船體噪聲及其控制

第五章船體的噪聲及其控制船艇振動與噪音5.3向鄰近艙室的傳播噪聲從一艙室向鄰近的其他艙室的傳播，可以由幾種途徑：（1）空氣聲穿過隔壁、地板和天花板結(jié)構(gòu)而傳播到相鄰房間；（2）由機械振動或沖擊所引起的結(jié)構(gòu)振動傳到鄰室，再由鄰室地板、墻等結(jié)構(gòu)的振動作為二次聲源而引起的聲發(fā)射；（3）完全通過空氣，例如通過開著的門窗、機艙蓋、通風管道等直接以空氣聲傳播。穿過隔板的聲傳輸

當空氣聲入射到隔壁上時，通過隔壁的聲傳輸是這樣來實現(xiàn)的：首先，在壁面上將一部分入射聲能反射回原來空間；其次，透過隔板之間的孔道成縫隙傳遞；再次是一部分聲能由于隔壁材料的吸聲作用而被損耗；最后一部分是使隔壁振動的能量。

透射系數(shù)

在空氣中傳播的聲波遇到墻壁后，由于界面的聲阻抗發(fā)生了變化，一部分聲能被墻面反射回去；一部分聲能為墻面所吸收；還有一部分透過墻體傳到墻的另一面去。如果忽略墻面的吸收，把入射聲波的能量為，穿透隔壁傳到另一面的聲能為，則透射系數(shù)為傳遞損耗在實用上，人們用透射系數(shù)來評價板壁的隔音性能很不方便，故常用傳遞損耗來表示

TL值越小，則板的傳聲作用越強；反之，則隔聲性能強。單層板的聲傳輸性質(zhì)

當簡諧平面行進波入射到面積很大的單層均質(zhì)薄壁時，在薄壁兩邊，由于一側(cè)的入射聲與反射聲的聲壓與另一側(cè)面透射聲波的聲壓不同，因而在隔壁兩側(cè)的聲壓會使隔壁發(fā)生振動，其振動頻率和聲波頻率相等。當入射聲波的頻率低于隔板的基頻時，這種低頻的傳輸(或傳輸損耗)主要由隔板的剛度來控制。當聲源頻率高于剛度控制范圍時，進入板的一系列固有頻率的區(qū)域(共振區(qū))。若聲波頻率與其中一系列固有頻率重合，則板會發(fā)生一系列共振.這個范圍內(nèi)隔板的傳輸能力主要取決于隔板的阻尼，稱為阻尼控制。在隔板的一系列主要共振頻率以上，聲波頻率高于板的頻率，故為振動的質(zhì)量控制區(qū)。5.4船舶噪聲控制原理及方法

噪聲控制的基本原理,即聲源噪聲的控制，傳播途徑的噪聲控制及在接收器旁的噪聲防護設(shè)備的使用?？刂圃肼?，最積極有效的辦法是從聲源上去考慮?？刂坡曉丛肼暤姆椒椋簻p少激振力的幅值，減少系統(tǒng)各部件對激發(fā)力的響應(yīng)，改變工作條件等。在傳播途徑上控制噪聲主要是阻斷和屏蔽聲波的傳播或使聲波傳播的能量隨距離加大而衰減。因此控制噪聲傳播途徑可從聲源和接收器位置的選擇，增加傳播距離，隔聲，吸聲，消聲等手段入手。對接收者采取戴耳塞、耳罩、帽盔或隔聲間等防護措施。5.4.1吸聲能夠吸收聲能的材料或結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱作吸聲材料。利用吸收材料吸收聲能以降低噪聲的辦法稱作吸聲降噪，通常簡稱吸聲。

值得注意的是，吸聲只能降低混響聲，而不能降低直達聲。實踐證明，經(jīng)吸聲處理后，室內(nèi)混響聲一般可降低5～10dB(A)。

吸聲材料的種類很多，按照材料的結(jié)構(gòu)與吸聲原理，吸聲材料可以分為兩大類:一類是多孔吸聲材料，如玻璃棉、聚氨酯泡沫塑料、木絲板等。主要用于吸收中、高頻的聲音；一類是共振吸聲結(jié)構(gòu)，如薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。主要用于吸收低、中頻帶的聲音，其中微穿孔板可用于吸收較寬頻帶的噪聲。1．用多孔材料來吸聲一、多孔吸聲材料

