某軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)環(huán)境的聲景測(cè)繪與分析研究

丁仕林，康 青，李 震，陳善靜，陳虹合，楊春陽

(陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311)

引 言

上個(gè)世紀(jì)60年代，Schafer[1]提出：“除了城市噪聲之外，還有很好的聲音，值得欣賞和記憶的自然和人文的聲音。”通過對(duì)“環(huán)境中的音樂”的闡釋，大眾開始關(guān)注周圍的聲環(huán)境。秦佑國教授[2]認(rèn)為聲景學(xué)研究應(yīng)該伴隨自然環(huán)境和人文環(huán)境存在的聲音遺產(chǎn)的保護(hù)、留存與記錄。

聲景圖將大區(qū)域內(nèi)的聲音數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)用圖形化的方式展示出來，不僅給設(shè)計(jì)者提供依據(jù)，分析結(jié)果還能為管理者提供改進(jìn)建議。早期研究關(guān)注在噪聲方面，de Kluijver H[3]研究了GIS在噪聲地圖中的應(yīng)用，隨著聲景概念的普及，聲環(huán)境不僅包含噪聲，還注重自然人文環(huán)境聲的記錄和保護(hù)。李國棋[4]結(jié)合多個(gè)案例對(duì)聲景研究和聲景設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探索，劉江[5]對(duì)城市區(qū)域聲景的時(shí)空維度變化進(jìn)行分析研究，扈軍[6]在GIS平臺(tái)上對(duì)聲景圖制作進(jìn)行系統(tǒng)研究。李佳玲[7]研究了聲景觀元素對(duì)大學(xué)校園不同區(qū)域的影響，為大學(xué)校園聲景觀營(yíng)造提供了參考。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉[8]的關(guān)于人類獲取信息途徑的實(shí)驗(yàn)表明：人類獲取信息量的83%來自視覺，11%來自聽覺。長(zhǎng)期以來建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)等行業(yè)形成“唯視覺論”，忽略了聽覺因素。越來越多的城市噪聲問題出現(xiàn)也促使設(shè)計(jì)者和管理者對(duì)聲景營(yíng)造引起重視。聲景概念的提出與演進(jìn)，突出了聲景在環(huán)境質(zhì)量控制中的重要性。

軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)是相對(duì)封閉，內(nèi)部生活節(jié)奏規(guī)律，訓(xùn)練氛圍濃厚，不同于城市開放空間，與普通高校環(huán)境也有明顯差異[9]。本文選取某部隊(duì)軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)作為研究對(duì)象，通過對(duì)聲音數(shù)據(jù)的采集，繪制某營(yíng)區(qū)聲景圖，分析營(yíng)區(qū)內(nèi)不同區(qū)域聲景的規(guī)律和影響，為營(yíng)區(qū)的聲景評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)參考，將對(duì)營(yíng)區(qū)聲景改善有著重要指導(dǎo)意義。

1 某軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)聲環(huán)境調(diào)查

1.1 聲源概述

在聲景研究中對(duì)聲源進(jìn)行分類是理清聲環(huán)境脈絡(luò)的前提。通過實(shí)地調(diào)查，將營(yíng)區(qū)內(nèi)各種聲源按照傳統(tǒng)聲景研究中的聲源分類方法歸類到生活聲、人工聲和自然聲中(圖1)。根據(jù)前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在此營(yíng)區(qū)中與人員活動(dòng)相關(guān)的聲源種類達(dá)一半以上，遠(yuǎn)多于自然聲的種類。說明營(yíng)區(qū)的聲環(huán)境與所屬人員的活動(dòng)聯(lián)系緊密。

圖1 某部隊(duì)營(yíng)區(qū)聲音分類Fig.1 Classification of sounds in a battalion area

其中，一些可以被明顯感知的聲音與部隊(duì)日常生活相對(duì)應(yīng)，具有明顯的軍營(yíng)文化特征，相對(duì)于其他聲音更具有代表性，包括：訓(xùn)練場(chǎng)上的訓(xùn)練聲、食堂前側(cè)集合開飯前的軍歌聲、部隊(duì)行進(jìn)的呼號(hào)聲、軍人日常報(bào)告講評(píng)聲、部隊(duì)間的拉歌聲、軍事競(jìng)賽的歡呼聲、營(yíng)區(qū)廣播聲等。這些聲音在其他軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)中也廣泛存在，具有普遍性，是部隊(duì)營(yíng)區(qū)聲景的主要組成部分。這類可以被營(yíng)區(qū)所屬人員或者外來人員感知的聲音，具有明顯的辨識(shí)度和軍營(yíng)特征，類似于景觀研究中的標(biāo)志物，可以被看作是區(qū)域內(nèi)的標(biāo)志聲(圖2)。

