某軍事訓(xùn)練營區(qū)環(huán)境的聲景測繪與分析研究

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?！蓖ㄟ^對“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)和評價數(shù)據(jù)用圖形化的方式展示出來，不僅給設(shè)計者提供依據(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)合多個案例對聲景研究和聲景設(shè)計思路進(jìn)行探索，劉江[5]對城市區(qū)域聲景的時空維度變化進(jìn)行分析研究，扈軍[6]在GIS平臺上對聲景圖制作進(jìn)行系統(tǒng)研究。李佳玲[7]研究了聲景觀元素對大學(xué)校園不同區(qū)域的影響，為大學(xué)校園聲景觀營造提供了參考。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。長期以來建筑設(shè)計、景觀設(shè)計等行業(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)計者和管理者對聲景營造引起重視。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)練營區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)是相對封閉，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)練營區(qū)作為研究對象，通過對聲音數(shù)據(jù)的采集，繪制某營區(qū)聲景圖，分析營區(qū)內(nèi)不同區(qū)域聲景的規(guī)律和影響，為營區(qū)的聲景評價提供數(shù)據(jù)參考，將對營區(qū)聲景改善有著重要指導(dǎo)意義。

1 某軍事訓(xùn)練營區(qū)聲環(huán)境調(diào)查

1.1 聲源概述

在聲景研究中對聲源進(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)在此營區(qū)中與人員活動相關(guān)的聲源種類達(dá)一半以上，遠(yuǎn)多于自然聲的種類。說明營區(qū)的聲環(huán)境與所屬人員的活動聯(lián)系緊密。

圖1 某部隊(duì)營區(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)日常生活相對應(yīng)，具有明顯的軍營文化特征，相對于其他聲音更具有代表性，包括：訓(xùn)練場上的訓(xùn)練聲、食堂前側(cè)集合開飯前的軍歌聲、部隊(duì)行進(jìn)的呼號聲、軍人日常報告講評聲、部隊(duì)間的拉歌聲、軍事競賽的歡呼聲、營區(qū)廣播聲等。這些聲音在其他軍事訓(xùn)練營區(qū)中也廣泛存在，具有普遍性，是部隊(duì)營區(qū)聲景的主要組成部分。這類可以被營區(qū)所屬人員或者外來人員感知的聲音，具有明顯的辨識度和軍營特征，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 營區(qū)標(biāo)志聲產(chǎn)生場所Fig.2 The signature sound of the camp

1.2 測量方案

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

首先對軍事訓(xùn)練營區(qū)中16個典型的聲源進(jìn)行測量(圖3，下表)。結(jié)合頻譜分析儀軟件對所測聲音進(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 營區(qū)聲源測點(diǎn)Fig.3 Sound source measuring point in camp

表 聲源特性測試Tab. Sound source characteristics test

測量工具為杭州愛華AWA5661聲級計，執(zhí)行GB/T3785.1-2010和IEC61672-1：2013標(biāo)準(zhǔn)對1級聲級計的要求，量程為25dB(A)～140dB(A)，滿足測量要求，結(jié)合頻譜分析儀軟件，記錄A聲壓級和聲音頻率。測量網(wǎng)格中心點(diǎn)時在F模式下記錄5分鐘的等效聲壓級(LAeq)。營區(qū)特色聲源測量根據(jù)聲音持續(xù)時間進(jìn)行記錄，并記錄天氣狀況、距離、頻率等信息。然后采用網(wǎng)格測量法對軍事訓(xùn)練營區(qū)的聲環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和測量。網(wǎng)格測量能準(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。

測量方法為網(wǎng)格測量法，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。研究對象營區(qū)約2000畝，采用50m×50m的網(wǎng)格加以劃分，在每個網(wǎng)格中心進(jìn)行A聲級測量(圖4)。根據(jù)使用功能將營區(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)包括營區(qū)內(nèi)主要道路、宿舍后側(cè)訓(xùn)練場、運(yùn)動場地等(圖5)。

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

圖5 網(wǎng)格測量點(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

在完成測點(diǎn)數(shù)據(jù)整理后，在GIS地圖中建立測點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，將測量得到的LAeq值輸入到測點(diǎn)數(shù)據(jù)的屬性列表中。運(yùn)用GIS中反距離權(quán)重法(IDW)，對臨近區(qū)域的每個采樣點(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)

由此得到整個營區(qū)的聲壓級分布圖(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)處的測量點(diǎn)聲壓級較高，臨近山體水面區(qū)域的聲壓級水平低。原因分析如下：

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

營區(qū)外圍交通噪聲和營區(qū)內(nèi)生活服務(wù)中心的聲音是營區(qū)正常操課時間的主要聲音來源，與周圍安靜的環(huán)境形成鮮明對比；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，易被水吸收反射。

營區(qū)內(nèi)人員活動集中性高。一般在同一時間段，人員集中在一個區(qū)域進(jìn)行專項(xiàng)活動，其聲環(huán)境與軍人活動密切相關(guān)。每個區(qū)域的聲景由各種聲要素疊加形成，在不同的的區(qū)域和時間段，聲環(huán)境由特定的聲音主導(dǎo)，因此需要對每個功能區(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)

