(高清版)GBT 41311.1-2022 聲學(xué) 描述船舶水下噪聲的量及其測量方法 第1部分：用于比對目的的深水精密測量要求

聲學(xué)描述船舶水下噪聲的量及其國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局I Ⅲ IV 1 1 1 5 54.2水聽器和信號調(diào)理 6 64.4距離測量 6 7 75.2測量地點選擇 7 75.4水聽器布放 7 95.6測量步驟 6后處理 6.2背景噪聲修正 6.3靈敏度修正 6.4距離歸一化 6.5水聽器與航程聯(lián)合后處理 7測量不確定度 8報告示例 參考文獻 Ⅲ本文件等同采用ISO17208-1:2016《水聲描述船舶水下噪聲的量及其測量方法第1部分：用1ISO18405水聲名詞術(shù)語(Underwateracoustics—Terminology)IEC60565水聲水聽器0.01Hz～1MHz頻率范圍的校準(Underwateracoustics—Hydro-IEC61260電聲學(xué)倍頻程和分數(shù)倍頻程濾波器(Electroacoustics—Octave-bandandfractional-2舷位beamaspect位于數(shù)據(jù)開始記錄位置之前，與其距離是數(shù)據(jù)開始記錄位置位于最近會遇點之前距離至少2倍的數(shù)據(jù)采集開始位置與數(shù)據(jù)采集結(jié)束位置之間的距離。被測船舶以一定航速通過數(shù)據(jù)窗長度所經(jīng)歷的時間。通過最近會遇點并與數(shù)據(jù)開始記錄距離是最近會遇點與數(shù)據(jù)開始記錄位置2倍的船舶參考點3在測量系統(tǒng)的輸入端(或其他位置)輸入經(jīng)過校準和可溯源的已知電激勵，測由一個或多個換能器、適調(diào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器及輔助設(shè)備組成的數(shù)據(jù)采集4GB/T41311.1—202船舶最前端與最后端之間的縱向距離。輻射噪聲級radiatednoiselevel;RNL以被測船舶參考點為聲源位置的測量距離與該測量遠場均方聲壓的乘積prMs·d,相對參考距離和聲壓參考值的級。注1:Lgx=2log??(pews/po+20logi?(d/d?)dB。均方根聲壓級root-mean-squaresoundpressurelevel聲壓級soundpressurelevel;SPLLp對指定參考值po,用聲壓均方根值計算得到的聲壓級。船舶參考點shipreferencepoint確定距離時作為起點的船上某點。被測船舶參考點與每個水聽器的直線距離。聲速剖面soundspeedprofile海水聲速沿深度方向的分布。數(shù)據(jù)采集開始位置startdatalocation數(shù)據(jù)采集開始時，被測船舶參考點所在的位置。51擴展測量不確定度(按1/3倍頻程)5dB(10Hz～100Hz頻段帶寬)3dB(125Hz～16000Hz頻段帶寬)4dB(≥20000Hz頻段帶寬)2測量重復(fù)性(按1/3倍頻程)3dB(10Hz～100Hz頻段帶寬)1dB(125Hz～16000Hz頻段帶寬)1dB(≥20000Hz頻段帶寬)3帶寬1/3倍頻程45最小取20000Hz,也可按需擴展到50000Hz(見4.3)63只7見圖18水聽器與船舶參考點連線與海面夾角9與最近會遇點(正橫位置)的標稱距離(CPA)數(shù)據(jù)窗夾角(最近會遇點前后)數(shù)據(jù)窗長度(m)由式(1)確定，見圖3數(shù)據(jù)窗時長(s)由式(2)確定，見圖3數(shù)據(jù)窗平均時間覆蓋整個數(shù)據(jù)窗時長的采樣時間風(fēng)速≤20kn(見5.3)6固定式水聽器校準發(fā)動機軸轉(zhuǎn)速，風(fēng)速和風(fēng)向(見第8章中其他測量值)7對于這兩種分布類型的水聽器，在最近測量距離(正橫距離)處，距離測量系被測船舶參考點與水聽器之間的斜距可按照6.4所述進行處理。假設(shè)水聽器電纜的漂移角度不超過水聽器電纜的傾角可利用深度計測量水聽器的深度進行確定。如果漂移方電纜末端懸掛配重，或在錨置懸浮布放水聽器上方配置大型浮體，能減小(或者更大浮力的浮體)可提高浮體的牽引力，但也會導(dǎo)致電纜抖動頻率的提高。不使用數(shù)據(jù)傳輸電纜(采用聲波或電磁波進行數(shù)據(jù)傳輸)的自由漂浮式水聽器的漂移角度會很小。水聽器和被測船舶參考點傾角的估計不確定度不應(yīng)超過10%。測量水域最小水深應(yīng)取150m和1.5倍船舶總長中的較大值。測量地點不需要特定的海域，其位置由測量機構(gòu)和船東代表(船主或船廠背景噪聲宜足夠低，以保證被測船舶水下噪聲測量試驗?zāi)軌蚋采w的試驗期間，海面狀況備受關(guān)注。