環(huán)境背景噪聲對(duì)飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響

陳 亙

（上海建科環(huán)境技術(shù)有限公司，上海 200092）

飛機(jī)噪聲污染是機(jī)場(chǎng)周邊普遍存在且難以回避的環(huán)境問題，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，一些城市的開發(fā)邊界呈逐步向機(jī)場(chǎng)飛機(jī)噪聲影響區(qū)域靠攏的趨勢(shì)，圍繞機(jī)場(chǎng)噪聲污染而引發(fā)的矛盾也將呈進(jìn)一步加劇的趨勢(shì)[1]。

對(duì)飛機(jī)噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)是了解機(jī)場(chǎng)周邊地區(qū)飛機(jī)噪聲影響程度最直接的方式，目前我國(guó)現(xiàn)行的飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法》（GB/T9661-1988）,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲的測(cè)量條件、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的計(jì)算方法等。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于背景噪聲的要求為“要求測(cè)量的飛機(jī)噪聲級(jí)最大值至少超過環(huán)境背景噪聲級(jí)20 dB，測(cè)量結(jié)果才被認(rèn)為可靠”[2]。在一些城市化程度較高的地區(qū)，飛機(jī)噪聲影響范圍內(nèi)已是城市建成區(qū)，人口密度大，背景噪聲較高，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于此種情況，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中未給出明確的處理方法，這將導(dǎo)致無法有效得到上述區(qū)域的飛機(jī)噪聲影響評(píng)價(jià)結(jié)論[3]。

對(duì)于我國(guó)飛機(jī)噪聲的評(píng)價(jià)體系和測(cè)量方法，飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果包含了背景噪聲的影響，背景噪聲越小，則對(duì)飛機(jī)噪聲的監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響越小，但在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中有時(shí)無法完全排除背景噪聲的影響。對(duì)于其他飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)規(guī)范，其對(duì)背景噪聲的要求為，飛機(jī)噪聲最大值至少超過環(huán)境背景噪聲級(jí)15 dB，對(duì)于不能滿足的會(huì)導(dǎo)致更大的測(cè)量不確定度[4-5]。此外，正在修編中的飛機(jī)噪聲測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)場(chǎng)周圍區(qū)域飛機(jī)噪聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（二次征求意見稿）》中也要求飛機(jī)噪聲最大值至少超過環(huán)境背景噪聲級(jí)15 dB[6]?？梢?，在飛機(jī)噪聲最大值未超過環(huán)境背景噪聲級(jí)20 dB 的要求時(shí)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度仍是可以接受的。本文以不同背景噪聲水平對(duì)飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響為對(duì)象開展研究，并給出當(dāng)背景噪聲值無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的建議。

1 分析方法

為分析背景噪聲對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，首先，在背景噪聲足夠低的環(huán)境中監(jiān)測(cè)飛機(jī)的噪聲，以確保測(cè)量得到的飛機(jī)噪聲基本不受背景噪聲的干擾；然后將模擬的噪聲疊加到測(cè)得的噪聲數(shù)據(jù)中，以提高背景噪聲水平；最后通過對(duì)比分析疊加模擬的背景噪聲前后的飛機(jī)噪聲與背景噪聲的關(guān)系來了解其影響。

1.1 飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)

為獲得飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)，在距某機(jī)場(chǎng)不同距離的位置設(shè)置了5個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，測(cè)試儀器采用AWA6228+多功能聲級(jí)計(jì)，每0.5 s記錄一次數(shù)據(jù)，連續(xù)測(cè)試1小時(shí)，得到的噪聲信號(hào)見圖1，記錄飛機(jī)每次經(jīng)過時(shí)的最大A 聲級(jí)LAmax，飛機(jī)噪聲由LAmax-10 dB 上升到LAmax再由LAmax下降到LAmax-10 dB 所經(jīng)歷的持續(xù)時(shí)間Td。為盡量避免背景噪聲的影響，測(cè)試時(shí)，選擇在背景噪聲較低的時(shí)段進(jìn)行，上述點(diǎn)位的數(shù)據(jù)并非在同一時(shí)段內(nèi)獲得。

