客船撞擊聲測量分析

王 墨，王毅娜

（1.挪威船級社（中國）有限公司，上海 200336；2.上海船用柴油機(jī)研究所，上海 201108）

0 引言

隨著國際油價的逐漸上漲及郵輪旅游行業(yè)的日漸熱興，近年來我國陸續(xù)承接了多條用于國外短途駁運的豪華客滾船訂單。與普通貨船不同，搭乘舒適性是客船的一項重要指標(biāo)。因此，在簽訂建造合同時，船東通常會對客船的搭乘舒適性提出很多要求。為配合船東的需求、體現(xiàn)船只的舒適性特點，各家船級社均針對船上乘客和船員的居住舒適度制定了舒適度入級符號，如：挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV）的 COMF、中國船級社（China Classification Society，CCS）的 COMF(NOISE N)和COMF(VIB N)、法國船級社（Bureau Veritas，BV）的 COMF-NOISE、勞氏船級社（Lloyd's Register of Shipping，LR）的 PAC、美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS）的COMF和COMF+、意大利船級社（Register Italiano Navale，RINA）的COMF-Noise和COMF-VIB等。這些舒適度符號除對船舶航行工況下的振動噪聲水平提出區(qū)別性要求外，還對乘客住艙提出了額外的空氣聲隔聲及撞擊聲的要求。

強(qiáng)制性法規(guī)要求對空氣聲隔聲進(jìn)行檢查和審核。船級社代表掛旗國對常規(guī)貨船進(jìn)行審核時，會檢查船員住艙與相鄰處所間的分隔是否滿足噪聲強(qiáng)制法規(guī)中規(guī)定的隔聲指數(shù)的要求。與空氣聲隔聲不同，撞擊聲測量并非強(qiáng)制法規(guī)的要求項目，目前國內(nèi)船舶行業(yè)的相關(guān)規(guī)范也未包含船舶撞擊聲相關(guān)的內(nèi)容和要求，但撞擊聲對客船特別是乘客住艙的舒適性影響明顯。船舶的鋼甲板受到?jīng)_擊后會產(chǎn)生較大的輻射噪聲，會導(dǎo)致周圍的房間內(nèi)的噪聲水平升高。若乘客住艙的頂甲板受到?jīng)_擊，其產(chǎn)生的噪聲會影響住艙內(nèi)乘客的休息。因此，為保證住艙內(nèi)乘客的居住舒適度，住艙上方不宜布置活動處所。

1 撞擊聲概念

當(dāng)客船居住艙室上方為健身房、舞廳或其他活動量區(qū)域時，這些區(qū)域往往會產(chǎn)生較大的聲響并輻射進(jìn)入居住艙室，進(jìn)而影響艙室內(nèi)人員的休息。為對這些活動導(dǎo)致的噪聲進(jìn)行限制，多家船級社在其舒適度符號中提出撞擊聲限值要求，并要求在實船上使用標(biāo)準(zhǔn)撞擊器作為撞擊源模擬人員活動對下方住艙的影響，進(jìn)行驗證性測量以判斷是否滿足對應(yīng)限值的要求。

通常情況下，撞擊聲測量的結(jié)果為倍頻程或1/3倍頻程的聲壓級結(jié)果。為便于判斷是否滿足要求，多家船級社的舒適度規(guī)范均采用計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級的單值評價量作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。該參數(shù)可簡單理解為受到撞擊時房間內(nèi)測量的經(jīng)修正的噪聲水平。計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級越小，則撞擊聲影響越小、撞擊聲隔聲效果越好。

2 撞擊聲要求對比

經(jīng)查詢對比，CCS的舒適度符號COMF(NOISE N)、ABS的舒適度符號COMF及COMF+未對撞擊聲隔聲提出具體要求；DNV的 COMF、RINA的COMF-Noise、BV 的 COMF-NOISE、LR的 PAC對撞擊聲有具體要求。

各船級社對撞擊聲的要求見表1。4家船級社對撞擊聲的要求相似，參照法規(guī)也基本相同，只是RINA在其規(guī)范中的表述稍顯模糊。對于計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級的單值評價量，各船級社的要求限值基本一致，僅在居住艙室位于硬性甲板/敷料下方情況下的限值有所差別。總的來說，RINA和DNV的要求較為嚴(yán)格，BV和LR的要求較為寬松。

