机场噪声评价量分析与比较

王艳华，冯 霞，徐 涛

（1.中国民航大学 计算机科学与技术学院，天津 300300；2.中国民航信息技术科研基地，天津 300300）

机场噪声，又称航空噪声，是指航空器在机场及其附近活动（包括起飞、降落、滑行、试车等）时产生的噪声，属于交通噪声的范畴[1，2]。机场噪声具有声压级高，影响范围广，非稳态，时空间断性，累积性等特征[3]。

机场噪声作为一种环境公害已日益受到了人们的重视。机场噪声评价量计算方法和控制标准是机场噪声评价和控制的重要基础。目前，我国采用的机场噪声评价量是国际民航组织（International Civil Aviation Organization，简称ICAO）推荐的计权等效连续感觉噪声级Lwecpn。Lwecpn采用能量平均方法，反映飞机噪声全天平均每秒钟对人的冲击。由于机场噪声具有高声级和间歇性等特征，这种按等能量原理相加平均计算噪声评价量的方法忽视了人的烦恼程度，不能充分评价机场噪声对人的主观影响。另一方面，Lwecpn也未考虑机场噪声对不同人群的危害性差异(如机场噪声可引起患有心脏病人的病情突发)等。

由于世界各国国情不同、地理位置和文化背景存在差异，各国使用的机场噪声评价量也不相同。不同的机场噪声评价量相互间有些存在某种相关性、一致性，也各有其特点。本文详细分析和比较各国机场噪声评价量的异同点，指出它们各自的优点和存在问题，是建立较为客观、全面、且符合我国实际情况的机场噪声评价量的重要基础性工作。

1 国内外机场噪声评价量的发展

国际上从上世纪50年代后期开始研究适合飞机噪声特点的机场噪声评价量计算方法，到上世纪60年代，许多国家都根据本国情况提出了自己国家的机场环境噪声评价量，也有一些国家总结出一套相对完整的机场噪声评价体系，并且将评价量、评价方法步骤、评价程序纳入了国家的法律法规当中，强制实施[4]。1961年英国提出噪声事件指数（NNI），1964年澳大利亚提出噪声暴露预报（ANEF），同年德国提出干扰指数（Qˉ），美国提出复合噪声评价（CNR），法国于1965年提出等干扰指数（N）。1969年11月，ICAO对有关机场噪声问题达成国际协议，协调成员国对飞机噪声暴露所使用的评价量，但并不限制各国结合自己实际情况所惯用的评价量和评价方法[5，6]。

1978年以后，美国在总结机场噪声评价经验的基础上，相继颁布了联邦航空条例第150部（FAR Part 150）[7]和 SAE（Society of Automotive Engineers，美国汽车工程师协会）AIR 1845[8]，详细规定了对新建机场以及原有机场的改扩建进行噪声评价的程序，噪声等值线的绘制方法，正式采用DNL作为机场噪声评价量，提出了综合噪声模型INM（Integrated Noise Model），在许多机场的噪声评价中得到了较为广泛的应用[9]。

1986年，欧洲民用航空会议（European Civil Aviation Conference，简称ECAC）针对机场噪声影响评价体系中最重要的机场噪声等值线图的绘制计算环节，出版了ECAC.CEAC Doc.29《民用机场周围噪声等值线图标准计算方法研究报告》，并于1997年发布了第二版修订版[10]，确定了基于A计权声级的DENL（Day-Evening-Night Level）作为机场噪声评价指标，在计算方法上更多的是参照了SAE AIR1845和ICAO（International Civil Aviation Organization，国际民航组织）所推荐的方法。

我国对机场噪声的研究起步较晚，1983年开始着手制定有关机场噪声标准。1984年，由国家环保局资助，北京环境监测中心站、河北省环保所、中国科学院声学研究所等单位联合对首都机场、广州白云机场、石家庄机场等地的机场噪声进行了大量的测量，经分析研究，认为LWECPN是一种能较客观反映机场噪声级高低的评价量[11]。1988年，国标《机场周围飞机噪声环境标准》和《机场周围飞机噪声测量方法》开始实施[12，13]。国标实施以后，我国学者陆续对部分国内机场噪声环境进行了研究[14―18]，并针对现行使用的机场噪声评价量计权等效连续感觉噪声级提出了改进[19，20]。

2 主要机场噪声评价量介绍

由于世界各国历史背景、人文环境、经济状况、开放程度以及各国航空业的发展水平等方面的差异，其所采用的机场噪声评价量也不尽相同。表1列出了世界主要国家机场噪声评价量。

表1中，单噪声事件是指单架飞机一次飞过对地面产生的噪声影响；k、Ni分别为不同时段划分及其对应的惩罚系数，如4Ne表示傍晚（19：00―22：00）的飞行架次数及其四倍的惩罚。

从表1可以看出，不同噪声评价量主要的差异表现在单噪声事件声级度量指标选择、时段划分、权重取值、影响因素选择及评价指标控制标准等方面。机场单噪声事件依据响度和噪度分为四种基本声级度量[21]：基于噪度的有效感觉噪声级（EPNL）、最大感觉噪声级（PNLmax），基于响度的A声级（LA）、最大A声级（LAmax）。

3 不同机场噪声评价量的比较实验

3.1 实验数据

实验数据选自某大型繁忙机场2010年5月1日一昼夜的真实噪声监测数据（22.8 M，采样间隔1 s，包含19723行67列），共22个噪声监测点。经过数据清理，选取了9个噪声监测点的数据。并结合当天的雷达数据（13.0 M，1400行55列）和航班数据（1.92 M，2265行114列）进行验证，对各机场噪声评价量分别进行了多组实验对比。实验数据截图如图1。

