0 引　言

随着人们对船舶舒适性追求，对于载客的客船、客滚船的噪声控制显得十分重要。国际海事组织（IMO）第91届海安会（MSC91）通过了第 338 号关于SOLAS修正案的决议，自2014 年7月1日起船舶构造应符合MSC.337(91)决议通过的《船上噪声等级规则》。国际主流的船级社均制定相应的噪声技术规范，对船舶噪声提出更加具体的技术要求，如挪威船级社已把噪声特性作为可选入级符号，根据舒适度提出需满足的噪声标准要求，并对船上功能区分类定义不同的噪声值，噪声入级规范已普遍作为载客船舶噪声技术要求。由于邮轮型客滚船功能、布局十分复杂，设备设施多，产生噪声因素复杂，在设计建造时对其噪声控制越来越具有挑战性。

某客滚船是一艘集运输、旅游、休闲、娱乐和购物于一体的新一代邮轮型客滚船，入级挪威船级社，该船符合挪威船级社舒适等级要求，其中乘客区满足COMF(V-1)和船员区满足COMF(V-2)噪声等级要求。为实现客滚船噪声控制目标值，对客滚船噪声产生的因素进行分析和预报研究，并采取有针对性的噪声控制技术，避免建造完工时修改，可节约大量成本和周期。

1 噪声控制目标值

为了满足船舶舒适性要求，挪威船级社分别对客船舱室噪声作限制性要求（见表1），这个比国际海事组织《船上噪声等级规则》技术要求高。

2 船上噪声产生

船舶噪声产生的3个关键元素为噪声源、传播路径和受音端。其中，噪声源是产生空气噪声和结构声的设备如主机、发电机、首侧推、各种泵、压缩机、风机等；传播路径指空气、流体、固体例如甲板、舱壁等；受音端是居住舱室、办公室等。根据美国船级社《船舶噪声分析指南》^[3]，船舶噪声传播途径如图1所示。

1）机械设备

船舶机械设备噪声源主要是主机和发电机、风机等对船上影响最大。每个机械噪声源都会产生空气噪声和结构噪声。在噪声分析中，应同时考虑空气噪声和结构噪声。

空气噪声通常是机械设备机身发出的噪声，还包括机械设备的进出气口发出的声音，这些空气噪声主要影响噪声源舱室、临近的舱室和进出风口附近的舱室。

结构噪声通常是由机械设备振动引起的，再通过结构振动传播声波到机械设备源较远的舱室。

2）螺旋桨

螺旋桨产生的噪声来自螺旋桨的激振力，激振力主要由桨传递到轴上的力和因桨叶空泡作用在船体表面脉动压力组成，而船体表面的脉动压力主要来自瞬时的桨叶空泡和叶梢涡流空泡产生压力。

大部分船在高功率航行时，瞬时空泡产生作用于船体上的脉动压力远大于传递到轴上的力；而低功率航行时一般无瞬时空泡，作用于船体上的脉动压力比较小，可以忽略。

桨叶上的瞬时空泡主要产生低频范围压力，对船上可听到的噪声影响小；而叶梢涡流空泡发出的噪声是宽频的，通常在螺旋桨产生的可听见噪声谱中占主导地位，是螺旋桨噪声的主要来源。

3）中央空调和通风等系统

中央空调和通风等系统的噪声主要来自风机振动引起的结构声和空气声，结构声大小取决于振动频率和振幅，空气声大小取决于流速和风压。

4）其他

船舶外部如海浪等冲击声，船舶内部如管路液体流动，居住区人员活动、娱乐等噪声。

3 船舶噪声预报 3.1 总述

人耳对不同频率声音的可感知是不同的，最敏感的频率范围是2～4000 Hz，低频的噪声比相同级别的高频声音更安静。船舶噪声频率范围通常在31.5 ～8000 Hz，考虑到频率范围跨度较大，通常将其分为多个频段来分析，最常见的采用倍频带，倍频带中心频率一般为31.5 Hz、63 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz和8000 Hz。因此，在预报和分析噪声时，采用计权法来考虑不同频率的噪声，计权后噪声接近人耳可感知的。根据美国船级社《船舶噪声分析指南》，31.5～8000 Hz的计权声压级可由下式计算：

$ L_p(A) =10\text{log}\left[{{\displaystyle {\sum }_{i=\text{1}}^{\text{9}}\text{10}}}^{0.1({L_{p,i}}+{A_i})}\right]。$

(1)

