冰箱夜間靜音模式及控制技術(shù)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(qū)別是它一直處于工作狀態(tài)，雖然我們可以使用減振降噪技術(shù)將運行聲音調(diào)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(jīng)內(nèi)置的蒸發(fā)器，與低溫蒸發(fā)器兩者直接發(fā)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(huán)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(fā)器進行加熱，使翅片蒸發(fā)器上的霜層融化成化霜水排出至間室外部，這就會導(dǎo)致冰箱間室內(nèi)溫度的上升，為了保證冰箱的保鮮性能，冰箱在化霜結(jié)束后（化霜恢復(fù)期），壓縮機、風機會以較高的轉(zhuǎn)速運行，以保證間室內(nèi)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(zhuǎn)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(xiàn)有技術(shù)分析

目前冰箱壓縮機、風機轉(zhuǎn)速都是由冰箱主控板進行控制，主控板對壓縮機、風機轉(zhuǎn)速控制有兩種形式，第一種是通過感溫頭檢測環(huán)境溫度，環(huán)境溫度越高，默認冰箱需要的冷量越大，壓縮機和風機的轉(zhuǎn)速隨之越大，第二種是環(huán)境溫度和冰箱設(shè)置溫度與間室溫度差共同決定壓縮機、風機的轉(zhuǎn)速，而現(xiàn)有冰箱無法識別冰箱工作在白天還是夜晚，所以經(jīng)常會在夜晚出現(xiàn)壓縮機、風機高頻運轉(zhuǎn)等情況，此種情況噪聲相對較大，與穩(wěn)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(xiàn)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(shè)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(shè)置環(huán)境噪聲感測裝置，對比環(huán)境噪聲和各間室本身發(fā)出的噪聲，環(huán)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(shè)備判斷用戶是否處于睡眠狀態(tài)，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(zhuǎn)速來降低靜音模式下的噪聲。

3 降噪技術(shù)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(zhì)的機械振動引起鼓膜振動的結(jié)果[6]。聲音傳遞函數(shù)是基于一系列激勵到響應(yīng)的聲振傳遞函數(shù)矩陣，激勵與響應(yīng)的關(guān)系可表示如下：

式（1）中：

根據(jù)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(fù)期作為壓縮機、風機高速運轉(zhuǎn)的一種情況，其噪聲比穩(wěn)定運行噪聲大1～6 dB，這種噪聲對比穩(wěn)定運行時的冰箱出現(xiàn)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(wěn)定運行與化霜恢復(fù)期噪聲對比

除化霜恢復(fù)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(shè)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(guān)門操作后開始累計冰箱工作時間，當關(guān)門累計工作時間大于預(yù)設(shè)時間（根據(jù)中國人生活習(xí)慣，正常情況下晚上最后一次開關(guān)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(yù)設(shè)時間可以通過觸屏控制板進行調(diào)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(fù)位，從最后一次關(guān)門開始計算，關(guān)門時間累計滿24 h，相當于開關(guān)門操作一次，可以保證化霜等壓縮機、風機高頻運轉(zhuǎn)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(xiàn)化霜周期以及冰箱壓縮機、風機高頻運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，壓縮機、風機轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定無明顯的變化，同時夜間模式不出現(xiàn)某些運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速與壓縮機檔位一一對應(yīng)，現(xiàn)以壓縮機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速控制

壓縮機使用檔位及轉(zhuǎn)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(wěn)定運行轉(zhuǎn)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(xù)運行60 min未停機，則檢測間室內(nèi)溫度與設(shè)置溫度差值，分兩種情況，第一種情況，測間室內(nèi)溫度與設(shè)置溫度差值大于等于所設(shè)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(nèi)溫度與設(shè)置溫度差值小于所設(shè)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(xù)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(yīng)

夜間靜音模式壓縮機穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速選取原則：

（1）根據(jù)整機掃頻結(jié)果，如圖6所示，選取遠離共振帶的轉(zhuǎn)速；

（2）壓縮機噪聲與冷量相對表現(xiàn)都比較好的轉(zhuǎn)速（效率相對較高的轉(zhuǎn)速）；

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

圖6 壓縮機掃頻曲線

4 結(jié)論

經(jīng)驗證設(shè)計方案的主要特點如下：

（1）冰箱根據(jù)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(xiàn)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(zhuǎn)速運行，避免出現(xiàn)噪聲較大運行情況，同時減少壓縮機、風機轉(zhuǎn)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(guān)門冰箱累計工作時間，每滿24 h計入一次開關(guān)門操作，保證默認的開關(guān)門操作也為白天。

進入夜間靜音模式的方法是根據(jù)中國人的生活習(xí)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(guān)次數(shù)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(tài)下噪聲穩(wěn)定，無較大的波動出現(xiàn)。