洪友朋 朱藝婷 李育敏 朱 凱 劉貴龍

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站, 杭州 310000)

城市低頻環(huán)境噪聲煩惱度研究*

洪友朋 朱藝婷 李育敏 朱 凱 劉貴龍

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站, 杭州 310000)

噪聲對(duì)人的影響程度不但與它的響度大小有關(guān),而且和它的頻率高低有關(guān)。當(dāng)前城市噪聲源中有相當(dāng)一部分為低頻噪聲,其對(duì)人的影響具有與通常的中高頻噪聲不同的特點(diǎn)。為分析噪聲頻率與煩惱度的關(guān)系,進(jìn)行了8個(gè)不同頻率的純音在等響度級(jí)情況下的主觀煩惱度的影響研究,由17位實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)者對(duì)4組不同等響度級(jí)的純音所引起的煩惱程度進(jìn)行了成對(duì)比較評(píng)價(jià)，對(duì)評(píng)估矩陣進(jìn)行誤差分析和有效性的統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示,等響度級(jí)條件下,在63～250Hz的低頻段,煩惱度隨著頻率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高頻段,煩惱度則隨著頻率的升高而增大；評(píng)價(jià)者對(duì)中高頻聲的煩惱反應(yīng)要高于低頻聲,但低頻段的煩惱影響仍不可忽視。

低頻;煩惱度;響度

隨著城市化的推進(jìn),我國城市中噪聲源種類和噪聲影響方式都發(fā)生了很大變化,城市高層建筑附屬設(shè)施如空調(diào)設(shè)備,供水供電設(shè)備等所輻射的噪聲,相當(dāng)一部分都具有明顯的低頻特性,如空調(diào)室外機(jī)噪聲、變配電房噪聲等。大量研究表明,低頻噪聲對(duì)人的睡眠、工作、情緒和行為產(chǎn)生較大的不利影響[1-8],噪聲對(duì)人的影響程度,不但與它的響度大小有關(guān),而且和它的頻率高低有關(guān),對(duì)一些典型的城市低頻噪聲源,即使其A聲級(jí)沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn),也能對(duì)受聲者產(chǎn)生較大的干擾,引起較大的煩惱[9]。

這表明,在某些低頻環(huán)境噪聲情況下,連續(xù)等效A聲級(jí)并不是最佳的評(píng)價(jià)指標(biāo),為了更有效地評(píng)價(jià)和控制低頻環(huán)境噪聲,改善城市聲環(huán)境,展開噪聲頻率與人的主觀煩惱反應(yīng)關(guān)系的研究十分必要。

為此,我們采用城市低頻環(huán)境噪聲實(shí)錄樣本進(jìn)行了聲源頻譜特性分析和煩惱度研究，俞鵬[10]選擇了12種典型的居住區(qū)配套設(shè)備噪聲源進(jìn)行分析,并研究在等聲壓級(jí)條件下典型噪聲源的煩惱。由于實(shí)際聲源包含了低、中、高頻帶成分,不同頻帶間存在掩蔽效應(yīng)。為了更好地分析聲音頻率特性與煩惱度的關(guān)系,排除各頻帶間的相互干擾,本研究選擇了63、125、250、500、1 000、2 000、4 000、8 000 Hz共8個(gè)純音,研究它們?cè)诘软懚燃?jí)條件下的主觀煩惱度,以此進(jìn)一步分析聲音頻率特性與煩惱度的關(guān)系。

1 設(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

安裝有頻譜分析軟件(SpectraLAB)的計(jì)算機(jī),雙通道聲學(xué)實(shí)時(shí)分析儀VS302USB,B&K功率放大器,B&K HP1001聲源發(fā)生器,BSWA MP2011/2″預(yù)極化電容器麥克風(fēng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)場所

使用5m×6m的房間作為實(shí)驗(yàn)室,聲源HP1001放置于房間中央,評(píng)價(jià)者距離聲源2 m。

1.3 評(píng)價(jià)者的選擇

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)者共17人,9男8女,其中8人為大學(xué)生,9人為城市居民。評(píng)價(jià)者年齡在21～65歲之間,其中20～40歲為15人,40歲以上2人,實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行了預(yù)測試,所有評(píng)價(jià)者的聽力均為正常。