式中：L_p(A) 为 A计权级总声压级，dB；L_p,i 为各倍频带中心频率下的声压级，dB；A_i 为每个倍频带中心频率下的A计权级校正，dB（见表2）。

船舶噪声预报常见方法有有限元法、边界元法、统计能量分析法、能量有限法、灰色理论预测法以及神经网络法等。但比较常用的是有限元法，边界元法、统计能量分析法^[3]等，某客滚船噪声预报分析是基于同型船数据库采用半经验法，其结果准确性在±3～5 dB。船舶噪声预报主要是从“源-传播途径-受音端”入手，考虑影响船上噪声的因素，并获取有关参数，按照“源-传播途径-受音端”进行独立计算分析得到受音端噪声值。

首先，舱室噪声来源之一是机械设备产生的设备空气声和结构声，其中设备空气声的计量以声功率级L_W或声压级L_p表示，通常设备供应商提供声功率级数据，而实际仪器测量采用声压级数据。美国船级社《船舶噪声分析指南》^[2]提供声压级与声功率级转换公式，具体如下：

$ \begin{split} L_W=\;& L_p(r) + 10{\rm log}[12r^2+ 4r(L + B + 2H) + \\ &2H(L + B) + LB]。\end{split}$

(2)

式中：L、B、H 分别为设备的长、宽、高，m；L_W 为声功率级，dB；r为设备表面到测试点的平均距离，m；L_p(r)为在距离r处测得的声压级，dB。

而设备结构声传递，需要考虑设备基座和弹性装置，根据美国船级社《船舶噪声分析指南》，噪声声功率值计算式为：

$ L_v = L_{v0} + TF_1 + TF_2。$

(3)

式中：L_v 为结构上的振动水平，dB；L_v0 为设备的自由速度水平，dB；TF₁ 为弹性安装弹性装置的传递函数，dB；TF₂ 为基础与甲板相互作用传递函数，dB。

当船上声音从一个隔室（源室）传播到相邻隔室（接收室）时，接收室的声压级计算式为：

$ L_{p,R}=L_{p,S}-TL+10 {\rm{log}}(S/A_E)。$

(4)

式中：L_p,R 为接收室内声压级，dB；L_p,S 为声源室声压级，dB；TL 为传输损耗，dB；S 为接收室与源室之间的舱壁或甲板面积，m²；A_E 为接收室吸声面积，m²。

中央空调及通风系统的风机噪声传至舱室出风口外的声功率级，采用中国船级社《船舶及产品噪声控制与检测指南》^[4]的计算公式为：

$ L_{wk}=L_w-\Delta L_{wk}-\Delta L_w^0。$

(5)

式中：L_wk为风机传入管道的噪声声功率级，dB；L_w为风机与风口之间管系的总声衰减，dB；L$ _{{w}}^0 $为风口处的末端反射衰减，dB。而舱室受音端舱室声压级计算式为：

$ L_p=L_{wk}+10 {\rm{lg}}[Q/(4{\text{π}}r^2)+4/R_r]。$

(6)

式中：L_p为受声点各倍频带声压级，dB；L_wk为声源各倍频带声压级，dB；Q为声源指向性因数：当声源中位于室内几何中心时，Q=1；当声源位于室内地面中心或某一墙面中，Q =2；当声源位于室内某一边线中点时，Q=4；当声源位于室内某一角落时，Q=8；r为声源至受声点的距离，m；R_r为声学环境的房间常熟，m²。

$ R_r=\dfrac{{S{\text{α}}}}{{1 - {\text{α}}}}=\dfrac{{\text{A}}}{{1 - {\text{α}}}}。$

(7)

式中：S为室内壁面的总面积，m²；α为壁面的平均吸声系数；A为房间内个倍频带的总吸声量，m²。

3.2 预报假定基础

1）船舶运行状态

在海上以22.1 kn航速航行，主机功率取85%SMCR：用电总功率23940 kW；船尾3台发动机，前方2台发动机，以93%的功率运行；推进电机功率为9250 kW ，螺旋桨转速121.6 r/min ，TVI值为55.1 dB(A)；装车甲板的通风机停止工作；所有机舱风机100%正常工作；发电机在运行；减摇鳍在工作状态。

2）船舶噪声源

某客滚船主要噪声源有机械设备、螺旋桨和中央空调和通风系统，其他如船舶外部冲击声、管路液体流动等。其中，主要机械设备噪声值可从设备供应商提供获得，某客滚船船舶设备主要噪声源如表3所示。