圖2 營(yíng)區(qū)標(biāo)志聲產(chǎn)生場(chǎng)所Fig.2 The signature sound of the camp

1.2 測(cè)量方案

調(diào)查時(shí)間段選擇正常工作日的操課期間，對(duì)某些特定的具有部隊(duì)文化特色的聲音進(jìn)行了定點(diǎn)測(cè)量，包括教學(xué)樓頂?shù)母吖β仕咎?hào)系統(tǒng)、課間軍旅歌曲聲、隊(duì)列口令呼號(hào)聲等。

首先對(duì)軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)中16個(gè)典型的聲源進(jìn)行測(cè)量(圖3，下表)。結(jié)合頻譜分析儀軟件對(duì)所測(cè)聲音進(jìn)行頻率判斷，將頻率低于1 000Hz的記錄為低頻聲，將頻率介于1 000～2 500Hz間的記錄為中頻聲，將頻率大于2 500Hz的記錄為高頻聲。

圖3 營(yíng)區(qū)聲源測(cè)點(diǎn)Fig.3 Sound source measuring point in camp

表 聲源特性測(cè)試Tab. Sound source characteristics test

測(cè)量工具為杭州愛華AWA5661聲級(jí)計(jì)，執(zhí)行GB/T3785.1-2010和IEC61672-1：2013標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1級(jí)聲級(jí)計(jì)的要求，量程為25dB(A)～140dB(A)，滿足測(cè)量要求，結(jié)合頻譜分析儀軟件，記錄A聲壓級(jí)和聲音頻率。測(cè)量網(wǎng)格中心點(diǎn)時(shí)在F模式下記錄5分鐘的等效聲壓級(jí)(LAeq)。營(yíng)區(qū)特色聲源測(cè)量根據(jù)聲音持續(xù)時(shí)間進(jìn)行記錄，并記錄天氣狀況、距離、頻率等信息。然后采用網(wǎng)格測(cè)量法對(duì)軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)的聲環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和測(cè)量。網(wǎng)格測(cè)量能準(zhǔn)確的體現(xiàn)區(qū)域聲景分布特征，在聲景研究中被廣泛運(yùn)用。

測(cè)量方法為網(wǎng)格測(cè)量法，在以往的聲景研究中運(yùn)用較多。一般采用20m×20m——50m×50m的網(wǎng)格。研究對(duì)象營(yíng)區(qū)約2000畝，采用50m×50m的網(wǎng)格加以劃分，在每個(gè)網(wǎng)格中心進(jìn)行A聲級(jí)測(cè)量(圖4)。根據(jù)使用功能將營(yíng)區(qū)劃分為生活區(qū)、教學(xué)區(qū)和訓(xùn)練區(qū)。生活區(qū)由4棟學(xué)員宿舍樓和生活服務(wù)中心組成；教學(xué)區(qū)由教學(xué)樓、圖書館、實(shí)驗(yàn)大廳和教研組團(tuán)組成；訓(xùn)練區(qū)包括營(yíng)區(qū)內(nèi)主要道路、宿舍后側(cè)訓(xùn)練場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等(圖5)。

圖4 網(wǎng)格測(cè)量點(diǎn)位置Fig.4 Location of grid measurement points

圖5 網(wǎng)格測(cè)量點(diǎn)位置Fig.5 Location of grid measurement points

2 結(jié)果分析

2.1 聲音的空間分布

在完成測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)整理后，在GIS地圖中建立測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，將測(cè)量得到的LAeq值輸入到測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的屬性列表中。運(yùn)用GIS中反距離權(quán)重法(IDW)，對(duì)臨近區(qū)域的每個(gè)采樣點(diǎn)LAeq值進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算獲得內(nèi)插單元值，從而將離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)生成連續(xù)表面。

反距離權(quán)重法的計(jì)算原理如公式(1)：假設(shè)平面上分布一系列的離散點(diǎn)，其坐標(biāo)為Xi、Yi，離散點(diǎn)的數(shù)值為Zi(i=1，2，…，n)，根據(jù)周圍離散點(diǎn)的值，通過距離加權(quán)求出Z點(diǎn)的值。

(1)

