，,b，,b，

(中國(guó)海洋大學(xué) a.工程學(xué)院;b.山東省海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100)

近年來(lái)船舶噪聲問題越來(lái)越受關(guān)注。船舶上面的噪聲對(duì)船員的身體、生活、休息和工作都存在著很大的影響，有時(shí)候甚至?xí)鹦睦砩虾蜕砩系募膊?同時(shí)噪聲還會(huì)使船上的一些精密儀器設(shè)備精度降低、工作不正常、使用壽命縮短等[1]。為了讓船員擁有一個(gè)安靜的工作和生活環(huán)境，遠(yuǎn)離噪聲的困擾。國(guó)際海事組織制定了更為嚴(yán)格的關(guān)于船舶噪聲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。日前結(jié)束的國(guó)際海事組織(IMO)海上安全委員會(huì)第91次會(huì)議(MSC91)通過了關(guān)于SOLAS的修正案的決議，新增了SOLAS II-1/3-12條，要求船舶構(gòu)造應(yīng)符合MSC.337(91)決議通過的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》，對(duì)船舶的噪聲問題有了跟高的標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)調(diào)不僅要在船舶航行實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行噪聲測(cè)試，還要對(duì)船舶?？看a頭時(shí)的工況進(jìn)行噪音測(cè)試，并且要求測(cè)量居住處所艙壁和甲板的隔聲指數(shù)。決議主要對(duì)船員生活和工作區(qū)做出了噪聲要求。新規(guī)則規(guī)定：1萬(wàn)t級(jí)以上的船舶的居住艙和醫(yī)務(wù)室的噪聲限值從60 dB降低為55 dB，辦公室、餐廳和娛樂室的噪聲限值從65 dB降低為60 dB，見表1。

表1 不同噪聲規(guī)范對(duì)船舶部分艙室噪聲限值要求 dB(A)

MSC此次會(huì)議批準(zhǔn)的修訂草案將在2014年7月1日正式生效。另外，國(guó)際海上人命安全公約將引用此次草案全部規(guī)定，使得草案設(shè)計(jì)內(nèi)容均為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，船舶噪聲的測(cè)量將由船舶入級(jí)的船級(jí)社指定或認(rèn)可機(jī)構(gòu)進(jìn)行[2]。

對(duì)于噪聲的控制必須考慮聲源、傳播途徑和接受者這3個(gè)基本環(huán)節(jié)。因此目前的噪聲控制主要有通過降低聲源噪聲強(qiáng)度、在傳播途徑上隔斷、吸收噪聲和在噪聲接受點(diǎn)進(jìn)行必需的防護(hù)等三種措施[3]。降低聲源噪聲是控制噪聲最有效和最直接的措施，可以通過選擇產(chǎn)生噪聲較低的設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)加工工藝以及提高設(shè)備加工精度等措施，從源頭上減小設(shè)備的噪聲[4]。為了更好地控制噪聲，還應(yīng)從傳播途徑上對(duì)噪聲進(jìn)行隔斷和吸收,以及采取防護(hù)措施對(duì)噪聲接受者進(jìn)行防護(hù)[5]。

噪聲按照傳播途徑的不同分為空氣噪聲和固體噪聲兩類，對(duì)不同傳播方式的噪聲需要采取不同的處理方法?？諝庠肼暤膫鞑ソ橘|(zhì)是空氣，因此對(duì)于此類噪聲主要采取隔聲措施，例如,采取隔聲吸聲材料或者密閉結(jié)構(gòu)隔絕噪聲等。固體噪聲是噪聲作用在結(jié)構(gòu)上引起振動(dòng)而產(chǎn)生的輻射噪聲，對(duì)于此類噪聲主要通過隔振和減振措施，例如,利用結(jié)構(gòu)的質(zhì)量突變，敷設(shè)阻尼材料等?？諝飧袈暿轻槍?duì)聲波傳播過程中的一種降噪的方法，空氣聲的隔聲說(shuō)到底就是研究構(gòu)件一側(cè)接受空氣聲激勵(lì)后經(jīng)過固體傳播向另一側(cè)輻射的問題。它的降噪效果要比吸聲降噪明顯很多，因此隔聲降噪在實(shí)際工程中是一種常采用的措施[6]。

本文通過對(duì)船舶艙室的內(nèi)飾板和艙壁板實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)它們之間存在著距離大小不等的間隙，見圖1。

圖1 艙室內(nèi)飾板及艙壁板工裝示意

因?yàn)樾碌脑肼暤燃?jí)規(guī)范對(duì)艙室降噪的規(guī)定嚴(yán)格，所以希望通過對(duì)內(nèi)飾板和艙壁板中間不同厚度間隙的隔聲性能進(jìn)行測(cè)試，研究不同厚度間隙對(duì)船舶艙室隔聲降噪的影響。

1 內(nèi)飾板和艙壁板隔聲原理

在船舶艙室內(nèi)飾板及艙壁板實(shí)際結(jié)構(gòu)中，中間留有一定的空氣層，它們形成了典型的雙層墻隔聲結(jié)構(gòu)。根據(jù)隔聲質(zhì)量定律，如果要提高單層均質(zhì)墻板的隔聲量，只有增加材料的面密度，單純?cè)黾用婷芏炔坏黾恿瞬牧系氖褂昧?，增加了結(jié)構(gòu)自重，還加大了基礎(chǔ)造價(jià)。中間有空氣層相隔的雙層墻板可以使隔聲量大大提高以至于超過質(zhì)量定律。

