機場噪聲標準評價量關(guān)系分析

張慧娟，郝大力，王辰輝，朱德林，趙春仁，康鐘緒

(1.北京市勞動保護科學研究所，北京 100054； 2.北京市發(fā)展和改革委員會，北京 100031)

近年來，城市機場噪聲污染、噪聲擾民等問題時有發(fā)生。美國、韓國、日本、英國、希臘等國外大部分國家以及國內(nèi)均出現(xiàn)過機場周邊居民對機場噪聲的大量投訴和抱怨。噪聲案例的不斷出現(xiàn)使各國政府紛紛制定了各自的飛機噪聲審定規(guī)則，實施對飛機噪聲級的嚴格控制[1–2]。從上世紀50年代起，國外提出了很多機場飛機噪聲評價方法，與其他環(huán)境噪聲相比，機場飛機噪聲的評價量最為多樣。飛機噪聲評價方法的多元化反映了機場噪聲問題的復(fù)雜性，這也是由于世界各國國情、地理位置、人文環(huán)境以及航空工業(yè)的發(fā)展水平等方面的差異造成的[3]。國內(nèi)外正在使用或使用過的評價量達到11種之多。

飛機噪聲包含逐次突發(fā)的高聲級事件，期間又被非常安靜的狀態(tài)所隔開，因此，我國采用國際民航組織（ICAO）推薦的以噪聲度為基礎(chǔ)的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級LWECPN，該評價量采用能量平均的方法，反映飛機噪聲全天平均每秒鐘對人的作用[4–5]。但是，該評價指標需要大量的實測數(shù)據(jù)，計算過程復(fù)雜，不方便實際操作。因此大多數(shù)國家并未采用（只有中國、日本等國家采用）[6]。而國際上使用較為廣泛的機場噪聲評價量是晝夜等效聲級（Ldn），該評價量基于計權(quán)A聲級。中國民航大學交通工程學院王維教授認為LWECPN建立在噪度基礎(chǔ)上，而Ldn建立在響度基礎(chǔ)上，二者之間無法精確換算，但是，給出了兩評價量的近似數(shù)量關(guān)系[7–9]。

目前，我國環(huán)境噪聲評價系統(tǒng)中各評價標準不統(tǒng)一，例如，建筑室內(nèi)噪聲評價量采用的是等效聲級Leq，與機場噪聲采用的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級難以橫向比較，不能直接應(yīng)用LWECPN討論敏感點室內(nèi)的噪聲值水平和方案治理目標[4,6,10]，不便于城市規(guī)劃和噪聲治理。因此本文旨在探討計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級與等效聲級之間的關(guān)系，解決機場噪聲影響區(qū)的噪聲治理適用標準問題。

1 噪聲評價量

1.1 飛機噪聲評價量

《機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準》（GB 9660-1988）和《機場周圍飛機噪聲測量方法》（GB 9661-1988）中對計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級LWECPN的定義有明確規(guī)定。計算公式為

式中：N1——07:00－19:00對某預(yù)測點產(chǎn)生的噪聲影響的飛行架次；

N2——19:00－22:00對某預(yù)測點產(chǎn)生的噪聲影響的飛行架次；

N3——22:00－07:00對某預(yù)測點產(chǎn)生的噪聲影響的飛行架次；

?——多次飛行事件的平均有效感覺噪聲級。

式中：LEPNij為j航路第i架次飛機對某預(yù)測點引起的有效感覺噪聲級，dB。

有效感覺噪聲級用A聲級表示

LWECPN值直接與有關(guān)，而單獨是通過每個飛機噪聲事件的A計權(quán)最大噪聲級以及持續(xù)時間決定。因此計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN）與飛機噪聲的A計權(quán)最大噪聲級及飛機通過的持續(xù)時間有關(guān)。