3.2 基于EPNL的机场噪声评价量的比较实验

评价量WECPNL和ANEF都是表示飞机噪声全天平均每秒钟对人的冲击，它们的单噪声事件声级度量都是基于EPNL，考虑到纯音修正、航空器噪声延续时间和气候因素等，采用白天、傍晚、夜间三段时间计权计算，评价测定和计算较复杂。两个评价量不同点是指标分别选取不同的惩罚系数和修正常数，噪声控制指标分别针对噪声区域土地使用类型（适合居住人群）和噪声区域土地规划。

图2（a）中给出了监测点A到监测点I分别应用评价量WECPNL和ANEF计算得到的噪声影响水平，图2（b）中分析了评价量WECPNL和ANEF相关性。由实验结果可以得到，评价量ANEF比WECPNL对应监测点的噪声影响水平计算结果平均低50.47 dB，两者之间有较强的线性关系。虽然评价量WECPNL和ANEF的控制标准不同，但是两者噪声影响水平比较一致。

表1 主要国家机场噪声评价量Tab.1 Airport noise metrics in main countries

3.3 基于PNLmax的机场噪声评价量的比较实验

评价量AI、N和NNI的单噪声事件声级度量都是基于最大感觉噪声级PNLmax，评价时段都是划分为昼间、夜间两个时段，评价量N更将夜间时段细分为前半夜和后半夜。评价量AI和NNI的控制标准针对烦恼度，评价量N控制标准针对土地使用类型。AI指标划分单一，白天<120 dB，夜间<105 dB即为允许值。

广义切比雪夫函数因设计灵活而广泛应用于现代滤波器的设计中,与传统的逼近函数相比,广义切比雪夫函数能够通过指定任意有限频率的传输零点[1],来增加带外抑制、提高通道选择性、减小滤波器体积。

图2 评价量WECPNL和ANEF的比较Fig.2 Comparison of WECPNL and ANEF

图3 基于PNLmax的评价量及控制标准Fig.3 The Metrics based on PNLmax

图3 （a）列出各监测点不同评价量的噪声影响水平，图3（b）根据各评价量的噪声影响水平得到对应控制标准的比例。由实验结果可以看到，评价量NNI虽然噪声影响计算结果与评价量WECPNL无较强的线性关系，但其控制标准比较一致，由于NNI用感觉噪声级峰值计算单个噪声事件影响，又指标的规范化常数不同，相比WECPNL指标计算结果偏低。由图3（b）实验结果表明同一监测点、同样的噪声强度，评价量N的噪声控制标准较评价量WECPNL严格，AI的控制标准较宽松。

3.4 基于响度的机场噪声评价量的比较实验

评价量DNL和CNE的单噪声事件声级度量是基于LA，分别是2时段计权和3时段计权，简化WECPNL的评价指标单噪声事件声级度量是基于LAMAX，分4时段计权。控制标准是均针对土地使用类型或土地开发。

图4 基于响度的评价指标及其控制标准Fig.4 The metrics based on loudness

图4 （a）列出各监测点三个评价量的噪声影响水平，图4（b）是基于响度的机场噪声评价量的噪声影响水平相应的控制标准与评价量WECPNL的控制标准的比较。由图4可见，并不是每个飞机噪声评价量都能对机场飞机噪声的影响评价得到与实际影响相符合的结果，产生的原因主要是对傍晚和夜间考虑了不同加权。评价量DNL控制标准较评价量WECPNL严格，而评价量CNE和简化WECPNL控制标准较宽松。

3.5 实验结论

综合以上实验对比结果，可以得到：

(1)单噪声事件的度量指标

各评价量的单噪声事件度量指标是不同的。评价量WECPNL的单噪声事件度量指标是EPNL，基于等能量原理，没有充分反映“单个事件”噪声产生的影响，一次飞机噪声高声级事件就足以影响人的健康（如心脏病突发）、讲话（如上课、打电话）、睡眠等。尤其在夜间，对睡眠的干扰与最大声级和噪声事件数最相关。

(2)评价量的控制标准

机场噪声评价量很多，而评价是否合理的决定因素在于评价量的限值。机场噪声控制标准应该从多维度、多层次展开。维度包括土地规划、周边土地利用类型、居民烦恼度等方面。每个维度上应该给出多个层次的评价，以细分明确噪声影响的程度。

(3)评价量应反映出飞机噪声对不同地区、不同噪声敏感点、不同人群的影响

机场噪声评价量应考虑城市、郊区、乡村等不同地区存在的背景噪音大小不同而区分人们对于噪声容忍程度的差别；不同噪声敏感点(如医院、学校、居民区、商业、工业区等)的噪声影响是有差异的；不同人群(如不同年龄段人群的健康和疾病情况等)承受噪声的能力是不同的，因而飞机噪声在同一点对不同人群形成的影响也不一样，甚至差异比较大。

(4)飞行架次的考虑

因跑道资源、气象、航空管制、旅客等多因素的影响，机场进港航班在空中盘旋等待降落，会经过多个监测点或多次经过一个监测点；离港航班爬升也会经过多个监测点。一架次航班的进港或离港，多个监测点区域总的噪声影响能量是应该逐点累计的。

4 结语

结合国内外的研究成果，分析比较世界各个国家和地区的噪声评价量及其控制标准，利用某大型机场噪声监测数据，对比分析了各国机场噪声评价量的异同点及存在的问题，并对更科学地进行机场噪声评价提出的观点，为建立客观、全面、综合性的符合我国机场实际情况的机场噪声评价量及评价方法提供参考。

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