圖1 各測(cè)點(diǎn)噪聲記錄

采用《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法》（GB/T9661-1988）中的簡(jiǎn)易法對(duì)記錄到的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過公式（1）計(jì)算得到飛機(jī)經(jīng)過時(shí)的有效感覺噪聲級(jí)LEPN，各點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總于表1，由表可知，飛機(jī)經(jīng)過時(shí)的LAmax均遠(yuǎn)比背景噪聲高出20 dB（A）以上，此時(shí)可認(rèn)為測(cè)量結(jié)果基本不受背景噪聲的影響。

表1 測(cè)點(diǎn)位置及其相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果

1.2 背景噪聲的模擬方法

按照式（2）在上述測(cè)試信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加模擬的背景噪聲以提高背景噪聲的水平，模擬的背景噪聲采用白噪聲來模擬自然界中的聲音。

式中：L2為經(jīng)疊加背景噪聲后的A聲級(jí)；L1i為測(cè)得各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級(jí)；LBi為模擬背景噪聲各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級(jí)，對(duì)于白噪聲，各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級(jí)相等；wi為各1/3倍頻程中心頻率的A計(jì)權(quán)修正，i=1,2，…，33，為1/3倍頻程頻帶數(shù)，i=1相當(dāng)于中心頻率12.5 Hz的頻帶。

以某個(gè)飛行事件的噪聲記錄為例，未疊加背景噪聲前LAmax與背景噪聲的差值用ΔL表示，ΔL可表征背景噪聲的高低，疊加不同數(shù)值的模擬背景噪聲后，其噪聲信號(hào)對(duì)比見圖2。由圖可知，背景噪聲對(duì)LAmax的影響較小，對(duì)LAmax-10 dB 處的噪聲影響較大，背景噪聲對(duì)飛機(jī)噪聲的影響體現(xiàn)在LAmax和Td的變化。

圖2 疊加背景噪聲后一次飛行事件的噪聲變化情況

2 結(jié)果分析

按照公式（2）通過模擬不同數(shù)值的背景噪聲，ΔL分別為10 dB、11 dB…、20 dB時(shí)，根據(jù)式（1）分別計(jì)算各點(diǎn)每個(gè)飛行事件的L′EPN與未經(jīng)疊加背景噪聲時(shí)的LEPN的差值的平均值ΔLEPN，相關(guān)結(jié)果見圖3。

圖3 各點(diǎn)不同大小的背景噪聲水平LEPN的影響

由圖可知，ΔL越小，ΔLEPN越大；當(dāng)ΔL為10 dB時(shí)，其LEPN較原始數(shù)據(jù)的高2.9 dB～4.7 dB；當(dāng)ΔL為15 dB時(shí)，其LEPN較原始數(shù)據(jù)的高0.6 dB～1.0 dB；當(dāng)ΔL為20 dB 時(shí)，其LEPN較原始數(shù)據(jù)的高0.2 dB～0.4 dB；隨著ΔL的增加，ΔLEPN變化速率變小，當(dāng)ΔL在15 dB以上時(shí)，ΔLEPN變化趨于平緩。

為了解背景噪聲如何影響LEPN，根據(jù)式（1）分析不同背景噪聲對(duì)LAmax和Td對(duì)結(jié)果的影響貢獻(xiàn)。

疊加背景噪聲前的最大A 聲級(jí)用LAmax表示，疊加背景噪聲后的最大A 聲級(jí)用L′Amax表示，L′Amax與LAmax的差值用ΔLAmax表示，則：

即：

根據(jù)式（4）：當(dāng)ΔL為10 dB 時(shí)，ΔLAmax為0.4 dB；當(dāng)ΔL為15 dB 時(shí)，ΔLAmax為0.14 dB；當(dāng)ΔL為20 dB時(shí)，ΔLAmax為0.04 dB。除去ΔLAmax，剩下部分即為Td的影響貢獻(xiàn)，為方便比較，根據(jù)式（1）用Δ10 lgTd表示Td的影響貢獻(xiàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 各測(cè)點(diǎn)不同背景噪聲水平下，ΔLAmax和Δ10 lgTd的對(duì)ΔLEPN的貢獻(xiàn)