由此得到整個(gè)營(yíng)區(qū)的聲壓級(jí)分布圖(圖6)。從整體看，道路、生活服務(wù)中心和向心式布局的建筑組團(tuán)處的測(cè)量點(diǎn)聲壓級(jí)較高，臨近山體水面區(qū)域的聲壓級(jí)水平低。原因分析如下：

圖6 營(yíng)區(qū)整體聲環(huán)境強(qiáng)度分布Fig.6 Distribution of sound pressare levels in camp

營(yíng)區(qū)外圍交通噪聲和營(yíng)區(qū)內(nèi)生活服務(wù)中心的聲音是營(yíng)區(qū)正常操課時(shí)間的主要聲音來源，與周圍安靜的環(huán)境形成鮮明對(duì)比；山體水體本身包含較少的聲源，主要為自然聲，山體以及茂密的植被對(duì)聲音有吸收遮擋作用，水體本身較安靜，其他聲音在傳播通過水體時(shí)，易被水吸收反射。

營(yíng)區(qū)內(nèi)人員活動(dòng)集中性高。一般在同一時(shí)間段，人員集中在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行專項(xiàng)活動(dòng)，其聲環(huán)境與軍人活動(dòng)密切相關(guān)。每個(gè)區(qū)域的聲景由各種聲要素疊加形成，在不同的的區(qū)域和時(shí)間段，聲環(huán)境由特定的聲音主導(dǎo)，因此需要對(duì)每個(gè)功能區(qū)進(jìn)行單獨(dú)分析，補(bǔ)充整體聲環(huán)境內(nèi)涵。

2.1.1 教學(xué)區(qū)

該營(yíng)區(qū)為部隊(duì)院校，教學(xué)功能在規(guī)劃層面位于營(yíng)區(qū)中心，其他功能區(qū)均圍繞教學(xué)區(qū)布置，是營(yíng)區(qū)內(nèi)學(xué)員、教員等人員活動(dòng)的主要場(chǎng)所，教學(xué)區(qū)的聲源包括營(yíng)區(qū)司號(hào)和廣播聲、上課教學(xué)聲、空調(diào)外機(jī)聲、鳥鳴等自然聲(圖7)。人員的活動(dòng)依據(jù)聽司號(hào)提示，分為上課號(hào)和下課號(hào)。

圖7 教學(xué)聲強(qiáng)度分布Fig.7 Sound pressure level distribution in teaching area

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教學(xué)主樓整體聲音可達(dá)性優(yōu)于南側(cè)教研組團(tuán)和西側(cè)實(shí)驗(yàn)室，主要原因在于教學(xué)樓每層走廊內(nèi)均有音響播放，而教研組團(tuán)和實(shí)驗(yàn)室沒有設(shè)置，只能依靠室外地面揚(yáng)聲器和教學(xué)樓頂大功率揚(yáng)聲器接受聲音信息。教學(xué)樓頂大功率揚(yáng)聲器的設(shè)置使教學(xué)樓局部聲壓級(jí)明顯增強(qiáng)，人員位于靠近揚(yáng)聲器的教室會(huì)因?yàn)橥蝗坏母叻重愃咎?hào)聲產(chǎn)生不適和煩惱。

2.1.2 生活區(qū)

學(xué)員除了日常操課訓(xùn)練，其余8小時(shí)主要在宿舍和生活服務(wù)中心活動(dòng)(圖8)。涉及的聲音類別最多，不僅有鳥鳴聲和蟬鳴聲，還有口令呼號(hào)聲和軍歌聲，還有一些機(jī)械噪聲、鍋爐聲等。生活區(qū)對(duì)聲音的需求不僅是聽清營(yíng)區(qū)的標(biāo)志聲，有良好舒適的自然聲，還要保證官兵休息時(shí)沒有不良聲音的干擾。

圖8 生活聲強(qiáng)度分布Fig.8 Sound pressure level distribution in lioing area

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)影響官兵生活的干擾聲源包括：交通噪聲、鍋爐聲、空調(diào)外機(jī)聲、蟬鳴聲等。北側(cè)宿舍臨近營(yíng)區(qū)外界的市政道路，路面標(biāo)高在營(yíng)區(qū)內(nèi)場(chǎng)地之上，而且宿舍與道路間缺乏有效屏蔽措施，使交通噪聲直接傳播至北側(cè)宿舍，影響官兵休息。臨近生活服務(wù)中心兩側(cè)的宿舍處所測(cè)聲壓級(jí)達(dá)到56dB，遠(yuǎn)高于宿舍中庭聲壓級(jí)，分析原因?yàn)槭程脧N房機(jī)械噪聲干擾。生活服務(wù)中心平面為U字形，形成了聲匯聚的場(chǎng)所，使?fàn)I區(qū)廣播在中庭產(chǎn)生過度混響，使人在中央空地活動(dòng)時(shí)聽不清廣播信息，聲壓級(jí)也因此疊加，超出了人們正常接收信息時(shí)的聲音承受能力。

