压电陶瓷促动器用于低频噪声控制等室内声学！

低频噪声或通常50到100Hz范围内的低频声波，始终是最难吸收或操纵的。它穿透能力强、传播距离远、不易衰减，因此，对其进行有效控制是非常难的。

人造吸声材料或超材料的出现使有效的声音衰减成为可能，但这种被动声学结构在低频范围仍然受到结构尺寸的限制。

主动消声/降噪技术是通过发射与噪声的频谱完全相同但相位相反（即差180°）的声波，即主动发射响应波来干涉和消除一定体积内的噪声波，对噪声进行干扰、中和、消除。这种技术在耳机、汽车等领域应用非常广泛。

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压电陶瓷促动器是一种出力大、位移相对较小的执行器，它的出力可达上万牛顿，位移可从几μm至260μm以上不等。它有多种不同尺寸，外径越大，它的出力越大；高度越高，它的位移将越长。

压电陶瓷促动器举例

型号	行程	推/拉力	空载谐振频率
PSt150/5/60 VS10	57μm	550/100N	15kHz
PSt150/7/80 VS12	76μm	1200/200N	12kHz
PSt150/10/100 VS15	95μm	2300/250N	10kHz
PSt150/14/120 VS20	114μm	4700/700N	8kHz
PSt150/20/140 VS25	133μm	7300/1000N	6kHz
PSt150/20/200 VS25	190μm	7300/1000N	3kHz
PSt1000/10/150 VS18	150μm	4000/700N	5kHz
PSt1000/16/60 VS25	60μm	12000/1500N	27kHz
PSt1000/25/40 VS35	40μm	25000/4000N	30kHz
PSt1000/35/20 VS45	20μm	50000/6000N	35kHz

而通过压电陶瓷促动器进行低频噪声控制的原理，是通过压电促动器对噪声空间内的墙壁进行振动位移调节，如位移频率、相位等，从而改变墙壁等表面的阻抗。当墙壁的阻抗与空气的阻抗相匹配时，会使得噪音被全部吸收，而当其阻抗为零时，就会引起相位反转，引起全反射。此外，也可以调制反射波的幅度。

要使压电陶瓷促动器的调谐达到效果，可以通过声传感器与压电控制器形成闭环控制，声传感器（如麦克风等）对噪声进行接收、处理，并生成相应的电信号，电信号可以反馈至压电控制器，压电控制器对其进行接收、处理后，再发送与调谐位移相对应的电压信号至压电陶瓷促动器，压电陶瓷促动器产生对应的振动位移，使得其驱动的墙壁产生振动位移，进行调谐，达到噪声的全吸收或全反射。

低频噪声一般波长较长，对压电陶瓷促动器的位移要求较大，因此就需要对压电陶瓷促动器的位移进行放大。但也因它的低频，时间延迟相比高频要长，感测噪声的传感器可以具有更多的处理时间，压电陶瓷促动器也具有更多的位移调节时间，位移振动功率也相对更低。

压电陶瓷促动器的工作功率通常小于5W，可通过U^2fC进行估算。

针对大位移的要求，可采用机械放大结构，将压电陶瓷促动器的位移进行放大，达到低频波长要求。

此外，也可直接采用压电机构放大促动器对墙壁进行驱动，它的出力相对要小，但它输出的位移更大，可长达2mm。

压电机构放大促动器举例

型号	行程	推力	空载谐振频率
95A10	95μm	540N	350Hz
100A7	100μm	155N	1950Hz
500A10	500μm	22.5N	390Hz
2000A10	1600μm	11.2N	190Hz

在压电促动器的驱动下，声波反射的墙壁是主动可调谐的。而为了将噪声全部吸收或全部反射，就需要其具有与噪声相同频率和相同幅度，但相位相反。首先，要将墙壁位移的相位与噪声波的相位重合，并锁定，再通过压电陶瓷促动器对墙壁的位移进行连续的调整，以找到降噪的最佳位置。

在该过程中，墙壁的振动调整，即表面阻抗调整，需要在噪声到达前调整完成。电信号传输速率比声信号传播要快得多，传感器的信号会比噪声提前到达，这为其后续降噪提供了优势。此外，声传感器与噪声间距离更近，也会提高传感信号的反馈和处理速度。声传感器的信号要提前到达，生成所需的驱动信号，并到达压电陶瓷促动器，对幅度、相位等进行调节，从而调整壁阻抗。在多种声源情况下，就需要针对合成音轨进行调谐。

该噪声消除方式是针对低频声音。对于高频声波的控制，也可采用类似方法，但也可采用被动声学超材料，具有很好的效果。如果针对较宽的声波控制，可采用主动调谐与被动控制相结合的方式。

结语

通过压电陶瓷促动器的快速位移幅度调节，实现50至100HZ低频范围的壁阻抗调节，能够实现全吸收或全反射的效果。对压电陶瓷促动器的位移进行线性放大，以满足低频波长的要求，实现壁表面阻抗调制的目的。即使较小尺寸的壁面，也将会产生较好的降噪效果，对低频声音进行有效降噪，提供更好的室内听觉体验，该方法非常适用于各类场景的低频降噪。

审核编辑：汤梓红