基于统计能量法与数据库混合的舱室噪声解决方案

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基于统计能量法与数据库混合的舱室噪声解决方案

    统计能量分析方法基于子系统之间的能量流平衡方程，是快速求解大型复杂结构声学振动性能的有效手段，已在很多领域有了成功的应用。船舶主体结构较为规则，几何尺度较大，使得统计能量分析方法非常适合船体结构的振动声学分析。统计能量法广泛用于船舶舱室噪声、水下噪声预报，传递途径分析及振动噪声控制。

    使用统计能量法预报船舶噪声需要一些相关的振动噪声参数作为输入。试验获取这些参数是最直接可靠的办法。但部分输入参数或是难以直接通过试验获得，如设备振动输入功率，有些或是在某些设计阶段不能准确获取。基于以往的相关研究成果以及试验数据积累，可提供船舶舱室噪声以及水下噪声预报的解决方案。其中，基于实验数据与统计能量法混合的方法用于舱室噪声预报。主要内容包括设备振动级及辐射声功率级数据获取、船舶舱室吸声系数数据库、常见船用声学材料吸声系数数据库、振动激励源加载、声学材料声学效果以及通风空调系统噪声分量计算等。水下噪声预报相对独立，是基于共振声辐射理论的工程估算方法，用于预报设备振动产生的水下辐射噪声。

    以下分别具体说明这些功能。

一、舱室噪声

1）设备振动级及辐射声功率级数据获取

    设备振动级以及辐射声功率级是表征设备振动声学性能的最重要的参数，试验获取是最可靠的途径。本部分主要针对缺少实验数据时提供估算方法。此外，设备的振动参数一般只能获取台架试验的加速度级。实验室与实船的安装环境不一致，需要经过换算才能使用实验室获得的数据。本部分也可提供相关的修正方法以及注意要点。

2）振动激励源加载

    统计能量法以功率为变量，需要将机脚加速度转化为振动输入功率。这涉及到设备多接触点安装在基座上，安装点之间的耦合。本部分提供安装系统（刚性安装、单层隔振、双层隔振）隔振量估算方法、基座阻抗估算方法。

3）声学材料吸声系数数据库

    基于实验数据，本部分提供船舶典型舱室的吸声系数，如主辅机舱、舵机舱、餐厅、办公室和船员舱等。还提供典型的船用甲板敷料、绝缘和装饰板的吸声系数。

4）声学材料声学效果

    船上的甲板敷料、绝缘和装饰板可有效降低舱室噪声。完整描述这些声学材料的声学效果需要确定以下五个参数:传递损失、辐射效率、声阻抗、吸声系数和阻尼系数。基于实验数据以及估算方法，本部分提供甲板敷料、绝缘以及装饰板的声学效果计算方法以及这些措施组合在一起的声学效果计算。

5）通风管路系统噪声

    风机室一般较为靠近居住舱室，是构成船舶舱室噪声的主要噪声源。风机通过空气声和结构声产生的舱室噪声可用统计能量法计算。风机通过通风管路产生舱室噪声属于管道声学范畴，且有气动噪声的影响，可用HVAC Noise for Ship计算程序进行分析。HVAC Noise for Ship计算程序采用声源—传递路径—接受者的传递函数分析方法，考虑管路噪声传递损失、气流再生噪声和传出噪声的影响，可计算离心风机、轴流风机等噪声源设备通过直管、弯头、三通、***和静压箱等管路元件后的辐射声。HVAC Noise for Ship既可通过指定舱室的体积和平均吸声系数计算舱室的A声级，也可计算出风口的辐射声功率，以此作为Cabin Noise或VA One的输入数据，更详细地分析舱围壁边界条件的影响。

    HVAC Noisefor Ship内置了大量实验数据和经验公式，可准确、快速预测通风管路系统噪声，也可用于指导低噪声管路系统设计，如声学处理的优化设计、***的选型等。

二、水下辐射噪声

    构成水面船舶水下辐射噪声的主要噪声源包括螺旋桨噪声、机械噪声和水动力噪声。其中，螺旋桨噪声和机械噪声是最主要的噪声分量，水动力噪声只有在船舶航速较高的情况下才会影响总声级。由于螺旋桨空化、船体外形复杂结构庞大、自由液面声散射等因素影响，难以准确预报水面船舶的水下辐射噪声，特别是宽频域的水下辐射噪声。MURN基于结构声辐射基本理论，低频采用数值解析混合方法，中高频采用波方法，可有效预报机械设备振动通过安装系统产生的水下辐射噪声。自由液面声散射的影响通过偶极子的声辐射修正。

    MURN在计算水下辐射噪声时，只需要输入吃水，机械设备、隔振系统、基座结构、船体结构、减振降噪处理相关参数，即可快速完成计算。MURN中内置了多种计算方法求解隔振量、机械阻抗、降噪措施声学效果等中间参数，适用于不同设计阶段的需要。下图为采用通用声学有限元软件和MURN计算的机械激励通过双层底上的基座产生的水下辐射噪声比较。声学有限元软件计算10Hz-100Hz范围的声响应用时24小时，MURN计算全频段的声响应只需要几秒钟。