经验法和统计能量法预报游艇舱室噪声的对比分析

材料的吸声系数α来定义的。吸声系数α指声波落到该表面上时由表面吸收的声能和入射到表面总声能之比。

（2）混响场声压级LRP：

（10）

式中：Lw为室内噪声源总声功率级，dB；R是房间常数， m2。

混响场是指声源发出的声波经过多次反射而无吸收。此时房间某一点的声音是由声源直接发射过来加上各个不同方向发射回来的各种分量的声波的反复交混组合。一般是吸声能力比较差的房间，如主机舱。

（3）直达场声压级 ：

（11）

式中：Lw为为室内噪声源总声功率级，dB；r为噪声源到接收点的声学中心距离，m；Q为噪声源指向系数

直达场是指声音直接从声源处发出的未经反射的声场。一般存在于吸声能力比较好的房间。

当室内存在多个噪声源时，接收点的噪声级为多个噪声源的声压级的和：

（1）总声压级LP：

（12）

（2）透射进相邻舱室的空气噪声级LA（2）：

（13）

（14）

式中： 是源舱室的噪声级，dB； Lw是声源的声功率级，dB；Q是声源的指向性系数；r是舱室中心距声源的距离，m；α是源舱室的吸声系数；S是源舱室的总表面积，m2；R是舱壁的隔声量，dB；F是舱壁的面积，m2；A是房间内的总吸声量，dB；ΔR是考虑舱壁上有声学覆盖层时的修正。

3 计算实例

以图2所示的铝合金高速游艇为例，计算机舱、KTV室和居住舱的噪声级。游艇总长 26.03 m、水线长 22.30 m、型宽 5.83 m、型深 2.90 m、设计吃水 1.00 m；设有机舱、 KTV室、居住舱和主甲板室等。采用双桨双机型，主机6缸4冲程，额定功率1 200 HP、额定转速n=2 300 r/min、减速比1.971：1、采用双层隔振。

游艇是一个漂浮于水上的大型复杂结构，不但受到艇体周围水流的不规则随机激励作用，还受到舱内各种机器设备发出的激励作用，主要包括主机、辅机发电机、空调通风系统、螺旋桨等。

3.1 经验法预报

3.1.1 噪声源强度计算

由于主机舱内机电设备直接发声向外辐射，与此对比，由机电设备引起的船体振动导致的结构声和声波二次辐射的声波是很小的，可以忽略。齿轮箱和发电机属于次要声源，亦可以忽略，故计算中主要考虑主机的作用。

噪声源估算就是利用实测数据、经验公式或借助理论分析来确定各类噪声源的源强度，包括：室内机电设备辐射的声功率级LW；室外或相邻舱室噪声在接受点舱室围护结构外表面引起的声压级Lp；引起接受点舱室围护结构振动的各类机电设备的结构振动加速度级La。

根据文献[1][6]柴油机噪声总声功率计算方法及文献[7]高速柴油机噪声频谱特性，估算得出主机舱频带噪声源强度如表1所示。

3.1.2 主机舱声压级计算

主机舱可近似看作是一个宽5.7 m、长5 m、高2.2 m的长方体加上一个高0.7 m、底边长5.7 m的等腰三角形的组合体。主机舱内存在多种设备，设备表面也会对声波进行反射，所以计算中根据[1]取折合吸声系数。

由于参与计算的噪声源都在机舱，因此机舱作为源空间计算。由前所述，机舱只计算主要机械设备辐射空气噪声的噪声级，同时不需考虑空气噪声的传递损失。机舱噪声计算结果如表2。

3.1.3 KTV室声压级计算

KTV室近似为长4.5 m、宽5.7 m、高2.2 m的长方体，属于相邻舱，其主要声源是来自于主机舱声音通过空气传递和结构振动传递。空气传递过程中需要经过舱壁，这是空气传递主要的传递损失，声音在空气中的损失则忽略不计；振动传递过程中会有能量损耗，主要是引起结构振动导致的。

