王晶晶

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可調(diào)光LED 燈的噪聲測(cè)量與控制

王晶晶

引言

隨著LED照明應(yīng)用市場(chǎng)的持續(xù)快速發(fā)展，LED照明應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大也導(dǎo)致了人們對(duì)LED照明產(chǎn)品要求的不斷提高。調(diào)光已不再僅僅只是為了達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，而是更多地體現(xiàn)在人們對(duì)生活品質(zhì)要求的逐步提升上。調(diào)光的最大優(yōu)勢(shì)是可以讓人們實(shí)現(xiàn)按需照明，讓人在家居生活中得到一個(gè)更舒適更和諧的照明環(huán)境，以減少不必要的浪費(fèi)。目前，LED調(diào)光方式主要有三種：可控硅調(diào)光、線性調(diào)光、PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)光。在傳統(tǒng)照明的可調(diào)光應(yīng)用中，可控硅調(diào)光已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟 （普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱?lái)調(diào)光），占據(jù)了大部分的調(diào)光市場(chǎng)，如果LED照明產(chǎn)品想要取代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，就需要與可控硅調(diào)光器兼容［1］?？煽毓枵{(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于工作效率較高，性能穩(wěn)定。但是使用可控硅調(diào)光存在著一系列的問(wèn)題，如降低了功率因素值、加大了諧波系數(shù)、產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾信號(hào)等［2］，在普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)還會(huì)產(chǎn)生意想不到的問(wèn)題，如音頻噪聲。

噪聲的危害

噪聲是發(fā)聲體做無(wú)規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音，從生理學(xué)上講，凡是妨礙人們正常休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音，以及對(duì)人們產(chǎn)生干擾的聲音都屬于噪聲。工業(yè)噪聲的危害已為人熟知，但居室、辦公室、教室等環(huán)境的室內(nèi)噪聲危害尚未引起人們足夠的重視［3］。隨著生活水平的提高，各種家電普遍走進(jìn)千家萬(wàn)戶。電視機(jī)錄音機(jī)所產(chǎn)生的噪音可達(dá)60～80dB，洗衣機(jī)為42～72 dB，電冰箱為34～50 dB。一般情況下，人耳可以感受到的聲音頻率在20Hz～20kHz之間，人耳對(duì)噪聲大小的主觀感覺(jué)如圖1所示。1997年3月實(shí)施的中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法規(guī)定：居民區(qū)的環(huán)境噪聲白天不能超過(guò)55 dB，夜間應(yīng)低于45 dB，若超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，便會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害［4］。隨著LED調(diào)光產(chǎn)品在家居生活的大量應(yīng)用和人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，調(diào)光LED燈的噪聲問(wèn)題引起了人們的注意。在調(diào)光的過(guò)程中，LED燈產(chǎn)生的噪聲可能達(dá)到45dB（A）以上，這個(gè)噪聲在寂靜的夜晚就顯得十分吵鬧，影響人們的生活睡眠質(zhì)量。

圖1 人耳對(duì)噪聲大小的主觀感覺(jué)

LED 調(diào)光燈噪聲的測(cè)試方法

本文中LED調(diào)光燈的噪聲值用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)這個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行考核，能源之星《ENERGYSTARProgram Requirements For Lamps and Luminaires Test Method——Noise》對(duì)可調(diào)光LED燈噪聲的測(cè)試方法做出了如下建議：在消聲室（或者半消聲室）中進(jìn)行測(cè)試，麥克風(fēng)應(yīng)放置在距離被測(cè)樣品1m或者小于1m的位置，麥克風(fēng)應(yīng)以90°對(duì)著測(cè)試樣品，分別采集樣品的上、下、前、后、左、右六個(gè)位置的噪聲。測(cè)試布置示意圖如圖2所示，調(diào)節(jié)調(diào)光器，記錄下LED調(diào)光燈最小光輸出和最大光輸出時(shí)的噪聲值［5］。根據(jù)能源之星《ENERGY STARProgram Requirements Product Specification for Lamps（Light Bulbs）》要求采集到的最大噪聲值不大于24dB（A）［6］。

