基于MSC.337（91）的组合结构的隔声计算与设计

潘溜溜，刘 锟，陈惠勤

（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

基于MSC.337（91）的组合结构的隔声计算与设计

潘溜溜，刘 锟，陈惠勤

（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

针对MSC.337（91）《船上噪声等级规则》对隔声的要求，利用统计能量法模拟隔声指数实测系统，并将模拟计算结果与实测值相对比，从而提出一种可靠的隔声指数计算方法，为组合壁板和组合甲板的隔声计算及设计提供指导。

船舶噪声；隔声指数计算；组合壁板；隔声设计；统计能量法；MSC.337(91)

0 引 言

国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）MSC.337 (91)《船上噪声等级规则》[1]对船舶舱室不同区域之间的隔声指数提出了具体要求。在对船舶内装进行设计时，设计人员需根据厂家提供的绝缘、甲板敷料、木作壁板和木作天花板等内装材料的隔声指数测试报告来选择满足MSC.337(91)隔声要求的产品。但是，厂家往往仅提供其生产的隔声材料的隔声指数测试报告。对于船上常见的组合舱壁和组合甲板来说，厂家虽然可对其进行组合结构的检测，但测试的组合类型较少，无法完全满足舱室隔声设计的需求。此外，内装材料有时会来自于不同的厂家，单纯依靠厂家提供的隔声指数实测报告不能解决所有隔声设计问题。因此，具备对组合结构隔声指数的计算能力，对于舱室隔声设计而言意义重大。

1 隔声指数测试系统

船舶设计中所选用产品的隔声指数通常都是通过实验室测量得到的，测量条件比较理想，几乎没有其他侧向声传透的途径，测试方法及试件的安装也比较固定和统一，因此测得的数据比较稳定，便于比较和分析研究。图1为隔声实验室示意和测试仪器设备路线框图。

按照MSC.337(91)《船上噪声等级规则》的要求，舱室分隔结构的隔声性能应依据ISO 10140-2《声学 建筑构件隔声的实验室测量 第2部分 空气声隔声的测量》进行检测，参照ISO 717-1《声学 建筑和建筑构件的隔声评定 第1部分 空气声隔声》进行单值评价。

最终得到的实测报告包含平均隔声量、隔声频率特征曲线及隔声指数等3种数据。

1) 平均隔声量能大体上反映物件隔声性能的优劣；

2) 隔声频率特征曲线可反映不同频率范围内隔声变化的全貌，对分析研究物件的隔声能力意义重大；

3) 隔声指数是用一条按ISO 717-1建议的基准曲线与物件的隔声频率特征曲线相比较，得到一个平移量，将基准值中频率500Hz的基准值52dB加上平移量即为计权隔声指数，由于增加了人为的评定标准，反映的物件隔声性能更为合理。

图1 隔声实验室示意和测试仪器设备路线框图

2 隔声指数计算模型系统

该计算系统利用统计能量法模拟厂家隔声指数测试系统，具体采用VA One噪声分析软件中的统计能量法模块进行计算分析。

统计能量分析方法能将复杂系统（包括机械的声学系统）划分成不同的模态群，并从统计意义上将大系统分解为若干个独立的子系统，采用统计量描述系统的动力特性。通过建立子系统能量与子系统间功率流的平衡方程，估算子系统的能量分布。对于具有k个子系统的系统，其能量平衡方程为

式(1)中：Ei，iP，ni，iη分别为第i个子系统的能量、输入功率、模态密度及内部损耗因子；ijη为2个子系统的耦合损耗因子。

从整个系统中分离出任意2个耦合的子系统i和j（见图2）。在声振情况下，这2个子系统之间的能量交换处于平衡状态，其关系式为

图2 双耦合子系统能量关系

式(2)和式(3)中：Pi,in和Pj,in为外界输入子系统的功率；Pi,diss和Pj,diss为子系统消耗的功率；Pi,j和Pj,i为子系统间相互传递的功率。

将式(2)代入式(3)中即可得到式(1)。求解式(1)即可得到各子系统的能量Ei，对于每个结构或声学的子系统，具有一个与其时间平均或空间平均振动速度

1) 对于质量为Mi的结构子系统，有

2) 对于体积为V的闭空间声场子系统，有

式(5)中：ρ为声场介质密度；c为声速。

该模拟系统由2个独立的房间（声腔）及连接房间的隔声材料（连接系统）组成，能量只在2个声腔内流动。由于隔声材料也具有吸声性能，因此能量可在吸声材料中损耗，但2个声腔内没有其他损耗。

隔声量定义为

式(6)中：W1为总声能；W2为透射声能。

而在VA One软件中，2个声腔的能量比例为

虽然R1与R的定义有差异，但在隔声量＞20dB（即仅透射不足1%的能量）的情况下，R1的（W1-W2）约等于W1，即R1可等效为R。因此，在VA One软件中提取2个声腔的能量比例即可。图3为模拟系统示意。

