原文發(fā)表于《科技導報》2026 年第4 期 《 設(shè)備低噪聲技術(shù)助力“寧靜中國”建設(shè) 》

隨著城市化進程加速，設(shè)備噪聲污染成為社會生活噪聲治理的核心挑戰(zhàn)?！犊萍紝蟆费埱鄭u海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司超前創(chuàng)新中心工程師項紅熒撰寫文章，綜述了設(shè)備噪聲污染的治理路徑及降噪技術(shù)，提出前沿技術(shù)突破方向，建議通過“政策?技術(shù)?標準”三鏈融合，構(gòu)建從物理靜音到心理寧靜的聲景生態(tài)，支撐“寧靜中國”建設(shè)落地。

近年來，營造寧靜環(huán)境被納入美麗中國建設(shè)的核心議題，成為生態(tài)文明的關(guān)鍵維度。社會生活噪聲是噪聲污染防治的重中之重。

根據(jù)《中華人民共和國噪聲污染防治法》（2021年12月24日通過，2022年6月5日起施行），社會生活噪聲是指“人為活動產(chǎn)生的除工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲和交通運輸噪聲之外的干擾周圍生活環(huán)境的聲音”，包括住宅內(nèi)設(shè)備運行噪聲、群體活動噪聲、室內(nèi)裝修施工噪聲。其中設(shè)備作為重要噪聲源，主要包括：冷卻塔、風機、空調(diào)設(shè)備、音響設(shè)備、洗衣機、油煙機、電梯、水泵、通風設(shè)備等。2025年，深圳出臺的《社會生活噪聲管理技術(shù)規(guī)范》要求設(shè)備選型時優(yōu)先考慮低噪聲設(shè)備。未來，隨著智能家居普及（如掃地機器人、人工智能（AI）空調(diào)），設(shè)備低噪聲治理將成為城市宜居性的核心指標。

01

設(shè)備噪聲污染防治概況

設(shè)備噪聲結(jié)合其聲學特性可采用不同的噪聲治理路線，以家用設(shè)備為例，可劃分為2大類：

（1）強聲源設(shè)備（如破壁機、洗地機、吸油煙機等，典型聲壓級＞60 dB（A））：這類設(shè)備噪聲能量高，對環(huán)境和用戶干擾大，首要任務是通過源頭削減和傳播路徑阻隔實現(xiàn)聲壓級降低。

（2）弱聲源設(shè)備（如高端冰箱、酒柜等，典型聲壓級＜20 dB（A））：這類設(shè)備聲壓級雖然很低，但特定的、易被感知的聲學瑕疵（如音調(diào)性、粗糙度、波動度）會成為主要困擾，影響用戶舒適度與產(chǎn)品高端感，這類噪聲的治理路徑主要是優(yōu)化聲品質(zhì)。現(xiàn)代設(shè)備減振降噪技術(shù)已形成從源頭防控、路徑降噪到聲品質(zhì)優(yōu)化的完整體系，在社會生活噪聲控制方面實現(xiàn)了顯著效果。

1.1 源頭防控

源頭防控是噪聲治理最直接有效的降噪策略。主要控制方法如下，

（1）結(jié)構(gòu)改進：優(yōu)化齒輪齒形、提高加工精度，減少摩擦和碰撞噪聲；

（2）減振結(jié)構(gòu)設(shè)計：在設(shè)備內(nèi)部采用隔振結(jié)構(gòu)或填充阻尼材料，降低機械振動；

（3）工藝改進：用低噪聲工藝替代高噪聲工藝，例如焊接替代鉚接；

（4）變頻技術(shù)應用：采用變頻驅(qū)動技術(shù)，減少設(shè)備啟停沖擊；

（5）結(jié)構(gòu)形貌設(shè)計：優(yōu)化風機葉片設(shè)計，降低氣流擾動；

（6）運行參數(shù)調(diào)整：合理調(diào)整設(shè)備轉(zhuǎn)速、負荷等運行參數(shù)，使設(shè)備運行在高效點降低噪聲。

1.2 路徑降噪

1.2.1 被動降噪

被動降噪（PNC）是通過物理材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計阻斷、吸收或反射聲波能量。其關(guān)鍵技術(shù)及應用如下，

