总第１６卷１７５期 ２０１４年３月 大众科技 Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ．１６ Ｎ０．３ Ｍａｒｃｈ ２０１４ 舰艇舱室噪声控制技术研究 赵但字李中付丁猛 （海军医学研究所，上海２００４３３） 【摘要】舰艇噪声是舰艇舱室环境主要有害因素之一。文章对目前舰艇舱室噪声现状进行了介绍，对主要噪声控制技术 进行了研究，并对舰艇舱室噪声控制给出建议。 【关键词】舱室噪声；噪声控制 【中图分类号】ＴＢ５３５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８一ｌ１５１（２０１４）０３．００７３．０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｈｉｐ ｃａｂｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｐ ｉｌｏｉｓｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｈａｒｍｆｕｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃａｂｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｃａｂｉｎ ｎｏｉｓｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃａｂｉｎ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃａｂｉｎ ｎｏｉｓｅ；ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ １ 引言 舰艇噪声是舰艇舱室环境主要有害因素之一。舰艇舱室噪 声主要来自于舰艇各种机械设备、空调通风设施、电磁武器装 备等，其呈现出噪声声源多、噪声频谱宽、噪声强度大、噪声 作用时间长等特点。按照我国《水面舰艇舱室噪声级限制》的 规定，目前我海军水面舰艇的主、辅机舱和大多数机械舱噪声 水平均超过允许限值，大多数指挥室、无线电室、雷达室、声 纳室及部分工作舱、住舱和其他生活舱也超过允许限值。其中， 主、辅机舱大多在ＩＯＯｄＢＡ以上，机械舱多在８３ ８８ｄＢＡ范围， 工作生活舱一般在５１ ８７ｄＢＡ范围内。长期处于高噪声环境内， 不仅严重影响舰艇的作战能力，而且直接影响舰员的健康、生 得到一个高阶线形方程组，求解得到每个子系统的能量，由 该能量得到需要的子系统的振动参数 。利用统计能量法计 算振动和噪声时，将整个模型离散成若干个子系统。根据模 态相似的原则划分子系统，把一些模态能量相同及模态阻尼 相等的模态划分一个模态群，同时还要保证子系统有足够高 的模态密度。按目前统计能量分析发展的水平，使用于解决 高频内的复杂系统动力学问题，即模态密度为ｎ（ｆ）的子系统 带宽Ａ ｆ内的振型数 Ｎ（Ｎ＝ｎ（ｆ）Ａ ｆ）≤５。 采用统计能量法计算舱室的噪声水平，首先建立结构的 子系统模型，然后根据总布置图、设备布置图和设备参数确 定噪声水平以及输入功率，根据结构的尺寸和式确定子系统 的统计能量参数（模态密度、自损耗因子和耦合损耗因子）； 然后建立并求解船舶系统的能量平衡方程组，并根据能量与声 的转换关系，将计算得到的响应值（能量）转化成舱室的噪 声水平；最后结合相应的船舶舱室噪声规范对其做出评价 。 总体结构ｌ ｆ设备布置Ｉ Ｉ空气及结构 布置图 Ｊ ｌ 团 Ｉ ｌ噪声级水平 活及工作效率。因此，加强舰艇舱室噪声控制技术研究，减小 舰员所处环境噪声，对于维护舰员身心健康，提高舰艇整体战 斗力具有重要作用。 ２工程降噪 工程降噪技术是指在舰船总体论证和设计阶段，从宏观 上考虑降噪措施，并根据论证中设备噪声和舱室噪声的预报 或计算，通过调整总体设计方案或改进降噪措施来达到控制 建 系Ｉ『 源分析ｊ ｌ纛 】【 建立并隶鳞系统娩量平糖方程 的要求。对于处于设计阶段的舰船，采用统计能量分析法， 利用仿真软件来评估舱室噪声大小具有重要意义。 