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

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)樓局部聲壓級明顯增強(qiáng)，人員位于靠近揚(yáng)聲器的教室會因?yàn)橥蝗坏母叻重愃咎柭暜a(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小時主要在宿舍和生活服務(wù)中心活動(圖8)。涉及的聲音類別最多，不僅有鳥鳴聲和蟬鳴聲，還有口令呼號聲和軍歌聲，還有一些機(jī)械噪聲、鍋爐聲等。生活區(qū)對聲音的需求不僅是聽清營區(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)宿舍臨近營區(qū)外界的市政道路，路面標(biāo)高在營區(qū)內(nèi)場地之上，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)的宿舍處所測聲壓級達(dá)到56dB，遠(yuǎn)高于宿舍中庭聲壓級，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時聽不清廣播信息，聲壓級也因此疊加，超出了人們正常接收信息時的聲音承受能力。

2.1.3 訓(xùn)練區(qū)

訓(xùn)練區(qū)在營區(qū)內(nèi)分布最廣，包含多個訓(xùn)練場館、場地和訓(xùn)練路線(圖9)。主要的聲音為運(yùn)動聲、隊(duì)列聲、口令呼號聲、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)列口令呼號聲時，聲壓級達(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，在營區(qū)邊界若缺少有效屏蔽隔離措施，將會使?fàn)I區(qū)內(nèi)聲壓級升高，影響官兵訓(xùn)練。但隊(duì)列口令呼號聲為營區(qū)的標(biāo)志聲，通過對標(biāo)志聲的加強(qiáng)和保留，能更充分地展示軍營文化，營造軍營獨(dú)有的聲環(huán)境，如在開闊的廣場上進(jìn)行隊(duì)列訓(xùn)練會操時，當(dāng)周圍建筑呈內(nèi)凹式時，會產(chǎn)生對應(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 營區(qū)司號頻譜瀑布分析

自2019年8月1日起，全軍施行新的司號制度[10]。原有的四類109種號譜精簡優(yōu)化為三類21種號譜，包括作息類、行動類和儀式類。司號聲作為營區(qū)最具特色的聲景，在營區(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16種常見的司號聲進(jìn)行頻譜瀑布圖分析(圖10)，包括：1起床號、2出操號、3收操號、4開飯?zhí)枴?上課號、6下課號、7午睡號、8午起號、9晚點(diǎn)名號、10休息號、11熄燈號、12出征號、13沖鋒號、14集合號、15緊急集合號、16凱旋號。

圖10 司號頻譜瀑布圖Fig.10 Waterfall chart of trampets

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

司號是軍隊(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，也是營區(qū)聲景營造的重要環(huán)節(jié)。在保留傳統(tǒng)軍號的基礎(chǔ)上，電子號音播放系列設(shè)備為營區(qū)司號傳達(dá)提供了新方法。

3 問題討論

通過對某軍事訓(xùn)練營區(qū)聲環(huán)境的測量，繪制出了營區(qū)的聲場分布圖，結(jié)合對營區(qū)聲要素的分析，歸納出以下問題和解決思路：

3.1 外界噪聲影響營區(qū)聲環(huán)境

通過不同區(qū)域的聲環(huán)境分析得出，營區(qū)道路兩側(cè)的交通聲聲壓級數(shù)值較高，降低周圍聲環(huán)境的舒適性，影響官兵休息。現(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)場存在，調(diào)查期間，當(dāng)飛機(jī)經(jīng)過營區(qū)上空時，營區(qū)整體聲壓級會上升至54.5dB，使得營區(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)場的航跡影響。

3.2 電子號音聲分布不均勻

在課間，營區(qū)最主要的聲源為電子號音播放系統(tǒng)，除了播放司號聲，還有約半小時的廣播和歌曲。實(shí)際測量結(jié)果表明：教學(xué)樓處周圍聲壓級過大，遠(yuǎn)離教學(xué)樓的辦公室區(qū)域聲壓級微弱，存在聽不清的現(xiàn)象；生活服務(wù)中心的半圍合空間內(nèi)的混響和聲場疊加，嚴(yán)重干擾了人們對信息的獲取。營區(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，同時要兼顧音響間距，防止在兩個音響播放時形成信息差。

3.3 自然環(huán)境季節(jié)性噪聲大

對室外自然聲環(huán)境影響最大的是夏季的蟬鳴，3.5m處聲壓級峰值可達(dá)74dB。從環(huán)境心理學(xué)的角度，過大的自然聲會形成惡劣的聲環(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)練營區(qū)為例，對該營區(qū)聲環(huán)境進(jìn)行了分析歸納，并對整體聲音空間分布進(jìn)行了測繪，分析了營區(qū)的聲壓分布，并選取標(biāo)志聲“司號”進(jìn)行頻譜瀑布分析，得到了以下結(jié)論。

4.1 營區(qū)的主要聲景要素與軍人活動密不可分，具有較強(qiáng)的特征性。營區(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 營區(qū)的司號聲作為營區(qū)的標(biāo)志聲之一，在營區(qū)內(nèi)廣泛存在，頻率分布在2k～4kHz，不同類型司號頻率有明顯差異，行動類司號頻率分布在中音頻段(160～2 500Hz)則更易被辨識。

4.3 營區(qū)聲景問題主要表現(xiàn)為各類噪聲的干擾和司號聲分布不均勻，建議對產(chǎn)生噪聲的區(qū)域進(jìn)行針對性改造，增設(shè)隔聲降噪措施，同時營區(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。

為對營區(qū)聲景有更全面的認(rèn)識，下一步還應(yīng)對各類營區(qū)特色聲源進(jìn)行頻率特征分析，并對聲景的主觀評價進(jìn)行研究，從而給營區(qū)規(guī)劃者和管理者提供更為全面的聲景建議措施。