濕地公園聲景觀喜好度評價(jià)研究

葉 菁，鄭俊鳴，王鴻達(dá)，鄭郁善

(福建農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，福建 福州 350000)

0 引言

城市公園是城市中重要的場所，它能讓市民從緊張的生活中解脫出來，如何為城市公園使用者提供舒適的環(huán)境一直是城市面臨的重要問題。聲景觀作為僅次于視覺景觀的重要的景觀資源，影響著使用者的主觀感受[1-2]，在城市公園、旅游景區(qū)等的優(yōu)化設(shè)計(jì)中逐漸受到重視[3]。因此營造一個(gè)令人愉快的聲學(xué)環(huán)境至關(guān)重要。

聲景(Soundscape)的概念最早由加拿大音樂家Schafer提出，是“一個(gè)人或多個(gè)人在特定環(huán)境中感知或體驗(yàn)和/或理解的聲環(huán)境”[4]。聲景概念區(qū)別于聲環(huán)境(場地中來源不一的各種聲音，強(qiáng)調(diào)聲音的物理性質(zhì))，更強(qiáng)調(diào)人與環(huán)境中聲音的互動(dòng)，對聲環(huán)境的感知理解與反饋重構(gòu)[5]。在聲景的研究中除了物理屬性，對聲環(huán)境的感知也非常重要。聲景喜好度是衡量公園總體聲景質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，與聽者從空間環(huán)境中獲得的愉悅度有關(guān)[6]，許多學(xué)者對此展開研究，旨在提高公園的游憩體驗(yàn)。聲景分為地球物理聲(Geophonies)、人工聲(Anthrophonies)和生物聲(Biophonies)三類[7]，其中地球物理聲簡稱地球聲，指不具有生命特征的非生物發(fā)出的自然聲；人工聲指人為創(chuàng)造的設(shè)備發(fā)出的聲音；生物聲指具有生命特征的生物發(fā)出的聲音。人們對于不同的聲景類型有所偏好。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)在公園中，人們更偏愛自然聲，尤其是鳥鳴聲；而交通聲、音樂聲以及腳步聲與公園總體滿意度的關(guān)系最為密切[8]；同樣是自然聲，水聲比其他自然聲(例如，鳥鳴聲和微風(fēng)吹過樹葉聲)對人有更積極的影響[9-10]。已有的研究證實(shí)，聲壓級和聲源是影響聲景評價(jià)最重要的因素[11]，人的主觀感受不僅取決于聲壓級，聲景類型的影響更為顯著[12]；人對于不同聲景的主觀感受具有顯著差異[13]，對于聲景喜好度的模型構(gòu)建僅考慮聲壓級與主觀評分是充分的，聲景類型應(yīng)作為一個(gè)重要的因素進(jìn)行考慮。

傳統(tǒng)對于聲景喜好度的研究是通過主觀問卷收集數(shù)據(jù)的，效率與普遍性存在一定的問題。一些學(xué)者開始嘗試通過定性、定量分析，建立組合模型來研究客觀聲壓級與主觀喜好度間的關(guān)系。Lavandier等[14]運(yùn)用聲壓級與主觀感受間的潛在聯(lián)系，使用聲壓級和聲源類別的相對持續(xù)時(shí)間定義了一個(gè)描述指標(biāo)，即“聲音的不愉快”，從而構(gòu)建評價(jià)模型；洪昕晨等[15-16]運(yùn)用心理物理學(xué)的相關(guān)理論，分別以竹林空間與森林公園作為樣地，將聲壓級與主觀感受進(jìn)行擬合，構(gòu)建喜好度評價(jià)模型。上述研究大多集中在探討主觀喜好度與聲景元素或客觀物理量的關(guān)系上，針對濕地公園，并從聲景類型、聲壓級指標(biāo)以及喜好度三方面關(guān)系進(jìn)行討論并構(gòu)建模型的研究較少。