按照材料的外觀形狀，多孔吸聲材料可分為纖維型、泡沫型、顆粒型三類:纖維型材料是由無數(shù)細小纖維材料堆迭或壓制而成。泡沫型材料是由表面與內(nèi)部都有無數(shù)微孔的高分子材料制成。顆粒狀材料主要有膨脹珠巖和其他微小顆粒狀材料制成的吸聲磚等。多孔吸聲材料在結(jié)構(gòu)上有一共同特征，就是在表面和內(nèi)部都有無數(shù)微細的孔隙，經(jīng)仔細觀察，這些微孔互相貫通，具有良好的通氣性能。微孔的孔徑多在數(shù)微米到數(shù)十微米之間。這些微孔總體積約占材料總體積的95%以上。二、吸聲機理

多孔吸聲材料之所以能把入射在其上的聲能吸收掉，是由于吸聲材料的多孔性。

當聲波入射到這種材料表面時，可沿著對外敞開的微孔射入，進入空隙，并衍射到內(nèi)部的微孔內(nèi)，引起空隙中的空氣和材料細小纖維的振動。由于空氣分子之間的黏滯阻力，使相當一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能。特別是低頻的吸收，主要依靠材料細纖維的振動來實現(xiàn)。此外，空氣與孔壁以及材料纖維（顆粒）間的熱交換也會消耗部分聲能，從而使反射出去的聲能大大減少。這就是多孔吸聲材料能夠吸聲的機理.在選用吸聲材料時，要注意材料的多孔性，表面富有細孔，孔與孔之間要互相連通，并可使聲能深入到材料內(nèi)層。這樣，聲波才可以順利地投入。三、吸聲特征及影響因素多孔吸聲材料對高頻聲能的吸收優(yōu)于低頻。并且，孔徑越細或頻率越高，這種聲能吸收的效果越顯著。根據(jù)這種吸聲特性，多孔吸聲材料通常用于中、高頻噪聲的吸收。影響多孔吸聲特性的因素主要有兩方面。一是材料的特性，二是聲波的特性（入射角度與頻率）。影響材料特性的因素除與多孔吸聲材料本身的因素有關(guān)外，還與材料的使用條件有關(guān)，如密度、厚度、使用時的結(jié)構(gòu)形式與氣象條件等。

改變材料的密度，相當于改變材料的孔隙率（包括微孔數(shù)目與尺寸）和流阻等。流阻表示氣流通過材料時阻力的大小。對于一定厚度的同意多孔材料，松軟、密度小時，孔隙率大、流阻小，有利于高、中頻噪聲的吸收。反之，密實、密度大時，中、低頻噪聲的吸收均有所改善。但密度過大時，中、高頻聲的吸收會明顯下降。一般情況下，過大或過小的密度對吸聲都不利。所以，對于一定的多孔吸聲材料，都存在一個吸收性能最佳的密度范圍。多孔吸聲材料的厚度增加時，對低頻噪聲的吸收增加。使用時，對于中、高頻噪聲，一般可采用2～5cm厚的常規(guī)吸聲板；吸聲要求較高時，可采用5～8cm厚的吸聲板。對于寬頻帶噪聲，可采用材料后留空腔或取5～18cm厚的吸聲層。

溫度、濕度、氣流速度等環(huán)境和氣象條件都會影響材料的吸聲性能。溫度升高，會使多孔材料的吸聲性能向高頻方向移動；反之，溫度降低，則向低頻方向移動。濕度增大，水分容易堵塞多孔材料的孔隙，使吸聲系數(shù)下降。當將多孔吸聲材料用于通風管道和消聲器內(nèi)時，宜根據(jù)氣流速度的大小，設(shè)置一層或多層不同的護面層。四、多孔吸聲材料的應(yīng)用（1）多孔吸聲板、氈與吸聲磚多孔吸聲板、氈與吸聲磚是用松散的各種多孔吸聲材料加工而成的，如木絲板、礦棉板、甘蔗纖維板、玻璃棉氈、膨脹珍珠巖吸聲磚等。使用時，可以整塊的直接吊在天花板或貼附在四周墻壁上；各種吸聲磚可以直接砌筑在需要控制噪聲的場合。（2）罩面板的多孔吸聲結(jié)構(gòu)用塑料紗、玻璃纖維布、金屬絲網(wǎng)等透聲材料作罩面層，內(nèi)填以松散的厚度為5～10cm的多孔吸聲材料，制成板狀等形式即可。為保持固定幾何形狀，防止機械損傷、保持美觀，一般在材料間要加木筋條（稱木龍骨）加固。