螺旋桨的噪声需专项进行分析获得。某客滚船假定尾浪和升沉导致螺旋桨额外浸没1.5 m，考虑经济航速8.5%MCR功率点。采用半经验的“叶梢涡指数法”计算所得2个电力推进的吊舱（推进器）作用在船体的噪声值为55.1 dB。

3.3 全船船舶噪声预报

根据“噪声源-传播途径-受音端”噪声产生逻辑，建立全船噪声模型十分必要，这使得噪声控制成为可行，在船舶详细设计时开展噪声控制和处理，比施工后节约成本可达10倍之多。声学模型应包括声源、噪声传播途径，受音端等因素描述。某客滚船噪声模型建立，部分预报结果如图2所示，舱室噪声预报结果汇总如表4所示。

中央空调及通风系统作为居住舱室核心系统，对居住舱室噪声影响较大。为此，需对风机、管道到受音端的每一个组件组成的系统，逐一进行计算和分析管道空气声到出风口衰减和再生噪声，再对受音端舱室多个出风口叠加预报舱室噪声值。

4 噪声控制技术研究

噪声控制通常分为主动控制和被动控制^[5]，其中主动控制主要是在噪声源激励处进行噪声控制，被动控制主要是在传播途径或受音端处进行噪声控制。在滚装船详细设计阶段，针对噪声源控制，一般选用低噪声的设备。

4.1 噪声传播途径控制 4.1.1 结构声控制

结构声是从甲板或舱壁表面振动产生声波辐射而产生的，而结构振动主要来源于机械设备或流体流动冲击。控制结构声可以考虑减少振动或控制声波传播衰减，使受音端接收声波能量减少，达到噪声控制要求。一般来说，结构声控制技术有：

1）设备基座需有足够的刚度，避免较大振动带来结构声

客滚船上产生噪声的设备，常见的有主机、辅机、压缩机、制冷机、泵等，需要有足够的强度和刚度以支撑设备重量，避免较大的振动带来额外噪声。

2） 弹性垫或弹性支撑是有效减少机械设备等对结构声的传递

为有效降低设备振动带来的结构声，采用弹性垫或弹性支撑是一种有效方法。通常来说，主机、辅机等较大设备，宜采用特制的减振装置如弹性支撑件安装在设备和基座之间；制冷机（冷却水压缩机）、液压泵、空压机、风机等较小型设备基座安装减振垫如橡胶垫就有良好的减振效果，图3为一种典型弹性支撑。

主机排气管是把主机燃烧气体排出船外的管道，该管道穿越机舱和烟囱，而烟囱大多数和货舱或部分舱室相邻，且该管道具有较大温度变化和振动鲜明的特点，极易造成结构声传递，是船上一种明显的噪声源。为降低排气管振动带来噪声，建议排气管固定采用弹性支撑。同时，还需要防止热胀冷缩造成对结构损坏，排气管需安装膨胀节，顶部采用“搭落”型式和主船体连接，如图4所示。

3）部分管子支架和管子间，或管子穿舱壁处，需安装减振垫，降低管子液体流动时给管子带来的振动，进而减少结构声产生。通常来说，高压管如高压水雾系统、液压管，冷却水管等需重点考虑减振垫的安装。

4.1.2 空气声控制

控制机械设备的空气噪声，主要在客滚船总体布局上多下功夫，具体控制技术有：

1）将噪声要求较高居住区舱室，尽可能远离机械处所，如机舱、风机室，空调机室、辅助设备室，艏侧推间、泵间等；

2）如果机械处所因功能上需要和居住舱室相邻，居住区舱室和机械处所之间设置隔离舱室，如储藏室、储物柜、更衣室，并对设备处所围壁、地板和天花板安装阻尼材料或隔音棉等，降低噪声传递；

3）中央空调和通风系统、机械处所通风系统等进出风口，应尽可能远离居住舱室；

4）电梯井、电缆通道、管隧等尽可能避免从高噪声的机械处所（如主机、辅机舱）通往居住舱室。

4.2 受音端噪声控制研究 4.2.1 居住区甲板隔声控制技术

居住区是客滚船人员居住和活动场所，是噪声控制主要区域，包括居住舱室、公共区、办公区、娱乐场所、购物场所等。居住区作为客滚船主要受音端，噪声控制要考虑内部噪声源和外部噪声源，而外部噪声源主要来自机械设备振动或流体流动冲击等带来结构声，控制居住区周围甲板和壁的结构声是关键因素，敷设防火材料如防火绝缘材料、敷料或阻尼材料是一种有效吸收振动产生的声波能量，对声波衰减起到明显作用。而根据国际海上人命安全公约要求，居住舱室其甲板或围壁做防火分隔而敷设防火材料或敷料。此外，在无敷设防火材料的舱壁或甲板，为了降低舱室能耗损失，使舱室具有一定的保温效果，和室外空气直接接触的居住舱室的舱壁或甲板还会敷设隔热绝缘。这些防火材料和隔热绝缘，本身也具有降低噪声的作用。