晝夜等效聲級Ldn是目前國際上使用較為廣泛的機場噪聲評價量。美國采用Ldn的歷史最早可以追溯到1973年[7–8]。在我國，《機場周圍區(qū)域飛機噪聲環(huán)境標準》（報批稿）是對GB 9660-1988、GB 9661-1988兩個標準[11–12]的修訂，該修訂中提出的飛機噪聲評價量為晝夜等效聲級LDN。該值考慮人們對飛機噪聲的晝夜敏感性差異，將夜間飛機噪聲增加10 dB(A)的補償量后得到的一晝夜等效連續(xù)A聲級[13–15]。其計算公式如下

式中：LAEi——晝間第i次飛機噪聲事件的暴露聲級，dB(A)；

LAEj——夜間第j次飛機噪聲事件的暴露聲級，dB(A)；

Nd——晝間飛行架次；

Nn——夜間飛行架次。

飛機事件的暴露聲級計算公式如下

式中：LA——t時刻的瞬時A聲級，dB(A)；

T——規(guī)定的測量時段，s；

T0——1 s。

暴露聲級（LAE）與規(guī)定測量時段（T）內(nèi)的等效聲級（Leq）有如下關(guān)系

綜上可知，國內(nèi)現(xiàn)行標準采用的飛機噪聲評價量為計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN），而修訂標準中準備將該評價量改為晝夜等效聲級（Ldn），但修訂標準并未真正開始執(zhí)行，所以，目前仍采用計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級為飛機噪聲評價量。

1.2 室內(nèi)噪聲評價量

對于室內(nèi)聲環(huán)境的控制一般采用《住宅設(shè)計規(guī)范》（GB 50096-2010）和《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GB 50118-2010）兩個國家標準[16～17]，標準中采用的噪聲評價量為等效聲級Leq。標準規(guī)定了等效聲級的測量方法，即在一定時間內(nèi)的等效連續(xù)A計權(quán)聲級，對于屬于間歇性非穩(wěn)態(tài)噪聲的飛機噪聲，需測量噪聲源密集發(fā)聲時20分鐘的等效連續(xù)A計權(quán)聲級。此外，標準規(guī)定了因噪聲特性不同而對噪聲測量值進行修正，對于飛機噪聲，測量結(jié)果需修正+3 dB。

現(xiàn)行標準中的飛機噪聲評價量LWECPN與等效聲級Leq不是同一種評價量[18]，是無法混用的，不應(yīng)直接應(yīng)用LWECPN討論敏感點室內(nèi)的噪聲值水平和方案治理目標；此外，LWECPN是通過對噪聲級的計算得到，頻率信息早已丟失，而在噪聲治理方案設(shè)計中，頻率信息必不可少?？梢?，在機場噪聲影響區(qū)噪聲治理方案設(shè)計研究中，直接采用LWECPN是不能滿足要求的。基于此，需進一步分析LWECPN和Leq之間的關(guān)系。

2 噪聲評價量轉(zhuǎn)換

在滿足一定假設(shè)條件下（忽略純音修正，LPN?LA+13），LEPN=LAE+3 ，因此

式中：N1、N2、N3分別為白天、傍晚和夜間的飛行架次。

可見，LWECPN與Ldn的差值取決于時間段的劃分以及各時間段內(nèi)的飛行架次，總體處于13 dB～14 dB之間。例如，假設(shè)白天、傍晚、夜間的飛行架次比例為85%、10%、5%，則LWECPN-Ldn=13.56 dB。

從換算嚴格角度而言，本研究取Ldn=LWECPN-13的換算關(guān)系。

3 實驗結(jié)果與分析

本文應(yīng)用實際測試數(shù)據(jù)對飛機噪聲評價量LWECPN與Ldn和Leq的換算關(guān)系進行研究，選擇數(shù)據(jù)為北京市勞動保護科學研究所噪檢中心于2014年在北京首都國際機場周邊測試的飛機噪聲數(shù)據(jù)。

測試地點為北京首都國際機場周邊10個村莊，監(jiān)測點位的確定原則為：均位于村莊或居住小區(qū)等敏感點；均勻分布在首都機場3號跑道對應(yīng)的理論起降航跡兩側(cè)，能夠反映3號跑道飛機起降的噪聲影響；在LWECPN65 dB～85 dB范圍內(nèi)均有分布。測試次數(shù)累計100次，一次測試的具體情況是：測試頻率為1次/秒或者2次/秒，測量值為A計權(quán)聲級，連續(xù)記錄24小時。

在歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，首先計算了計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN）、晝夜等效聲級（Ldn）和測點20分鐘的等效聲級（Leq），并在此基礎(chǔ)上研究了個評價量之間的關(guān)系。

3.1 LWECPN與Ldn關(guān)系驗證

根據(jù)以往研究，一般認為LWECPN與Ldn之間在數(shù)值上存在13 dB的差距，通過實測數(shù)據(jù)驗證并分析了該結(jié)論，如圖1所示。

線性回歸方程LWECPN=Ldn+13的確定性系數(shù)R2=0.822，其中LWECPN在70 dB～80 dB之間，兩者之間的關(guān)系最為確定，該分析證明LWECPN和Ldn相差13 dB的關(guān)系得到了驗證。

圖1 LWECPN和Ldn+13的關(guān)系

3.2 LWECPN與Leq關(guān)系研究

進一步分析LWECPN與晝間和夜間的室外等效聲級Leq之間的關(guān)系。圖2和圖3為不同LWECPN范圍內(nèi)的晝間和夜間等效聲級Leq結(jié)果，其中，Leq考慮了測試飛機噪聲的+3 dB的修正，且是在選取飛機最為密集的20分鐘進行計算得到，為測試時間范圍內(nèi)的Leq最高值。

數(shù)據(jù)顯示，Leq數(shù)據(jù)相對于LWECPN離散性很大，兩者之間無法建立簡單的線性關(guān)系，只能從數(shù)值范圍上進行討論。如圖2所示，晝間等效聲級數(shù)據(jù)顯示，LWECPN70 dB～75 dB范圍內(nèi)大部分值小于65 dB，75 dB～80 dB范圍內(nèi)大部分差值小于70 dB；如圖3所示，夜間等效聲級數(shù)據(jù)顯示，LWECPN70 dB～75 dB范圍內(nèi)大部分值小于62 dB，75 dB～80 dB范圍內(nèi)大部分差值小于65 dB。

圖2 晝間Leq在不同的LWECPN范圍內(nèi)的變化

圖3 夜間Leq在不同的LWECPN范圍內(nèi)的變化

由此，給出LWECPN與相應(yīng)的晝間和夜間等效聲級Leq上限值的對映關(guān)系，如表1所示。

表1 LWECPN與室外等效聲級Leq上限的轉(zhuǎn)換/dB(A)

上述分析所用數(shù)據(jù)取自首都機場附近村莊的飛機噪聲測試數(shù)據(jù)，是在原始數(shù)據(jù)中選取飛機最為密集的20分鐘進行計算得到Leq，該值為測試時間范圍內(nèi)的最高值，此外，上述結(jié)論是考慮了Leq上限值得到的，綜合來看，上述分析得到的Leq上限值較為保守，以此為基礎(chǔ)討論敏感點的超標情況較為可靠。

3.3 背景噪聲影響

按照《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GB50118-2010）中規(guī)定的等效聲級的測量方法[17]，背景噪聲對飛機噪聲等效聲級Leq的影響較為明顯，而背景噪聲對LWECPN的影響較小，因此，在相同的LWECPN值下，背景噪聲較高時等效聲級也會相應(yīng)明顯提高。

對背景噪聲相對較高的測點數(shù)據(jù)進行分析，將直接利用原始數(shù)據(jù)計算的Leq結(jié)果與利用修正背景噪聲（村莊背景噪聲一般在45 dB(A)以下，將背景噪聲修正為45 dB(A)）后的數(shù)據(jù)計算的Leq結(jié)果對比，對比如表2所示。

表2 部分村莊噪聲數(shù)據(jù)/dB(A)