（1）吸聲技術(shù)：采用多孔或黏彈性材料（例如泡沫、纖維）將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，對聲能進行吸收，通過優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)、運用新型材料，提高材料的吸聲性能；

（2）隔聲技術(shù)：高密度材料通過阻抗失配反射聲波，對聲波進行阻隔；

（3）消聲器技術(shù)：通過特定的聲學結(jié)構(gòu)和材料，在允許氣流正常通過的同時，通過吸聲、反射、干涉等多種物理機制有效降低噪聲傳播的專業(yè)降噪裝置；

（4）隔振技術(shù)：指在振源和需要保護的設(shè)備或結(jié)構(gòu)之間插入彈性元件（隔振器），以減弱或隔離振動傳遞的技術(shù)措施；

（5）阻尼技術(shù)：指通過特定的物理機制將振動系統(tǒng)的機械能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量，從而使振動幅度減小的技術(shù)手段。

PNC技術(shù)具有可靠性高、維護簡單、成本相對較低等優(yōu)勢，是噪聲控制工程中最基礎(chǔ)和最廣泛應用的技術(shù)手段。

1.2.2 主動降噪

主動噪音控制（ANC）技術(shù)是基于聲波干涉原理的實時噪聲抑制方法，其核心是通過產(chǎn)生與目標噪聲相位相反、幅值相等的“反相聲波”實現(xiàn)破壞性干涉。ANC因為其卓越的適用性和優(yōu)秀的低頻段降噪能力而成為熱門的研究課題。雖然ANC解決了低頻噪聲的難題，但高頻噪聲抑制不足（需與被動技術(shù)結(jié)合）、硬件成本高、多場景自適應延遲等問題限制了其大規(guī)模應用。

1.3 聲品質(zhì)優(yōu)化

聲品質(zhì)（SQ）技術(shù)是指通過心理聲學模型和信號處理方法，對聲音進行主觀感知優(yōu)化和客觀參數(shù)控制的跨學科技術(shù)。該技術(shù)超越分貝限制，重構(gòu)聲景舒適度。聲品質(zhì)技術(shù)近年來受到多個行業(yè)的關(guān)注，但仍面臨評價的準確性、復雜聲環(huán)境的建模以及實時性要求等局限。

02

設(shè)備低噪聲前沿進展

2.1 聲學超材料

聲學超材料是一類通過人工精確設(shè)計的周期性或非周期性幾何結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，利用聲子帶隙、局域共振、超表面相位調(diào)控等機制實現(xiàn)聲波超常調(diào)控。聲學超結(jié)構(gòu)能夠突破經(jīng)典的質(zhì)量作用定律，實現(xiàn)“輕質(zhì)低頻”吸聲效果。國內(nèi)外學者展開了大量研究，提出了多種類型的聲學超材料結(jié)構(gòu)，以Helmholtz共振型超材料（圖1（a））、薄膜型超材料（圖1（b））為典型代表。

圖1 聲學超材料

Helmholtz共振型超材料通過周期性排列的彈性散射體，形成禁止特定頻率聲波傳播的帶隙，帶隙產(chǎn)生機理主要有Bragg散射原理和局域共振原理，Bragg散射原理是一種波動（例如聲波、電子波等）在周期性結(jié)構(gòu)（例如晶體）中發(fā)生相干散射的現(xiàn)象，而局域共振機理主要是靠單個晶格（Helmholtz共振腔）的共振來消耗聲能量。

薄膜型聲學超材料可以看成一個“質(zhì)量?彈簧”系統(tǒng)，薄膜相當于“彈簧”，附加在薄膜上的質(zhì)量塊相當于“質(zhì)量”，剛性框架用于固定施加了預緊力的薄膜。當“質(zhì)量?彈簧”系統(tǒng)受彈性波作用時，系統(tǒng)將在諧振力作用下做簡諧振動。圖2所示為薄膜型聲學超材料在冰箱上的應用，總聲壓級比原始結(jié)構(gòu)降低3.8 dB（A），在最大峰值800 Hz頻帶，聲壓級降低10 dB（A）。

