環境背景噪聲對飛機噪聲監測結果的影響

陳 亙

（上海建科環境技術有限公司，上海 200092）

飛機噪聲污染是機場周邊普遍存在且難以回避的環境問題，隨著我國城市化進程的加快，一些城市的開發邊界呈逐步向機場飛機噪聲影響區域靠攏的趨勢，圍繞機場噪聲污染而引發的矛盾也將呈進一步加劇的趨勢[1]。

對飛機噪聲進行監測是了解機場周邊地區飛機噪聲影響程度最直接的方式，目前我國現行的飛機噪聲監測標準為《機場周圍飛機噪聲測量方法》（GB/T9661-1988）,該標準規定了機場周圍飛機噪聲的測量條件、測量儀器、測量數據及其相應的計算方法等。標準中對于背景噪聲的要求為“要求測量的飛機噪聲級最大值至少超過環境背景噪聲級20 dB，測量結果才被認為可靠”[2]。在一些城市化程度較高的地區，飛機噪聲影響范圍內已是城市建成區，人口密度大，背景噪聲較高，無法滿足標準要求，對于此種情況，現行標準中未給出明確的處理方法，這將導致無法有效得到上述區域的飛機噪聲影響評價結論[3]。

對于我國飛機噪聲的評價體系和測量方法，飛機噪聲監測結果包含了背景噪聲的影響，背景噪聲越小，則對飛機噪聲的監測結果的影響越小，但在實際現場監測中有時無法完全排除背景噪聲的影響。對于其他飛機噪聲監測規范，其對背景噪聲的要求為，飛機噪聲最大值至少超過環境背景噪聲級15 dB，對于不能滿足的會導致更大的測量不確定度[4-5]。此外，正在修編中的飛機噪聲測量標準《機場周圍區域飛機噪聲環境質量標準（二次征求意見稿）》中也要求飛機噪聲最大值至少超過環境背景噪聲級15 dB[6]。可見，在飛機噪聲最大值未超過環境背景噪聲級20 dB 的要求時，其監測結果的準確度仍是可以接受的。本文以不同背景噪聲水平對飛機噪聲監測結果的影響為對象開展研究，并給出當背景噪聲值無法滿足現行標準要求時對數據應用的建議。

1 分析方法

為分析背景噪聲對監測結果的影響，首先，在背景噪聲足夠低的環境中監測飛機的噪聲，以確保測量得到的飛機噪聲基本不受背景噪聲的干擾；然后將模擬的噪聲疊加到測得的噪聲數據中，以提高背景噪聲水平；最后通過對比分析疊加模擬的背景噪聲前后的飛機噪聲與背景噪聲的關系來了解其影響。

1.1 飛機噪聲監測

為獲得飛機噪聲數據，在距某機場不同距離的位置設置了5個測試點位，測試儀器采用AWA6228+多功能聲級計，每0.5 s記錄一次數據，連續測試1小時，得到的噪聲信號見圖1，記錄飛機每次經過時的最大A 聲級LAmax，飛機噪聲由LAmax-10 dB 上升到LAmax再由LAmax下降到LAmax-10 dB 所經歷的持續時間Td。為盡量避免背景噪聲的影響，測試時，選擇在背景噪聲較低的時段進行，上述點位的數據并非在同一時段內獲得。

圖1 各測點噪聲記錄

采用《機場周圍飛機噪聲測量方法》（GB/T9661-1988）中的簡易法對記錄到的噪聲數據進行處理，通過公式（1）計算得到飛機經過時的有效感覺噪聲級LEPN，各點監測結果匯總于表1，由表可知，飛機經過時的LAmax均遠比背景噪聲高出20 dB（A）以上，此時可認為測量結果基本不受背景噪聲的影響。

表1 測點位置及其相應的監測結果

1.2 背景噪聲的模擬方法

按照式（2）在上述測試信號的基礎上疊加模擬的背景噪聲以提高背景噪聲的水平，模擬的背景噪聲采用白噪聲來模擬自然界中的聲音。

式中：L2為經疊加背景噪聲后的A聲級；L1i為測得各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級；LBi為模擬背景噪聲各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級，對于白噪聲，各1/3倍頻程中心頻率的聲壓級相等；wi為各1/3倍頻程中心頻率的A計權修正，i=1,2，…，33，為1/3倍頻程頻帶數，i=1相當于中心頻率12.5 Hz的頻帶。

以某個飛行事件的噪聲記錄為例，未疊加背景噪聲前LAmax與背景噪聲的差值用ΔL表示，ΔL可表征背景噪聲的高低，疊加不同數值的模擬背景噪聲后，其噪聲信號對比見圖2。由圖可知，背景噪聲對LAmax的影響較小，對LAmax-10 dB 處的噪聲影響較大，背景噪聲對飛機噪聲的影響體現在LAmax和Td的變化。

