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、傳播距離遠(yuǎn)、不易衰減，因此，對其進(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。

主動消聲/降噪技術(shù)是通過發(fā)射與噪聲的頻譜完全相同但相位相反（即差180°）的聲波，即主動發(fā)射響應(yīng)波來干涉和消除一定體積內(nèi)的噪聲波，對噪聲進(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。

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壓電陶瓷促動器是一種出力大、位移相對較小的執(zhí)行器，它的出力可達(dá)上萬牛頓，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。

壓電陶瓷促動器舉例

而通過壓電陶瓷促動器進(jìn)行低頻噪聲控制的原理，是通過壓電促動器對噪聲空間內(nèi)的墻壁進(jìn)行振動位移調(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，會使得噪音被全部吸收，而當(dāng)其阻抗為零時，就會引起相位反轉(zhuǎn)，引起全反射。此外，也可以調(diào)制反射波的幅度。

要使壓電陶瓷促動器的調(diào)諧達(dá)到效果，可以通過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）對噪聲進(jìn)行接收、處理，并生成相應(yīng)的電信號，電信號可以反饋至壓電控制器，壓電控制器對其進(jìn)行接收、處理后，再發(fā)送與調(diào)諧位移相對應(yīng)的電壓信號至壓電陶瓷促動器，壓電陶瓷促動器產(chǎn)生對應(yīng)的振動位移，使得其驅(qū)動的墻壁產(chǎn)生振動位移，進(jìn)行調(diào)諧，達(dá)到噪聲的全吸收或全反射。

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

壓電陶瓷促動器的工作功率通常小于5W，可通過U^2fC進(jìn)行估算。

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

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

壓電機(jī)構(gòu)放大促動器舉例

在壓電促動器的驅(qū)動下，聲波反射的墻壁是主動可調(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，再通過壓電陶瓷促動器對墻壁的位移進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整，以找到降噪的最佳位置。

在該過程中，墻壁的振動調(diào)整，即表面阻抗調(diào)整，需要在噪聲到達(dá)前調(diào)整完成。電信號傳輸速率比聲信號傳播要快得多，傳感器的信號會比噪聲提前到達(dá)，這為其后續(xù)降噪提供了優(yōu)勢。此外，聲傳感器與噪聲間距離更近，也會提高傳感信號的反饋和處理速度。聲傳感器的信號要提前到達(dá)，生成所需的驅(qū)動信號，并到達(dá)壓電陶瓷促動器，對幅度、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，就需要針對合成音軌進(jìn)行調(diào)諧。

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

結(jié)語

通過壓電陶瓷促動器的快速位移幅度調(diào)節(jié)，實現(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。對壓電陶瓷促動器的位移進(jìn)行線性放大，以滿足低頻波長的要求，實現(xiàn)壁表面阻抗調(diào)制的目的。即使較小尺寸的壁面，也將會產(chǎn)生較好的降噪效果，對低頻聲音進(jìn)行有效降噪，提供更好的室內(nèi)聽覺體驗，該方法非常適用于各類場景的低頻降噪。

審核編輯：湯梓紅