船舶活动产生的水下辐射噪声(URN)对一些海洋生物具有显著的环境影响。¹从船舶中量化URN是一个本质上难以承诺，因为船舶都配备了许多和各种类型的机器，每个机械都有助于不同的噪声和振动水平的频率。²许多研究表明，在较高的运行速度下，螺旋桨空化是造成URN的主要原因。^2,3,4,5.在低速时，URN的主要来源通常与传播到水柱的机械噪声相关联。一旦船达到其空化成立速度，URN水平和压力脉冲都是由空化螺旋桨主导的。²空化螺旋桨具有比非空化螺旋桨的噪声光谱更高的声压水平具有更复杂的噪声光谱。

表面船的整体瓮水平可以与血管速度和位移相关联，可用于商业船舶100 Hz。^3.螺旋桨空泡噪声已知开始在50-150赫兹，但可以扩展到10000赫兹。低频声音更值得关注，因为它们可以远距离传播，而且它们的频率通常与海洋哺乳动物重要的声音频率相匹配。对不同类型船舶的噪音进行了调查。螺旋桨叶片空化及其谐波是低频噪声的两个主要特征。对于集装箱船和车辆运输船，有一些证据表明，随着速度的增加，辐射噪声也会增加。^3.

集装箱船舶和油轮生成的URN主要优于40 Hz，散装载体噪声通常在大约100 Hz左右最大。除了主导峰水平之外，还可以容易地观察到广谱噪声。在300 Hz以上，油轮产生的声能量小于容器和散装载体。污垢或螺旋桨的损坏不太可能考虑船舶类型之间的主要区别，因为在给定类型的所有船舶中相同的特征是显而易见的。与讨论的其他船舶类型相比，车辆载体的源极限最低。商业船舶交通的噪声是深海低频噪声的主导组成部分（图1）。^3.

船舶水下噪声源一般有三种:机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。机械和螺旋桨产生的噪声在总体上对URN的贡献最大。对一艘油轮进行了研究，在800- 4000赫兹范围内，辐射声功率随频率的增加而减小。在4000赫兹之后，辐射声功率又开始缓慢上升。¹不同的研究表明，在MSL（水下辐射噪声水平）和4至6dB的RNL（水下辐射噪声水平）和4至6dB的情况下，可以最多为3至3.5dB的噪声在最多3到3.5dB中节省。⁶为了将该水平放在透视图中，用于研究的船舶（M / V Cygnus）的宽带噪声排放，用于RN1的177-194dBRe1μPam之间，对于MSL的178-200dB Re1μPam。针对上述研究船产生的177-200dB RE1μPA，平均126-158dB RE1μPa的雄性座隆鲸将被压缩。⁶该研究表明，清洁船体和螺旋桨不会影响血管噪声产生。⁷

表1显示了带宽(dB)中仿真值与实测值的比较。

表2显示了中低频范围的测量结果。它显示了十大船舶设计贡献者所释放的噪声能量，占商业活动在海洋释放的噪声能量的90%以上。^3.

噪声污染对海洋哺乳动物的影响

人类肉眼看不见的海洋噪音污染是海洋动物最致命的威胁之一。对鲸鱼、海豚和一般鱼类的影响，可能导致它们沟通、感知危险、寻找伴侣和捕食的听觉退化，甚至影响鱼类的鱼群结构。

URN减少的替代方法

以下列出了降低水下辐射噪声的可能方法。

• 除了后缘外，绘制螺旋桨，可能会降低空化效果。
• 通过改进螺旋桨设计提高空化起始速度。
• 通过改进螺旋桨设计，降低整体空泡噪声。
• 改善机械安装系统，重点放在主动发动机上，柴油发电机组和变速箱（同时不会忘记其他机械和侧翼路径）。这可以全程来到完全褶皱和封闭的机器。
• 在制造过程中改进机械设计和选择(低振动机械)。
• 增加结构阻尼(增加某种类型的瓦片)。请注意，消声片与辐射噪声没有(好吧，几乎没有)关系。
• 船舶操作的变化（放缓，转动较慢，在某些区域的速度降低）。

