壓電陶瓷促動器在低頻噪聲控制等室內聲學中的應用

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

人造吸聲材料或超材料的出現使有效的聲音衰減成為可能，但這種被動聲學結構在低頻范圍仍然受到結構尺寸的限制。

主動消聲/降噪技術是通過發射與噪聲的頻譜相同但相位相反（即差180°）的聲波，即主動發射響應波來干涉和消除一定體積內的噪聲波，對噪聲進行干擾、中和、消除。這種技術在耳機、汽車等領域應用非常廣泛。 

壓電陶瓷促動器是一種出力大、位移相對較小的執行器，它的出力可達上萬牛頓，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。

而通過壓電陶瓷促動器進行低頻噪聲控制的原理，是通過壓電促動器對噪聲空間內的墻壁進行振動位移調節，如位移頻率、相位等，從而改變墻壁等表面的阻抗。當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，而當其阻抗為零時，就會引起相位反轉，引起全反射。此外，也可以調制反射波的幅度。

要使壓電陶瓷促動器的調諧達到效果，可以通過聲傳感器與壓電控制器形成閉環控制，聲傳感器（如麥克風等）對噪聲進行接收、處理，并生成相應的電信號，電信號可以反饋至壓電控制器，壓電控制器對其進行接收、處理后，再發送與調諧位移相對應的電壓信號至壓電陶瓷促動器，壓電陶瓷促動器產生對應的振動位移，使得其驅動的墻壁產生振動位移，進行調諧，達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節時間，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進行估算。

針對大位移的要求，可采用機械放大結構，將壓電陶瓷促動器的位移進行放大，達到低頻波長要求。

此外，也可直接采用壓電機構放大促動器對墻壁進行驅動，它的出力相對要小，但它輸出的位移更大，可長達2mm。

在壓電促動器的驅動下，聲波反射的墻壁是主動可調諧的。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行連續的調整，以找到降噪的最佳位置。

在該過程中，墻壁的振動調整，即表面阻抗調整，需要在噪聲到達前調整完成。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，這為其后續降噪提供了優勢。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，生成所需的驅動信號，并到達壓電陶瓷促動器，對幅度、相位等進行調節，從而調整壁阻抗。在多種聲源情況下，就需要針對合成音軌進行調諧。

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，可采用主動調諧與被動控制相結合的方式。

結語

通過壓電陶瓷促動器的快速位移幅度調節，實現50至100HZ低頻范圍的壁阻抗調節，能夠實現全吸收或全反射的效果。對壓電陶瓷促動器的位移進行線性放大，以滿足低頻波長的要求，實現壁表面阻抗調制的目的。即使較小尺寸的壁面，也將會產生較好的降噪效果，對低頻聲音進行有效降噪，提供更好的室內聽覺體驗，該方法非常適用于各類場景的低頻降噪。