本研究選取沙縣如意湖濕地公園為研究對象，將聲源劃分為三種聲景類型，運(yùn)用主導(dǎo)音(受物理特征影響較弱，表現(xiàn)為最容易辨識的聲源)界定各測點(diǎn)的聲景類型，分聲景類型將聲壓級與喜好度評分進(jìn)行擬合，找出二者間的最佳函數(shù)關(guān)系，并最終構(gòu)建濕地公園聲景喜好度評價(jià)模型。希望通過此模型將濕地公園中的客觀聲壓級數(shù)據(jù)近似轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的聲景喜好度主觀評分，進(jìn)而模擬出游客在此時(shí)的心理感受狀態(tài)，為濕地公園聲景觀的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象概況

如意湖濕地公園，又稱三明生態(tài)新城濕地公園，位于福建省三明市沙縣。公園總面積為45.84 hm2。地理坐標(biāo)為北緯25°30＇～27°07＇，東經(jīng)116°22＇～118°39＇；氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣侯，四季分明，干濕明顯。該公園具有生態(tài)觀光、休閑娛樂等多種功能，且其中的聲景元素組成豐富，很適合作為研究對象。本研究在濕地公園一期區(qū)域內(nèi)選擇了10個(gè)具有代表性且分布相對均勻的測點(diǎn)(圖1)。

圖1 樣地區(qū)位及測點(diǎn)位置Fig.1 The location of study site

1.2 研究方法

1.2.1 聲景喜好度評價(jià)實(shí)驗(yàn)

聲漫步法是鼓勵(lì)參與人員通過聆聽環(huán)境聲音，做出感官判斷，并用于識別不同環(huán)境聲音景觀及其要素組成的一種實(shí)踐性研究方法[17]。主導(dǎo)音是指受物理特征影響較弱，體現(xiàn)為最容易辨識的聲源，與聲景中主要聲源的類型一致[18]。在公園內(nèi)選取了分布相對均勻的10個(gè)測點(diǎn)，邀請30名被試者在各測點(diǎn)及相關(guān)區(qū)域進(jìn)行聲漫步，每個(gè)測點(diǎn)停留10 min，記錄聽到的主導(dǎo)音，并采用5分制打分法對每個(gè)測點(diǎn)的聲景喜好度進(jìn)行評價(jià)。同步使用I級聲級計(jì)(AWA6228)對聲壓級進(jìn)行測量，每個(gè)測點(diǎn)測量時(shí)間為10 min。30名被試者年齡在20～35歲之間，其中男性18人，女性12人，均身體健康、聽力正常。為減小個(gè)體差異造成的評價(jià)結(jié)果差異，實(shí)驗(yàn)前對全體參與人員進(jìn)行了統(tǒng)一培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容為聲音元素定義、聲景喜好度定義和評價(jià)方式等[19]。

1.2.2 構(gòu)建預(yù)測模型

運(yùn)用曲線估計(jì)對聲壓級和評分進(jìn)行模型擬合，擬合得到11類模型，如表1所示。對擬合度較高的模型進(jìn)行檢測與比較，最后選擇出最優(yōu)的模型。

表1 函數(shù)模型名稱與公式Table 1 Names and formulas of function models

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。將地球聲、人工聲和生物聲三類聲景的喜好度評分(后簡稱為評分)與聲壓級進(jìn)行相關(guān)(Spearman)分析。運(yùn)用單因素方差分析和Tukey多重比較對各測點(diǎn)的主導(dǎo)音、三類聲景間的聲壓級和評分進(jìn)行差異性分析(顯著性水平為0.05)，在SPSS 22.0中實(shí)現(xiàn)。均方根誤差、卡方是對模型進(jìn)行合適度檢驗(yàn)的常用方法[20]；赤池信息量準(zhǔn)則(Akaike information criterion,AIC)可以權(quán)衡所估計(jì)模型的復(fù)雜度和模型擬合數(shù)據(jù)的優(yōu)良性，兼顧了模型的簡約性和預(yù)測的最優(yōu)性[21]。僅用一個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)來篩選模型容易得到錯(cuò)誤的結(jié)論[22-23]，本文選用均方根誤差、卡方、赤池信息量準(zhǔn)則(AIC)3個(gè)統(tǒng)計(jì)量，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼`差和擬合度如表2所示。