表1 各船級社對撞擊聲的要求

船級社均按照ISO標(biāo)準(zhǔn)對計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級的單值評價量進(jìn)行測量和換算。其中，ISO 140-7: 1998標(biāo)準(zhǔn)與ISO 16283-2: 2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了實船撞擊聲試驗方法，ISO 717-2: 2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測量結(jié)果的單值評價量計算方法。

3 標(biāo)準(zhǔn)撞擊器及其校準(zhǔn)要求

只有當(dāng)測量設(shè)備滿足相關(guān)要求后，船級社才會為測量團(tuán)隊頒發(fā)認(rèn)證，批準(zhǔn)其開展對應(yīng)的測量工作。撞擊聲測量需要使用標(biāo)準(zhǔn)撞擊器，目前國內(nèi)已有設(shè)備廠家可制造標(biāo)準(zhǔn)撞擊器。國產(chǎn)和進(jìn)口的標(biāo)準(zhǔn)撞擊器分別見圖1和圖2。

圖1 國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)撞擊器

圖2 進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)撞擊器

各家船級社對于標(biāo)準(zhǔn)撞擊器的要求大體一致，此處以DNV為例進(jìn)行介紹。

DNV對標(biāo)準(zhǔn)撞擊器的技術(shù)指標(biāo)要求：滿足ISO 10140-5: 2010附錄E或ISO 16283-2: 2018附錄A的要求，具體為：

1）重錘數(shù)量：直線排列5只。

2）重錘間距：相鄰重錘中心線間距為(100±3) mm。

3）機(jī)器支腳的中心線與相鄰重錘中心線的距離至少為100 mm，且支腳應(yīng)裝有隔振墊。

4）各重錘的動量可等效為500 g質(zhì)點從40 mm高處落下的動量，公差允許范圍為±5%。

5）重錘的下落方向應(yīng)垂直于測試表面，且誤差在±0.5°之內(nèi)。

6）重錘應(yīng)為圓柱形，直徑為(30±0.2) mm。撞擊面的材質(zhì)應(yīng)為硬化鋼，形狀為球面，曲率半徑為(500±100) mm。

7）應(yīng)選用自驅(qū)動機(jī)器。撞擊的平均時間間隔應(yīng)為(100±5) ms。連續(xù)兩次撞擊之間的時間間隔應(yīng)為(100±20) ms。

8）撞擊與力錘提升間的時間間隔應(yīng)小于80 ms。

9）在軟性表面或不平坦表面測試時，應(yīng)確保重錘可下落至機(jī)器支撐所在平面以下至少4 mm的位置。

10）撞擊器的重量應(yīng)小于25 kg。

一般情況下，在設(shè)備出廠時會對上述指標(biāo)進(jìn)行檢測，并隨機(jī)器提供出廠檢測報告。根據(jù)各家船檢的要求，測量設(shè)備至少每兩年進(jìn)行1次校準(zhǔn)。通常情況下，船級社要求的校準(zhǔn)均需按照其標(biāo)準(zhǔn)（ISO 10140-5: 2010附錄E或ISO 16283-2: 2018附錄A）對測量設(shè)備的要求執(zhí)行。此外，船級社對進(jìn)行校準(zhǔn)的實驗室資質(zhì)有所要求，但國內(nèi)符合要求的實驗室基本不具備按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求對標(biāo)準(zhǔn)撞擊器進(jìn)行校準(zhǔn)的經(jīng)驗或資質(zhì)。在當(dāng)前國際疫情不容樂觀的形勢下將設(shè)備送到國外具有相關(guān)資質(zhì)的實驗室校準(zhǔn)，在時間和經(jīng)濟(jì)成本上均是較大的挑戰(zhàn)?？紤]到目前客觀條件的限制，某些船級社（如DNV）可接受將標(biāo)準(zhǔn)撞擊器送往國內(nèi)具有相關(guān)資質(zhì)的實驗室，并按照J(rèn)JF 1652—2017規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)項目應(yīng)覆蓋ISO標(biāo)準(zhǔn)中對標(biāo)準(zhǔn)撞擊器的所有要求。校準(zhǔn)后，撞擊聲測量團(tuán)隊?wèi)?yīng)基于校準(zhǔn)證書提供一份聲明文件，聲明其設(shè)備滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的要求。

除標(biāo)準(zhǔn)撞擊器外，ISO 16283-2: 2018標(biāo)準(zhǔn)對使用橡膠球作為撞擊源的撞擊聲測量方法進(jìn)行介紹。但由于該方法對測量人員的操作能力要求較高，在測量時具有較高的不確定性，目前尚未在實船測量上廣泛采用。

