城市低頻環(huán)境噪聲煩惱度研究*

洪友朋 朱藝婷 李育敏 朱 凱 劉貴龍

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站, 杭州 310000)

城市低頻環(huán)境噪聲煩惱度研究*

洪友朋 朱藝婷 李育敏 朱 凱 劉貴龍

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站, 杭州 310000)

噪聲對人的影響程度不但與它的響度大小有關,而且和它的頻率高低有關。當前城市噪聲源中有相當一部分為低頻噪聲,其對人的影響具有與通常的中高頻噪聲不同的特點。為分析噪聲頻率與煩惱度的關系,進行了8個不同頻率的純音在等響度級情況下的主觀煩惱度的影響研究,由17位實驗評價者對4組不同等響度級的純音所引起的煩惱程度進行了成對比較評價，對評估矩陣進行誤差分析和有效性的統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示,等響度級條件下,在63～250Hz的低頻段,煩惱度隨著頻率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高頻段,煩惱度則隨著頻率的升高而增大；評價者對中高頻聲的煩惱反應要高于低頻聲,但低頻段的煩惱影響仍不可忽視。

低頻;煩惱度;響度

隨著城市化的推進,我國城市中噪聲源種類和噪聲影響方式都發(fā)生了很大變化,城市高層建筑附屬設施如空調(diào)設備,供水供電設備等所輻射的噪聲,相當一部分都具有明顯的低頻特性,如空調(diào)室外機噪聲、變配電房噪聲等。大量研究表明,低頻噪聲對人的睡眠、工作、情緒和行為產(chǎn)生較大的不利影響[1-8],噪聲對人的影響程度,不但與它的響度大小有關,而且和它的頻率高低有關,對一些典型的城市低頻噪聲源,即使其A聲級沒有超過國家標準,也能對受聲者產(chǎn)生較大的干擾,引起較大的煩惱[9]。

這表明,在某些低頻環(huán)境噪聲情況下,連續(xù)等效A聲級并不是最佳的評價指標,為了更有效地評價和控制低頻環(huán)境噪聲,改善城市聲環(huán)境,展開噪聲頻率與人的主觀煩惱反應關系的研究十分必要。

為此,我們采用城市低頻環(huán)境噪聲實錄樣本進行了聲源頻譜特性分析和煩惱度研究，俞鵬[10]選擇了12種典型的居住區(qū)配套設備噪聲源進行分析,并研究在等聲壓級條件下典型噪聲源的煩惱。由于實際聲源包含了低、中、高頻帶成分,不同頻帶間存在掩蔽效應。為了更好地分析聲音頻率特性與煩惱度的關系,排除各頻帶間的相互干擾,本研究選擇了63、125、250、500、1 000、2 000、4 000、8 000 Hz共8個純音,研究它們在等響度級條件下的主觀煩惱度,以此進一步分析聲音頻率特性與煩惱度的關系。

1 設備與方法

1.1 實驗設備

安裝有頻譜分析軟件(SpectraLAB)的計算機,雙通道聲學實時分析儀VS302USB,B&K功率放大器,B&K HP1001聲源發(fā)生器,BSWA MP2011/2″預極化電容器麥克風。

1.2 實驗場所

使用5m×6m的房間作為實驗室,聲源HP1001放置于房間中央,評價者距離聲源2 m。

1.3 評價者的選擇

實驗評價者共17人,9男8女,其中8人為大學生,9人為城市居民。評價者年齡在21～65歲之間,其中20～40歲為15人,40歲以上2人,實驗前進行了預測試,所有評價者的聽力均為正常。

1.4 實驗聲音樣本的產(chǎn)生與等響度調(diào)整

實驗所用的聲音樣本由安裝有SpectraLAB頻譜分析軟件的計算機產(chǎn)生,按倍頻程將聲音樣本分為：A(8 000 Hz),B(4 000 Hz),C(2 000 Hz),D(1 000 Hz),E(500 Hz),F(250 Hz),G(125 Hz),H(63 Hz),參照等響曲線將每個頻率的聲音樣本分別調(diào)整為55 phon,60 phon,65 phon,70 phon 4個社會生活中常見的響度級水平,共計32個聲音樣本。

1.5 實驗方法

采用成對比較法進行主觀煩惱度實驗，與其他主觀評價方法相比,成對比較法具有簡單、易于實現(xiàn)的特點,是聲品質(zhì)主觀評價實驗最常用的方法之一[11]。

實驗過程中將所有聲音樣本兩兩成對播放(每個樣本自身也先后播放兩次,作為一對),要求評價者比較每一對樣本所引起的煩惱度，每種等響度級中8個聲音樣本作為一個實驗組,將成對播放82=64次。聲源播放順序見表1。

表1 聲音樣本播放順序

播放過程中要求后一對比組不能包括前一對比組中的任何一個聲音樣本,并且包含自身(A-A比較)和不同播放順序?qū)Ρ冉M(A-B,B-A比較)。

聲品質(zhì)研究領域大量評價實驗的結(jié)果表明,每名評價者一次的評價時間以20～30min為宜。本實驗每個聲音樣本播放5s(成對比較法實驗經(jīng)驗表明,5s長度的聲音樣本比較適宜于評價人員作出準確判斷),中間停頓3s,供樣本切換和評價者判斷,因此每個實驗組播放時間約為17min。