圖2 薄膜型聲學超材料的應用

2.2 聲學黑洞

在研究楔形薄板結(jié)構(gòu)聲波調(diào)控時發(fā)現(xiàn)，當結(jié)構(gòu)的厚度按照一定的冪指數(shù)減小時，彎曲波的波速隨著厚度的減小而減小，在理想情況下，波速可減小為0，此時聲波不再反射，這種結(jié)構(gòu)稱為聲學黑洞（ABH），如圖3所示。聲學黑洞結(jié)構(gòu)具有耗能效率高、寬頻減振等特點。因此在減振降噪領(lǐng)域具備廣闊的應用前景。

圖3 聲學黑洞結(jié)構(gòu)

一維ABH結(jié)構(gòu)厚度變化h(x)滿足h(x) =εxm, m?2（ε：截面變化系數(shù)，m：冪指數(shù)），如圖4所示，當彎曲入射波由均勻部分傳播到聲學黑洞部分時，波長被壓縮，波動幅值逐漸增大。

圖4 一維ABH結(jié)構(gòu)

研究表明，在截斷的一維聲學黑洞結(jié)構(gòu)的尖端附近粘貼很少的阻尼材料，即可很好地降低由截斷引起的反射系數(shù)。在聲學黑洞中，截止頻率是指該結(jié)構(gòu)能夠有效實現(xiàn)波導和能量聚集的最低頻率：

式中，hb為ABH厚度，LABH為ABH長度，Eb為材料彈性模量，ρb為材料密度。

聲學黑洞的結(jié)構(gòu)參數(shù)、布置位置和阻尼層的厚度與面積對減振降噪效果起關(guān)鍵的作用。

圖5為二維聲學黑洞結(jié)構(gòu)吸振器在船用隔膜真空泵的應用。聲學黑洞技術(shù)核心價值在于通過“結(jié)構(gòu)替代材料”的思路實現(xiàn)輕量化減振。未來的發(fā)展需要深入探索聲學黑洞全頻段減振機制，通過結(jié)合局域共振型聲學超材料的低頻共振優(yōu)勢與聲學黑洞效應，實現(xiàn)全頻帶高效減振降噪。

圖5 聲學黑洞應用

2.3 準零剛度隔振器

準零剛度隔振器核心思想是通過非線性彈性元件的巧妙設(shè)計，在平衡位置形成剛度趨近于0的非線性特性，可將系統(tǒng)固有頻率降至0.1~5.0 Hz，突破傳統(tǒng)線性隔振器的低頻隔振瓶頸（傳統(tǒng)隔振器固有頻率≥10 Hz）。準零剛度隔振器的剛度曲線如圖6所示。由圖6所示的剛度曲線可以看出，準零剛度隔振器屬于非線性系統(tǒng)，剛度隨著位移產(chǎn)生變化并具有高靜低動的特性；高靜態(tài)剛度可以使結(jié)構(gòu)在靜力作用下保持足夠的承載能力，避免系統(tǒng)產(chǎn)生大位移，從而降低主體結(jié)構(gòu)傾覆的可能性，同時低動態(tài)剛度可有效隔離低頻振動，提高系統(tǒng)的隔振性能。因此，準零剛度系統(tǒng)可以很好地克服傳統(tǒng)線性隔振系統(tǒng)穩(wěn)定性和隔振性能之間的矛盾。

圖6 準零剛度隔振器剛度曲線

圖7是家電領(lǐng)域研究的一種壓縮機準零剛度腳墊，利用桿狀結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和限位原理，通過控制受壓狀態(tài)非連續(xù)薄壁殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)以及設(shè)置限位柱實現(xiàn)。這類隔振器受到了國內(nèi)外很多學者的關(guān)注，近年來，準零剛度隔振器的研究主要集中在2個方向：

• 一是對于自適應型隔振器結(jié)構(gòu)或主動控制方面的拓展研究；

• 二是在原本各種準零隔振器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進行多方向多自由度隔振平臺的設(shè)計。

此類創(chuàng)新結(jié)構(gòu)可滿足精密及微納結(jié)構(gòu)的高精度隔振需求，將成為未來振動控制領(lǐng)域的重要課題之一。

圖7 準零剛度隔振器

2.4 空氣動力仿生技術(shù)