统计能量分析（ＳＥＡ，Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）方 法是从统计的角度分析统计密集模态平均的振动能量传递水 平，适合于中高频振动分析，分析频带较有限元和边界元法 确定主要舱室嗓声级水平 宽的多 。将一个复杂的结构分成多个子系统，当某个或者 某些子系统受到振动激励时，子系统间就通过接触边界进行 能量交换，对每个子系统都能列出一个能量平衡方程，最终 图１采用统计能量法进行舱室噪声预报分析流程图 【收稿日期】２０１４—０２—１２ 【作者简介】赵倔宇（１９８７一），男，四川巴中人，海军医学研究所研究实习员，研究方向为舰艇噪声防护。 ．７３． 舰艇总体设计阶段，同时要考虑主噪声源集中布置，且 应避免与生活舱和主要工作舱毗邻。总体布局应尽量利用空 舱、贮藏舱、通道、卫生间等作为隔声空间，设备的选择与 安装除了满足舰船的作战技术性能外，其空气噪声应尽可能 满足《舰船噪声限值要求和测量方法舰船设备空气噪声验收 限值》的要求，选用低噪声设备。这些措施在舰艇设计中能 积极有效的控制舰艇总体噪声水平。 ３吸声降噪 吸声降噪时指在舱室内布置吸声材料和吸声结构来降低 室内噪声的措施。吸声机理为：声波在媒质中传播时，由其 引起的质点振动速度各处均不相同，存在着速度梯度，使相 邻质点间产生相互作用的摩擦力和粘滞阻力，阻碍质点运动， 并通过摩擦和粘滞阻力将声能转化为热能，同时，由于声波 传播时媒质质点疏密程度各处也不同，所以媒质温度各处也 不同，存在温度梯度，而使相邻质点间产生了热量传递，使 声能不断转化为热能耗散掉。吸声结构主要分为穿孔板吸声 结构、薄板共振吸声结构、微穿孔板吸声结构和各类空间吸 声体。 舰艇舱室内某处的噪声，有自声源直接到达接收点的直 达声；还有经过舱室壁面一次或多次反射后到达接收点的混 响声，直达声和混响声相互叠加后形成复杂的室内声场。采用 吸声技术来进行舱室噪声控制时，吸声技术只能降低混响声的 影响而对直达声不起作用，对于混响声声压级可表示为 ： Ｌ ＝三ｗ＋１０ 丢 舱室总声压级： ＝Ｌ ＋Ｌｈ （２） 式中：厶为直达声声压级，厶为距离声源ｒ处混响声的 声压级，厶为声源的声功率级， 为舱室常数，Ｒ： ， ｌ一口 为舱室内壁总表面积， 为舱室的平均吸声系数（Ｏ＜ ＜１）。 由（１）式可以看出，在声源声功率一定的情况下，提高 平均吸声系数ａ是降低舱室混响声压级 的有效手段。在采 用吸声技术时要考虑平均吸声系数ａ较大的吸声材料。 假设在采取吸声措施前舰船舱室的平均吸声系数为ａ ， 舱室内的声压级为厶 采取吸声措施后，舰船舱室的平均吸 声系数变为ａ ｚ，舱室内的声压级为 ，则吸声减噪量为： ＝ ｌ—Ｌｐ２＝ｌ０ Ｒ２ （３） 将Ｒｓａ：——４ｇＡ（３）式得到： ＡＬｐ：１０１ｇ（－￣２． ． ） （４）考虑到 １．ａ２远小于１，则有： ：１０１ｇ（ａ２） （５） 普通钢板的平均吸声系数为０．０１，假设将舰船舱室内壁 表面都贴上平均吸声系数为１的吸声材料，则由（５）式可知 舱室的最大降噪量为２０ｄＢ。实际上在采用吸声技术前，由于 舱室内壁各种防火防锈涂层以及各种设备的存在，舰船舱室 内的平均吸声系数要大于０．０１，在采用吸声技术后舰船舱室 内的平均吸声系数也很难超过０．５，因此舰船舱室空气声噪 声控制中采用吸声技术其降噪量不会超过６￣８ｄＢ。 ４隔声降噪 隔声技术主要指利用构件隔离空气声的传播从而降低噪 声的方法，这种构件就是隔声结构，隔声结构主要有单层结 构和由单层构件组成的双层结构以及轻质复合结构等。舰船 上隔声结构的应用是比较普遍的，比如隔声罩对降低机械工 作时的空气噪声起着非常大的作用，机舱集控室也是典型的 隔声结构，还有各种管路的包覆，除了能降低振动沿管路的 传递外，更能有效的降低管内噪声的透射和管壁振动的辐射， 其隔声作用也非常明显。由于单层隔声构件隔声量随材料面 密度的增大而增大，在低频区的隔声也非常困难，因此研究 多层夹层复合结构是提高隔声构件隔声量的有效措施。 对噪声强烈的设备、舱室或部位，可根据具体情况采取 不同方式的隔声措施，对舱室单独强噪声源采用隔声罩，在 噪声源与受声部位之间设置隔声屏等。 ５噪声有源控制技术 有源噪声控制（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＡＮＣ）是指人为 的施加一些控制声源，令其声音和原来的噪声源辐射的噪声 抵消干涉，从而达到降低噪声的目的 。有源控制技术主要 擅长于控制低频振动噪声，与传统的无源噪声控制方式互补 性极强，具有低频范围效果好、体积小、对被控系统物理特 性影响小、安装设计方便，能适应未知扰动，以及系统和结 构参数不确定性等优点，为控制低频噪声开辟了一个新的发 展方向，成为振动噪声控制领域的研究热点。 一个典型的有源控制系统的实施应包括：参考信号传感 器、控制器、误差信号传感器、次级扬声器四个主要的环节， 且四个环节缺一不可。其中控制器是有源控制实施的根本， 它直接决定了控制实施的有效性和控制效果，其中控制算法 是控制器的核心，次级扬声器属于控制的实现环节。 图２舱室有源控制结构示意图 （下转第８４页） ．．７４．． ４不确定度传播率 （ ）＝ 定度为： ｕ（Ｒ ）＝＿ａ：Ｏ．０００２９（Ｑ） 灵敏系数：ｃ１＝ａＡＲｌａＲ ＝１ Ｃ２＝０２ｄ￣／ａＲ 一１ ６合成标准不确定度 ６．１标准不确定度汇总表（表Ｉ） 表Ｉ标准不确定度汇总表 ５标准不确定度分量评定 ５．１重复性引入的标准不确定度分量“（Ｒ） 被校测试仪示值重复性引入的标准不确定度分量“（Ｒ ）， 采用Ａ类不确定度评定，该项来源可以从实验得到。以校准 １ Ｑ为例，通电预热１５ｍｉｎ后，重复测量１Ｏ次，所得测量列 （Ｑ）：１．００ｌ、１．００２、１．Ｏ０１、１．００２、１．００１、１．Ｏ０１、１．００２、 ０．９９９、１．００１、１．００１。平均值 ：１．００１１ Ｑ，依据贝塞尔公 式计算单次测量标准差： ６．２合成标准不确定度计算 以上各项标准不确定度分量是互不相关，所以合成不确 Ｓ＝ ０．０００８８Ｑ 定度为： Ｈｃ（ ）＝￣／［ｃｌｕ（Ｒｘ）］２＋【ｃ２“（ ）］卜０．０００９３（Ｑ） 式中： ，ｒ一重复测量次数； 扩展不确定度按计算： 取置信概率Ｐ：９５％， ＝２则有 Ｕ＝ｋ×Ｕ ＝０．００２（Ｑ） Ｘ——第月次测量的数值，Ｑ； ｘ——月次测量的平均值，Ｑ。 由于在实际工作中取一次读数作为测量结果，故重复性标 准不确定度为： ｕ（Ｒ ）＝ ＝０．０００８８（Ｑ） ７测量不确定度的报告与表示 测试仪在测量１ Ｑ时，允许误差是０．Ｏ１Ｑ，扩展不确定 度为Ｕ：０．００２Ｑ，ｋ：２。 ５．２测量 侈 苣误差引入盼际；隹 确定良分量“（ ） 电阻箱测量误差引入的标准不确定度分量“（ ：・，采用Ｂ 类不确定度评定。模拟标准电阻器经上一级校准，误差在允 许范围内，当测量１ Ｑ时，最大允许误差为：口＝±０．０５％× 【参考文献】 【１］ＪＪＦ１Ｏ５９—２ｏ１２，测量不确定度评定与表示［ｓ】 １．００１１ Ｑ，按均匀分布考虑，包含因子ｊ｝：√ ，故标准不确 （上接第７４页） 【参考文献】 ［１】马纪军，张军，兆文忠．统计能量法及其在提速客车噪声预 测中的应用Ｕ】．大连铁道学院学报，２００５，２６（１）：５３—５６． 【２］ 丁少春，朱石坚，楼京俊．运用统计能量法研究壳体的振动 与声辐射特性ＵＪ＿船舶工程，２００７，２９（６）：３０－３２． 目前有源控制研究在国内外已经取得了一系列的进展， 但均都局限于理论上的探索、数值仿真和实验室研究的阶段， 有源控制技术在舰艇舱室噪声控制中的实际应用还需进一步 研究。 ６结论 舰艇舱室噪声的形成是一个非常复杂的声耦合过程，因 此在舰艇设计初期就必须根据噪声容许限值标准将噪声控制 【３】金学之．基于统计能量法的高速船舱室噪声预报与控制 方法的研究【Ｄ１．武汉：武汉理工大学，２００９． ｆ４１ 张立．基于国际新规范的舱室噪声预报与控制技术研究 ｆＤ１．哈尔滨：哈尔滨工程大学，２０１２． 理念贯穿于整个舰艇设计过程中。建造过程中，设备的选择 与安装除了满足舰船的作战技术性能外，尽量选用低噪声设 备。将吸声降噪、隔声降噪等噪声控制技术应用于舰艇设计 制造之中，并积极开展舰艇噪声控制新技术研究，降低舰艇 舱室噪声，维护舰员身心健康，提高舰艇战斗力。 ［５】 张子豪．舰船舱室空气噪声控制技术研究ＩＤ】．武汉：华中 科技大学，２００８． ［６】 陈越澎，谭林森．船舶舱室噪声控制技术综述Ｕ１．武汉造船 １９９５，６：３４－３９． ．．８４．．