吸声处理对舱室空调噪声影响的数值分析

    噪声是船舶舱室环境评价指标之一，国际海事组织对船舶舱室噪声水平提出了限值要求。噪声预报是舱室噪声控制和声学设计的基础和前提，常用的预报方法有经验公式法[1]、统计能量法[2]、有限元法[3]、灰色预测法[4]以及神经网络法[5]。以往在应用这些方法进行舱室噪声预报时都是从整体的角度出发，忽略了舱内的声场分布。本文以实测的风管管口声压为噪声源，建立空调通风管路噪声向舱室内部辐射的数值预报模型，研究不同吸声设计方案对降低舱室内空调噪声的影响。

    1 吸声处理对声场的影响

    1.1 模型的建立

    船舶舱室的内部结构在以往的分析中常被忽略，为更好地分析舱内声场的分布情况，本文考虑了舱室内部结构对声场的影响。船用内装结构的材质为木质或钢质，由于两种材质的密度比空气高很多，所以将其表面简化为刚性壁来处理。将采集的船用组合空调器通风管路管口声压简化为无指向性的点声源安置在舱室通风管路的管口处，其声压频谱如图1所示，声源位置示意及舱室的有限元模型如图2所示。以对船员生活影响最大的两个场点的声压级作为参考，如图3所示，其中场点1为船员睡觉时的耳边点，场点2为船员工作时的耳边点。

    1.2 壁面吸声对声场的影响

    壁面吸声是室内噪声控制中最常用的手段，下面对不同吸声设计方案对声场的影响进行分析研究。分别在舱室的前壁面、后壁面、左壁面、右壁面以及上壁面铺设不同厚度的吸声材料，如图4所示。

    其中，浅灰色区域为吸声材料层。出于实际考虑，在左壁面与右壁面的门、窗处均未布置吸声材料。各壁面的吸声面积分别为3.76 m2、3.25 m22、4.144 m2以及5.91 m2。

    经计算，得到各壁面铺设吸声材料后场点的声压级降低量，如表1所示。对同一壁面而言，吸声面积的增加可以增加吸声量，但分析表明，在舱室不同的壁面间，吸声面积并不是影响吸声量的唯一因素。本算例中，上壁面的吸声面积最大，但是对于场点1，它并不是吸声效果最好的壁面，这是因为吸声系数与材料的厚度和噪声的频率相关。

    不同厚度吸声材料铺设到不同壁面对场点的影响是不同的，本算例中，将厚度为10 mm的吸声材料铺设到右壁面，对场点1的作用效果与将50 mm的吸声材铺设到后壁面相当，但吸声材料体积由0.162 5 m3降低为0.041 44 m3，即节省了空间又节省了吸声材料。一方面，这是声波入射到不同壁面的声能密度不同的原因，对于一些入射声能密度较高的壁面，其总的吸声量较大，场点的声压幅值就会较低；另一方面，不同壁面贴敷吸声材料后，声波的传播路径会发生变化，经过关心场点的前几次反射波越多，场点的声压级幅值就会越高。在舱室的声学设计中，应对吸声材料的厚度与空间位置进行综合的考虑，达到即经济又节省空间，又有满意吸声效果的设计。