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        某軍事訓(xùn)練營區(qū)環(huán)境的聲景測繪與分析研究

        2021-11-03 07:11:06丁仕林陳善靜陳虹合楊春陽
        四川環(huán)境 2021年5期
        關(guān)鍵詞:聲景營區(qū)聲壓級

        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。”通過對“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、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。李國棋[4]結(jié)合多個案例對聲景研究和聲景設(shè)計思路進行探索,劉江[5]對城市區(qū)域聲景的時空維度變化進行分析研究,扈軍[6]在GIS平臺上對聲景圖制作進行系統(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。實驗心理學(xué)家赤瑞特拉[8]的關(guān)于人類獲取信息途徑的實驗表明: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,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行分類是理清聲環(huán)境脈絡(luò)的前提。通過實地調(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)的聲源種類達一半以上,遠多于自然聲的種類。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、部隊行進的呼號聲、軍人日常報告講評聲、部隊間的拉歌聲、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文化特色的聲音進行了定點測量,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個典型的聲源進行測量(圖3,下表)。結(jié)合頻譜分析儀軟件對所測聲音進行頻率判斷,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用。

        測量方法為網(wǎng)格測量法,在以往的聲景研究中運用較多。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、實驗大廳和教研組團組成;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、運動場地等(圖5)。

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

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

        2 結(jié)果分析

        2.1 聲音的空間分布

        在完成測點數(shù)據(jù)整理后,在GIS地圖中建立測點數(shù)據(jù)庫,將測量得到的LAeq值輸入到測點數(shù)據(jù)的屬性列表中。運用GIS中反距離權(quán)重法(IDW),對臨近區(qū)域的每個采樣點LAeq值進行加權(quán)運算獲得內(nèi)插單元值,從而將離散點的數(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,其坐標(biāo)為Xi、Yi,離散點的數(shù)值為Zi(i=1,2,…,n),根據(jù)周圍離散點的值,通過距離加權(quán)求出Z點的值。

        (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處的測量點聲壓級較高,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)域進行專項活動,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)進行單獨分析,補充整體聲環(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)主樓整體聲音可達性優(yōu)于南側(cè)教研組團和西側(cè)實驗室,主要原因在于教學(xué)樓每層走廊內(nèi)均有音響播放,而教研組團和實驗室沒有設(shè)置,只能依靠室外地面揚聲器和教學(xué)樓頂大功率揚聲器接受聲音信息。教學(xué)樓頂大功率揚聲器的設(shè)置使教學(xué)樓局部聲壓級明顯增強,人員位于靠近揚聲器的教室會因為突然的高分貝司號聲產(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到56dB,遠高于宿舍中庭聲壓級,分析原因為食堂廚房機械噪聲干擾。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)。主要的聲音為運動聲、隊列聲、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,分析原因為:部分訓(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)樓門洞中有隊列口令呼號聲時,聲壓級達80.4dB。

        圖9 訓(xùn)練聲強度分布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)志聲的加強和保留,能更充分地展示軍營文化,營造軍營獨有的聲環(huán)境,如在開闊的廣場上進行隊列訓(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。

        司號是軍隊進行通信聯(lián)絡(luò)、實施正規(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?,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。由于周圍有機場存在,調(diào)查期間,當(dāng)飛機經(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。實際測量結(jié)果表明:教學(xué)樓處周圍聲壓級過大,遠離教學(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)境進行了分析歸納,并對整體聲音空間分布進行了測繪,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)合理布置揚聲器,盡量避免使用大功率揚聲器。

        為對營區(qū)聲景有更全面的認識,下一步還應(yīng)對各類營區(qū)特色聲源進行頻率特征分析,并對聲景的主觀評價進行研究,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。

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