图3 模拟系统示意

3 计算值和实测值对比

试样为组合结构，由25mm的B级舱壁板+25mm空气层+5mm的A级钢板组合而成。B-15级舱壁板本体总长为3m，由6块宽板和1块窄板的A型接口复合岩棉板拼装而成。长板规格为：2950mm×600mm的长板6块；2950mm×360mm的长板1块。复合岩棉板的结构组成为0.6mm厚的钢板+23.5mm厚的岩棉+0.6mm厚的钢板，复合后总厚度为25mm；岩棉容重为150kg/m3，钢板与岩棉之间用黏结剂粘合（见图4）。试验实测报告见图5，模拟系统结果云图见图6，模型系统隔声频率特征曲线见图7，平移后的参数值曲线见图8。

图4 试件照片

频率/Hz R 1/3倍频程/dB 100 30.2 125 30.1 160 31.5 200 31.7 250 37.0 315 38.4 400 41.6 500 44.8 630 46.1 800 48.9 1000 50.6 1250 50.2 1600 48.8 2000 47.5 2500 46.3 3150 47.1

图5 试件实测报告

图6 模拟系统结果云图

总计 75.2729 100 22.4632 125 22.4632 160 19.0252 200 27.4494 250 35.8426 315 42.8135 400 49.0409 500 54.3307 630 59.3642 800 63.9834 1000 67.5338 1250 70.0196 1600 70.2814 2000 64.0222 2500 46.8107 3150 59.9028

图7 模型系统隔声频率特征曲线

参照ISO 717-1，隔声指数单值评价结果为Rw= 44dB。

通过对比分析可看出，利用统计能量法模拟得到的计算值（44dB）与实测值（46dB）比较接近，故该计算方法可用于船舶舱室组合壁板和组合甲板隔声指数的计算。

目前厂商可能尚未提供实测报告的组合结构主要有以下几种：

1) 钢围壁板（或钢甲板）；

2) 钢甲板+甲板敷料；

3) 木作天花板+空气层+钢甲板+甲板敷料；

4) 木作天花板+空气层+绝缘+钢甲板+甲板敷料；

5) 钢围壁板+绝缘；

6) 钢围壁板+绝缘+空气层+木作围壁板；

7) 木作围壁板+空气层+钢围壁板+空气层+木作围壁板；

8) 木作围壁板+空气层+钢围壁板+绝缘+空气层+木作围壁板。

图8 平移后的参考值曲线

以上任何组合结构的材料厚度、空气层厚度及组合顺序等都对整体隔声指数有影响，若无法得到这些组合的隔声指数，则一般会保守设计，即仅考虑木作围壁板和天花板，而不考虑钢板、空气层及绝缘等对隔声指数的贡献，因为厂商一般会提供木作围壁板和天花板的隔声指数实测报告。然而，钢板、空气层及绝缘等对隔声指数的影响很大，比如4.5mm厚的钢板隔声指数约为33dB，不能忽略，因此需通过该模拟系统计算出任意组合的隔声指数及厚度等参数对隔声指数的敏感度，为优化隔声设计提供有效手段。

4 结 语

该计算方法可用于船舶舱室组合壁板和组合甲板隔声指数的计算，由于其可模拟任意组合，弥补了厂商测试报告不全的缺点，对于船舶隔声计算和设计而言意义重大。另外，通过计算可模拟不同方案的组合，找出性价比最优的隔声组合，降低生产成本。

[1] IMO. Code on noise levels on board ships: MSC.337(91)[S]. 2012.

[2] ISO. Rating of sound insulation in buildings and of building elements: ISO 717-1—1996[S]. 1996.

[3] 中国船级社. 船舶及产品噪声控制与检测指南[S]. 2013.

[4] 卢伟，殷小伟. 基于统计能量分析法的船舶噪声预报与控制[J]. 船舶与海洋工程，2015, (5): 39-43.

[5] VA One 2012 User’s Guide[M]. Paris:ESI Group, 2012.

Sound Insulation Calculation and Design of Composite Structure Based on MSC.337(91)

PAN Liu-liu，LIU Kun，CHEN Hui-qin

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200137, China)

According to Code on Noise Level on Board Ships MSC.33(91), this study adopts the statistical energy method to simulate the actual measurement system of sound insulation index, and compares the simulated result with actual measurement, so as to propose a reliable sound insulation index calculation method for the sound insulation calculation and design of composite wall panels and decks.

ship noise; sound insulation index calculation; composite wall panel; sound insulation design; statistical energy method; MSC.337(91)

U662.1；U552.2

A

2095-4069 (2017) 05-0043-05

10.14056/j.cnki.naoe.2017.05.008

2016-09-26

潘溜溜，男，高级工程师，硕士，1982年生。2007年毕业于上海船舶运输科学研究所船舶海洋结构物设计与制造专业，现主要从事船舶结构设计、振动与噪声分析控制工作。