因為粗糙的海面可增強背景噪聲，導(dǎo)致被測船及其推進系統(tǒng)不穩(wěn)這方面值得關(guān)注的是水面艦船輻射噪聲級在各種海面條件下的重復(fù)性。例如，浪高能導(dǎo)致螺旋槳露出8GB/T41311.1—2022/ISO圖1水聽器的幾何布置為減小電纜抖動和海面反射對測量的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。圖2給出了三種可選擇的水聽器布放方式，只要滿足圖1中的位置要求和試驗對測量不確定度的要求，也可采用其他的布置方式。9圖2三種典型的水聽器布放方式5.5測試航線和船舶機動方式測量要求的船舶航線如圖3所示。被測船舶應(yīng)按照要求的正橫距離規(guī)劃航線并沿直線航行。開始測量位置和結(jié)束測量位置與最近會遇點(正橫位置)距離不小于2倍數(shù)據(jù)窗長度。在開始測量位置，被測船舶應(yīng)已達到要求的工況狀態(tài)。除船舶測試計劃另有要求，被測船舶應(yīng)保持勻速航行，固定設(shè)備運行GB/T41311.1—202圖3測試航線示意圖5.6測量步驟當(dāng)水下噪聲測量工作準備就緒后，每次航行測量單程都應(yīng)按照步驟a)～j)的順序進行。對被測船舶的每種工況應(yīng)進行不少于4次測量單程，其中，左、右舷各進行不少于2次測量。a)船長、船東或船東代表應(yīng)確保船舶必要的推進設(shè)備以及輔助機械設(shè)備按要求的工況運行。b)操作測量儀器的聲學(xué)測試人員應(yīng)確認所有測量系統(tǒng)均可正常運行。c)試驗開始之前，為減小對測量環(huán)境的影響，被測船舶應(yīng)航行到離水聽器至少2km遠的地方，包括柴油發(fā)電機在內(nèi)的所有船舶系統(tǒng)都應(yīng)保持運行。當(dāng)所有系統(tǒng)都就位后，被測船舶應(yīng)通知d)當(dāng)背景噪聲測量完成后，噪聲測試人員應(yīng)通知被測船舶按照要求的運行工況和航速朝水聽器方向航行。結(jié)束測量位置(見圖3)。g)應(yīng)測量并記錄最近會遇距離。i)在抵達測試范圍結(jié)束位置后，被測船舶應(yīng)沿反向航線航行(如圖3所示),以便再次通過試驗測量區(qū)域?qū)Υ暗牧硪粋?cè)進行測量，重復(fù)進行上述測量步驟e)~h)。這個過程應(yīng)重復(fù)進行不少j)背景噪聲測量(步驟c)～d)]應(yīng)在每個測量周期的開始和結(jié)束都進行1次測量(例如測量中的半天或一天)。如果天氣條件或交通狀況發(fā)生較大變化[如風(fēng)速變化超過2.6m/s(5節(jié))、海6后處理6.1概述距離應(yīng)為100m和1倍船長中的較大值，正橫距離的實際誤差應(yīng)保持在一10%～+25%之間。按表1給出的要求，正橫距離的測量不確定度應(yīng)小于10%。數(shù)據(jù)窗對應(yīng)航行時長等于被測船舶在±30°夾角lpw=2dcpAtan(0)0——取30°,tan(30°)=0.5773。 (2)6.2背景噪聲修正當(dāng)背景噪聲發(fā)生不可預(yù)期的變化(如過往的船舶或暴雨)時，應(yīng)按照5.6步驟c)的要求對背景噪聲少持續(xù)30s)。如果測量的聲壓級需要修正，修正應(yīng)對1/3倍頻程譜進行。對窄帶頻率譜進行修正經(jīng)常測試過程中應(yīng)實時比較被測船舶的聲壓級與背景噪聲級。帶背景噪聲的△L以1/3倍頻程譜表示的測得的輻射噪聲與背景噪聲之差；LpPa+n 試驗在不受被測船舶干擾時(被測船舶遠離水聽器2km),測得的背景噪聲的均方根聲 (4)L,——1/3倍頻程帶內(nèi)經(jīng)過背景噪聲修正的被測船舶均方根聲壓級。對背景噪聲進行修正得到L后，還應(yīng)采用式(5)對其他因素的影響(例如指向性、電纜靈敏度或放 (5)L”——經(jīng)過背景噪聲與靈敏度修正后的均方根聲壓級；所有的靈敏度修正值均用1/3倍頻程表示。這些修正值可由使用者測量得到或者由設(shè)備供應(yīng)商6.4距離歸一化經(jīng)靈敏度修正后，測量聲壓級的最終調(diào)整是距離歸一化。從被測船舶到測量水聽器的典型距離是一個船長和100m中的較大值。然而，由于海流和測試海 (6)dHon——在最近會遇點時被測船舶參考點與水聽器dvam——每個水聽器的布置深度h(h?為最上方的水聽器深度，h?為中間的水聽每個水聽器在每次航行單程中測量得到的水下輻射噪聲級由式(7)確 (7)dr——1m的參考距離6.5水聽器與航程聯(lián)合后處理將測量得到的數(shù)據(jù)應(yīng)表示為1/3倍頻程帶寬內(nèi)的輻射噪聲級，以分貝(dB)表示，參考值為1pPa,頻率范圍為10Hz～20000Hz或者更高，具體見表1。