表2 模型檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量Table 2 Statistics for model testing

2 結(jié)果與分析

2.1 聲景類型、喜好度評分與聲壓級的關(guān)系分析

2.1.1 各測點(diǎn)聲景喜好度評分與聲壓級

濕地公園內(nèi)聲壓級較高的是測點(diǎn)1、4和8，聲壓級分別為53.57、54.70和49.50 dB(A)(如表3所示)。其中測點(diǎn)1位于公園內(nèi)一處出水口邊，出水口距水面有明顯高差，水聲較大；測點(diǎn)4和8分別臨近公園大門和施工區(qū)域，大門緊鄰城市主干道，交通產(chǎn)生的噪聲較大；施工區(qū)產(chǎn)生較大的施工噪聲。聲壓級較低的是測點(diǎn)5、6、7、9和10，其中測點(diǎn)6和7的聲壓級最低，分別為40.90、41.13 dB(A)。測點(diǎn)6和7位于公園東南側(cè)的山地健身步道上，人流量低且四周樹木圍合度高，與公園東北側(cè)的主干道距離較遠(yuǎn)，較為安靜；測點(diǎn)5，位于一個(gè)傳統(tǒng)建筑大門外，建筑內(nèi)播放具有傳統(tǒng)特色的音樂，整體環(huán)境較為安靜，壓級為42.70 dB(A)；測點(diǎn)10位于公園西北側(cè)的山地小路上，正下方為公園環(huán)湖步道，環(huán)湖步道人流量較大，測點(diǎn)與步道間以低矮灌木為主，圍合性較弱，聲壓級(42.43 dB(A))較測點(diǎn)6和7更大；測點(diǎn)9位于人流量較大的環(huán)湖步道上，臨水一側(cè)有潺潺流水聲，聲壓級(42.70 dB(A))較測點(diǎn)10更高。

表3 各測點(diǎn)聲學(xué)參數(shù)和細(xì)節(jié)Table 3 Acoustic parameters and details at each measuring point

測點(diǎn)3、5、7、9、10的評分較高，其中評分最高的是測點(diǎn)5，為4.58，主要聲源包括流水聲和鳥鳴聲；測點(diǎn)3、7、10的主要聲源包括鳥鳴聲、昆蟲聲、風(fēng)吹樹葉聲等；測點(diǎn)9的主要聲源為具有傳統(tǒng)特色的音樂聲，為該區(qū)域的特色聲景元素；上述測點(diǎn)(除測點(diǎn)9)以自然聲為主，可見人們對于自然聲的喜愛度較高。測點(diǎn)1、2、4、8的評分較低，其中測點(diǎn)4的評分最低為1.19，主要聲源包括交通聲和風(fēng)聲，其中交通聲為主導(dǎo)音；測點(diǎn)1的主要聲源為水聲和游船嬉戲聲，其中水聲為刺耳的嘩嘩聲，為主導(dǎo)音；測點(diǎn)8的主要聲源包括施工聲、風(fēng)吹樹葉聲和昆蟲聲，施工聲為主導(dǎo)音。可見，人們對于如施工聲、交通聲等聲源的喜好度較低。

2.1.2 三類聲景喜好度評分與聲壓級

地球聲、人工聲和生物聲的評分均值分別為3.42、2.28和3.75，地球聲和生物聲評分顯著高于人工聲評分，如圖2所示(P<0.05)，圖中字母差異表示聲景喜好度評分具有顯著性差異(P<0.05)，下同。三類聲景聲壓級均值依次為45.53、49和44.4 dB(A)，人工聲聲壓級顯著高于地球聲和生物聲的聲壓級，如圖3所示(P<0.05)。

圖2 聲景類型與喜好度評分Fig.2 Soundscape types and their soundscape preference degrees

圖3 不同聲景的聲壓級Fig.3 Sound pressure levels of different soundscapes

聲景喜好度評分與聲壓級Spearman分析如表4所示，表中N表示樣本量。各聲景的評分與聲壓級均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其中地球聲的評分與聲壓級相關(guān)性最強(qiáng)為-0.913；生物聲評分聲壓級相關(guān)性最弱為-0.518。

