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Analysis and improvement of beat frequency noise in air conditioning
outdoor unit
孙义祥张丹伟王伟戈郝玉密
SUN Yixiang ZHANG Dan w e i WANG Weige HAO Yumi
海信家电集团股份有限公司广东佛山528305
Hisense Home Appliances Group Co..Ltd.Foshan528305
摘要__________________________________________________________________________
空调室外机的拍频声听感上表现为声音不连续，周期性忽大忽小，严重影响用户体验。为
了降低拍频声，在频谱分析的基础上，发现该拍频声的来源是压缩机4倍频电磁激励和4
倍频转动激励产生。进一步的模态测试表明，储液器的固有频率与电磁激励的4倍频比较 接近，导致储液器明显放大了该振动。将储液器与压缩机的连接方式由卡箍连接改为焊
接，使储液器固有频率避开电磁激励的4倍频，拍频声得到了较好的改善效果。
关键词________________________________________________________________________
室外机；拍频声；模态分析；频谱分析
Abstract______________________________________________________________
Beat frequency noise from the air conditioner outdoor unit sounds discontinuous,the
sound increases and decreases periodically,which negatively affects the users'experience.
In order to reduce the beat frequency noise,on the basis of spectrum analysis,it is found
that the source of the noise is the quadruple frequency of compressor's electromagnetic
excitation and the quadruple frequency of compressor's rotation work together.Further
modal test shows that the natural frequency of reservoir is close to the quadruple
frequency of compressor's electromagnetic excitation,cause the reservoir amplifies the
vibration of compressor.Change the connection mode between reservoir and compressor
from clamp connection to welding,keep the natural frequency of reservoir away from
the quadruple frequency of compressor's electromagnetic excitation,the noise has been
improved greatly.
Keywords____________________________________________________________
Outdoor unit;Beat frequency noise;Modal analysis;Spectrum analysis
中图分类号:TM925.12
DOI:10.19784/jki.issn1672-0172.2020.06.009
如果您对本文内容感兴趣请联系作者孙义祥
suny i x i ang@h i s ense 1引言
拍频声属于空调声品质的研究范畴，在空调室外机
中，拍频声的来源主要有两个方面，一是风机振动和压
缩机振动存在频率差，当这两个频率比较接近的振动传
递到箱体上辐射噪声时，产生拍频声。还有另外一种产生
方式，目前的定速压缩机一般釆用异步电机，存在转差
率，电磁激励与转子转动激励形成了两个频率接近的激
励源，这两个激励源将振动传递到箱体上辐射噪声时，
也容易产生拍频声。近年来，许多学者对空调室外机的
拍频声和声品质进行了研究，并取得一定成果。薛玮飞m
等对变频空调室外机的声品质进行研究，得出低频“哄
srvcc哄”声主要是压缩机转子系统动不平衡产生，低频周期
性波动的“嗡嗡”声是轴流风扇与压缩机拍振产生的结
论。胡佳伟冋等对空调室外机拍频噪声的声品质进行线
性回归分析，得出拍频噪声的声品质与突出比、响度、抖
动强度相关性较大，与语言清晰度、尖锐度、粗糙度相关
性较小的结论。徐超e等基于RBF神经网络对空调声品质
进行研究，得到了非线性声品质问题的评价模型。本文基
于模态测试和共振分析对室外机拍频声进行研究，通过
更改储液器安装方式，达到降低拍频声的目的，对改善空
调室外机拍频声具有一定的参考意义。
2打|频噪声机理及研究路线
频率很接近的两个简谐振动的合成会出现“拍”的
现象叫假设频率很接近的两个简谐振动为：
{x x=A^sm(m x t+(p x)
x2=A2sin(ay+<P2)
令O=2®在2e很小，且A^A2相近的情况下，led显示屏制作
两列简谐振动的合振动为：
x=(A t+4)cos(er+件『)sin(‘°；+坷；妬)(?)手势控制
这是一个角频率为也尹的变幅振动，其振幅为：
力⑴=(4+4)cos(真+52©)(3)
拍频的振幅随时间缓慢变化，其振幅变化周期为：
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式中，/；和^分别是两个简谐振动的频率。
根据哈斯效应，人耳对延迟50毫秒以上的两个声音
才有可能分辨岀先导声和延迟声切，因此频率相差超过
20Hz的两个声音不用考虑拍频。
在空调室外机中，噪声来源主要是轴流风扇和压缩
