張昌佳，鄧東明

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

關(guān)鍵字：飛機(jī)噪聲；計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)；典型飛行事件；數(shù)字信號(hào)處理

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，機(jī)場(chǎng)建設(shè)日益活躍，機(jī)場(chǎng)周邊也大量建設(shè)配套建筑以保障機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)行。另一方面，由于飛機(jī)噪聲較大（近進(jìn)區(qū)域單架飛機(jī)噪聲可達(dá)90 dB［1］），加之機(jī)場(chǎng)及周邊區(qū)域交通車流持續(xù)增加，機(jī)場(chǎng)周邊建筑噪聲污染問題日益嚴(yán)重，因此研究機(jī)場(chǎng)周邊場(chǎng)地飛機(jī)噪聲的影響尤為重要。

《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：GB 9660—1988》［2］及《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法：GB 9661—1988》［3］規(guī)定機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)采用一晝夜的計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)（LWECPN）作為單值評(píng)價(jià)量。LWECPN綜合考慮了一段監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)通過一固定點(diǎn)的飛行引起的總噪聲級(jí)，同時(shí)也考慮了不同時(shí)間內(nèi)飛行所造成的不同社會(huì)影響。鄭大瑞等人［4］的研究表明計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)不但在物理上，而且在心理上都是對(duì)機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲有效的評(píng)價(jià)方法。然而，韓芹芹等人［5-7］的研究也提出，由于機(jī)場(chǎng)噪聲的非穩(wěn)態(tài)性及時(shí)空間斷性特點(diǎn)，在對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊場(chǎng)地飛機(jī)噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，受飛機(jī)起降的不確定性、天空能見度以及背景噪聲較大等各種噪聲的影響，使得對(duì)飛機(jī)噪聲的計(jì)算和評(píng)價(jià)存在諸多困難。

陳林等人［8-9］的研究采用INM、AEDT 等模擬軟件對(duì)飛機(jī)噪聲影響進(jìn)行了分析。軟件模擬主要基于單架飛機(jī)的駕駛情況和飛行路徑，在通過獲得機(jī)場(chǎng)的起降數(shù)據(jù)后對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)。模擬方法能預(yù)測(cè)不同流量、不同機(jī)型的機(jī)場(chǎng)噪聲，但不容易反映具體案例的實(shí)際噪聲大小。

本文借鑒了機(jī)場(chǎng)噪聲實(shí)測(cè)和模擬方法的優(yōu)點(diǎn)，提出利用典型飛行事件聲序列，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)評(píng)估機(jī)場(chǎng)噪聲，并選取了機(jī)場(chǎng)附近一塊場(chǎng)地作為實(shí)例進(jìn)行方法的驗(yàn)證和分析。

1 典型飛行事件的飛機(jī)噪聲影響評(píng)估方法

根據(jù)文獻(xiàn)［3］，LWECPN由以下公式計(jì)算得到：

式中：N1為白天的飛行次數(shù)；N2為傍晚的飛行次數(shù)；N3為夜間的飛行次數(shù)。

LEPN為N次飛行的有效感覺噪聲級(jí)LEPN的能量平均值，LEPN的計(jì)算方法如式⑵：

式中：Td為持續(xù)時(shí)間；T0為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，取10 s。

從式⑴、⑵可以看出，要得到等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)，應(yīng)測(cè)量晝夜所有飛行事件有效感覺噪聲級(jí)，所以實(shí)際測(cè)量時(shí)通常采用晝夜連續(xù)監(jiān)測(cè)的方法。對(duì)于機(jī)場(chǎng)周邊地塊，由于交通復(fù)雜，大部分飛行事件發(fā)生時(shí)背景噪聲較大，信噪比低，因此監(jiān)測(cè)得到的噪聲聲壓級(jí)時(shí)間序列中很難判斷出哪些時(shí)段出現(xiàn)了飛行事件；即使判斷出飛行事件，也往往由于信噪比過低，絕大部分飛行事件不易得到有效的飛行事件歷程圖，因?yàn)闇y(cè)量要求飛機(jī)噪聲級(jí)最大值至少超過背景噪聲級(jí)20 dB，測(cè)量結(jié)果才被認(rèn)為可靠［10］。