相邻舱的声压级计算分为两个部分，一部分是空气声的计算；另一部分是结构声的计算。然后再进行声学叠加，得到总的声压级。计算结果如表3所示。

、

3.1.4居住舱声压级计算

居住舱属于相隔舱，与相邻舱类似，相隔舱的声源也是来自于空气传递和结构振动两方面，所以计算方法和步骤与相邻舱相似，先计算相邻舱舱壁附近的噪声级，再计算透射进相隔舱的空气噪声级。不过相邻舱相较于主机舱而言，几乎没有非边界面积，所以相邻舱只是一个直达场。具体计算結果见表4。

3. 2 统计能量法计算

运用全频振动噪声仿真分析软件VAOne进行建模计算分析。首先，采用 ANSYS 建立几何模型，将几何模型划分为有限元网格；在 VAOne 里导入网格，生成 SEA 模型，定义各种材料的属性及各种加筋板，将它们赋予给对应的子系统；最后，定义各类设备的空气噪声和结构噪声，输入或约束到对应子系统。

3.2.1 建模设置的参数

全船的SEA模型共包含82个板子系统、6个声腔子系统。在耦合子系统后，建立两个半无限流体子系统，其中一个流体为空气，另一个流体为海水。将海水的半无限流子系统和船体水下部分的板连接，将空气的半无限流子系统和船体与空气接触的外板连接，这样就模拟了船在海水和空气中运动时噪声通过这些流体的辐射。SEA声学模型见图3。

建立好SEA模型后，进行噪声预报时需要设置一些参数，如内损耗因子、耦合损耗因子和噪声源激励等。内损耗因子是指单位频率单位时间内损耗的能力与平均存储的能力的比值，主要包括三部分：因摩擦形成的内损耗因子；因振动向环境进行声辐射的阻尼形成的内损耗因子；因边界连接阻尼形成的内损耗因子。这三部分是互相独立的，可以线性叠加得到总内损耗因子。耦合损耗因子是指两个系统振动时能量流的关系，表征被直接激励的子系统的能量传到被间接激励的子系统的量。它代表了两个系统耦合程度的强弱，只有在振动能量传递时才会体现出来，其参数根据[1]中的经验公式进行估算。

3.2.2 噪声预报结果

建立模型确定参数后，进行运算可得到声腔子系统的噪声级。分别对空气噪声、结构噪声、空气噪声及结构噪声共同作用3种状态进行计算，计算结果如表5所示。

4 分析与结论

4.1 对比分析

（1）对比数据可以看出，采用经验法预报舱室噪声时，源舱的预报结果误差最大，相隔舱的预报结果误差最小；

（2）采用统计能量法预报舱室噪声结果，其误差比采用经验法小，且与实测值吻合较好。见表6；故统计能量法预报结果的精度较高。

4. 2 结论

采用经验法预报船舶舱室噪声计算过程十分简便快捷，在总布置方案基本确定阶段即可预报全船各舱室的噪声水平，而不必依赖边界条件、详细的结构和舾装图纸。但从经验法计算结果与实测数据比较发现，在没有同类型船或近似船型的噪声数据的基础上采用经验法预报，其结果工程实用性较差。

统计能量法预报值与实测值误差不大于3 dB，达到了工程精度要求。因此，基于统计能量法的船舶舱室噪声预报是可行的。

参考文献

[1] 中国船级社. 船舶及产品噪声控制与检测指南 [S]. 2013.

[2] 邱斌. 高速船全频段舱室噪声预报与控制方法的研究[J]. 水声工程，

2010.

[3] Bercin A N. An assessment of the effects of in-planevibrations on the energy

flow between coupled plates[J]. Journal of Sound and Vibration，1996（5）.

[4]李丹. 船舶艙室噪声预示的统计能量分析研究[J].船舶与海洋结构物

设计制造，2003.

[5] 陈端石，赵玫，周海亭. 动力机械振动与噪声学[M].上海交通大学

版社，1996.

[6] Edward. B. Magrab. Environmental Noise control[M].Canada： John Wiley &

Sons， Inc， 1975.

[7] J.W.E. 彼得森， J.Fr.斯托姆. 船舶噪声控制[M]. 国防工业出版社，

1983.