冰箱夜间静音模式及控制技术研究

段跃斌 张海鹏 孙敬龙 潘毅广 丁龙辉

海信（山东）冰箱有限公司 山东青岛 266071

1 引言

冰箱与很多家用电器最大的区别是它一直处于工作状态，虽然我们可以使用减振降噪技术将运行声音调整到很小，但冰箱始终是机器，它无法知道用户何时休息。通过用户反馈数据分析可知，很大一部分用户反馈家里用的冰箱“一到晚上睡觉时就会响”，这种问题严重影响了用户对冰箱产品的使用体验。

风冷冰箱的原理是利用流动的空气进行制冷，高温空气流经内置的蒸发器，与低温蒸发器两者直接发生热交换，空气的温度降低，通过风机将冷却的空气吹入冰箱，风冷冰箱在这种不断的循环方式下，降低冰箱间室的温度。风冷冰箱化霜是利用加热丝对蒸发器进行加热，使翅片蒸发器上的霜层融化成化霜水排出至间室外部，这就会导致冰箱间室内温度的上升，为了保证冰箱的保鲜性能，冰箱在化霜结束后（化霜恢复期），压缩机、风机会以较高的转速运行，以保证间室内温度快速降至用户需要的温度。类似于化霜周期的压缩机、风机高转速的情况，会带来高分贝的噪声，这种声音在白天不易被人们察觉，但在夜深人静，特别是冰箱离卧室很近的情况下，冰箱工作噪声会影响人们的休息、睡眠，引起用户投诉[1]。

2 现有技术分析

目前冰箱压缩机、风机转速都是由冰箱主控板进行控制，主控板对压缩机、风机转速控制有两种形式，第一种是通过感温头检测环境温度，环境温度越高，默认冰箱需要的冷量越大，压缩机和风机的转速随之越大，第二种是环境温度和冰箱设置温度与间室温度差共同决定压缩机、风机的转速，而现有冰箱无法识别冰箱工作在白天还是夜晚，所以经常会在夜晚出现压缩机、风机高频运转等情况，此种情况噪声相对较大，与稳定运行声音形成鲜明对比，很容易被用户感知，带来投诉。

针对冰箱夜间出现噪声大的运行工况，各大冰箱公司都给出了不同的方案，方案一：显示板设置“静音”按键，用户主动控制冰箱是否进入静音模式[2]；方案二：光电传感器判断白天还是夜晚，进而控制冰箱进入“静音”模式[3]；方案三：设置环境噪声感测装置，对比环境噪声和各间室本身发出的噪声，环境噪声低时冰箱进入静音模式[4]；方案四：通过用户穿戴的智能设备判断用户是否处于睡眠状态，获取用户睡眠信息时，冰箱进入静音模式[5]。静音模式下主控板强行降低压缩机、风机转速来降低静音模式下的噪声。

3 降噪技术研究

3.1 夜间噪声机理

人耳听到各种声音实际上是各种声音以空气为媒质的机械振动引起鼓膜振动的结果[6]。声音传递函数是基于一系列激励到响应的声振传递函数矩阵，激励与响应的关系可表示如下：

式（1）中：

根据声音折射原理，白天与夜晚声音传播相比，地面附近大气温度梯度分布使声线弯曲，白天与夜晚弯曲方向不同，所以声音在夜晚比白天传得更远，如图1、2所示，同是夜晚背景噪声较小，噪声在夜晚更容易被感知。

图1 声线对比

图2 声场对比

如表1所示，以某品牌的几个类型冰箱为例，化霜恢复期作为压缩机、风机高速运转的一种情况，其噪声比稳定运行噪声大1～6 dB，这种噪声对比稳定运行时的冰箱出现化霜周期时的噪声很容易被用户感知，尤其在夜深人静的晚上，更易影响使用者的睡眠。