4 實船撞擊聲測量內(nèi)容

以DNV舒適度符號中規(guī)定的實船撞擊聲測量要求為例，實船進(jìn)行撞擊聲測量時需要進(jìn)行測量的項目主要包括3項：1）撞擊器工作時接收室內(nèi)的聲壓級；2）撞擊器未工作時接收室內(nèi)的背景噪聲；3）接收室內(nèi)的混響時間。

進(jìn)行以上3項測量后，將測量得到的倍頻程或1/3倍頻程聲壓級數(shù)據(jù)根據(jù)ISO 140-7: 1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行后處理，以得到實船測量的計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級的單值評價量。

實船測量應(yīng)在內(nèi)裝完工的前提下進(jìn)行，具體測量要求可參照ISO 16283-2: 2018標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)注意，使用標(biāo)準(zhǔn)撞擊器作為撞擊源時，各測點的撞擊器應(yīng)隨機(jī)放置在至少4個不同的位置；撞擊器放置的位置距離下方艙壁應(yīng)不小于 0.5 m，放置時應(yīng)確保撞擊錘的連線與船長方向的夾角成 45°。測量時應(yīng)確保船上沒有大范圍的施工，盡可能降低背景噪聲。

5 實船撞擊聲測量值及降噪措施

一般情況下，船級社要求每種測試情況選擇1～2個測點即可。1條客滾船撞擊聲測量的測點數(shù)一般為10～20個。甲板上敷料不同，其撞擊聲測量結(jié)果也會有所區(qū)別。客滾船的實船測量值見表2。

表2 客滾船撞擊聲實測結(jié)果

根據(jù)實船測量經(jīng)驗，若甲板上沒有鋪設(shè)任何敷料和地板，或僅敷設(shè)一層環(huán)氧型甲板敷料，測得的計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級單值評價量高達(dá)69 dB，超過各船級社對撞擊聲要求中最寬松的60 dB限值。因此，對于其下布置有乘客住艙的室外娛樂區(qū)域的甲板有必要采取一些措施以降低其撞擊聲水平。

對于下方布置有住艙的室外或室內(nèi)公共處所，降低撞擊聲水平最有效的措施為在鋼甲板上鋪設(shè)額外的甲板敷料，如較厚的地毯、浮動地板或約束阻尼層、軟性甲板表層敷料等。

除調(diào)整鋼甲板上的敷料外，還可調(diào)整其下方住艙的內(nèi)裝。但針對內(nèi)裝的調(diào)整對降低撞擊聲的效果有限，一般在撞擊聲稍微超標(biāo)時可考慮采用如下 3種方式：

1）將圍壁板或天花板改成彈性吊裝，或采用自支撐內(nèi)裝系統(tǒng)（艙室模塊）。

2）將天花板更換成隔聲量較大的型號并確保密封性（燈具、檢修口開口處額外進(jìn)行密封處理）。

3）在天花板上額外鋪設(shè)一層面密度較大的絕緣層。

經(jīng)與船東協(xié)商確認(rèn)，目前已有船廠鋪設(shè)或計劃在室外娛樂區(qū)域鋪設(shè)塑料格柵地板，見圖3。

圖3 塑料格柵地板

根據(jù)船級社反饋，鋪設(shè)塑料格柵地板的區(qū)域仍可視為鋪設(shè)硬性地板/敷料區(qū)域，并可按照較寬松的限值進(jìn)行驗證。鋪設(shè)塑料格柵地板后，計權(quán)表觀規(guī)范化撞擊聲壓級單值評價量可降至50～55 dB，基本能滿足硬性地板區(qū)域的撞擊聲要求。

6 結(jié)論

搭乘舒適性是客船的一項重要指標(biāo)，但國內(nèi)針對商船的撞擊聲尚無明確的參照規(guī)范，針對商船尤其是客船的實船撞擊聲測量經(jīng)驗積累有限。本文對船舶行業(yè)常見的撞擊聲測量和標(biāo)準(zhǔn)撞擊器進(jìn)行歸納介紹，并對常見的降噪控制措施和測量經(jīng)驗進(jìn)行分析，研究成果可為客船建造方的故障診斷工作提供一定參考，以便在后續(xù)深入研究分析、實船測量和故障診斷排查時節(jié)省信息搜集精力和時間。