基于统计能量分析法的船舶噪声预报与控制

卢 伟，殷小伟

（南通中远川崎船舶工程有限公司，南通 226001）

0 引 言

噪声污染被视为一种无形的环境污染，它是一种感觉公害，不仅仅影响听力，还对人的心血管、神经、消化等系统产生不利影响，被称为“致人死命的慢性毒药”[1]。

船舶是海上漂浮的建筑物，环境密闭。船舶运行时，各种机电设备处于开启状态，噪音量大。超过安全等级的噪声会妨碍船员正常的工作与休息，影响船员的身心健康。

《船上噪声等级规则》（简称《规则》）已于2014年7月1日实施，在《规则》附录3中，建议在新船设计阶段，设计方/船厂可以通过计算、评估或类似方法，对船舶进行噪声预报，并对超过《规则》要求的噪声等级区域特别予以采取降噪措施。根据以往经验，在船舶建造完成后，通过试航测试才能发现舱室噪声是否超标，对噪声超标的房间进行局部减振降噪的处理。然而，在这一阶段进行降噪处理，不管是经济代价，或是施工方面都面临难题，且降噪效果也很难保证。所以，在船舶设计阶段对噪声等级作出预估，并采取合适的降噪措施，不仅降低经济代价，减少花费的工时，而且可以获得最好的降噪效果。

1 散货船舱室噪声预报及降噪对策

1.1 建立声学模型

以南通中远川崎船舶有限公司6万吨级散货船为研究实例，运用基于统计能量分析法（Statistical Energy Analysis，SEA）[2]所开发VA One软件对居住区以及机舱的噪声等级进行预报。首先根据船舶的结构图和详细舾装材料图，在VA One中建立船舶居住区和机舱的声振模型（见图1、2），其模型主要由板及声腔模型构成，其中船体板单元子系统模型1427个，声腔子系统模型310个。

图1 船体板单元子系统模型

图2 声腔子系统模型

VA One软件带有边界连接功能，子系统建立后，通过VA One软件中的“自动连接”按钮，系统自动将所有的子系统按默认设定连接。

由于船舶内舾装材料以及布局会影响结构的阻尼特性，从而影响声学的传递特性，影响预报精度，所以在进行预报时，需要在模型中输入内舾装材料损耗因子和吸声系数[2]。其中舱室内塑料地板的内损耗因子取为10%，乳胶水泥及流平敷料的内损耗因子取为2%，复合岩棉板的内损耗因子取为1.5%，钢板的内损耗因子为0.04%，而其他的材料属于纤维状材料如玻璃棉，其内损耗因子由统计能量分析软件自行计算。空气吸声系数定义为0.1%。

1.2 输入激励源

该船的噪声主要由以下几部分组成：1) 主机系统透过机舱壁，直接辐射的空气噪声，以及主机运转引起船体振动产生的结构噪声；2) 柴油发电机引起船体振动而产生的结构噪声，以及空气噪声；3) 螺旋桨转动引起船体振动而产生的结构噪声；4) 空调运行而产生的结构噪声、空气噪声；5) 居住区两侧风机产生的空气噪声[3]。

采用倍频程，研究频率限定在31.5～8000Hz。参考声压级2×10-5Pa，参考声功率Lw=1×10-12W，参考加速度级La=1×10-6m/s2。主机，柴油发电机以及螺旋桨加速度由经验公式估算所得主机、发电机、空调、风机空气噪声均由设备厂商提供，将以上结构噪声，空气噪声数据分别输入模型（见图3、4）。

1.3 仿真计算

反复调试模型，并检查和修正错误，待模型调试正常后，再进行多种工况的计算，并对计算结果进行相应的后处理。经过计算，得到各舱室在倍频程各频率（31.5～8000Hz）下的声压级（A 计权）见表 1。为方便后文引用，将实船测量值也列入表中。

图3 输入结构噪声

图4 输入空气噪声

表1 预测噪声值与规则要求值

对比噪声等级规则要求，发现主甲板医务室噪声将超标7.8dB。在VA One软件中选取医务室声腔子系统，显示POWER INPUT 图谱，对医务室的能量输入源进行分析后，发现前3个子系统的能量输入之和占能量输入总和的50%以上（见图5），通过VA One软件的Energy flow 显示能量传播路径，这3股能量分别来自：主甲板4168F，来自机舱结构噪声；侧壁钢板1117F，来自空调的结构噪声；侧壁钢板260F，来自空调房空气噪声。需对这3个子系统进行降噪处理。

图5 医务室能量输入

1.4 舱室降噪处理

通过以上的分析，采用3种降噪对策：1) 对噪声源空调房敷设吸音棉作吸声处理；2) 噪声源-空调机组增加弹性底座；3) 对医务室甲板进行阻尼处理，敷设降噪浮动甲板（见图6）。

利用VA One软件的NCT（noise control treatments）模块，模拟医务室添加的吸声，隔振，阻尼材料，添加参数后，重新对模型进行计算，再次取医务室的噪声值，并与处理前的结果进行比较（见表2），处理后得到医务室的噪声声压级为54dB，较未作处理前的62.8dB降低了8.8dB，达到《规则》要求的≤55dB（见图7）。

图6 HHF-3型降噪浮动地板结构

表2 降噪处理噪声值前后对比

图7 降噪结果对比

2 实船验证

通过预测值与实测值对比发现（见表1），平均误差在2dB左右,采用VA One软件能较准确地预估整船的噪音分布，并显示出噪声超标舱室的能量主要来源。整体上来讲，VA One软件预测的噪声值比实际偏高，主要原因为：

1) 实船中激励源相互影响，结构振动会有抵消的情况发生，实际的结构噪声会比理论输入值低；

2) 实船舱室内布有家具等设备，提高了房间的吸声能力。

针对以上特点，以后的实操应用中，应适当调整舱室中吸声系数和激励参数的设置。

3 结 语

基于统计能量原理的分析法，对散货船的居住舱室噪声进行了模拟计算。根据计算的结果，找出噪声超标的舱室，通过对输入超标舱室的能量分析，找出对舱室输入能量贡献较大的子系统，对这些子系统采取有针对性的降噪措施，并计算出采取降噪处理后的舱室噪声值。经过后期预测值与实测值对比，找到预测的调整方法。使其能在船舶设计初期进行较为准确的船舶舱室噪声值的预报，并采取相应的降噪设计，具有指导实际操作的应用价值。

[1] 孟晓红. 噪声是致人死命的慢性毒药[EB/OL]. http: //www.people.com.cn/GB/huanbao/8220/30473/30474/30492/2182497.html

[2] 伍先俊，朱石坚. 统计能量法及其在船舶声振预测中的应用综述[J]. 武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2004, 28 (2):212-215.

[3] 叶红源. 297000dwt 超大型油船噪声源分析及控制[J]. 船舶与海洋工程，2013 (2): 28-32.