空氣動力學聲學是研究氣流與聲波相互作用的交叉學科，主要關(guān)注由流體運動產(chǎn)生的噪聲及其傳播機制。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，許多研究者從生物界獲得靈感，通過研究天空中靜音飛行的鳥類、水中游動的魚類，獲取有利于改善流體流動性能和降噪的特征元素，從而控制噪聲。

空氣動力仿生降噪優(yōu)化設(shè)計過程：

（1）從生物界中選取生物在進化過程中形成的靜音飛行特征或者有利于流體流動的特征作為研究對象；

（2）對所選取的生物原型加以研究并數(shù)字化；

（3）進行簡化，保留有利于流體流動性能研究和降噪方面的內(nèi)容；

（4）采用三維掃描或者逆向工程的方法獲取一個生物形態(tài)模型，構(gòu)建數(shù)學仿生模型。例如，貓頭鷹翅膀的鋸齒狀尾緣是其實現(xiàn)靜默飛行的關(guān)鍵生物力學特征之一。空調(diào)室外機普遍采用仿生翼型風扇（圖8）。

圖8 仿貓頭鷹鋸齒尾緣設(shè)計

2.5 智能降噪技術(shù)

智能降噪（AI?ANC）技術(shù)融合了經(jīng)典主動噪音控制、AI算法與環(huán)境感知系統(tǒng)，實現(xiàn)了聲學系統(tǒng)的AI進化，其核心原理是雙模協(xié)同機制：物理降噪層+AI增強層。AI?ANC正在從單一的音頻設(shè)備擴展到生活的方方面面，通過與AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的深度融合，為人們創(chuàng)造更加舒適、安靜的生活和工作環(huán)境。

2.6 數(shù)字孿生驅(qū)動的聲品質(zhì)正向設(shè)計

數(shù)字孿生（DT）是物理實體（例如設(shè)備、產(chǎn)品或系統(tǒng)）的虛擬映射，通過實時數(shù)據(jù)同步和仿真技術(shù)實現(xiàn)對物理對象的動態(tài)監(jiān)控、預測和優(yōu)化；聲品質(zhì)指人對聲音的主觀感知評價，涉及響度、音色、尖銳度、粗糙度等心理聲學參數(shù)。數(shù)字孿生與聲品質(zhì)的結(jié)合，旨在通過虛擬仿真與物理世界的實時交互，實現(xiàn)從“問題后優(yōu)化”到“設(shè)計前預測”的轉(zhuǎn)變，從而高效優(yōu)化產(chǎn)品的聲學體驗。

1）多域耦合建模：多域耦合建模是DT技術(shù)實現(xiàn)高精度聲品質(zhì)優(yōu)化的核心方法。

2）閉環(huán)優(yōu)化邏輯：在虛擬環(huán)境中模擬不同設(shè)計方案的聲學輸出；通過靈敏度分析，識別影響聲品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，指導設(shè)計迭代。

3）實時交互機制：實現(xiàn)物理樣機與數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)同步，動態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)。

數(shù)字孿生驅(qū)動的聲品質(zhì)正向設(shè)計在虛擬環(huán)境中快速仿真不同結(jié)構(gòu)、材料、工況下的聲學響應，避免物理樣機重復迭代，顯著提升了傳統(tǒng)噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）開發(fā)的效率與精度；通過這種技術(shù)構(gòu)建聲學設(shè)計規(guī)則庫，實現(xiàn)企業(yè)Know?How的數(shù)字化復用；圖9為HEAD acoustics公司利用數(shù)字孿生技術(shù)展示如何通過虛擬技術(shù)優(yōu)化汽車座艙聲學性能。

圖9 數(shù)字孿生聲學座艙

03

發(fā)展方向

3.1 更精確更智能振動測試分析設(shè)備研發(fā)

未來需要通過技術(shù)創(chuàng)新（例如聲紋識別等噪聲溯源技術(shù)）、標準化建設(shè)和跨學科融合，開發(fā)新一代高精度、智能化、微型化、網(wǎng)絡化的測試設(shè)備，以滿足日益復雜的工程應用需求，大大提高源頭控制的有效性。