涂料的现代解决方案

有两种类型的声学涂层是有效的降噪技术解决方案:解耦涂层和消声涂层。通常情况下，两者都由较厚的粘弹性层组成，基体中有一些空隙和其他夹杂物。解耦涂层的作用是减少船体振动对水体的传播，消声涂层的作用是通过吸收入射的声波来减少来自船体的声反射。⁴图2是一个可能的解决方案的示意图，包括完整的船体保护，包括防腐底漆系统，噪音减少底漆和污染释放，环保涂层。该解决方案有可能为船东提供全面的环境保护和卓越的船体保护。

实验室数据 - 降噪解决方案

降噪涂料是航运业的一个新概念。它们由一层带有功能性颜料的硬聚合物层组成，具有“释放”噪音或吸收和反射声能的能力。图3和图4显示了在低频(<1,000 Hz)下(dB)的潜在降低，在这里每100µm涂漆船体可以降低约3db的噪音。该涂层与喷砂金属(3毫米厚)和其他商用涂层进行了比较。

作为公开的组合物的静态声音测量，实验声音封装装置是由我们实验室设计和组装的，如下图5所示。

为了将测量结果从环境噪声隔离，在发泡胶双室内进行声辐射和记录。聚苯乙烯泡沫塑料进行了稳定的致电功能，较小的内腔托管了声音测量装置（软件 - 抖动，硬件放大器，低频麦克风）和Lab扬声器，发射了100 Hz至10 kHz的频率。数据比使用涂漆的冷轧钢的声学信号收集，减去冷轧钢在空气中的干扰，仅留下引用涂料部分的声学信号。麦克风和扬声器的增益和距离对可重复性目的保持恒定，并且每个样品的三倍倍增。

现场数据-降噪涂层解决方案

在海洋涂料和涂料方面，我们专注于三种减少水下噪声的方法：

1. 使用螺旋桨涂料来增加空化起始速度。涂漆的螺旋桨还显著减少了由空化引起的表面缺陷，并减少了通过水面的叶片的表面摩擦阻力(图6)。

2. 使用“降噪底漆”，以减少发动机、齿轮箱和机械设备从船舶内部传递的噪音(图7)。

3. 与海水产生较低的表面摩擦，以减少船体与海水之间的表面摩擦层产生的水动力噪声(图8)。

船体数据收集

船的船体被分成四个区域如下:左舷侧船头，左舷侧船尾，右舷侧船头和右舷侧船尾。之前的申请数据是指去年在新斯科舍省mcgrath湾进行的第一次船只检查中收集的测量数据。

结果显示，使用新的硬除污涂层XGIT-Fuel后，平均船体湿摩擦系数降低了约71%(图9)。

船体表面粗糙度

船的船体被分成四个区域如下:左舷侧船头，左舷侧船尾，右舷侧船头和右舷侧船尾。每个船体区域区域都完全清洁结垢，以便在表面制备和涂层应用之前准确地捕获表面轮廓并获得粗糙度测量数据。申请该研究的申请前10例测量的10个平均值，并且每种九次测量的另外10个平均值被涂覆涂层。每个区域的90测量中的每一个代表表面轮廓的谷高度值“RT”的总峰值。由于船的肮脏状态，先前的申请数据取自之前的船舶检查。结果表明，平均船体表面粗糙度（μm）降低了约30％，这应该有助于减少流体动力噪声（图10）。

螺旋桨的数据收集

图11和表3显示了XGIT-Prop涂敷前后的表面性能。

水下噪声场测量

动态URN测量包括机械、流量和螺旋桨产生的噪声的贡献。图12显示了目前所有试验船在最小速度(~4节)和接近最大速度(~8节)条件下获得的URN结果。为了尽量减少风和电流的影响，对结果进行了平均。与静态测量一样，低速运行的结果对所有船只来说都是相似的，在任何给定的频率上，噪音水平都在10分贝范围内。