通過表中數(shù)據(jù)對比可知，背景噪聲高時，得到的Leq值明顯偏高，而將背景噪聲調(diào)低后，Leq值大幅降低。

可見，在討論飛機噪聲造成的村莊Leq時需對背景噪聲做一定調(diào)查，一般村莊的背景噪聲在45 dB(A)以下，過高的背景噪聲導致的高Leq值說明主要貢獻不是飛機噪聲。

因此，在本研究中，對村莊內(nèi)飛機引起的噪聲評價時只考慮背景噪聲為一般村莊背景噪聲水平下的情況，即飛機噪聲為主要噪聲源。

4 結(jié)語

完成噪聲評價量的分析及轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定機場的噪聲治理適用標準。

（1）通過實測數(shù)據(jù)驗證了LWECPN與Ldn之間在數(shù)值上存在13 dB差距的結(jié)論。

（2）根據(jù)理論及實測數(shù)據(jù)分析，給出LWECPN與相應(yīng)的晝間和夜間等效聲級Leq上限值的對映關(guān)系，LWECPN位于70 dB～75 dB內(nèi)，晝間Leq上限為65 dB，夜間Leq上限為62 dB；LWECPN位于75 dB～80 dB內(nèi)，晝間Leq上限為70 dB，夜間Leq上限為65 dB。

（3）背景噪聲對飛機噪聲等效聲級Leq的影響較為明顯，而背景噪聲對LWECPN的影響較小。在討論飛機噪聲造成的村莊Leq時需對背景噪聲做一定調(diào)查，只考慮背景噪聲為一般村莊背景噪聲水平下的情況，即飛機噪聲為主要噪聲源。

[1]SCHULLER W M,VAN DPFD,BOUTER P.Impact of diversity in aircraftnoiseratings[J].Noise Control Engineering Journal,1995,43(6):209-215(7).

[2]武喜萍.飛行程序噪聲評價及減噪措施研究[D].南京：南京航空航天大學，2010：1-13.

[3]丁萬昌.機場噪聲控制和環(huán)境影響評價[J].噪聲與振動控制，1988，8(4)：36-42.

[4]沈穎，陳榮生.機場周圍飛機噪聲評價參數(shù)及標準初探[J].噪聲與振動控制，1999，19(2)：33-36,22.

[5]王冬冬.機場噪聲評價指標分析與應(yīng)用研究[D].天津：中國民航大學，2012：7-16.

[6]沈穎，陳榮生，吳新泉.機場周圍飛機噪聲評價指標研究[J].東南大學學報(自然科學版)，1999，29(5)：126-130.

[7]王維.我國機場噪聲評價量與噪聲影響的定量關(guān)系[J].應(yīng)用聲學，2004，23(1)：8-11+34.

[8]王維.機場航空噪聲暴露-反應(yīng)關(guān)系分析[J].應(yīng)用聲學，2007，26(1)：35-40.

[9]楊尚文.機場航空噪聲影響評價及控制研究[D].天津：中國民航大學，2008：9-17.

[10]鄭汝海，焦鵬.機場內(nèi)部飛機噪聲污染模擬與評價方法研究[J].交通環(huán)保，2005，26(2)：22-24，33.

[11]GB 9660-1988機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準[S].

[12]GB 966l-1988機場周圍飛機噪聲測量方法[S].

[13]趙仁興，沈洪艷，劉勁松，等.機場噪聲預(yù)測與計算[J].河北工業(yè)科技，2000，17(1)：24-27.

[14]趙仁興.環(huán)境噪聲對居民的影響[J].噪聲與振動控制，1994，14(5)：20-24.

[15]趙仁興，王振川，馬麗霞.《機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準》(GB9660-1988)修訂應(yīng)考慮的問題[A]//中國環(huán)境科學學會，中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會論文集[C].北京：北京航空航天大學出版社，2009：1241-1248.

[16]GB 50096-2010住宅設(shè)計規(guī)范[S].

[17]GB 50118-2010民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范[S].

[18]肖慧慧，王超，徐肖豪.機場飛機噪聲評價量及其限值的探討[J].噪聲與振動控制，2011，31(2)：134-137.