内饰板和舱壁间隙对舱室降噪的影响分析

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(中国海洋大学 a.工程学院;b.山东省海洋工程重点实验室,山东 青岛 266100)

近年来船舶噪声问题越来越受关注。船舶上面的噪声对船员的身体、生活、休息和工作都存在着很大的影响，有时候甚至会引起心理上和生理上的疾病;同时噪声还会使船上的一些精密仪器设备精度降低、工作不正常、使用寿命缩短等[1]。为了让船员拥有一个安静的工作和生活环境，远离噪声的困扰。国际海事组织制定了更为严格的关于船舶噪声级标准。日前结束的国际海事组织(IMO)海上安全委员会第91次会议(MSC91)通过了关于SOLAS的修正案的决议，新增了SOLAS II-1/3-12条，要求船舶构造应符合MSC.337(91)决议通过的《船上噪声等级规则》，对船舶的噪声问题有了跟高的标准。强调不仅要在船舶航行实验时进行噪声测试，还要对船舶停靠码头时的工况进行噪音测试，并且要求测量居住处所舱壁和甲板的隔声指数。决议主要对船员生活和工作区做出了噪声要求。新规则规定：1万t级以上的船舶的居住舱和医务室的噪声限值从60 dB降低为55 dB，办公室、餐厅和娱乐室的噪声限值从65 dB降低为60 dB，见表1。

表1 不同噪声规范对船舶部分舱室噪声限值要求 dB(A)

MSC此次会议批准的修订草案将在2014年7月1日正式生效。另外，国际海上人命安全公约将引用此次草案全部规定，使得草案设计内容均为强制性标准，船舶噪声的测量将由船舶入级的船级社指定或认可机构进行[2]。

对于噪声的控制必须考虑声源、传播途径和接受者这3个基本环节。因此目前的噪声控制主要有通过降低声源噪声强度、在传播途径上隔断、吸收噪声和在噪声接受点进行必需的防护等三种措施[3]。降低声源噪声是控制噪声最有效和最直接的措施，可以通过选择产生噪声较低的设备，改进生产加工工艺以及提高设备加工精度等措施，从源头上减小设备的噪声[4]。为了更好地控制噪声，还应从传播途径上对噪声进行隔断和吸收,以及采取防护措施对噪声接受者进行防护[5]。

噪声按照传播途径的不同分为空气噪声和固体噪声两类，对不同传播方式的噪声需要采取不同的处理方法。空气噪声的传播介质是空气，因此对于此类噪声主要采取隔声措施，例如,采取隔声吸声材料或者密闭结构隔绝噪声等。固体噪声是噪声作用在结构上引起振动而产生的辐射噪声，对于此类噪声主要通过隔振和减振措施，例如,利用结构的质量突变，敷设阻尼材料等。空气隔声是针对声波传播过程中的一种降噪的方法，空气声的隔声说到底就是研究构件一侧接受空气声激励后经过固体传播向另一侧辐射的问题。它的降噪效果要比吸声降噪明显很多，因此隔声降噪在实际工程中是一种常采用的措施[6]。

本文通过对船舶舱室的内饰板和舱壁板实际结构进行调查研究,发现它们之间存在着距离大小不等的间隙，见图1。

图1 舱室内饰板及舱壁板工装示意

因为新的噪声等级规范对舱室降噪的规定严格，所以希望通过对内饰板和舱壁板中间不同厚度间隙的隔声性能进行测试，研究不同厚度间隙对船舶舱室隔声降噪的影响。

1 内饰板和舱壁板隔声原理

在船舶舱室内饰板及舱壁板实际结构中，中间留有一定的空气层，它们形成了典型的双层墙隔声结构。根据隔声质量定律，如果要提高单层均质墙板的隔声量，只有增加材料的面密度，单纯增加面密度不但增加了材料的使用量，增加了结构自重，还加大了基础造价。中间有空气层相隔的双层墙板可以使隔声量大大提高以至于超过质量定律。

声波在双层隔声结构中的传播过程为首先入射到第一层墙板的声波一部分被反射，一部分被第一层墙板吸收，还有一部分从第一层墙板穿透到两板间的空腔，将成为第二道墙板的入射波。同样的，在第二层墙板上一部分声波被反射出去，一部分被第二道墙板吸收，剩下的从第二层墙板投射出去[7-8]。这就是声波在双层结构中的传播过程，见图2。