這些數(shù)據(jù)應(yīng)包括3個水聽器以及4次航行單程的測量數(shù)據(jù)，以左、右舷通過時的測量數(shù)據(jù)應(yīng)分開處理。這些測量數(shù)據(jù)應(yīng)按照6.2～6.4的要求進行修正和歸一化處理后，對每一種航行工況下測量得到的12組數(shù)據(jù)進行聯(lián)合處理，并聯(lián)合后處理的第一步就是利用3個水聽器在每次航行單程測量的數(shù)據(jù)得到輻射噪聲級的能量平均 (8)LRn(r)——第r次航行單程3個水聽器測量得到的水下輻射噪聲級的能量平均值；Lgn(r,h?)——第r次航行單程最上方水聽器測量得到的水下輻射噪聲級；LRn(r,h?)——第r次航行單程中間的水聽器測量得到的水下輻射噪聲級；LRn(r,h?)——第r次航行單程最下方水聽器測量得到的水下輻射噪聲級。GB/T41311.1—2022/ISOLRn(r)——第r次航行單程3個水聽器測量結(jié)果能量平均得到的輻射噪聲平均聲功率級；k——被測船舶總的航行次數(shù)，k取4或2(用于測量左舷或右舷測量)。表1給出了輻射噪聲級(RNL)測量結(jié)果的擴展不確定度。擴展不確定度分低頻、中頻、高頻三個頻帶范圍給出。低頻帶(10Hz～100Hz)中每1/3倍頻程帶寬內(nèi)的擴展不確定度為5dB,中頻帶(125Hz~16000Hz)中每1/3倍頻程帶寬內(nèi)的擴展不確定度為3dB,高頻帶(>20000Hz)中每1/3倍頻程帶寬內(nèi)的擴展不確定度為4dB。這些值代表每1/3倍頻程帶寬內(nèi)的典型值。合成不確定度由各合成分量綜合分析得到，它描述了隨機誤差和可在測量中引入系統(tǒng)偏差的效應(yīng)引起的誤差。將通常采用的基于大量觀察數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析評估不確定度的方法(在ISO/IECGuide98-3中定義為“A被測船舶聲源狀態(tài)的變化將會影響聲壓級和輻射噪聲級測量的重復(fù)性和復(fù)定度取1dB,在高頻段合成不確定度取3dB。窄帶分析和低頻倍頻程分析時頻譜變換的率有關(guān)。例如，在10Hz的1/3倍頻程帶寬上不確定度約為0.5dB,在更高的頻帶上不確定度會更低。平均時間同樣會影響聲壓級的測量，因為在一次航行單程中被測船與水聽器時間內(nèi)船舶航行的距離小于在最近會遇點(正橫位置)時船舶和水聽器之間的水平距離(正橫距離),則從聲壓級到輻射噪聲級的轉(zhuǎn)換過程將引入與斜距估計相關(guān)聯(lián)的測量不確定度之間的距離測量不確定度、測量系統(tǒng)GPS天線與測量水確定度應(yīng)在1/3倍頻程帶寬上達到1dB的量級?；瑯訒?dǎo)致輻射噪聲級發(fā)生變化。這是由于與被測船舶方位的變化和海面了干涉模式的變化。這些變化還與頻率有關(guān)，并且在受干擾的頻帶上可能會非常大。對數(shù)據(jù)窗時長做2)船舶總長(m);6)壓載狀態(tài)。1)動力源；2)傳動機構(gòu)；3)傳動軸數(shù)；4)螺旋槳槳葉數(shù)；5)每節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)；6)最近一次測量后推進線修正情況屬性；1)試驗日期；2)緯度、經(jīng)度；3)環(huán)境條件：2)水聽器深度；6)現(xiàn)場校準方法與結(jié)果。1)最近測試距離(正橫距離);2)積分窗中心的選??；4)背景噪聲級。1)對地航速(kn);2)對水航速(kn);3)每個軸轉(zhuǎn)速(r/min);5)輔機設(shè)備及運行工況；6)船舶吃水情況；7)壓載艙水位。1)所有航次的平均值[式(9)的結(jié)果];2)所有航次中的最小值(輻射噪聲級的變化超過35)單個水聽器測量的輻射噪聲級LRn(r,h)(按用戶要求提供)。1)背景噪聲修正；2)傳感器特性：●水聽器指向性；●溫度特性。[1]ISO/IECGuide98-3Uncertaintyofmeasurement—Part3:Gcertaintyinmeasurement(GUM:1995)ofemissionsoundpressurelevelsataworks[3]ISO18431-2Mechanicalvibrationa[5]ISO80000-3:2006Quantitiesan[6]ARVESONP.T&VENDITTISD.J.RadiatednoisecharacteristicsofaJ.Acoust.Soc.Am.,2000,107(1):118-119.[7]BATIARIANM&FISCHERR.Underwaon.Noise