圖中，某一ΔL數(shù)值中由左到右的數(shù)據(jù)柱分別代表1#～5#點(diǎn)位，其高度表示相應(yīng)ΔLEPN的大小，ΔLEPN由ΔLAmax和Δ10 lgTd兩部分構(gòu)成，用不同的填充圖案表示。由圖可知：不同背景噪聲對(duì)ΔLAmax的影響貢獻(xiàn)較小，Δ10 lgTd的影響貢獻(xiàn)較大；即，背景噪聲對(duì)結(jié)果的影響主要由于Td的變化所致。

3 問題討論

根據(jù)上述分析可知，疊加背景噪聲后，飛機(jī)噪聲也會(huì)相應(yīng)地增加，即便ΔL=20 dB 時(shí)，其LEPN與不受背景噪聲影響的情況相比仍有所偏高；ΔL越小，LEPN增加的幅度就越大：當(dāng)ΔL≥15 dB 時(shí)，其增幅趨于穩(wěn)定。當(dāng)15 dB≤ΔL＜20 dB 時(shí)，其LEPN與ΔL=20 dB 時(shí)相差不大，此時(shí)結(jié)果仍可較真實(shí)地反映測(cè)點(diǎn)受飛機(jī)噪聲影響的情況；當(dāng)ΔL＜15 dB 時(shí)，則其LEPN與不受背景噪聲影響的情況相比偏大較多。

當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果用于達(dá)標(biāo)判定時(shí)，背景噪聲的影響會(huì)對(duì)達(dá)標(biāo)判定產(chǎn)生一定干擾。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[7]，機(jī)場(chǎng)周圍噪聲評(píng)價(jià)量為計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)LWECPN，判定標(biāo)準(zhǔn)為一類區(qū)≤70 dB，二類區(qū)≤75 dB。LWECPN通過下式計(jì)算：

根據(jù)式（5）可知，LWECPN除了跟LEPN相關(guān)外，還與各時(shí)段飛行架次有關(guān)。由于不同機(jī)場(chǎng)不同時(shí)段架次差異極大，為使結(jié)論不失一般性且為簡(jiǎn)化討論，采用半定量化的分析，對(duì)涉及LWECPN的計(jì)算參數(shù)做如下考慮：

（1）飛機(jī)架次

按機(jī)場(chǎng)年旅客吞吐量將其分為特大型機(jī)場(chǎng)（1 000 萬以上）、大型機(jī)場(chǎng)（300 萬人～1 000 萬人）、中型機(jī)場(chǎng)（50 萬人～300 萬人），根據(jù)中國(guó)民用航空局發(fā)布的2019年民航機(jī)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)公報(bào)[8]，上述類型的機(jī)場(chǎng)的平均的日起降架次分別為：557 架次/日、162架次/日、60 架次/日。又根據(jù)北京大興、上海虹橋、上海浦東、昆明新機(jī)場(chǎng)、天津?yàn)I海等機(jī)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，其白天、傍晚、夜間飛行架次的比例均值約為0.66：0.17：0.17。

（2）背景噪聲LB

以各類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)作為背景噪聲水平，并假定其均能滿足各自功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，且考慮到晝間飛機(jī)架次占絕大部分，僅考慮其晝間的標(biāo)準(zhǔn)，如：在2類區(qū)中，其LB為55 dB（A）～60 dB（A）