2.1.3 訓(xùn)練區(qū)

訓(xùn)練區(qū)在營(yíng)區(qū)內(nèi)分布最廣，包含多個(gè)訓(xùn)練場(chǎng)館、場(chǎng)地和訓(xùn)練路線(圖9)。主要的聲音為運(yùn)動(dòng)聲、隊(duì)列聲、口令呼號(hào)聲、軍歌聲以及廣播聲。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練區(qū)局部聲壓級(jí)高出周圍環(huán)境10dB以上，分析原因?yàn)椋翰糠钟?xùn)練區(qū)域臨近市政道路，易受外界噪聲干擾，在門洞等半封閉空間中，聲音形成匯聚，如教學(xué)樓門洞中有隊(duì)列口令呼號(hào)聲時(shí)，聲壓級(jí)達(dá)80.4dB。

圖9 訓(xùn)練聲強(qiáng)度分布Fig.9 Sound pressare level disitribition in liveing area

道路交通聲為干擾聲源，在營(yíng)區(qū)邊界若缺少有效屏蔽隔離措施，將會(huì)使?fàn)I區(qū)內(nèi)聲壓級(jí)升高，影響官兵訓(xùn)練。但隊(duì)列口令呼號(hào)聲為營(yíng)區(qū)的標(biāo)志聲，通過對(duì)標(biāo)志聲的加強(qiáng)和保留，能更充分地展示軍營(yíng)文化，營(yíng)造軍營(yíng)獨(dú)有的聲環(huán)境，如在開闊的廣場(chǎng)上進(jìn)行隊(duì)列訓(xùn)練會(huì)操時(shí)，當(dāng)周圍建筑呈內(nèi)凹式時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的回聲，為訓(xùn)練提供了一種嚴(yán)肅、深遠(yuǎn)的聲環(huán)境，更加振奮人心。

2.2 營(yíng)區(qū)司號(hào)頻譜瀑布分析

自2019年8月1日起，全軍施行新的司號(hào)制度[10]。原有的四類109種號(hào)譜精簡(jiǎn)優(yōu)化為三類21種號(hào)譜，包括作息類、行動(dòng)類和儀式類。司號(hào)聲作為營(yíng)區(qū)最具特色的聲景，在營(yíng)區(qū)的日常生活的規(guī)范中扮演著至關(guān)重要的角色。本文對(duì)16種常見的司號(hào)聲進(jìn)行頻譜瀑布圖分析(圖10)，包括：1起床號(hào)、2出操號(hào)、3收操號(hào)、4開飯?zhí)枴?上課號(hào)、6下課號(hào)、7午睡號(hào)、8午起號(hào)、9晚點(diǎn)名號(hào)、10休息號(hào)、11熄燈號(hào)、12出征號(hào)、13沖鋒號(hào)、14集合號(hào)、15緊急集合號(hào)、16凱旋號(hào)。

圖10 司號(hào)頻譜瀑布圖Fig.10 Waterfall chart of trampets

營(yíng)區(qū)日常作息號(hào)的頻譜分布范圍較廣，在2k～4kHz內(nèi)均勻分布，而行動(dòng)類號(hào)持續(xù)時(shí)間短，頻率分布各有特色：沖鋒號(hào)頻率集中，在800Hz和1600Hz兩個(gè)頻率值集中，緊急集合號(hào)呈現(xiàn)出全頻段分布，較為均勻。人耳對(duì)中音頻段(160～2 500Hz)感受到的聲音響度較大，且較平坦，因此行動(dòng)類司號(hào)更易被辨識(shí)。

司號(hào)是軍隊(duì)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)、實(shí)施正規(guī)化管理、鼓舞軍心斗志的傳統(tǒng)手段，也是營(yíng)區(qū)聲景營(yíng)造的重要環(huán)節(jié)。在保留傳統(tǒng)軍號(hào)的基礎(chǔ)上，電子號(hào)音播放系列設(shè)備為營(yíng)區(qū)司號(hào)傳達(dá)提供了新方法。

3 問題討論

通過對(duì)某軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)聲環(huán)境的測(cè)量，繪制出了營(yíng)區(qū)的聲場(chǎng)分布圖，結(jié)合對(duì)營(yíng)區(qū)聲要素的分析，歸納出以下問題和解決思路：