表4 聲景喜好度評分與聲壓級Spearman相關(guān)性分析Table 4 Spearman correlation between soundscapes preference and sound pressure level

2.2 預(yù)測模型構(gòu)建

綜合比較三類聲景在11類函數(shù)模型的擬合結(jié)果，地球聲和生物聲的二次和三次曲線的R2一致，均為各模型中最高值0.90、0.81(如表5所示)；人工聲的對數(shù)曲線、逆函數(shù)、二次和三次曲線的R2相同，為各模型中最高值0.87。

2.3 模型比較與檢驗(yàn)

選取三類聲景R2最高的函數(shù)模型進(jìn)行均方根誤差、卡方和AIC檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果越接近理想值，模型的預(yù)測精度越大。地球聲和生物聲二次曲線模型的均方根誤差與卡方誤差均比三次曲線模型更接近理想值；人工聲逆函數(shù)模型的均方根誤差與卡方誤差比其余三個(gè)函數(shù)模型更接近理想值；地球聲與人工聲二次曲線模型的AIC值和三次曲線模型一致，分別為-102.78、-113.11，最接近理想值；生物聲三次曲線模型的AIC值比二次曲線模型更接近理想值，為-124.66。聲景喜好度評分與聲壓級擬合結(jié)果如表5所示，通過模型間擬合優(yōu)度R2對比(表5)和聲景喜好度評價(jià)模型的誤差統(tǒng)計(jì)比較(表6)，地球聲和生物聲中二次曲線模型整體優(yōu)于三次曲線模型，人工聲中逆函數(shù)模型整體優(yōu)于其余三類函數(shù)模型。

表5 聲景喜好度評分與聲壓級擬合結(jié)果Table 5 Soundscape preference degrees and sound pressure level fitting results

表6 三類聲景喜好度評價(jià)模型的誤差統(tǒng)計(jì)量Table 6 Error statistics of three types of soundscape preference evaluation models

選取二次曲線模型對地球聲和生物聲進(jìn)行喜好度與聲壓級數(shù)據(jù)擬合；選取逆函數(shù)模型對人工聲的喜好度與聲壓級數(shù)據(jù)擬合(圖4)。地球聲、生物聲的評分在聲壓級為45、43 dB(A)時(shí)達(dá)到最大值4.63、4.60；人工聲的評分隨著聲壓級增大而降低。

圖4 三類聲景模型公式及擬合優(yōu)度Fig.4 Three types of soundscape model formulas and their goodness of fit

2.4 構(gòu)建濕地公園聲景喜好度評價(jià)模型

本研究考慮到濕地公園的聲景中，地球聲、人工聲和生物聲是同時(shí)存在、相互疊加混合的，因而將上述三類聲景模型進(jìn)行疊加，構(gòu)建濕地公園聲景喜好度評價(jià)(Soundscape Preference Evaluation of Wetland Park,ESPWP)模型的表達(dá)式為

式中：y為濕地公園聲景喜好度評分，ygeo、yant、ybio為地球聲、人工聲、生物聲的喜好度評分；x為客觀測得聲壓級。

通過對ESPWP模型預(yù)測值與實(shí)際評分進(jìn)行擬合度分析，對模型的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。R2=0.73。

圖5 模型精度檢驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Model accuracy test results

3 討論

3.1 不同聲景類型的喜好度評分

地球聲和生物聲評分均值顯著高于人工聲，主要包括風(fēng)吹樹葉聲、鳥鳴聲和水聲；人工聲主要包括音樂聲、交通聲和施工聲。一方面，可能因?yàn)樽匀坏穆曇?包括地球聲、生物聲)能夠給人帶來放松的感覺，有效地提高了人的聲學(xué)舒適度[9,24]，受到人們的喜愛；另一方面，人們對于聲源類型的偏好會(huì)影響聲景期望，從而影響主觀感受[25-26]。自然聲(如鳥鳴聲，風(fēng)聲和水聲)是人們最喜愛的聲音，而機(jī)械聲(如交通聲，通風(fēng)聲和施工聲)則被認(rèn)為是不受歡迎的聲音[27-28]，以施工聲、交通聲為主的人工聲破壞了人們對于公園的聲景預(yù)期，從而給人的主觀感受帶來了負(fù)面的影響。因此在人工聲、地球聲與生物聲之間，人們偏好后兩者。