2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

2.1 評價矩陣

評價者把每對聲音樣本的評價結(jié)果填在評價表格Pij的相應處，i和j分別表示播放的行列順序。如果認為前一個聲音樣本的煩惱程度比后一個大,則Pij為1,反之則Pij為-1,認為二者相同則Pij為0。每位評價者對一個等響度級的8個聲音樣本的評價結(jié)果組成1個評價矩陣。

表2為某評價者對60 phon響度級的8個聲音樣本所給出的判斷矩陣示例,每個評價者在整個實驗過程中將給出4個這樣的矩陣,17位評價者共給出68個矩陣。

表2 評價矩陣示例

2.3 實驗結(jié)果

經(jīng)過誤差判定和數(shù)據(jù)檢驗后[12],被認定有效的評價矩陣可以用于進行純音等響度級煩惱度的排序。計算過程如下:首先,在有效的評價矩陣中,表2中的Prow和Pcolumn是按式(1)和(2)計算。

(1)

(2)

(3)

然后對每一個煩惱度位次進行分析,計算在各煩惱度位次上各聲音樣本所占人數(shù)的百分比(例如在煩惱度位次1上,12個評價者選擇了聲音樣本A,1個評價者選擇了聲音樣本B,1個評價者選擇了聲音樣本H,因此聲音樣本A在煩惱度位次1上所占人數(shù)百分比為85.7%,聲音樣本B,H在煩惱度位次1上所占人數(shù)百分比各為7.1%),結(jié)果見表4。

表3 60 phon響度級各聲音樣本的煩惱度大小排序

表4 各聲音樣本在各煩惱度位次所占人數(shù)百分比

表4(續(xù))

注:位次越靠前,煩惱度越大;A～H共8個聲音樣本,A頻率最高,H頻率最低

由表4可見在響度級為60phon條件下,各聲音樣本的煩惱程度為:A(8 000Hz)>B(4 000Hz)>C(2 000Hz)>D(1 000Hz)>H(63Hz)>G(125Hz)>E(500Hz)>F(250Hz)，各實驗組純音等響度最終排序結(jié)果見表5。

表5 各響度級聲音樣本煩惱度最終排序結(jié)果

2.3 討論

由表4可見純音在各個響度級的煩惱度排序結(jié)果基本一致,高頻段8 000Hz、4 000Hz的煩惱度要高于中頻段2 000Hz、1 000Hz,中頻段純音煩惱度又要高于低頻段250Hz、125Hz,但是500Hz作為中頻聲,評價者均認為其引起的煩惱程度要低于63Hz、125Hz的低頻純音，值得注意的是在1 000～8 000Hz中高頻段,煩惱度隨頻率的升高而增大,在63Hz～250Hz的低頻段,煩惱度隨頻率的升高而降低。這與翟國慶等對間歇性純音煩惱度的研究結(jié)果相一致[13]：當頻率大于250Hz時,頻率越高，煩惱度越大；當頻率為100～250Hz時,100Hz的間歇性純音比250Hz的間歇性純音煩惱度更高。

隨著響度級的升高,評價者對63Hz純音的煩惱度比其他頻率增長更快,例如在65phon等響度級時,63Hz低頻純音的煩惱度上升到第四位次,在70phon等響度級時,上升到第二位次。

3 結(jié)語

當前城市噪聲源中有相當一部分以低頻成分為主,研究結(jié)果顯示，在63～250Hz的低頻段,煩惱度隨著頻率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高頻段,煩惱度則隨著頻率的升高而增大。評價者對中高頻聲的煩惱反應要高于低頻聲,但低頻段的煩惱影響仍不可忽視。

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[13] 翟國慶,王巧燕,李爭光,等.間歇噪聲主觀煩惱度研究[J].環(huán)境科學學報,2008,28(8):1699-1703.

Study on the subjective annoyance rating of urban low frequency noise

Hong Youpeng, Zhu Yiting, Li Yumin, Zhu Kai, Liu Guilong

(Zhejiang Province Radiation Environmental Monitoring Center, Hangzhou 310028, China)

Besides the loudness, the noise frequency also played an important role in the annoyance. Currently，lots of urban noises were low frequency noises. In order to analyze the relationship between noise frequency and annoyance, a pair-wise comparison experiment was carried out to evaluate the subjective annoyance rating of pure tones at different frequency with the same loudness level. Eight pure tones were used as sound samples .And their loudness was adjusted at four levels. A total of 17 volunteers took part in the experiment. Based on the assessment of judging errors and statistical validity analysis of each subjects' evaluation matrix, the results indicated that with the same loudness level, from 63Hz to 250Hz, the annoyance level declined with the increment of pure frequency, but from 1000Hz to 8000Hz, the relationship was reversed. Although the pure tones at high and median frequencies could make larger annoyance than that at low frequencies, however, the influence of low frequencies also could not be ignored.

low frequency; annoyance level; loudness

* 國家自然科學基金資助項目(10474084)。

2014-08-07；2014-11-06修回

洪友朋，男, 1983年生,研究方向：環(huán)境科學研究與監(jiān)測。E-mail：26328929@qq.com

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