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的日漸熱興，近年來我國陸續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。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。

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

1 撞擊聲概念

當客船居住艙室上方為健身房、舞廳或其他活動量區域時，這些區域往往會產生較大的聲響并輻射進入居住艙室，進而影響艙室內人員的休息。為對這些活動導致的噪聲進行限制，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準撞擊器作為撞擊源模擬人員活動對下方住艙的影響，進行驗證性測量以判斷是否滿足對應限值的要求。

通常情況下，撞擊聲測量的結果為倍頻程或1/3倍頻程的聲壓級結果。為便于判斷是否滿足要求，多家船級社的舒適度規范均采用計權表觀規范化撞擊聲壓級的單值評價量作為判斷標準。該參數可簡單理解為受到撞擊時房間內測量的經修正的噪聲水平。計權表觀規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，參照法規也基本相同，只是RINA在其規范中的表述稍顯模糊。對于計權表觀規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標準對計權表觀規范化撞擊聲壓級的單值評價量進行測量和換算。其中，ISO 140-7: 1998標準與ISO 16283-2: 2018標準規定了實船撞擊聲試驗方法，ISO 717-2: 2020標準規定了測量結果的單值評價量計算方法。

3 標準撞擊器及其校準要求

只有當測量設備滿足相關要求后，船級社才會為測量團隊頒發認證，批準其開展對應的測量工作。撞擊聲測量需要使用標準撞擊器，目前國內已有設備廠家可制造標準撞擊器。國產和進口的標準撞擊器分別見圖1和圖2。

圖1 國產標準撞擊器

圖2 進口標準撞擊器

各家船級社對于標準撞擊器的要求大體一致，此處以DNV為例進行介紹。

DNV對標準撞擊器的技術指標要求：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，且支腳應裝有隔振墊。

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

5）重錘的下落方向應垂直于測試表面，且誤差在±0.5°之內。

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

7）應選用自驅動機器。撞擊的平均時間間隔應為(100±5) ms。連續兩次撞擊之間的時間間隔應為(100±20) ms。

8）撞擊與力錘提升間的時間間隔應小于80 ms。

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

10）撞擊器的重量應小于25 kg。

一般情況下，在設備出廠時會對上述指標進行檢測，并隨機器提供出廠檢測報告。根據各家船檢的要求，測量設備至少每兩年進行1次校準。通常情況下，船級社要求的校準均需按照其標準（ISO 10140-5: 2010附錄E或ISO 16283-2: 2018附錄A）對測量設備的要求執行。此外，船級社對進行校準的實驗室資質有所要求，但國內符合要求的實驗室基本不具備按照相應標準要求對標準撞擊器進行校準的經驗或資質。在當前國際疫情不容樂觀的形勢下將設備送到國外具有相關資質的實驗室校準，在時間和經濟成本上均是較大的挑戰。考慮到目前客觀條件的限制，某些船級社（如DNV）可接受將標準撞擊器送往國內具有相關資質的實驗室，并按照JJF 1652—2017規范進行校準。校準項目應覆蓋ISO標準中對標準撞擊器的所有要求。校準后，撞擊聲測量團隊應基于校準證書提供一份聲明文件，聲明其設備滿足ISO標準的要求。

除標準撞擊器外，ISO 16283-2: 2018標準對使用橡膠球作為撞擊源的撞擊聲測量方法進行介紹。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 實船撞擊聲測量內容

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

進行以上3項測量后，將測量得到的倍頻程或1/3倍頻程聲壓級數據根據ISO 140-7: 1998標準進行后處理，以得到實船測量的計權表觀規范化撞擊聲壓級的單值評價量。

實船測量應在內裝完工的前提下進行，具體測量要求可參照ISO 16283-2: 2018標準。應注意，使用標準撞擊器作為撞擊源時，各測點的撞擊器應隨機放置在至少4個不同的位置；撞擊器放置的位置距離下方艙壁應不小于 0.5 m，放置時應確保撞擊錘的連線與船長方向的夾角成 45°。測量時應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一般為10～20個。甲板上敷料不同，其撞擊聲測量結果也會有所區別。客滾船的實船測量值見表2。

表2 客滾船撞擊聲實測結果

根據實船測量經驗，若甲板上沒有鋪設任何敷料和地板，或僅敷設一層環氧型甲板敷料，測得的計權表觀規范化撞擊聲壓級單值評價量高達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。

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

1）將圍壁板或天花板改成彈性吊裝，或采用自支撐內裝系統（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行密封處理）。

3）在天花板上額外鋪設一層面密度較大的絕緣層。

經與船東協商確認，目前已有船廠鋪設或計劃在室外娛樂區域鋪設塑料格柵地板，見圖3。

圖3 塑料格柵地板

根據船級社反饋，鋪設塑料格柵地板的區域仍可視為鋪設硬性地板/敷料區域，并可按照較寬松的限值進行驗證。鋪設塑料格柵地板后，計權表觀規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域的撞擊聲要求。

6 結論

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