吸聲體結(jié)構(gòu)示意圖1—鋼絲繩（過穿孔板）；2—玻璃纖維布；3—吸聲材料；4—木骨架；5—槽鋼骨架（3）空間吸聲體把有罩面的多孔吸聲結(jié)構(gòu)做成各種各樣形狀的單塊，稱作吸聲體?？臻g吸聲體具有較高的吸聲量。一般情況下，空間吸聲體可以降低噪聲6～10dB。1—平板形；2—圓柱形；3—球形；4—波浪形；5—菱錐形；6—菱柱形2.用共振吸聲結(jié)構(gòu)吸聲為了增加對低頻聲能的吸收，目前普遍利用共振原理做成各種共振吸聲結(jié)構(gòu)。共振吸聲結(jié)構(gòu)基本分為三種類型：薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)和微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。一、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)

（1）構(gòu)造這種由薄板（金屬板、膠合板或塑料板等）與板后的封閉空氣層構(gòu)成的振動系統(tǒng)就稱作薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。

1—龍骨架；2—薄板（2）吸聲機理當聲波入射到板面上時，激發(fā)薄板產(chǎn)生振動，并發(fā)生變形。此時，由于板本身的內(nèi)摩擦及與支點間的摩擦損耗，將振動能量變?yōu)闊崮?，從而消減聲能。特別是當入射波的頻率與板振動系統(tǒng)的固有頻率相同時，便發(fā)生共振，振動振幅達到最大，振動最劇烈，聲能也就消耗最多。這就是薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)吸聲的機理。（3）吸收特性及其改善由板狀（或膜狀）材料與其后設(shè)置的空氣層組成的吸聲結(jié)構(gòu)一般用于吸收低頻噪聲，其共振頻率（固有頻率）可按下式近似計算：式中——共振頻率，Hz；

m——板（膜）的面密度，kg/；

h——板（膜）后空氣層厚度，m。薄板共振結(jié)構(gòu)的共振頻率主要取決于薄板的面密度與背后的空氣層厚度。薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率大都在80～300Hz之間。因此，薄板共振結(jié)構(gòu)通常用做低頻吸聲結(jié)構(gòu)，吸聲頻率較窄，吸聲系數(shù)約為0.2～0.5，在使用中受到限制。二、穿孔板共振吸聲機構(gòu)在薄板材料上鉆一定孔徑的孔，并在其后以一定厚度的空氣層作間隔而安于板壁上，利用聲波在孔的摩擦損耗，失去能量來達到吸聲的目的。班上的孔距較小時，發(fā)生聲波干涉現(xiàn)象，板后的空氣層由于彈性作用，發(fā)生共鳴吸收。這種多孔板以共鳴頻率為中心在較廣的吸聲范圍內(nèi)有更高的吸收率。對于高溫、潮濕和腐蝕氣體的空間用吸聲材料，往往因浸蝕作用經(jīng)過一段時間就會失效，用上述兩種吸聲結(jié)構(gòu)又不能滿足寬頻帶吸聲的要求，這時可以金屬微穿孔板。它是在厚度小于1mm，孔徑小于1mm的微孔，穿孔率為1%～4%的范圍內(nèi)，板后留有空氣層。金屬微穿孔板的吸聲系數(shù)和寬帶都較穿孔板好，且外表美觀，易于清洗，適用于高溫、有腐蝕性氣體的特殊條件。目前在船舶上應(yīng)用最為廣泛的是用多孔吸聲材料制成的平板型吸聲結(jié)構(gòu)，如圖示。在這種結(jié)構(gòu)中，吸聲材料或是緊貼在船體的壁板上，或是留有一段距離。為防止多孔材料受到機械損傷，用多孔板保護之。吸聲尖劈在某些船上也有應(yīng)用。3．吸聲處理注意要點在下列情況下，采用吸聲處理措施是適宜的。(1)艙室壁面都是堅硬的反射性能較強的材料聲措施，可獲得較好的降噪效果。(2)當操作工人離聲源大的機器較遠，即工人接受的反射聲與直達聲相比，反射聲較強時，采用吸聲措施，可獲得較好的吸聲效果。

(3)對于噪聲源比較多且分散，采用吸聲措施能取得較顯著的降噪效果。(4)對于噪聲源尺寸較大且分散，配合隔聲、消聲、減振的同時，采取吸聲措施能獲得較好的降噪效果。5.4.2隔聲