人工聲中音樂聲的評分(4.31)顯著高于交通聲(1.19)和施工聲(1.48)。音樂聲評分較高，一方面可能是因?yàn)橐魳仿暿菧y點(diǎn)9的特色聲景元素，而已有研究發(fā)現(xiàn)，特色聲景元素的營造有助于提升該區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量[29]，從而增加了人對于該類聲景的喜好程度；另一方面可能是因?yàn)橐魳仿暷芙o人的主觀感受帶來正向影響，有研究表明音樂聲可以舒緩人的情緒，提高人的愉悅感[30]，在較為安靜的環(huán)境中，音樂聲可以豐富聲音元素以提高游客游玩的興致和愉快心情[31]。交通聲與施工聲評分較低，可能是因?yàn)樵擃惵曉醋R別度高且接受度低，容易使人產(chǎn)生緊張、焦躁的感受，從而影響人們對于該類聲源的喜好度[18]。

3.2 聲壓級對聲景喜好度的影響

三類聲景評分與聲壓級均呈負(fù)相關(guān)。聲壓級對于聲景的舒適度、放松性、交流性和強(qiáng)度感等均有顯著影響[32]。較高的聲壓級可能導(dǎo)致聲景體驗(yàn)的愉悅度和環(huán)境質(zhì)量感知的敏感度下降[13]，從而導(dǎo)致喜好度評分較低。在相對寧靜的環(huán)境中，人們會(huì)將注意力轉(zhuǎn)移到視覺景觀上，濕地公園中良好的自然環(huán)境能夠產(chǎn)生一定的自然療愈能力，從而給人的主觀感受帶來正向的影響，這在前人的研究中得到證實(shí)[33-34]，即隨著對如植物、水體等自然要素注意力的增加，負(fù)面的主觀感受將得到有效緩解。

從不同聲景類型來看，地球聲和生物聲的評分與聲壓級呈二次函數(shù)關(guān)系，人工聲的評分與聲壓級呈反函數(shù)關(guān)系(圖4)。地球聲和生物聲在聲壓級為43～45 dB(A)時(shí)評分達(dá)到最大值，當(dāng)聲壓級超過45 dB(A)時(shí)，隨著聲壓級的增大，評分降低，即自然聲的閾值為43～45 dB(A)。超過閾值評分降低的原因，可能是聲壓級過大使人產(chǎn)生了不舒適的感覺，從而對主觀感受產(chǎn)生了負(fù)面的影響。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)聲壓波約為46 dB(A)時(shí)，人對于聲景的喜好度較高[35]，與本文結(jié)果有差異，一方面可能因?yàn)樵撗芯繉ο鬄楣懦?，聲音元素的?gòu)成與濕地公園有所區(qū)別；另一方面，該研究沒有對聲景類型進(jìn)行劃分，造成了模型預(yù)測精度的不同。人工聲在聲壓級增大的同時(shí)評分降低，二者呈反函數(shù)關(guān)系?？赡芤?yàn)槿斯ぢ曋械慕煌?、施工聲等噪聲?huì)引起主觀煩惱度，使人產(chǎn)生煩躁不安等感覺，聲壓級的大小對主觀煩惱度的影響起重要作用[1]，從而影響人對于該類聲景的喜好度評分。

