城市低频环境噪声烦恼度研究*

洪友朋 朱艺婷 李育敏 朱 凯 刘贵龙

(浙江省辐射环境监测站, 杭州 310000)

城市低频环境噪声烦恼度研究*

洪友朋 朱艺婷 李育敏 朱 凯 刘贵龙

(浙江省辐射环境监测站, 杭州 310000)

噪声对人的影响程度不但与它的响度大小有关,而且和它的频率高低有关。当前城市噪声源中有相当一部分为低频噪声,其对人的影响具有与通常的中高频噪声不同的特点。为分析噪声频率与烦恼度的关系,进行了8个不同频率的纯音在等响度级情况下的主观烦恼度的影响研究,由17位实验评价者对4组不同等响度级的纯音所引起的烦恼程度进行了成对比较评价，对评估矩阵进行误差分析和有效性的统计分析。结果显示,等响度级条件下,在63～250Hz的低频段,烦恼度随着频率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高频段,烦恼度则随着频率的升高而增大；评价者对中高频声的烦恼反应要高于低频声,但低频段的烦恼影响仍不可忽视。

低频;烦恼度;响度

随着城市化的推进,我国城市中噪声源种类和噪声影响方式都发生了很大变化,城市高层建筑附属设施如空调设备,供水供电设备等所辐射的噪声,相当一部分都具有明显的低频特性,如空调室外机噪声、变配电房噪声等。大量研究表明,低频噪声对人的睡眠、工作、情绪和行为产生较大的不利影响[1-8],噪声对人的影响程度,不但与它的响度大小有关,而且和它的频率高低有关,对一些典型的城市低频噪声源,即使其A声级没有超过国家标准,也能对受声者产生较大的干扰,引起较大的烦恼[9]。

这表明,在某些低频环境噪声情况下,连续等效A声级并不是最佳的评价指标,为了更有效地评价和控制低频环境噪声,改善城市声环境,展开噪声频率与人的主观烦恼反应关系的研究十分必要。

为此,我们采用城市低频环境噪声实录样本进行了声源频谱特性分析和烦恼度研究，俞鹏[10]选择了12种典型的居住区配套设备噪声源进行分析,并研究在等声压级条件下典型噪声源的烦恼。由于实际声源包含了低、中、高频带成分,不同频带间存在掩蔽效应。为了更好地分析声音频率特性与烦恼度的关系,排除各频带间的相互干扰,本研究选择了63、125、250、500、1 000、2 000、4 000、8 000 Hz共8个纯音,研究它们在等响度级条件下的主观烦恼度,以此进一步分析声音频率特性与烦恼度的关系。

1 设备与方法

1.1 实验设备

安装有频谱分析软件(SpectraLAB)的计算机,双通道声学实时分析仪VS302USB,B&K功率放大器,B&K HP1001声源发生器,BSWA MP2011/2″预极化电容器麦克风。

1.2 实验场所

使用5m×6m的房间作为实验室,声源HP1001放置于房间中央,评价者距离声源2 m。

1.3 评价者的选择

实验评价者共17人,9男8女,其中8人为大学生,9人为城市居民。评价者年龄在21～65岁之间,其中20～40岁为15人,40岁以上2人,实验前进行了预测试,所有评价者的听力均为正常。

1.4 实验声音样本的产生与等响度调整

实验所用的声音样本由安装有SpectraLAB频谱分析软件的计算机产生,按倍频程将声音样本分为：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),参照等响曲线将每个频率的声音样本分别调整为55 phon,60 phon,65 phon,70 phon 4个社会生活中常见的响度级水平,共计32个声音样本。

1.5 实验方法

采用成对比较法进行主观烦恼度实验，与其他主观评价方法相比,成对比较法具有简单、易于实现的特点,是声品质主观评价实验最常用的方法之一[11]。

实验过程中将所有声音样本两两成对播放(每个样本自身也先后播放两次,作为一对),要求评价者比较每一对样本所引起的烦恼度，每种等响度级中8个声音样本作为一个实验组,将成对播放82=64次。声源播放顺序见表1。

表1 声音样本播放顺序

播放过程中要求后一对比组不能包括前一对比组中的任何一个声音样本,并且包含自身(A-A比较)和不同播放顺序对比组(A-B,B-A比较)。

声品质研究领域大量评价实验的结果表明,每名评价者一次的评价时间以20～30min为宜。本实验每个声音样本播放5s(成对比较法实验经验表明,5s长度的声音样本比较适宜于评价人员作出准确判断),中间停顿3s,供样本切换和评价者判断,因此每个实验组播放时间约为17min。

2 数据分析与结果

2.1 评价矩阵

评价者把每对声音样本的评价结果填在评价表格Pij的相应处，i和j分别表示播放的行列顺序。如果认为前一个声音样本的烦恼程度比后一个大,则Pij为1,反之则Pij为-1,认为二者相同则Pij为0。每位评价者对一个等响度级的8个声音样本的评价结果组成1个评价矩阵。