图2 双层墙中声波传播示意

声波从第一道墙板入射经过两墙板之间的空气间隔到第二道墙板透射过去，由于经过两道墙板的吸收和反射以及墙内损耗使得声波得到较大的衰减，从而使隔声性能提高。

2 设备及材料的选取和试验过程

2.1 试验设备及材料的选取

试验在声学混响室中进行，混响室分为发声混响室和受声混响室，发声混响室的体积为116 m3，受声室容积为226 m3，两室之间有隔声墙相隔，在墙体上留有1.3 m2测试窗口。试验所用材料为工程实用内饰板(见图3)和4 mm厚的钢板，见图4。

图3 舱室实用内饰板

图4 舱室实用舱壁板

声压传感器采用丹麦B&K4189-A-021型声压传声器。测试所用数据采集仪选择北京东方振动和噪声技术研究所的INV3018型24位采集仪。发声设备为丹麦B&K12面体无指向性球形声源(型号为4292)，并配有相应的信号源及功率放大器(型号为2734-A)。

2.2 隔声降噪试验过程介绍

在混响室的发声室和受声室分别均匀布置4个声压测点，用来测试发、受声室的声压级。将12面球形声源布置在发声室用来发出白噪声进行试验，测点及声源具体布置见图5。

图5 声源及声压传感器测点布置

根据船舶舱室的实际工况来固定内饰板和舱壁板的试验位置，将内饰板固定在靠近受声室的一侧，舱壁板固定在发声室一侧。选取2、4、6、8、10 cm的中间间隔来进行试验，间隔厚度通过不同尺寸的木框来进行控制，见图6。

图6 调整间隔距离所用框架示意

通过试验得到发声室和受声室的声压强度，并进一步通过计算以及混响时间的修正得到隔声量。通过对不同厚度间隙隔声量的不同来分析中间间隙厚度的差异对内饰板和舱壁板结构隔声量的影响。

3 隔声降噪试验测试结果及分析

将船舶舱室实用内饰板和舱壁板按照试验间距安装在测试窗口，分别测试不同工况下的隔声效果。对于发、受声室4个声压测点的数据处理采用平均处理方法，4个声压测点数据的平均值Lpm的公式为

(1)

式中：Lim——第i个测点测到的第m频带声压级，dB(A)，每个声压测点的总声压级L的公式为

(2)

式中：Lpm——测量频段内第m个中心频率对应的测点平均声压级，dB(A)；

M——测量频段内中心频率的总个数。

为了使试验更具对比性，试验过程中发声室使用的白噪声的声压级是一致的，见图7。图8为受声室中不同工况下所测得的声压级。通过计算得到不同间隔厚度的1/3倍频程A计权声压级隔声量对比曲线图，见图9。

图7 发声室声压级

图8 不同工况受声室声压级对比

图9 不同工况平均隔声量对比

由图9可见，各种工况下的隔声量随着频率的增加呈上升趋势，在中高频范围内的隔声效果比低频范围内的隔声效果要好。同时随着内饰板和舱壁板之间间隙的增加，隔声量在整个频率范围内有所提高。当间隔厚度为4 cm时较间隔为2 cm时的隔声量增加明显。随着厚度的进一步增加，隔声量也有所增加，但增加幅度较小。从总的声压级来看，按照中间间隙厚度从2～10 cm，其总隔声量依次为：46.0、48.1、49.2、49.9以及50.7 dB(A)。

4 结论

1)内饰板和舱壁板中间留有一定厚度的空气层对中高频范围内的噪声具有很好的降噪效果。

2)随着间隔厚度的增加，隔声量在整个频率范围内有明显的提高。但在船舶舱室实际结构中不允许无限增大两者的间距。

3)为了获得更好的隔声降噪效果，可以进一步利用吸声材料和中间间隔组合使用来提升隔声效果。

[1] 盛美萍，王敏庆，孙进才.噪声与振动控制技术基础[M].北京:科学出版社,2006.

[2] 陈 实.基于IMO新标准的船舶舱室噪声研究[D].大连:大连理工大学,2013.

[3] 郝鸿雁，束建芳.大型船舶的噪声测量及其控制方法[J].船舶工程,2012,34(S2):70-72.

[4] 张沛商，姜 亢.噪声控制工程[M].北京:北京经济学院出版社,1991.

[5] 侯亚成.某型交通艇的减振降噪设计[J].船海工程，2003(4):30-31.

[6] 马大猷.噪声控制学[M].北京:科学出版社,1987.

[7] 钟祥璋.建筑吸声材料与隔声材料[M].北京:化学工业出版社,2012.

[8] 谢歆鑫.双层墙对不同频率声音的隔声性能分析[J].河南科学,2011,29(7):774-776.