圖2 可調(diào)光LED燈的噪聲測(cè)試布置示意圖

LED 調(diào)光燈產(chǎn)生噪聲的原因

在傳統(tǒng)照明的可調(diào)光應(yīng)用中，可控硅調(diào)光已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟 （普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓枵{(diào)光器來(lái)調(diào)光），占據(jù)了大部分的調(diào)光市場(chǎng)，如果LED球泡燈想要取代白熾燈，就需要與可控硅調(diào)光器兼容。由于可控硅調(diào)光的工作原理，會(huì)產(chǎn)生電流的振蕩，電流的振蕩會(huì)引起LED燈驅(qū)動(dòng)電路中的噪聲源振蕩并產(chǎn)生噪聲。在LED調(diào)光燈的驅(qū)動(dòng)電源中，噪聲源主要有變壓器、電感和電容等電子元器件。LED燈在未加調(diào)光器的情況下，噪聲很小，噪聲頻譜圖 （麥克風(fēng)到LED燈的測(cè)試距離為20cm）的分布情況見(jiàn)圖3，噪聲值為10.68dB（A）。加入可控硅調(diào)光器后，調(diào)光時(shí)最大的噪聲頻譜圖分布如圖4所示，噪聲值為32.01dB（A）。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，加入調(diào)光器后，可調(diào)光LED燈的噪聲值明顯表大，由10.68dB（A）上升到了32.01dB（A）。

圖3 不帶調(diào)光器情況下的LED燈的噪聲頻譜圖（噪聲值為10.68dB（A））

圖4 帶調(diào)光器情況下的LED燈的噪聲頻譜圖（噪聲值為32.01dB（A））

噪聲的控制

噪聲是由振動(dòng)所產(chǎn)生的，通過(guò)空氣介質(zhì)傳播，然后由我們的耳朵鼓膜接收［7］。一般可以從噪音源，傳播途徑以及噪音的接受者三個(gè)方面來(lái)降低噪音［8］。對(duì)于可調(diào)光LED燈而言，減弱噪聲的方法主要有兩種：從聲源處減弱或從傳播途徑處減小噪聲。

1.從聲源處減弱噪聲

（1）對(duì)發(fā)聲源變壓器、電感進(jìn)行含浸處理，從聲源處減弱噪聲

變壓器及電感的噪音以磁芯振動(dòng)為主，而磁芯振動(dòng)通常是由磁伸縮和畸變，以及磁性的吸引力產(chǎn)生的。要降低變壓器及電感的噪聲，主要可以從降低磁芯的磁通密度或者通過(guò)浸凡立水來(lái)固定線圈及磁芯的方法來(lái)降低噪聲［9］。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)變壓器和電感進(jìn)行含浸處理后，噪聲值從32.01dB（A）降低到了20.77dB（A）。

圖5 含浸處理后LED球泡燈的噪聲頻譜圖 （噪聲值為20.77dBA）

（2）更換電容，將陶瓷電容更換成薄膜電容

所有的絕緣材料在電場(chǎng)的壓力下均會(huì)變形，這種電致伸縮效應(yīng)與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。有些絕緣介質(zhì)還呈現(xiàn)壓電效應(yīng)，即與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的線性位移，壓電效應(yīng)通常是電容產(chǎn)生噪聲的主要途徑。 廉價(jià)的小陶瓷電容中的非線性絕緣材料通常含有大比例的鈦酸鋇，在正常工作溫度下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。因而，這些元件會(huì)比線性絕緣成份的電容產(chǎn)生更多的噪聲［10］。

要確定陶瓷電容是否為主要噪聲源，可以用不同絕緣體的電容來(lái)替換，薄膜電容是性價(jià)比不錯(cuò)的替代品。

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果如圖6所示，將陶瓷電容更換成薄膜電容后，噪聲值從32.01dB（A）降低到了26.44dB（A）。

圖6 更換電容后的噪聲頻譜圖（噪聲值為26.44 dB（A））

2.從傳播途徑處減小噪聲

點(diǎn)膠或者灌膠可以固定噪聲源，并影響噪音的傳播途徑，從而達(dá)到衰弱噪聲的效果。樣品在灌膠前后經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試，可調(diào)光LED燈的噪聲值由32.01 dB（A）降低到20.48 dB（A），如圖7所示。

圖7 灌膠后LED球泡燈的噪聲頻譜圖 （噪聲值為20.48 dB（A））

結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，噪聲污染已經(jīng)和水污染、大氣污染并列成為世界范圍的三大重要的環(huán)境問(wèn)題。而隨著可調(diào)光LED燈的廣泛使用，噪音問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越突出。本文首先對(duì)可調(diào)光LED燈噪音的測(cè)試方法進(jìn)行介紹，然后提出可調(diào)光LED燈產(chǎn)生噪音的主要原因，接著對(duì)噪聲的控制提出了方法，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明了控制方法的有效性。

（作者單位：廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院）

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