3.2 新技術(shù)的創(chuàng)新

新技術(shù)的創(chuàng)新應用將引領(lǐng)振動降噪水平出現(xiàn)跨越式的提升，其中包括機理創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、材料創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新在內(nèi)的技術(shù)發(fā)展。目前聲學超材料、仿生風機等國內(nèi)外都已開展大量研究及成果，這些新技術(shù)的落地應用必然會使降噪性能大幅超越傳統(tǒng)設(shè)備。

3.3 基于數(shù)字孿生技術(shù)的聲品質(zhì)正向設(shè)計

建立噪聲環(huán)境主客觀評價方法，使聲環(huán)境質(zhì)量與人民群眾的主觀感受逐步統(tǒng)一起來，通過跨模態(tài)感知融合、智能化參數(shù)調(diào)優(yōu)以及個性化聲音適配，大幅減少噪聲投訴。國外在航空和汽車等領(lǐng)域已取得引領(lǐng)性發(fā)展，可以預計，國內(nèi)設(shè)備的低噪聲設(shè)計將向該方向快速發(fā)展。

3.4 AI與降噪技術(shù)的深度融合

隨著AI技術(shù)的發(fā)展，以ANC、聲學超材料技術(shù)為本體的智能聲頻技術(shù)將能夠?qū)υ肼曔M行更精確地靶向控制，形成更為綜合、有效的噪聲控制方案。

04

建議

（1）在技術(shù)創(chuàng)新方面應強化基礎(chǔ)理論研究，包括設(shè)立“聲學超材料”國家專項攻克低頻控制，建立覆蓋南北方言的中國人聽覺特征庫以支撐聲品質(zhì)優(yōu)化；

（2）在市場推廣方面需完善認證體系并拓展應用場景，推廣“靜音認證”標識體系，以提升消費者認知，同時打造典型示范工程，并實施實時監(jiān)測，使公共服務設(shè)備噪聲降低30%；

（3）在政策保障方面應完善噪聲控制標準體系，包括推動標準與國際接軌（參考IEC60704）、完善測試方法、制定更嚴噪聲限值引導升級、從評價噪聲大小轉(zhuǎn)向評價聲品質(zhì)并建立基于尖銳度和波動強度等心理聲學參數(shù)的聲品質(zhì)標準、建立設(shè)備噪聲全生命周期監(jiān)管機制、推動智能降噪普及與創(chuàng)新，以及推動綠色低噪音設(shè)備消費（加大財政補貼力度，鼓勵購買低噪音、高能效綠色家電）。

05

結(jié)論

設(shè)備低噪聲是“寧靜中國”建設(shè)的核心支撐，多技術(shù)融合是實現(xiàn)噪聲治理的必要手段，前沿技術(shù)是實現(xiàn)跨越式突破的關(guān)鍵。唯有通過強制性標準升級（例如對標歐盟限值）、技術(shù)創(chuàng)新（材料/結(jié)構(gòu)降噪）、市場機制（健康分級）的三軌并進，才能從源頭削減噪聲污染，化解鄰里矛盾，實現(xiàn)“安靜權(quán)”這一基本民生訴求。未來需通過“基礎(chǔ)研究?技術(shù)轉(zhuǎn)化?政策驅(qū)動”三位一體模式，推動聲學超材料等前沿技術(shù)的規(guī)模化應用，完善噪聲分級認證制度，加強政策協(xié)同深化，最終實現(xiàn)從單一設(shè)備降噪到城市聲環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的跨越，為建設(shè)宜居、宜業(yè)、宜游的“寧靜中國”提供堅實保障。

本文作者：項紅熒、許升、房麗紅、趙海霞、王偉、孫興朋、楚德見、李建

作者簡介：項紅熒，青島海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司超前創(chuàng)新中心，工程師，研究方向為家電減振降噪。

文章來 源 ： 項紅熒, 許升, 房麗紅, 等. 設(shè)備低噪聲技術(shù)助力“寧靜中國”建設(shè)[J]. 科技導報, 2026, 44(4): 127?134 .

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