机，其中，轴流风扇产生的BPF激励频率为：
N
f t=i—n0=1,2,3-)(5)
oU
式中，N是风扇转速，转/分；"是风扇叶片数量。
压缩机产生的电磁激励频率为：
f2=if(i=l,2,3-)(6)
式中,/是电源频率的基频。
压缩机产生的转子转动激励频率为：
f3=if(l-s)(i=l,2,3-)(7)
式中小是异步电机转差率。
以上三种激励产生的振动通过风扇支架、配管、压
缩机脚垫传递到箱体上时，都有可能产生拍频噪声，需要通过频谱分析识别出拍频噪声的具体频率，然后进行针对性改善。本文采用如下具体流程来识别和改善拍频噪声，如图1所示。
3拍频噪声分析和改善的研究过程
3.1噪声频谱测i式
按照GB/T7725-2004《房间空气调节器》中规定的测点位置叫对产生拍频噪声的空调室外机进行噪声频谱测试，拍频噪声听感上表现为声音不连续，周期性忽大忽小，测试得到的频谱如图2所示。
从频谱中可以看岀，产生拍频噪声的频率是234Hz 和240Hz。测试风扇转速约810rpm，根据公式(5)计算的风扇BPF基频为40.5Hz(3X810/60=40.5)，其5倍频和6倍频分别是202.5Hz和243Hz，与噪声频谱中的拍频声的频率不相同，因此可以排除风扇与压缩机拍振的可能。产生拍频声的激励源只剩下压缩机本身了，根据公式(6)和公式(7)，经计算，234Hz和240Hz分别是压缩机转子转动激励的4倍频和压缩机电磁激励的4倍频。因此拍频声产生的原因是，压缩机产生的234Hz和240Hz 振动通过配管、橡胶垫等传递至箱体上，产生相应频率
[*1
的振动，并辐射出拍频噪声，需要从传递路径和响应部位
进行优化。
3.2室外机箱体模态分析
箱体模态分析的目的是防止箱体固有频率与拍频频
率产生共振，从响应部位对拍频声进行优化。
釆用B&K软件的MTC Hammer模块对箱体进行模
态分析，整个箱体模型可以简化为顶板、前面板和侧面
板，简化后的箱体模型如图3所示。
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图4面板传递函
数曲线图5
橡胶块安装位置
图6配管加橡胶块噪声测试
结果图7
储液器回转方向固有
频率
图8更改储液器固定方式图9
焊接储液器
固有频率
本次测试采用的是移动力锤法，即固定响应点的位
置，按顺序依次敲击激励点。由于只使用了一个单向加速
度计，因此顶板、前面板、侧面板的模态测试是分开进行
的。顶板、前面板、侧面板的传递函数曲线如图4所示。
从箱体模态测试结果可以看出，顶板、前面板、侧面
板没有234Hz或240Hz的固有频率，说明箱体与拍频激
励没有产生共振，其对拍频噪声的影响较小。
3.3分析配管对拍频声影响
在配管上增加橡胶块，改变配管固有频率，可以在
一定程度上降低拍频噪声。经过实验，橡胶块按图5位置
安装，可取得一定的改善效果，主要表现在240Hz噪声
有下降，但是234Hz噪声增大了7dB（噪声频谱如图6所
示），距离改善目标有差距，需要继续改善。
3.4分析储液器对拍频声影响
停车场闸机
储液器通过连接管和支架固定在压缩机壳体上，其
入口与回气配管连接，这导致压缩机壳体的振动通过储
液器传递至回气配管，进而传递至箱体辐射噪声，因此
控制储液器的固有频率对降低拍频噪声具有重要意义。
该储液器在回转方向的固有频率测试结果如图7所示。
储液器固有频率244Hz，而且在244Hz附近的频率
区间内具有较高的响应，由此可知，储液器放大了压缩机
的4倍频振动，导致240Hz拍频噪声明显放大。因此，必
须调整储液器固有频率，使其避开压缩机4倍频激励。
将储液器与主壳体的固定方式由箍带连接改为焊接
（如图8所示），储液器回转方向固有频率从244Hz增大
至328Hz（如图9所示），避开了压缩机4倍频激励。
更改储液器连接方式后，额定工况下，噪声测试
结果如图10所示（该更改方案不需要在配管上安装橡
胶块）。
从测试结果可以看出，240Hz噪声降低约15dB,
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如何制作音箱
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论文234Hz噪声降低约3dB，拍频噪声有了明显改善。这进
一步说明了储液器固有频率与压缩机电磁激励的4倍频接近，明显放大了电磁激励的4倍频振动，并通过配管将振动传递至箱体，这是产生明显拍频噪声的主要原因。
4结论
本文对空调室外机拍频噪声的产生原因，传递路径以及各种影响因素进行了深入的实验研究和分析，得出如下结论。
(1)空调室外机的定速压缩机由于采用异步电机的原因，存在转差率，这是产生拍频噪声的先决条件。
(2)压缩机拍频振动通过配管传递至箱体，从而辐射出拍频噪声，借助模态分析技术，可以获得箱体及配管的固有频率，判断是否与拍频频率产生共振。经测试分析，本案例中箱体和配管对拍频噪声的影响较小，不是主要影响因素。
(3)储液器的固有频率会直接影响传递至配管的振动，通过更改储液器的固定方式，明显改善了拍频噪声。
]图10
焊接储液器噪声测试结果
(4)本案例采用的分析流程对改善空调室外机的拍
频噪声具有一定参考意义。
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(上接61页)
②从压缩机安装空间、冰箱机械室散热要求和材料成本需求来看，样品3和样品5整体较厚，需要安装空间较大，且不利于压缩机散热，因而不适于选用作为测试样机机械室吸音棉使用；
③综合考虑样品吸声性能、冰箱机械室结构和设计要求等因素，样品4(12mm厚度双组分棉材料)在满足吸音性能较好的条件下，同时整体厚度较薄，存在安装余量，所以适合选取作为测试样机机械室吸音棉使用。
4总结
机械室吸音棉材料吸音性能是影响冰箱整机噪音品质的重要影响因素之一，通过测试分析材料单品的吸声系数可快速得出不同测试材料的吸音性能，该方法与整机测试结果一致性较高，且降低了对测试对象
与试验环境的需求，在研发项目前期缺少测试样机的
情况下可以快速提供机械室吸音棉的选型方案，同时
为后续的冰箱机械室的吸音棉选型提供准确、快捷的
数据分析支持。
参考文献
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求[S].
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