1.4 實(shí)驗(yàn)聲音樣本的產(chǎn)生與等響度調(diào)整

實(shí)驗(yàn)所用的聲音樣本由安裝有SpectraLAB頻譜分析軟件的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生,按倍頻程將聲音樣本分為：A(8 000 Hz),B(4 000 Hz),C(2 000 Hz),D(1 000 Hz),E(500 Hz),F(250 Hz),G(125 Hz),H(63 Hz),參照等響曲線將每個(gè)頻率的聲音樣本分別調(diào)整為55 phon,60 phon,65 phon,70 phon 4個(gè)社會(huì)生活中常見的響度級(jí)水平,共計(jì)32個(gè)聲音樣本。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

采用成對(duì)比較法進(jìn)行主觀煩惱度實(shí)驗(yàn)，與其他主觀評(píng)價(jià)方法相比,成對(duì)比較法具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),是聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)最常用的方法之一[11]。

實(shí)驗(yàn)過程中將所有聲音樣本兩兩成對(duì)播放(每個(gè)樣本自身也先后播放兩次,作為一對(duì)),要求評(píng)價(jià)者比較每一對(duì)樣本所引起的煩惱度，每種等響度級(jí)中8個(gè)聲音樣本作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)組,將成對(duì)播放82=64次。聲源播放順序見表1。

表1 聲音樣本播放順序

播放過程中要求后一對(duì)比組不能包括前一對(duì)比組中的任何一個(gè)聲音樣本,并且包含自身(A-A比較)和不同播放順序?qū)Ρ冉M(A-B,B-A比較)。

聲品質(zhì)研究領(lǐng)域大量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,每名評(píng)價(jià)者一次的評(píng)價(jià)時(shí)間以20～30min為宜。本實(shí)驗(yàn)每個(gè)聲音樣本播放5s(成對(duì)比較法實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明,5s長度的聲音樣本比較適宜于評(píng)價(jià)人員作出準(zhǔn)確判斷),中間停頓3s,供樣本切換和評(píng)價(jià)者判斷,因此每個(gè)實(shí)驗(yàn)組播放時(shí)間約為17min。

2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

2.1 評(píng)價(jià)矩陣

評(píng)價(jià)者把每對(duì)聲音樣本的評(píng)價(jià)結(jié)果填在評(píng)價(jià)表格Pij的相應(yīng)處，i和j分別表示播放的行列順序。如果認(rèn)為前一個(gè)聲音樣本的煩惱程度比后一個(gè)大,則Pij為1,反之則Pij為-1,認(rèn)為二者相同則Pij為0。每位評(píng)價(jià)者對(duì)一個(gè)等響度級(jí)的8個(gè)聲音樣本的評(píng)價(jià)結(jié)果組成1個(gè)評(píng)價(jià)矩陣。

表2為某評(píng)價(jià)者對(duì)60 phon響度級(jí)的8個(gè)聲音樣本所給出的判斷矩陣示例,每個(gè)評(píng)價(jià)者在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中將給出4個(gè)這樣的矩陣,17位評(píng)價(jià)者共給出68個(gè)矩陣。

表2 評(píng)價(jià)矩陣示例

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過誤差判定和數(shù)據(jù)檢驗(yàn)后[12],被認(rèn)定有效的評(píng)價(jià)矩陣可以用于進(jìn)行純音等響度級(jí)煩惱度的排序。計(jì)算過程如下:首先,在有效的評(píng)價(jià)矩陣中,表2中的Prow和Pcolumn是按式(1)和(2)計(jì)算。

(1)

(2)

(3)

然后對(duì)每一個(gè)煩惱度位次進(jìn)行分析,計(jì)算在各煩惱度位次上各聲音樣本所占人數(shù)的百分比(例如在煩惱度位次1上,12個(gè)評(píng)價(jià)者選擇了聲音樣本A,1個(gè)評(píng)價(jià)者選擇了聲音樣本B,1個(gè)評(píng)價(jià)者選擇了聲音樣本H,因此聲音樣本A在煩惱度位次1上所占人數(shù)百分比為85.7%,聲音樣本B,H在煩惱度位次1上所占人數(shù)百分比各為7.1%),結(jié)果見表4。