鑒于實(shí)際測(cè)量中的不可操作性，本文提出采用一種試驗(yàn)性方法計(jì)算等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)，其步驟如下：⑴分析場(chǎng)地長(zhǎng)時(shí)段監(jiān)測(cè)的聲壓級(jí)時(shí)間序列，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量視覺判斷，挑選出信噪比較高的飛行事件作為典型飛行事件，提取其測(cè)量數(shù)據(jù)；⑵通過數(shù)據(jù)處理得到典型的飛行事件歷程圖，得到其最大聲壓級(jí)和持續(xù)時(shí)間，將其作為其他飛行事件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；⑶在滿足飛機(jī)起降頻次（通過向空管部門或相關(guān)航空服務(wù)公司獲得）的約束下，通過隨機(jī)的方法（隨機(jī)選擇飛行事件出現(xiàn)時(shí)間，隨機(jī)選擇典型飛行事件）生成晝夜各個(gè)時(shí)段的飛行事件分布；⑷通過對(duì)晝夜飛行事件分布進(jìn)行能量平均得到計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)。

2 實(shí)例場(chǎng)地測(cè)量與數(shù)據(jù)處理

2.1 場(chǎng)地現(xiàn)狀

如圖1 所示，測(cè)量實(shí)例場(chǎng)地位于南方某大型機(jī)場(chǎng)南側(cè)，距離機(jī)場(chǎng)最近跑道盡端1.0 km，距離機(jī)場(chǎng)其他兩條跑道1.3 km。場(chǎng)地內(nèi)將興建機(jī)場(chǎng)綜合服務(wù)大樓項(xiàng)目，占地面積近6萬m2，主要功能為機(jī)場(chǎng)服務(wù)辦公。

圖1 案例場(chǎng)地位置Fig.1 Case Location Indication

目前場(chǎng)地為空地，其四周已建多個(gè)機(jī)場(chǎng)服務(wù)配套建筑，場(chǎng)地東側(cè)、南側(cè)緊鄰服務(wù)區(qū)內(nèi)交通道路，西側(cè)100 m 遠(yuǎn)處為車流量較大的機(jī)場(chǎng)高速道路。按照文獻(xiàn)［2］的要求，測(cè)量得到的場(chǎng)地環(huán)境噪聲顯示：場(chǎng)地邊界噪聲較大，其晝間連續(xù)等效聲級(jí)在60～65 dB（A）之間，地塊內(nèi)部連續(xù)等效聲級(jí)為50～55 dB（A）之間；夜間噪聲級(jí)比晝間小約5 dB。

2.2 測(cè)量實(shí)例的典型飛行事件

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析案例場(chǎng)地噪聲級(jí)監(jiān)測(cè)的時(shí)間序列圖，飛行事件出現(xiàn)時(shí)最大聲壓級(jí)與本地噪聲聲壓級(jí)差10～20 dB之間，因此挑選信噪比較高的飛行事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得7 個(gè)典型飛行事件的噪聲時(shí)間序列，其中兩個(gè)的時(shí)間歷程示例圖如圖2和表1所示，7 次飛行事件最大聲壓級(jí)值錄得為62.4～69.5 dB（A），持續(xù)時(shí)間從7～28 s 不等（見表2），反映了不同狀態(tài)的飛行事件的噪聲影響長(zhǎng)短有所差異。

圖2 典型飛行事件時(shí)間歷程示例Fig.2 Typical Flight Event Time Sequence Example

表1 7次典型飛行事件最大聲級(jí)和持續(xù)時(shí)間Tab.1 Maximum Sound Level and Duration of Seven Typical Flight Events

2.3 飛行頻次數(shù)據(jù)獲取

通過飛常準(zhǔn)提供的測(cè)量當(dāng)日（晝夜）的航班起降時(shí)間數(shù)據(jù)，得到該日總飛行次數(shù)2 625架次，晝夜起降架次數(shù)量約為1.8 架次/min，早上6 時(shí)至當(dāng)日24 時(shí)，平均2.3架次/min，具體時(shí)段飛行數(shù)量如表2所示。

表2 測(cè)量當(dāng)日各時(shí)段飛機(jī)起降數(shù)量統(tǒng)計(jì)Tab.2 The Number of Aircraft Take-offs and Landings at Each Time of the Measurement Day

2.4 晝夜噪聲譜生成

根據(jù)表2 提供的不同時(shí)間段起降數(shù)量，采用數(shù)字信號(hào)模擬軟件隨機(jī)生成與飛行次數(shù)等長(zhǎng)的數(shù)字信號(hào)序列，序列中各隨機(jī)飛行事件取值等于由軟件隨機(jī)選取典型飛行事件的噪聲時(shí)間序列，從而形成了全天隨機(jī)飛行事件序列，其中10 min 的噪聲聲壓級(jí)時(shí)間序列如圖3所示，供后續(xù)評(píng)估與分析使用。

