1/3时称为 1/3倍频程 。频带的中心频率规定为上下限频率值的几何平 均值 , 即f 中心 =H ×f L42 2003年第 3期 电机电器技术 日用电器4 家用空调压缩机的构造与噪音分

11、析图 1 压缩机剖面图图 1为典型的家用空调滚动活塞式压缩机的剖 面图 。在压缩机的主壳体内 , 固接着电机和压缩机的 机械组件 , 我们将此机械组件统称为机芯 。电机通 过热套的方法固定于主壳体上部 , 压缩机通过三点 焊的方法固定于主壳体下部 。 机芯中的曲轴与电机 的转子热套 , 驱动活塞高速滚动 , 完成压缩机的工作 行程 。 下壳体外连一圆筒形部件 , 称为吸气消声器 , 又称储液器 。 图 1中的黑色箭头表示制冷剂气体流 动的方向 。压缩机的噪音可分为机械噪音 、 电磁噪音和气 体动力性噪音 , 它们分别简称为机械音 、 电磁音和流 体音。 这三种噪音在噪音频谱图上可以说绝大部分

12、相互重叠 , 基本上不可能只根据某个噪音的频率值就 断定其属于哪一类噪音。 尽管如此 , 对于家用空调用 压缩机 , 仍可认为 , 在 50500H z 频段 , 以电磁音为主 要成分 ; 在 5004000H z 频段 , 以流体音为主要成分 ; 在 4000H z 以上的频段 , 以机械音为主要成分。在有必要对压缩机噪音种类作出区别标示的情 况下 , 有以下方法可供参考 :(1 与转子回转频率相关的 , 频率为 P的噪音是流体音或机械音的可能性最大 ; 与电源频率 相关的 , 频率为 n f 的噪音是电磁音的可能性最大 。上式中 :f为电源频率 ,s 为转差率 ,P 为电机极 对数 ,n

13、为谐波次数 1、 2、 3、 。(2 将压缩机的电源电压在一定范围内 (比如±10% 进行调节改变 , 同时记录压缩机噪音声级的 变化 。 随着电压变化而变化的噪音是电磁音的可能 性最大 。(3 由于 R12与 R22的热物理性质不同 , 在通 常的测试条件下 (CT:52 /, 各自对应音速 。 , :133m/s 。, , 记录压缩机噪音声级的变 。 有相应变化的噪音是流体音的可能性最大 。无论是机械音 、 电磁音还是流体音 , 它们都是由 压缩机内部的某类加振力产生相应类别的振动和噪 音 , 通过各种介质传导至压缩机壳体 , 再从壳体发射到外部环境 。 图 2给出了一个噪音发生机构与传播 途径图