表3 60 phon響度級(jí)各聲音樣本的煩惱度大小排序

表4 各聲音樣本在各煩惱度位次所占人數(shù)百分比

表4(續(xù))

注:位次越靠前,煩惱度越大;A～H共8個(gè)聲音樣本,A頻率最高,H頻率最低

由表4可見在響度級(jí)為60phon條件下,各聲音樣本的煩惱程度為:A(8 000Hz)>B(4 000Hz)>C(2 000Hz)>D(1 000Hz)>H(63Hz)>G(125Hz)>E(500Hz)>F(250Hz)，各實(shí)驗(yàn)組純音等響度最終排序結(jié)果見表5。

表5 各響度級(jí)聲音樣本煩惱度最終排序結(jié)果

2.3 討論

由表4可見純音在各個(gè)響度級(jí)的煩惱度排序結(jié)果基本一致,高頻段8 000Hz、4 000Hz的煩惱度要高于中頻段2 000Hz、1 000Hz,中頻段純音煩惱度又要高于低頻段250Hz、125Hz,但是500Hz作為中頻聲,評(píng)價(jià)者均認(rèn)為其引起的煩惱程度要低于63Hz、125Hz的低頻純音，值得注意的是在1 000～8 000Hz中高頻段,煩惱度隨頻率的升高而增大,在63Hz～250Hz的低頻段,煩惱度隨頻率的升高而降低。這與翟國慶等對(duì)間歇性純音煩惱度的研究結(jié)果相一致[13]：當(dāng)頻率大于250Hz時(shí),頻率越高，煩惱度越大；當(dāng)頻率為100～250Hz時(shí),100Hz的間歇性純音比250Hz的間歇性純音煩惱度更高。

隨著響度級(jí)的升高,評(píng)價(jià)者對(duì)63Hz純音的煩惱度比其他頻率增長更快,例如在65phon等響度級(jí)時(shí),63Hz低頻純音的煩惱度上升到第四位次,在70phon等響度級(jí)時(shí),上升到第二位次。

3 結(jié)語

當(dāng)前城市噪聲源中有相當(dāng)一部分以低頻成分為主,研究結(jié)果顯示，在63～250Hz的低頻段,煩惱度隨著頻率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高頻段,煩惱度則隨著頻率的升高而增大。評(píng)價(jià)者對(duì)中高頻聲的煩惱反應(yīng)要高于低頻聲,但低頻段的煩惱影響仍不可忽視。

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Study on the subjective annoyance rating of urban low frequency noise

Hong Youpeng, Zhu Yiting, Li Yumin, Zhu Kai, Liu Guilong

(Zhejiang Province Radiation Environmental Monitoring Center, Hangzhou 310028, China)

Besides the loudness, the noise frequency also played an important role in the annoyance. Currently，lots of urban noises were low frequency noises. In order to analyze the relationship between noise frequency and annoyance, a pair-wise comparison experiment was carried out to evaluate the subjective annoyance rating of pure tones at different frequency with the same loudness level. Eight pure tones were used as sound samples .And their loudness was adjusted at four levels. A total of 17 volunteers took part in the experiment. Based on the assessment of judging errors and statistical validity analysis of each subjects' evaluation matrix, the results indicated that with the same loudness level, from 63Hz to 250Hz, the annoyance level declined with the increment of pure frequency, but from 1000Hz to 8000Hz, the relationship was reversed. Although the pure tones at high and median frequencies could make larger annoyance than that at low frequencies, however, the influence of low frequencies also could not be ignored.

low frequency; annoyance level; loudness

* 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(10474084)。

2014-08-07；2014-11-06修回

洪友朋，男, 1983年生,研究方向：環(huán)境科學(xué)研究與監(jiān)測。E-mail：26328929@qq.com

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