表1 稳定运行与化霜恢复期噪声对比

除化霜恢复阶段噪声比较大，如图3所示，冰箱在化霜期的声音突变和毛刺也很容易被用户感知，是用户投诉的主要问题点。

图3 BCD-602W噪声测试历程曲线

3.2 静音模式研究

针对上述问题，设计一种智能控制方式，使冰箱主动识别用户休息时间段，进入夜间静音模式。如图4所示，冰箱关门操作后开始累计冰箱工作时间，当关门累计工作时间大于预设时间（根据中国人生活习惯，正常情况下晚上最后一次开关冰箱门后3～4 h开始睡觉），冰箱自动进入夜间静音模式，其中预设时间可以通过触屏控制板进行调整。当冰箱下一次开门时自动退出夜间静音模式，累计工作时间清零。针对冰箱长时间未开门使用的情况，为保证化霜和其他功能部件的复位，从最后一次关门开始计算，关门时间累计满24 h，相当于开关门操作一次，可以保证化霜等压缩机、风机高频运转周期仍在白天进行。

3.3 静音模式下的控制

夜间静音模式不出现化霜周期以及冰箱压缩机、风机高频运转的状态，压缩机、风机转速相对稳定无明显的变化，同时夜间模式不出现某些运转噪声大的特定模式，例如真空保压、落冰、碎冰等，夜间静音模式压缩机控制方案（风机转速与压缩机档位一一对应，现以压缩机转速控制为例）如图5所示，以某型号为例进行说明。

图4 冰箱夜间静音模式进入和退出流程

图5 夜间静音模式压缩机转速控制

压缩机使用档位及转速参考表2，冰箱进入夜间静音模式后，压缩机以3档2400 r/min（夜间静音模式压缩机稳定运行转速）运行，当间室温度达到停机温度时压缩机停机，完成一个制冷周期，若压缩机以3档连续运行60 min未停机，则检测间室内温度与设置温度差值，分两种情况，第一种情况，测间室内温度与设置温度差值大于等于所设定的温度阈值（3℃），则压缩机切换为4档运行，直至间室温度达到停机温度压缩机停机；第二种情况，测间室内温度与设置温度差值小于所设定的温度阈值（3℃），压缩机维持3档运行，当间室温度达到停机温度时压缩机停机，当压缩机维持3档连续运行60 min不停机，则直接切换为4档运行，直至间室温度达到停机温度，压缩机停机。

表2 压缩机档位对应

夜间静音模式压缩机稳定运行转速选取原则：

（1）根据整机扫频结果，如图6所示，选取远离共振带的转速；

（2）压缩机噪声与冷量相对表现都比较好的转速（效率相对较高的转速）；

（3）考虑压缩机上油转速，为保证噪声的稳定，上油转速作为静音模式转速的首选，即压缩机启动上油后转速不发生变化。

图6 压缩机扫频曲线

4 结论

经验证设计方案的主要特点如下：

（1）冰箱根据用户使用情况自主识别白天和黑夜，自动进入和退出夜间静音模式，避免用户休息的夜晚冰箱出现噪声大的情况；

（2）冰箱进入夜间静音模式后，冰箱压缩机、风机以效率最高的中低转速运行，避免出现噪声较大运行情况，同时减少压缩机、风机转速的变化，避免噪声突变被用户感知；

（3）冰箱开任意门使用，即默认为是白天，相对噪声较大的工作模式在白天进行；

（4）为了避免用户长时间不开门，影响冰箱的性能，记录关门冰箱累计工作时间，每满24 h计入一次开关门操作，保证默认的开关门操作也为白天。

进入夜间静音模式的方法是根据中国人的生活习惯（夜晚用户睡觉的情况下不会对冰箱进行操作）以及使用冰箱情况、作息时间，将冰箱的工作周期分为白天和夜晚，而冰箱识别的白天和夜晚是相对的，白天冰箱门开关次数少也可能会进入夜间静音模式。夜间静音模式噪声有明显的减小，工作状态下噪声稳定，无较大的波动出现。