采用圍護構(gòu)件以減少空氣噪聲的傳播稱為隔聲。把需要安靜的場所封閉在一個小的空間中，使它與周圍的環(huán)境隔絕開來，稱為被動隔聲。把噪聲源用周圍圍護構(gòu)件封閉或隔離開來，使噪聲傳不出去以減少對周圍環(huán)境的污染，稱為主動隔聲。將噪聲源與環(huán)境隔離的常用方法是隔聲屏和隔聲罩。與吸聲材料相反，隔聲結(jié)構(gòu)一般都是密實、沉重的材料，如磚墻、厚鋼板、鋼筋混凝土等。聲波入射到壁板上，引起壁板振動，間接地將聲能傳遞過去。其振動和傳聲的大小主要取決于壁板單位面積的重量，重量越大，越不容易振動，隔聲效果就越好。船舶上鋼板的隔聲效果較陸地上磚墻差。此外，入射聲波的頻率越高，隔聲效果也越好，即高頻聲容易隔絕，而低頻聲較難隔絕。當隔聲壁共振時，隔聲效果會大大下降。對于輕質(zhì)隔聲結(jié)構(gòu)，如船上的機罩、輕型圍壁、門窗等具有較高的固有振動頻率，在聲波的作用下可能會發(fā)生共振，從而使該頻率范圍內(nèi)的隔聲效果大大降低，甚至可能成為噪聲發(fā)生器。涂上一層內(nèi)損耗大的阻尼材料，可減弱結(jié)構(gòu)的共振。為了提高隔聲效果，應(yīng)采用雙層隔聲結(jié)構(gòu)，一股取空氣夾層的厚度為8～10cm。為了提高雙層隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲效果，應(yīng)避免兩層隔壁剛性連接，即在兩層隔壁的上、下端與上、下結(jié)構(gòu)連接處墊上或嵌入一層彈性材料。此外為了防止共振，可在空氣間層中填以玻璃棉、礦渣棉一類的松軟吸聲材料，吸收聲能，提高雙層壁的隔聲效果。在設(shè)計柴油機隔聲罩時，除了罩壁本身應(yīng)有較大的隔聲值外，罩壁內(nèi)表面應(yīng)敷設(shè)吸聲性能良好的吸聲材料，外表面要涂上高內(nèi)損系數(shù)的阻尼材料。必需指出，所有隔聲構(gòu)件均應(yīng)嚴格防止孔洞和縫隙，所有必須貫通的管路和電纜都要采用橡皮套管或采取其它措施。5.4.3消聲采用消聲器是防治空氣動力性噪聲的主要方法。在船舶上，消聲器主要用于柴油機的進、排氣系統(tǒng)(包括增壓器)，也可用于通風空調(diào)設(shè)備。消聲器應(yīng)當滿足消聲量大、空氣動力性能好(阻損小)、結(jié)構(gòu)性能好(堅固耐用、重量輕、體積小)三個要求。消聲器的形式很多，一般可以分為三類：阻性消聲器、抗性消聲器和阻抗復(fù)合式消聲器。1．阻性消聲器阻性消聲器是靠管的內(nèi)壁上裝貼的吸聲材料將聲能吸收，并使其轉(zhuǎn)換成熱能(由于實際的聲能是很低的，故不會太熱)，從而達到消聲的目的。最簡單的阻性消聲器是管式悄聲器，其示意圖如圖所示。它的特點是氣流不轉(zhuǎn)彎，直通出去，故不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且空氣動力性能好。但僅適用于氣流流量不大的場合。當氣流流量增大時，就要采用將多根小管并聯(lián)的各種結(jié)構(gòu)型式的消聲器，如蜂窩式、片式、折板式、聲流式等。其中以聲流式消振器最佳，它的吸聲材料按正弦形狀、或近似正弦形狀排列，既使聲波由于多次反射而增加吸收，提高了消聲效果，又可使氣流暢順地流過，減小對空氣動力性能的影響。但這種消聲器加工較復(fù)雜，造價較高。

阻性消聲器的優(yōu)點是能在較寬的中、高頻范圍內(nèi)消聲，特別是對刺耳的高頻聲有突出的消聲作用。缺點是在高溫、水蒸汽以及對吸聲材料有浸蝕作用的氣體中，使用壽命較短，對低頻噪聲消聲效果較差。另外若管道截面過大，波長很短的高頻聲將以窄聲束的形式傳播，很少或根本不與吸聲材料接觸．從而使某些高頻噪聲的消減量大為降低。5.4.4隔振鋼鐵等船用金屬材科雖是隔絕空氣聲的較好材料，但對隔離固體聲卻沒有多大的作用。為了隔絕固體聲，必須采用隔振技術(shù)。5.4.5阻尼船舶上的一些構(gòu)件，如粱、板和管道等，理論上具有無限多個諧振固有頻率，其中任何一個固有頻率都可能被各種機械所激勵而振動。減少這種共振效應(yīng)，防治這種聲幅射的有效力法之一就是采用阻尼吸振，即在該構(gòu)件表面涂上一層阻尼材科，用阻尼來消耗振動能量。

阻尼材料就是內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦大的材料，如瀝青、軟橡膠、乳膠水泥及其它一些高分子涂料。

阻尼層與金屬面板的結(jié)合一般有兩種作法:一種是直接將阻尼涂料涂在金屬板的一