表2为某评价者对60 phon响度级的8个声音样本所给出的判断矩阵示例,每个评价者在整个实验过程中将给出4个这样的矩阵,17位评价者共给出68个矩阵。

表2 评价矩阵示例

2.3 实验结果

经过误差判定和数据检验后[12],被认定有效的评价矩阵可以用于进行纯音等响度级烦恼度的排序。计算过程如下:首先,在有效的评价矩阵中,表2中的Prow和Pcolumn是按式(1)和(2)计算。

(1)

(2)

(3)

然后对每一个烦恼度位次进行分析,计算在各烦恼度位次上各声音样本所占人数的百分比(例如在烦恼度位次1上,12个评价者选择了声音样本A,1个评价者选择了声音样本B,1个评价者选择了声音样本H,因此声音样本A在烦恼度位次1上所占人数百分比为85.7%,声音样本B,H在烦恼度位次1上所占人数百分比各为7.1%),结果见表4。

表3 60 phon响度级各声音样本的烦恼度大小排序

表4 各声音样本在各烦恼度位次所占人数百分比

表4(续)

注:位次越靠前,烦恼度越大;A～H共8个声音样本,A频率最高,H频率最低

由表4可见在响度级为60phon条件下,各声音样本的烦恼程度为:A(8 000Hz)>B(4 000Hz)>C(2 000Hz)>D(1 000Hz)>H(63Hz)>G(125Hz)>E(500Hz)>F(250Hz)，各实验组纯音等响度最终排序结果见表5。

表5 各响度级声音样本烦恼度最终排序结果

2.3 讨论

由表4可见纯音在各个响度级的烦恼度排序结果基本一致,高频段8 000Hz、4 000Hz的烦恼度要高于中频段2 000Hz、1 000Hz,中频段纯音烦恼度又要高于低频段250Hz、125Hz,但是500Hz作为中频声,评价者均认为其引起的烦恼程度要低于63Hz、125Hz的低频纯音，值得注意的是在1 000～8 000Hz中高频段,烦恼度随频率的升高而增大,在63Hz～250Hz的低频段,烦恼度随频率的升高而降低。这与翟国庆等对间歇性纯音烦恼度的研究结果相一致[13]：当频率大于250Hz时,频率越高，烦恼度越大；当频率为100～250Hz时,100Hz的间歇性纯音比250Hz的间歇性纯音烦恼度更高。

随着响度级的升高,评价者对63Hz纯音的烦恼度比其他频率增长更快,例如在65phon等响度级时,63Hz低频纯音的烦恼度上升到第四位次,在70phon等响度级时,上升到第二位次。

3 结语

当前城市噪声源中有相当一部分以低频成分为主,研究结果显示，在63～250Hz的低频段,烦恼度随着频率的升高而降低；而在1 000～8 000Hz的中高频段,烦恼度则随着频率的升高而增大。评价者对中高频声的烦恼反应要高于低频声,但低频段的烦恼影响仍不可忽视。

[1]BronerN.ConsiderationsintheRatingandAssessmentofLow-frequencyNoise[J].ASHRAETransactions, 1993, 9(2): 1025-1030.

[2]MirowskaM.AnInvestigationandAssessmentofAnnoyanceofLowFrequencynoiseinDwellings[J].JournalofLowFrequencyNoiseVibrationandActiveControl, 1998, 17(3): 119-126.

[3]MirowskaM.EvaluationofLow-FrequencyNoiseinDwellings.NewPolishRecommendations[J].JournalofLowFrequencyNoiseVibrationandActiveControl, 2001, 20(2): 67-74.

[4]HolmbergK,LandstromU,KjellbergA.LowFrequencyNoiseLevelVariationsandAnnoyanceinWorkingEnvironments[J].JournalofLowFrequencyNoiseVibrationandActiveControl, 1997, 16(2): 81-87.

[5]LundquistP,HolmbergK,LandstromU.LowFrequencyNoiseandAnnoyanceinClassroom[J].JournalofLowFrequencyNoiseVibrationandActiveControl, 2000, 19(4): 175-182.

[6]KjellbergA,LandstromU,TesarzM,etal.Theeffectsofnonphysicalnoisecharacteristicsongoingtaskandnoisesensitivityonannoyanceanddistractionduetonoiseatwork[J].JournalofEnvironmentalPsychology, 1996, 16(2): 123-136.

[7]PersonK,BengtssonJ,KjellbergA,etal.Lowfrequency“noisepollution”interfereswithperformance[J].Noiseandhealth, 2001, 4: 33-49.

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[10] 俞鹏.城市居住区设备噪声频率特性分析及烦恼度研究[D].杭州：浙江大学,2006.

[11]OttoN,AmmanS,EatonC,etal,.Guidelinesforjuryevaluationsofautomotivesounds[J].SoundandVibration,35(4):426-429.

[12] 毛东兴,俞悟周,王佐民.声品质成对比较主观评价的数据检验及判据[J].声学学报,2005,30(5):86-90.

[13] 翟国庆,王巧燕,李争光,等.间歇噪声主观烦恼度研究[J].环境科学学报,2008,28(8):1699-1703.

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

* 国家自然科学基金资助项目(10474084)。

2014-08-07；2014-11-06修回

洪友朋，男, 1983年生,研究方向：环境科学研究与监测。E-mail：26328929@qq.com

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