3.3 濕地公園聲景喜好度評價(jià)模型

已有學(xué)者對竹林空間[15]、森林公園[16]的聲景喜好度進(jìn)行了研究，但濕地公園較少涉及，因而本研究將其作為研究樣地。在與前人研究的對比中，地球聲、人工聲、生物聲的喜好度評價(jià)模型R2最大可達(dá) 0.90、0.98、0.91 與 0.93、0.91、0.92。相較而言，本研究的擬合度相對較低。竹林空間中，運(yùn)用對數(shù)曲線構(gòu)建評價(jià)模型；森林公園中，由對數(shù)曲線與冪函數(shù)所組成的復(fù)合函數(shù)構(gòu)建評價(jià)模型；本研究運(yùn)用二次曲線與反函數(shù)所組成的復(fù)合函數(shù)構(gòu)建評價(jià)模型。本研究與上述的差異，一方面，可能是評價(jià)者在性別、年齡和學(xué)歷上均有一定的差異性。聲源感知的主觀性較高，年齡、性別及教育背景是與聲源感知最為密切的3項(xiàng)[26]。另一方面，可能是竹林的景觀相對均勻，森林公園以林地為主，本研究樣地面積相對較大，具有林地、水域等不同用地，聲源類型豐富，造成評價(jià)模型以及模型精度的差異性。

ESPWP模型精度檢測值R2=0.73、大于0.7，屬于高性能模型[36]，模型性能較好。在實(shí)際應(yīng)用中，該模型可以在不考慮聲景類型的基礎(chǔ)上，便捷、準(zhǔn)確地將聲壓級這一聲景客觀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人對于聲景環(huán)境喜好度的主觀評價(jià)得分，進(jìn)而模擬出游客的心理狀態(tài)，為有濕地公園聲景觀的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

4 結(jié)論

通過對濕地公園聲環(huán)境聲壓級、聲景類型與喜好度評分三者關(guān)系的研究，得到結(jié)論如下：(1)聲壓級與各類聲景的喜好度評分顯著負(fù)相關(guān)；生物聲與地球聲評分均值明顯高于人工聲(除音樂聲)，人工聲聲壓級均值明顯高于地球聲和生物聲(P<0.01)。該結(jié)論可以為城市公園聲景觀的優(yōu)化與提升提供大的思路。(2)運(yùn)用曲線估計(jì)法，選擇11類函數(shù)模型對濕地公園的聲壓級與聲景喜好度進(jìn)行擬合、比較，并通過均方根誤差、卡方誤差、與赤池信息量準(zhǔn)則(AIC)對模型的誤差和擬合度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明地球聲、生物聲相對傾向于二次曲線函數(shù)，聲壓級的閾值為43～45 dB(A)，人工聲傾向于逆函數(shù)模型，隨著聲壓級增大評分降低?；诖私Y(jié)論，濕地公園中地球聲與生物聲的聲壓級應(yīng)控制在43 dB(A)以內(nèi)，同時(shí)控制人工噪聲的聲壓級。可以通過在噪聲源附近種植綠植以阻隔噪聲的傳入，或者在噪聲源附近加入自然聲(如播放自然聲音頻、加入水聲景等)，以弱化噪聲給人帶來的負(fù)面影響。(3)通過對三類聲景的喜好度模型進(jìn)行疊加，構(gòu)建濕地公園聲景喜好度評價(jià)模型(ESPWP模型)，通過精度檢驗(yàn)，該模型為高性能模型，可以將客觀聲壓級數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人的主觀喜好度評分，進(jìn)而便捷、快速地了解濕地公園中哪些地方的聲景觀需要提升，哪些需要保護(hù)，為濕地公園整體聲景觀的優(yōu)化與提升提供數(shù)據(jù)支撐。因年齡、性別及教育背景是與聲源感知最為密切的3項(xiàng)，本研究的評價(jià)者性別分布較為均衡，年齡組成以青年人為主(20～35歲)，所以上述結(jié)論更加適用于提升青年族群對于濕地公園聲景的喜好度。

影響聲景喜好度的因素還有很多，如不同聲景持續(xù)時(shí)間和占比、視覺因素等等，在今后的研究中將對上述因素與主觀喜好度評價(jià)的關(guān)系展開研究，進(jìn)一步提高濕地公園聲景喜好度模型的精度，以便于模型在實(shí)際中更好地運(yùn)用。