聲波在雙層隔聲結(jié)構(gòu)中的傳播過程為首先入射到第一層墻板的聲波一部分被反射，一部分被第一層墻板吸收，還有一部分從第一層墻板穿透到兩板間的空腔，將成為第二道墻板的入射波。同樣的，在第二層墻板上一部分聲波被反射出去，一部分被第二道墻板吸收，剩下的從第二層墻板投射出去[7-8]。這就是聲波在雙層結(jié)構(gòu)中的傳播過程，見圖2。

圖2 雙層墻中聲波傳播示意

聲波從第一道墻板入射經(jīng)過兩墻板之間的空氣間隔到第二道墻板透射過去，由于經(jīng)過兩道墻板的吸收和反射以及墻內(nèi)損耗使得聲波得到較大的衰減，從而使隔聲性能提高。

2 設(shè)備及材料的選取和試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及材料的選取

試驗(yàn)在聲學(xué)混響室中進(jìn)行，混響室分為發(fā)聲混響室和受聲混響室，發(fā)聲混響室的體積為116 m3，受聲室容積為226 m3，兩室之間有隔聲墻相隔，在墻體上留有1.3 m2測(cè)試窗口。試驗(yàn)所用材料為工程實(shí)用內(nèi)飾板(見圖3)和4 mm厚的鋼板，見圖4。

圖3 艙室實(shí)用內(nèi)飾板

圖4 艙室實(shí)用艙壁板

聲壓傳感器采用丹麥B&K4189-A-021型聲壓傳聲器。測(cè)試所用數(shù)據(jù)采集儀選擇北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所的INV3018型24位采集儀。發(fā)聲設(shè)備為丹麥B&K12面體無(wú)指向性球形聲源(型號(hào)為4292)，并配有相應(yīng)的信號(hào)源及功率放大器(型號(hào)為2734-A)。

2.2 隔聲降噪試驗(yàn)過程介紹

在混響室的發(fā)聲室和受聲室分別均勻布置4個(gè)聲壓測(cè)點(diǎn)，用來(lái)測(cè)試發(fā)、受聲室的聲壓級(jí)。將12面球形聲源布置在發(fā)聲室用來(lái)發(fā)出白噪聲進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)點(diǎn)及聲源具體布置見圖5。

圖5 聲源及聲壓傳感器測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)船舶艙室的實(shí)際工況來(lái)固定內(nèi)飾板和艙壁板的試驗(yàn)位置，將內(nèi)飾板固定在靠近受聲室的一側(cè)，艙壁板固定在發(fā)聲室一側(cè)。選取2、4、6、8、10 cm的中間間隔來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，間隔厚度通過不同尺寸的木框來(lái)進(jìn)行控制，見圖6。

圖6 調(diào)整間隔距離所用框架示意

通過試驗(yàn)得到發(fā)聲室和受聲室的聲壓強(qiáng)度，并進(jìn)一步通過計(jì)算以及混響時(shí)間的修正得到隔聲量。通過對(duì)不同厚度間隙隔聲量的不同來(lái)分析中間間隙厚度的差異對(duì)內(nèi)飾板和艙壁板結(jié)構(gòu)隔聲量的影響。

3 隔聲降噪試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果及分析

將船舶艙室實(shí)用內(nèi)飾板和艙壁板按照試驗(yàn)間距安裝在測(cè)試窗口，分別測(cè)試不同工況下的隔聲效果。對(duì)于發(fā)、受聲室4個(gè)聲壓測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理采用平均處理方法，4個(gè)聲壓測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值Lpm的公式為

(1)

式中：Lim——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)到的第m頻帶聲壓級(jí)，dB(A)，每個(gè)聲壓測(cè)點(diǎn)的總聲壓級(jí)L的公式為

(2)

式中：Lpm——測(cè)量頻段內(nèi)第m個(gè)中心頻率對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)平均聲壓級(jí)，dB(A)；

M——測(cè)量頻段內(nèi)中心頻率的總個(gè)數(shù)。

為了使試驗(yàn)更具對(duì)比性，試驗(yàn)過程中發(fā)聲室使用的白噪聲的聲壓級(jí)是一致的，見圖7。圖8為受聲室中不同工況下所測(cè)得的聲壓級(jí)。通過計(jì)算得到不同間隔厚度的1/3倍頻程A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)隔聲量對(duì)比曲線圖，見圖9。

圖7 發(fā)聲室聲壓級(jí)

圖8 不同工況受聲室聲壓級(jí)對(duì)比

圖9 不同工況平均隔聲量對(duì)比

由圖9可見，各種工況下的隔聲量隨著頻率的增加呈上升趨勢(shì)，在中高頻范圍內(nèi)的隔聲效果比低頻范圍內(nèi)的隔聲效果要好。同時(shí)隨著內(nèi)飾板和艙壁板之間間隙的增加，隔聲量在整個(gè)頻率范圍內(nèi)有所提高。當(dāng)間隔厚度為4 cm時(shí)較間隔為2 cm時(shí)的隔聲量增加明顯。隨著厚度的進(jìn)一步增加，隔聲量也有所增加，但增加幅度較小。從總的聲壓級(jí)來(lái)看，按照中間間隙厚度從2～10 cm，其總隔聲量依次為：46.0、48.1、49.2、49.9以及50.7 dB(A)。

4 結(jié)論

1)內(nèi)飾板和艙壁板中間留有一定厚度的空氣層對(duì)中高頻范圍內(nèi)的噪聲具有很好的降噪效果。

2)隨著間隔厚度的增加，隔聲量在整個(gè)頻率范圍內(nèi)有明顯的提高。但在船舶艙室實(shí)際結(jié)構(gòu)中不允許無(wú)限增大兩者的間距。

3)為了獲得更好的隔聲降噪效果，可以進(jìn)一步利用吸聲材料和中間間隔組合使用來(lái)提升隔聲效果。

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