4.2.2 居住舱室噪声控制技术

居住舱室的噪声是客滚船居住区域噪声控制的最核心区域，直接影响客滚船的舒适性。一般来说，居住舱室噪声控制技术如下：

1）居住舱室一般设计原则

邮轮型客滚船住舱设计典型横剖如图5所示，居住舱室噪声控制主要技术要点有：① 舱室隔板、天花板均与钢结构的分离，这对降低噪声至关重要；② 天花板和上方甲板采用柔性连接在甲板骨材上，而不是刚性连接；③ 浮动地板，具体型式需要根据噪声等级决定；④ 浮动地板顶层钢板与舱壁板连接型式应采用弯曲型或弹性悬架，这些主要是控制结构声传递，减少人员活动带来的噪声。

2）多层浮动地板

常见的浮动地板构造是由弹性阻尼层、薄钢板、矿物棉等组成，具体型式可根据噪声等级高低进行不同组合，形成不同浮动地板型式，见表1。技术要点有：① 矿棉的厚度可从30～100 mm不等。② 最常用的地板顶层是厚度在1～5 mm之间的钢板，通常与化合物、胶合板或顶板粘合在一起，其厚度为10～30 mm，浇注在矿棉上或预制件。表5为不同类型的浮动地板构成和适用范围，但具体构成选择，还应遵循以下原则：① 一般使用的矿物棉应尽可能厚度大、刚度小，其厚度不应薄于30 mm，尽管矿棉板的刚度与密度之间没有直接关系，但选择密度一般不应超过165 kg/m³；② 浮动地板顶层应是相对较重且低弯曲刚度的材料，通常采用1～5 mm钢板，对噪声辐射控制有良好的效果。

3）居住舱室围壁和天花板设计

居住舱室壁板外侧，通常是钢壁，根据舱室布置和功能需要，遵循国际海上人命公约要求，一般会敷设A级防火绝缘、隔热绝缘等，舱室围壁是复合岩棉板等材料。为了降低船体振动带来的额外噪声，舱室壁板的固定很关键。壁板和上方甲板采用弹性支撑来固定舱室壁板，目前还有一种固定方式是壁板只和浮动地板或普通地板固定，上方壁板没有和甲板连接，如图6所示。

4）中央空调和通风系统的噪声控制技术要点

中央空调和通风系统是客船中的关键系统，涉及面广，某客滚船通风管道多达300多个，对居住舱室噪声影响较大，在详细设计阶段需重点关注如下噪声控制技术要点：① 风机入口的风管需设计成风管直径长5～10倍长为直管，至少需要3倍风管直径长，以避免气流紊乱带来噪声；② 风机的进气口应该与风机保持轴向对中；③ 风管转弯应避免使用直角弯头；④ 风管内壁尽可能光滑，要避免截面变径带来的噪声；⑤ 风管前端后末端采用消音器是降低噪声的有效办法；⑥对噪声要求高的舱室，推荐在风管内风速不大于10 m/s;

5 实船噪声测量结果

某客滚船通过噪声预报，并采用有效的噪声控制技术，经实船试验进行噪声测量，居住舱室噪声预报结果如表6所示。

6 结　语

船舶噪声控制是一项复杂的系统工程，以某邮轮型客滚船为例，在设计阶段通过对噪声产生进行分析和预报研究，实施噪声控制技术，从最终试验测试结果来看，某客滚船噪声控制结果十分满意。其中，居住舱室一般设计原则和布置浮动地板，风管末端安装消音器是最有效的，使乘客区满足最高的噪声要求44 dB；船员房间、办公室、驾驶室、集控室等也是因为采用浮动地板和部分围壁敷设绝缘，实测噪声值比预测值小3～4 dB；而公共区实测噪声值比预测值最大少10 dB，除了因为主机排气管、机械设备采用弹性支撑外，还有很重要的原因是严格实施中央空调系统噪声控制技术，特别是风管内风速选用8 m/s，减少噪声产生。当然，部分公共区实测噪声值达55 dB，比预测值高1 dB，与风管设计存在部分弯头转弯过急、风管变截面和公共区与空调机间相邻等相关。