3.1 外界噪聲影響營(yíng)區(qū)聲環(huán)境

通過不同區(qū)域的聲環(huán)境分析得出，營(yíng)區(qū)道路兩側(cè)的交通聲聲壓級(jí)數(shù)值較高，降低周圍聲環(huán)境的舒適性，影響官兵休息?，F(xiàn)有的綠化帶和隔離措施不能有效地解決臨近道路區(qū)域的噪聲問題。由于周圍有機(jī)場(chǎng)存在，調(diào)查期間，當(dāng)飛機(jī)經(jīng)過營(yíng)區(qū)上空時(shí)，營(yíng)區(qū)整體聲壓級(jí)會(huì)上升至54.5dB，使得營(yíng)區(qū)聲環(huán)境變得更加惡劣。應(yīng)在規(guī)劃選址階段考慮周圍機(jī)場(chǎng)的航跡影響。

3.2 電子號(hào)音聲分布不均勻

在課間，營(yíng)區(qū)最主要的聲源為電子號(hào)音播放系統(tǒng)，除了播放司號(hào)聲，還有約半小時(shí)的廣播和歌曲。實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明：教學(xué)樓處周圍聲壓級(jí)過大，遠(yuǎn)離教學(xué)樓的辦公室區(qū)域聲壓級(jí)微弱，存在聽不清的現(xiàn)象；生活服務(wù)中心的半圍合空間內(nèi)的混響和聲場(chǎng)疊加，嚴(yán)重干擾了人們對(duì)信息的獲取。營(yíng)區(qū)應(yīng)該盡量減少超大功率揚(yáng)聲器的設(shè)置，在各功能區(qū)均勻布置功率適當(dāng)?shù)囊繇懺O(shè)備，適當(dāng)降低半圍合空間音響設(shè)備的功率，同時(shí)要兼顧音響間距，防止在兩個(gè)音響播放時(shí)形成信息差。

3.3 自然環(huán)境季節(jié)性噪聲大

對(duì)室外自然聲環(huán)境影響最大的是夏季的蟬鳴，3.5m處聲壓級(jí)峰值可達(dá)74dB。從環(huán)境心理學(xué)的角度，過大的自然聲會(huì)形成惡劣的聲環(huán)境，干擾人們的正常工作。蟬這類昆蟲一般聚集在樹枝上，為降低蟬鳴在工作學(xué)習(xí)期間對(duì)人們的干擾，臨近樹木的窗戶應(yīng)尤其注重隔音降噪。

4 結(jié) 論

本文以某軍事訓(xùn)練營(yíng)區(qū)為例，對(duì)該營(yíng)區(qū)聲環(huán)境進(jìn)行了分析歸納，并對(duì)整體聲音空間分布進(jìn)行了測(cè)繪，分析了營(yíng)區(qū)的聲壓分布，并選取標(biāo)志聲“司號(hào)”進(jìn)行頻譜瀑布分析，得到了以下結(jié)論。

4.1 營(yíng)區(qū)的主要聲景要素與軍人活動(dòng)密不可分，具有較強(qiáng)的特征性。營(yíng)區(qū)聲環(huán)境與周圍相比，較為安靜，但也易被鍋爐、空調(diào)機(jī)組、大功率廣播等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲干擾。

4.2 營(yíng)區(qū)的司號(hào)聲作為營(yíng)區(qū)的標(biāo)志聲之一，在營(yíng)區(qū)內(nèi)廣泛存在，頻率分布在2k～4kHz，不同類型司號(hào)頻率有明顯差異，行動(dòng)類司號(hào)頻率分布在中音頻段(160～2 500Hz)則更易被辨識(shí)。

4.3 營(yíng)區(qū)聲景問題主要表現(xiàn)為各類噪聲的干擾和司號(hào)聲分布不均勻，建議對(duì)產(chǎn)生噪聲的區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性改造，增設(shè)隔聲降噪措施，同時(shí)營(yíng)區(qū)內(nèi)應(yīng)合理布置揚(yáng)聲器，盡量避免使用大功率揚(yáng)聲器。

為對(duì)營(yíng)區(qū)聲景有更全面的認(rèn)識(shí)，下一步還應(yīng)對(duì)各類營(yíng)區(qū)特色聲源進(jìn)行頻率特征分析，并對(duì)聲景的主觀評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，從而給營(yíng)區(qū)規(guī)劃者和管理者提供更為全面的聲景建議措施。