圖3 模擬得到的飛機(jī)噪聲聲壓級(jí)時(shí)序圖（截取10 min）Fig.3 Simulated Sound Pressure Level Sequence of Aircraft Noise（10 minutes）

3 飛機(jī)噪聲對(duì)環(huán)境噪聲影響評(píng)估

3.1 等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)

從式⑴可以看出，等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)考慮了不同時(shí)間段內(nèi)飛行所造成的不同影響，即在一個(gè)晝夜24 h 內(nèi)，突出了傍晚與夜間、尤其是夜間的噪聲影響。由于白天、傍晚、夜間的具體劃分并不明確，本文考察了兩種時(shí)間劃分方法。第一種（Ⅰ）參考了聲質(zhì)量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，也是環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則［11］的劃定方法，將一天分為：白天06∶00～19∶00，傍晚19∶00～22∶：00，夜間22∶00～06∶00。第二種（Ⅱ）參考?xì)庀箢A(yù)報(bào)中的劃分方法，將一天分為：白天08∶00～19∶00，傍晚19∶00～20∶00，夜間20∶00～08∶00，根據(jù)前述基于典型飛行事件預(yù)測(cè)方法，得到實(shí)例場(chǎng)地的等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)如表3 所示。兩種劃分方法得到的LWECPN為80 dB 左右，其中第二種方法計(jì)算值高于第一種方法，表明夜間8點(diǎn)后的飛機(jī)噪聲依然較大。

表3 LWECPN計(jì)算值Tab.3 LWECPN Calculation Value

3.2 飛機(jī)噪聲引起環(huán)境噪聲級(jí)增量分析

為考慮飛行事件對(duì)環(huán)境噪聲連續(xù)等效聲壓級(jí)的影響，本文對(duì)隨機(jī)生成晝夜飛行事件序列疊加背景噪聲，就能得到一段時(shí)間內(nèi)的噪聲序列，再進(jìn)行等效聲級(jí)計(jì)算，從而得到不同背景噪聲下不同飛行頻率的噪聲級(jí)。

將案例背景的噪聲分別設(shè)定60 dB（A）、50 dB（A）兩個(gè)量級(jí)（分別對(duì)應(yīng)聲質(zhì)量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中二類區(qū)的晝、夜間限值），飛行起降頻率從0.5～5 次/min（考慮機(jī)場(chǎng)未來將增設(shè)2條跑道），每種情況進(jìn)行10次模擬，模擬結(jié)果分析如圖4所示。

從圖4 可以看出，現(xiàn)狀起降頻次時(shí)飛機(jī)噪聲使得環(huán)境噪聲晝間增加5 dB，夜間增加12 dB。如果按照未來起落架次加倍（5 次/min）情景預(yù)測(cè)，環(huán)境噪聲晝間增加7 dB，夜間增加15 dB。

圖4 機(jī)場(chǎng)起落架次與預(yù)測(cè)環(huán)境噪聲聲壓級(jí)關(guān)系曲線Fig.4 Relationship Curve between Airport Landings and Predicted Ambient Noise Sound Pressure Levels

4 結(jié)論

考慮到機(jī)場(chǎng)周邊環(huán)境噪聲較高的現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)方法，提出并應(yīng)用了典型飛行事件估算飛機(jī)噪聲影響的方法。在應(yīng)用實(shí)例中，測(cè)量得到了7 個(gè)典型飛行事件事件歷程，通過限定起降頻次得到全天飛機(jī)噪聲級(jí)事件序列，從而計(jì)算得到一晝夜計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級(jí)約為80 dB，大于文獻(xiàn)［2］中規(guī)定的低限要求。另外，模擬顯示：目前情況下，由于飛機(jī)噪聲影響，環(huán)境噪聲晝間增加約5 dB（A），夜間增加約12 dB（A）；如果起落架次加倍，環(huán)境噪聲再增加2～3 dB（A）。

本文提出通過典型事件的方法，是基于實(shí)際測(cè)量中環(huán)境的背景噪聲較大的情況的一種簡(jiǎn)化處理方法，跟實(shí)際通過準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和逐個(gè)飛行事件測(cè)量得到的結(jié)果的應(yīng)存在一定差異，后續(xù)可進(jìn)一步研究典型飛行事件選取和隨機(jī)飛行生成算法以提高方法的準(zhǔn)確性。