环境背景噪声对飞机噪声监测结果的影响

2022-07-04陈亘

噪声与振动控制 2022年3期

陈亘

（上海建科环境技术有限公司，上海 200092）

飞机噪声污染是机场周边普遍存在且难以回避的环境问题，随着我国城市化进程的加快，一些城市的开发边界呈逐步向机场飞机噪声影响区域靠拢的趋势，围绕机场噪声污染而引发的矛盾也将呈进一步加剧的趋势[1]。

对飞机噪声进行监测是了解机场周边地区飞机噪声影响程度最直接的方式，目前我国现行的飞机噪声监测标准为《机场周围飞机噪声测量方法》（GB/T9661-1988）,该标准规定了机场周围飞机噪声的测量条件、测量仪器、测量数据及其相应的计算方法等。标准中对于背景噪声的要求为“要求测量的飞机噪声级最大值至少超过环境背景噪声级20 dB，测量结果才被认为可靠”[2]。在一些城市化程度较高的地区，飞机噪声影响范围内已是城市建成区，人口密度大，背景噪声较高，无法满足标准要求，对于此种情况，现行标准中未给出明确的处理方法，这将导致无法有效得到上述区域的飞机噪声影响评价结论[3]。

对于我国飞机噪声的评价体系和测量方法，飞机噪声监测结果包含了背景噪声的影响，背景噪声越小，则对飞机噪声的监测结果的影响越小，但在实际现场监测中有时无法完全排除背景噪声的影响。对于其他飞机噪声监测规范，其对背景噪声的要求为，飞机噪声最大值至少超过环境背景噪声级15 dB，对于不能满足的会导致更大的测量不确定度[4-5]。此外，正在修编中的飞机噪声测量标准《机场周围区域飞机噪声环境质量标准（二次征求意见稿）》中也要求飞机噪声最大值至少超过环境背景噪声级15 dB[6]。可见，在飞机噪声最大值未超过环境背景噪声级20 dB 的要求时，其监测结果的准确度仍是可以接受的。本文以不同背景噪声水平对飞机噪声监测结果的影响为对象开展研究，并给出当背景噪声值无法满足现行标准要求时对数据应用的建议。

1 分析方法

为分析背景噪声对监测结果的影响，首先，在背景噪声足够低的环境中监测飞机的噪声，以确保测量得到的飞机噪声基本不受背景噪声的干扰；然后将模拟的噪声叠加到测得的噪声数据中，以提高背景噪声水平；最后通过对比分析叠加模拟的背景噪声前后的飞机噪声与背景噪声的关系来了解其影响。

1.1 飞机噪声监测

为获得飞机噪声数据，在距某机场不同距离的位置设置了5个测试点位，测试仪器采用AWA6228+多功能声级计，每0.5 s记录一次数据，连续测试1小时，得到的噪声信号见图1，记录飞机每次经过时的最大A 声级LAmax，飞机噪声由LAmax-10 dB 上升到LAmax再由LAmax下降到LAmax-10 dB 所经历的持续时间Td。为尽量避免背景噪声的影响，测试时，选择在背景噪声较低的时段进行，上述点位的数据并非在同一时段内获得。

图1 各测点噪声记录

采用《机场周围飞机噪声测量方法》（GB/T9661-1988）中的简易法对记录到的噪声数据进行处理，通过公式（1）计算得到飞机经过时的有效感觉噪声级LEPN，各点监测结果汇总于表1，由表可知，飞机经过时的LAmax均远比背景噪声高出20 dB（A）以上，此时可认为测量结果基本不受背景噪声的影响。

表1 测点位置及其相应的监测结果

1.2 背景噪声的模拟方法

按照式（2）在上述测试信号的基础上叠加模拟的背景噪声以提高背景噪声的水平，模拟的背景噪声采用白噪声来模拟自然界中的声音。

式中：L2为经叠加背景噪声后的A声级；L1i为测得各1/3倍频程中心频率的声压级；LBi为模拟背景噪声各1/3倍频程中心频率的声压级，对于白噪声，各1/3倍频程中心频率的声压级相等；wi为各1/3倍频程中心频率的A计权修正，i=1,2，…，33，为1/3倍频程频带数，i=1相当于中心频率12.5 Hz的频带。

以某个飞行事件的噪声记录为例，未叠加背景噪声前LAmax与背景噪声的差值用ΔL表示，ΔL可表征背景噪声的高低，叠加不同数值的模拟背景噪声后，其噪声信号对比见图2。由图可知，背景噪声对LAmax的影响较小，对LAmax-10 dB 处的噪声影响较大，背景噪声对飞机噪声的影响体现在LAmax和Td的变化。

图2 叠加背景噪声后一次飞行事件的噪声变化情况

2 结果分析

按照公式（2）通过模拟不同数值的背景噪声，ΔL分别为10 dB、11 dB…、20 dB时，根据式（1）分别计算各点每个飞行事件的L′EPN与未经叠加背景噪声时的LEPN的差值的平均值ΔLEPN，相关结果见图3。