結(jié)合上文結(jié)果，此處考慮ΔL=10 dB 和ΔL=15 dB 兩種情形；根據(jù)本文測(cè)試數(shù)據(jù)，Td范圍為3.8 s～23.7 s以此計(jì)算出的上下限。利用上述參數(shù)，計(jì)算得到不同背景噪聲在ΔL=10 dB和ΔL=15 dB時(shí)的LWECPN的上下限。根據(jù)ΔL對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，確定飛機(jī)噪聲達(dá)標(biāo)判定受干擾的區(qū)間，即受背景噪聲影響后，本應(yīng)達(dá)標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)果因疊加背景噪聲影響后變?yōu)槌瑯?biāo)。

見圖5 和圖6，由圖可知：當(dāng)ΔL=15 dB 時(shí)，由于ΔLEPN較小，其達(dá)標(biāo)判定受干擾的區(qū)間很小，僅在非常接近75 dB和70 dB的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，其達(dá)標(biāo)判定會(huì)受到一定的干擾。

圖6 ΔL=10 dB時(shí)達(dá)標(biāo)判定受影響區(qū)間分析

當(dāng)ΔL=10 dB 時(shí)，其達(dá)標(biāo)判定受干擾的區(qū)間較大，且不同類型的機(jī)場(chǎng)達(dá)標(biāo)判定受干擾時(shí)所處的聲功能區(qū)不同。

對(duì)于特大型機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于2～3 類區(qū)時(shí)，其75 dB 達(dá)標(biāo)判定受干擾，處于1～2 類區(qū)時(shí)，其70 dB達(dá)標(biāo)判定受干擾；對(duì)于大型機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于3～4類區(qū)時(shí)，其75 dB 達(dá)標(biāo)判定受干擾，處于2～3 類區(qū)時(shí)，其70 dB 達(dá)標(biāo)判定受干擾；對(duì)于中型機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于4類區(qū)時(shí)，其75 dB達(dá)標(biāo)判定受干擾，處于3～4類區(qū)時(shí)，其70 dB達(dá)標(biāo)判定受干擾。

考慮到4 類區(qū)為交通干線兩側(cè)，在監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)特意避開，3類區(qū)為工業(yè)區(qū)，居民區(qū)分布較少，故達(dá)標(biāo)判定受干擾的區(qū)域?qū)τ谔卮笮蜋C(jī)場(chǎng)主要集中在1～2類區(qū)，對(duì)于大型機(jī)場(chǎng)主要集中在2類區(qū)，而對(duì)于中型機(jī)場(chǎng)，則其達(dá)標(biāo)判定不受干擾。

4 結(jié)語

本文研究在飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)中背景噪聲客觀上無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)數(shù)據(jù)有效性的問題，分析比較了不同背景噪聲水平對(duì)飛機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，并分析了標(biāo)準(zhǔn)判定受干擾區(qū)域與背景噪聲的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果表明：

隨著背景噪聲的增加，飛機(jī)的LEPN也隨著之變大，且背景噪聲越高，有效感覺噪聲級(jí)的增幅越大，反之則越小，當(dāng)飛機(jī)噪聲最大聲級(jí)與背景噪聲差值大于15 dB 時(shí)，其增量變化趨于穩(wěn)定。背景噪聲造成其LEPN變大的主要原因是飛行持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。

基于上述結(jié)論，在監(jiān)測(cè)中，若飛機(jī)最大聲級(jí)與背景噪聲差值大于15 dB 時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果仍可較真實(shí)地反映測(cè)點(diǎn)受飛機(jī)噪聲的影響情況；若小于15 dB，則監(jiān)測(cè)結(jié)果與不受背景噪聲影響的情況相比，偏大較多。

當(dāng)飛機(jī)最大聲級(jí)僅高于背景噪聲10 dB 時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)于特大型機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于1～2 聲環(huán)境達(dá)標(biāo)類區(qū)時(shí)，其飛機(jī)噪聲達(dá)標(biāo)判定會(huì)受到干擾；對(duì)于大型機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于2類聲環(huán)境達(dá)標(biāo)區(qū)時(shí)，其飛機(jī)噪聲達(dá)標(biāo)判定會(huì)受到干擾；而對(duì)于中型機(jī)場(chǎng)，則其達(dá)標(biāo)判定基本不受干擾。