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人耳听觉与开关频率  

2009-11-05 08:42:11|  分类: Drive |  标签: |举报 |字号 订阅

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        很难忘记由变频器拖动的大功率电机的轰鸣声,这样的电机的噪声会令人烦躁,严重影响我们的正常工作。简单学习一下这个过程。

1.人耳的听觉极限

        人耳的生理结构,由外耳的耳壳收集外界的声波到达中耳的耳膜产生震动,经由三块小骨连接前庭窗传入内耳,其中由於耳壳的内凹形状,外耳道的长度和宽度.. 等等生理的构造,会对不同频率产生共振升压的效果,尤其是 2~5Khz 的频率,会在这个过程中被放大。人耳听觉频率的范围,大约是 20~20KHz,音量范围则是 130dB SPL,大於 130dB 会产生痛苦的感觉,小於 0dB 则会被当成是静音。如上所述,人耳对 2~5KHz 的频率最敏感,越往高频感觉越不敏锐,音量要超过一定的界限以上查能被我们人耳察觉,这个最低可以听闻的界限,叫做 ATH(absolute threshold of hearing)。内耳的耳蜗有许多绒毛细胞,分别会对不同的频率产生反应,将基底膜淋巴液的波动转换成神经的电流讯号,传达给大脑。也就是说耳蜗的作用就像一个频谱分析仪,把声波转换成不同频率的讯号,每一个特定位置的绒毛细胞会受特定频率的刺激,但是当基底膜传导波动时其邻近周围的绒毛细胞也会受到刺激。这也就是说如果有一个频率的音量很大,在它附近同时有一个比较弱的频率的话,比较弱的频率的声音就会被比较强的声音给遮蔽掉,我们人耳没有办法分办出有另一个比较弱的频率的声音存在。这个遮蔽的作用叫 frquency masking。另外从基底膜受到声音震动到达稳定状态,还有声音结束后完全停止,中间都需要一段时间。所以如果有一个很大声的声音出现,在这个声音开始之前,到这个声音结束之后,有一段时间我们是听不到其他声音的,这种遮蔽效应,我们称为 temporal masking,之前的叫 pre-masking,之后的叫 post-masking。

2.电机噪声的产生

        电机噪声也是声音的一种,有人叫它电磁噪声。其实,只要被称为声音,那它都是由机械振动产生的。在电机绕组通上PWM电压时,电机里的电流也是在不停地抖动,只是近似的正弦波。电流的不平滑造成了电磁力的抖动,所以电机的整个机械结构都处于一种高频的机械振动当中。这个机械振动就是我们听到的噪声,是由电磁感应产生的,称其为电磁噪声也算合理。

        电机噪声与变频器的开关频率有关。频率越低(如1.25kHz),越接近人耳的听觉范围,感觉就越明显。如果能把开关频率提高到5kHz以上,电机的噪声就可以大大减小。如果提高到10kHz以上,那基本就听不到了。

 

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