低速运行与高速运行相比，所有船只从大约100 Hz开始的噪音水平显著增加(~15 dB)。在60赫兹以下，在低速和高速测试之间的声级变化是最小的。将60hz以下的动态测量结果与静态测量结果进行比较，结果表明，在这个频率范围内，噪声水平只有轻微的增加，这表明60hz以下的噪声水平是由发动机主导的。在高频率的宽带噪声水平的增加是典型的螺旋桨和流量相关的噪声。(一阶引擎运行频率是12 - 15赫兹4节的大部分时间里这些引擎/船,8点30 - 40 Hz节,记住一半订单通常呈现为四冲程引擎,这将是所有船的情况下除了研究血管之一。四桨螺旋桨和3:1齿轮箱，叶片通过频率约为16-20和40-53 Hz在4和8节分别)。

平均而言，在3个阶段测量结果表明:1)严重污染和有空泡螺旋桨;2)有干净的船体;3)经xgit -产品线改造后。当船体被清洗时，可以观察到声级的大幅降低，当涂层被应用时，可以观察到URN的进一步降低。

结论

一个噪音卫生计划通常不是针对任何一个区域的单个点的地址，而是对所有区域的整体关注，正如本文所详细介绍的那样。累积效应会变得非常显著。为了降低船舶的噪声影响，必须采用一系列的技术，包括:

• 避免空化起始速度。
• 经常保持船体和螺旋桨清洁，无表面缺陷。
• 在船舶振动源（发动机，电机和其他机器）上使用降噪安装座。
• 在船体上使用隔音涂料，以减少噪音和振动。

本研究的其他结论包括：

• 在传统的船舶改造方法中，噪声减震涂层可以以最小的干扰容易地应用。
• 螺旋桨空化对URN的排放有显著影响，可通过封闭监测来预防和减少排放。
• 对船舶的几种修改可以对运输降噪进行累积效果。
• 最终说明，寻址噪声污染对问题产生了一种瞬时补救措施，这是不可能说出多种形式的污染减少措施。

致谢

该项目得到了运输加拿大的创新中心（TC-IC）的支持。

Jim Covill和Ken Mackay (Lloyds Register - Canada office)对水下辐射噪声的数据收集，如图12所示。

参考文献

¹李志强，李志强，李志强等，船舶水下辐射噪声技术报告，2019。doi: 10.1017 / CBO9781107415324.004。

²土库曼人,美国;Aktas b;Atlar m;佐佐木:;桑普森,r;关键词:水下辐射噪声，声发射，测量，噪声海洋eng。，卷。130，否。十二月2015年，pp.166-175,2017，Doi：10.1016 / J.oceaneng.2016.11.070。

^3.麦肯纳,年报;罗斯,d;克里•威金斯;希尔德布兰德，J.A.现代商船的水下辐射噪声，“城市。j。Acoust。Soc。点。，卷。131，p。92，2012年, doi: 10.1121/1.3664100。

⁴J.P.等人，船舶作为水下噪声源的建模，海洋科学，第14卷，第1373-1383页，2018年，DOI：10.5194 / OS-14-1373-2018。

⁵从船舶发出的噪音：船内外撞击|Elsevier增强读者。https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/s1877042812028005?token=1673AC7E190256D17BA01F2A324D3109C3DA0BA42A1E2B551BF1EE557F2B551BF1EE557F2B551BF1EE557F2B551BF1EE557F2EEEDAB3EBF7F74D3E8466BB505（访问5月15,2020）。

⁶陈，j;包，a.a .;Au，w.w .;刺激者，A.K.CALF与歌手相关联的驼背鲸歌声级的测量。J声学Soc Am。2016年11月,140(5):4010。doi: 10.1121/1.4967444。PMID: 27908071。

⁷中心，我;加拿大，T.M / V Cygnus水下辐射噪声水平测量在概念湾，NL，NO。2018年11月。