图3 各点不同大小的背景噪声水平LEPN的影响

由图可知，ΔL越小，ΔLEPN越大；当ΔL为10 dB时，其LEPN较原始数据的高2.9 dB～4.7 dB；当ΔL为15 dB时，其LEPN较原始数据的高0.6 dB～1.0 dB；当ΔL为20 dB 时，其LEPN较原始数据的高0.2 dB～0.4 dB；随着ΔL的增加，ΔLEPN变化速率变小，当ΔL在15 dB以上时，ΔLEPN变化趋于平缓。

为了解背景噪声如何影响LEPN，根据式（1）分析不同背景噪声对LAmax和Td对结果的影响贡献。

叠加背景噪声前的最大A 声级用LAmax表示，叠加背景噪声后的最大A 声级用L′Amax表示，L′Amax与LAmax的差值用ΔLAmax表示，则：

即：

根据式（4）：当ΔL为10 dB 时，ΔLAmax为0.4 dB；当ΔL为15 dB 时，ΔLAmax为0.14 dB；当ΔL为20 dB时，ΔLAmax为0.04 dB。除去ΔLAmax，剩下部分即为Td的影响贡献，为方便比较，根据式（1）用Δ10 lgTd表示Td的影响贡献，结果见图4。

图4 各测点不同背景噪声水平下，ΔLAmax和Δ10 lgTd的对ΔLEPN的贡献

图中，某一ΔL数值中由左到右的数据柱分别代表1#～5#点位，其高度表示相应ΔLEPN的大小，ΔLEPN由ΔLAmax和Δ10 lgTd两部分构成，用不同的填充图案表示。由图可知：不同背景噪声对ΔLAmax的影响贡献较小，Δ10 lgTd的影响贡献较大；即，背景噪声对结果的影响主要由于Td的变化所致。

3 问题讨论

根据上述分析可知，叠加背景噪声后，飞机噪声也会相应地增加，即便ΔL=20 dB 时，其LEPN与不受背景噪声影响的情况相比仍有所偏高；ΔL越小，LEPN增加的幅度就越大：当ΔL≥15 dB 时，其增幅趋于稳定。当15 dB≤ΔL＜20 dB 时，其LEPN与ΔL=20 dB 时相差不大，此时结果仍可较真实地反映测点受飞机噪声影响的情况；当ΔL＜15 dB 时，则其LEPN与不受背景噪声影响的情况相比偏大较多。

当监测结果用于达标判定时，背景噪声的影响会对达标判定产生一定干扰。根据我国现行标准[7]，机场周围噪声评价量为计权等效连续感觉噪声级LWECPN，判定标准为一类区≤70 dB，二类区≤75 dB。LWECPN通过下式计算：

根据式（5）可知，LWECPN除了跟LEPN相关外，还与各时段飞行架次有关。由于不同机场不同时段架次差异极大，为使结论不失一般性且为简化讨论，采用半定量化的分析，对涉及LWECPN的计算参数做如下考虑：

（1）飞机架次

按机场年旅客吞吐量将其分为特大型机场（1 000 万以上）、大型机场（300 万人～1 000 万人）、中型机场（50 万人～300 万人），根据中国民用航空局发布的2019年民航机场统计公报[8]，上述类型的机场的平均的日起降架次分别为：557 架次/日、162架次/日、60 架次/日。又根据北京大兴、上海虹桥、上海浦东、昆明新机场、天津滨海等机场运行数据，其白天、傍晚、夜间飞行架次的比例均值约为0.66：0.17：0.17。

（2）背景噪声LB

以各类声环境功能区标准作为背景噪声水平，并假定其均能满足各自功能区的标准，且考虑到昼间飞机架次占绝大部分，仅考虑其昼间的标准，如：在2类区中，其LB为55 dB（A）～60 dB（A）

结合上文结果，此处考虑ΔL=10 dB 和ΔL=15 dB 两种情形；根据本文测试数据，Td范围为3.8 s～23.7 s以此计算出的上下限。利用上述参数，计算得到不同背景噪声在ΔL=10 dB和ΔL=15 dB时的LWECPN的上下限。根据ΔL对监测结果的影响，确定飞机噪声达标判定受干扰的区间，即受背景噪声影响后，本应达标的监测结果因叠加背景噪声影响后变为超标。

见图5 和图6，由图可知：当ΔL=15 dB 时，由于ΔLEPN较小，其达标判定受干扰的区间很小，仅在非常接近75 dB和70 dB的标准值时，其达标判定会受到一定的干扰。

图6 ΔL=10 dB时达标判定受影响区间分析

当ΔL=10 dB 时，其达标判定受干扰的区间较大，且不同类型的机场达标判定受干扰时所处的声功能区不同。

对于特大型机场，监测点处于2～3 类区时，其75 dB 达标判定受干扰，处于1～2 类区时，其70 dB达标判定受干扰；对于大型机场，监测点处于3～4类区时，其75 dB 达标判定受干扰，处于2～3 类区时，其70 dB 达标判定受干扰；对于中型机场，监测点处于4类区时，其75 dB达标判定受干扰，处于3～4类区时，其70 dB达标判定受干扰。

考虑到4 类区为交通干线两侧，在监测时应特意避开，3类区为工业区，居民区分布较少，故达标判定受干扰的区域对于特大型机场主要集中在1～2类区，对于大型机场主要集中在2类区，而对于中型机场，则其达标判定不受干扰。