低頻噪聲或通常50到100Hz范圍內(nèi)的低頻聲波，始終是最難吸收或操縱的。它穿透能力強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)、不易衰減，因此，對(duì)其進(jìn)行有效控制是非常難的。

人造吸聲材料或超材料的出現(xiàn)使有效的聲音衰減成為可能，但這種被動(dòng)聲學(xué)結(jié)構(gòu)在低頻范圍仍然受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制。

主動(dòng)消聲/降噪技術(shù)是通過(guò)發(fā)射與噪聲的頻譜完全相同但相位相反（即差180°）的聲波，即主動(dòng)發(fā)射響應(yīng)波來(lái)干涉和消除一定體積內(nèi)的噪聲波，對(duì)噪聲進(jìn)行干擾、中和、消除。這種技術(shù)在耳機(jī)、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

注：圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

壓電陶瓷促動(dòng)器是一種出力大、位移相對(duì)較小的執(zhí)行器，它的出力可達(dá)上萬(wàn)牛頓，位移可從幾μm至260μm以上不等。它有多種不同尺寸，外徑越大，它的出力越大；高度越高，它的位移將越長(zhǎng)。

壓電陶瓷促動(dòng)器舉例

而通過(guò)壓電陶瓷促動(dòng)器進(jìn)行低頻噪聲控制的原理，是通過(guò)壓電促動(dòng)器對(duì)噪聲空間內(nèi)的墻壁進(jìn)行振動(dòng)位移調(diào)節(jié)，如位移頻率、相位等，從而改變墻壁等表面的阻抗。當(dāng)墻壁的阻抗與空氣的阻抗相匹配時(shí)，會(huì)使得噪音被全部吸收，而當(dāng)其阻抗為零時(shí)，就會(huì)引起相位反轉(zhuǎn)，引起全反射。此外，也可以調(diào)制反射波的幅度。

要使壓電陶瓷促動(dòng)器的調(diào)諧達(dá)到效果，可以通過(guò)聲傳感器與壓電控制器形成閉環(huán)控制，聲傳感器（如麥克風(fēng)等）對(duì)噪聲進(jìn)行接收、處理，并生成相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)可以反饋至壓電控制器，壓電控制器對(duì)其進(jìn)行接收、處理后，再發(fā)送與調(diào)諧位移相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)至壓電陶瓷促動(dòng)器，壓電陶瓷促動(dòng)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的振動(dòng)位移，使得其驅(qū)動(dòng)的墻壁產(chǎn)生振動(dòng)位移，進(jìn)行調(diào)諧，達(dá)到噪聲的全吸收或全反射。

低頻噪聲一般波長(zhǎng)較長(zhǎng)，對(duì)壓電陶瓷促動(dòng)器的位移要求較大，因此就需要對(duì)壓電陶瓷促動(dòng)器的位移進(jìn)行放大。但也因它的低頻，時(shí)間延遲相比高頻要長(zhǎng)，感測(cè)噪聲的傳感器可以具有更多的處理時(shí)間，壓電陶瓷促動(dòng)器也具有更多的位移調(diào)節(jié)時(shí)間，位移振動(dòng)功率也相對(duì)更低。

壓電陶瓷促動(dòng)器的工作功率通常小于5W，可通過(guò)U^2fC進(jìn)行估算。

針對(duì)大位移的要求，可采用機(jī)械放大結(jié)構(gòu)，將壓電陶瓷促動(dòng)器的位移進(jìn)行放大，達(dá)到低頻波長(zhǎng)要求。

此外，也可直接采用壓電機(jī)構(gòu)放大促動(dòng)器對(duì)墻壁進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它的出力相對(duì)要小，但它輸出的位移更大，可長(zhǎng)達(dá)2mm。

壓電機(jī)構(gòu)放大促動(dòng)器舉例

在壓電促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，聲波反射的墻壁是主動(dòng)可調(diào)諧的。而為了將噪聲全部吸收或全部反射，就需要其具有與噪聲相同頻率和相同幅度，但相位相反。首先，要將墻壁位移的相位與噪聲波的相位重合，并鎖定，再通過(guò)壓電陶瓷促動(dòng)器對(duì)墻壁的位移進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整，以找到降噪的最佳位置。

在該過(guò)程中，墻壁的振動(dòng)調(diào)整，即表面阻抗調(diào)整，需要在噪聲到達(dá)前調(diào)整完成。電信號(hào)傳輸速率比聲信號(hào)傳播要快得多，傳感器的信號(hào)會(huì)比噪聲提前到達(dá)，這為其后續(xù)降噪提供了優(yōu)勢(shì)。此外，聲傳感器與噪聲間距離更近，也會(huì)提高傳感信號(hào)的反饋和處理速度。聲傳感器的信號(hào)要提前到達(dá)，生成所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并到達(dá)壓電陶瓷促動(dòng)器，對(duì)幅度、相位等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整壁阻抗。在多種聲源情況下，就需要針對(duì)合成音軌進(jìn)行調(diào)諧。

該噪聲消除方式是針對(duì)低頻聲音。對(duì)于高頻聲波的控制，也可采用類似方法，但也可采用被動(dòng)聲學(xué)超材料，具有很好的效果。如果針對(duì)較寬的聲波控制，可采用主動(dòng)調(diào)諧與被動(dòng)控制相結(jié)合的方式。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)壓電陶瓷促動(dòng)器的快速位移幅度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)50至100HZ低頻范圍的壁阻抗調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)全吸收或全反射的效果。對(duì)壓電陶瓷促動(dòng)器的位移進(jìn)行線性放大，以滿足低頻波長(zhǎng)的要求，實(shí)現(xiàn)壁表面阻抗調(diào)制的目的。即使較小尺寸的壁面，也將會(huì)產(chǎn)生較好的降噪效果，對(duì)低頻聲音進(jìn)行有效降噪，提供更好的室內(nèi)聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，該方法非常適用于各類場(chǎng)景的低頻降噪。

審核編輯：湯梓紅