圖2 疊加背景噪聲后一次飛行事件的噪聲變化情況

2 結果分析

按照公式（2）通過模擬不同數值的背景噪聲，ΔL分別為10 dB、11 dB…、20 dB時，根據式（1）分別計算各點每個飛行事件的L′EPN與未經疊加背景噪聲時的LEPN的差值的平均值ΔLEPN，相關結果見圖3。

圖3 各點不同大小的背景噪聲水平LEPN的影響

由圖可知，ΔL越小，ΔLEPN越大；當ΔL為10 dB時，其LEPN較原始數據的高2.9 dB～4.7 dB；當ΔL為15 dB時，其LEPN較原始數據的高0.6 dB～1.0 dB；當ΔL為20 dB 時，其LEPN較原始數據的高0.2 dB～0.4 dB；隨著ΔL的增加，ΔLEPN變化速率變小，當ΔL在15 dB以上時，ΔLEPN變化趨于平緩。

為了解背景噪聲如何影響LEPN，根據式（1）分析不同背景噪聲對LAmax和Td對結果的影響貢獻。

疊加背景噪聲前的最大A 聲級用LAmax表示，疊加背景噪聲后的最大A 聲級用L′Amax表示，L′Amax與LAmax的差值用ΔLAmax表示，則：

即：

根據式（4）：當ΔL為10 dB 時，ΔLAmax為0.4 dB；當ΔL為15 dB 時，ΔLAmax為0.14 dB；當ΔL為20 dB時，ΔLAmax為0.04 dB。除去ΔLAmax，剩下部分即為Td的影響貢獻，為方便比較，根據式（1）用Δ10 lgTd表示Td的影響貢獻，結果見圖4。

圖4 各測點不同背景噪聲水平下，ΔLAmax和Δ10 lgTd的對ΔLEPN的貢獻

圖中，某一ΔL數值中由左到右的數據柱分別代表1#～5#點位，其高度表示相應ΔLEPN的大小，ΔLEPN由ΔLAmax和Δ10 lgTd兩部分構成，用不同的填充圖案表示。由圖可知：不同背景噪聲對ΔLAmax的影響貢獻較小，Δ10 lgTd的影響貢獻較大；即，背景噪聲對結果的影響主要由于Td的變化所致。

3 問題討論

根據上述分析可知，疊加背景噪聲后，飛機噪聲也會相應地增加，即便ΔL=20 dB 時，其LEPN與不受背景噪聲影響的情況相比仍有所偏高；ΔL越小，LEPN增加的幅度就越大：當ΔL≥15 dB 時，其增幅趨于穩定。當15 dB≤ΔL＜20 dB 時，其LEPN與ΔL=20 dB 時相差不大，此時結果仍可較真實地反映測點受飛機噪聲影響的情況；當ΔL＜15 dB 時，則其LEPN與不受背景噪聲影響的情況相比偏大較多。

當監測結果用于達標判定時，背景噪聲的影響會對達標判定產生一定干擾。根據我國現行標準[7]，機場周圍噪聲評價量為計權等效連續感覺噪聲級LWECPN，判定標準為一類區≤70 dB，二類區≤75 dB。LWECPN通過下式計算：

根據式（5）可知，LWECPN除了跟LEPN相關外，還與各時段飛行架次有關。由于不同機場不同時段架次差異極大，為使結論不失一般性且為簡化討論，采用半定量化的分析，對涉及LWECPN的計算參數做如下考慮：

（1）飛機架次

按機場年旅客吞吐量將其分為特大型機場（1 000 萬以上）、大型機場（300 萬人～1 000 萬人）、中型機場（50 萬人～300 萬人），根據中國民用航空局發布的2019年民航機場統計公報[8]，上述類型的機場的平均的日起降架次分別為：557 架次/日、162架次/日、60 架次/日。又根據北京大興、上海虹橋、上海浦東、昆明新機場、天津濱海等機場運行數據，其白天、傍晚、夜間飛行架次的比例均值約為0.66：0.17：0.17。

（2）背景噪聲LB

以各類聲環境功能區標準作為背景噪聲水平，并假定其均能滿足各自功能區的標準，且考慮到晝間飛機架次占絕大部分，僅考慮其晝間的標準，如：在2類區中，其LB為55 dB（A）～60 dB（A）

結合上文結果，此處考慮ΔL=10 dB 和ΔL=15 dB 兩種情形；根據本文測試數據，Td范圍為3.8 s～23.7 s以此計算出的上下限。利用上述參數，計算得到不同背景噪聲在ΔL=10 dB和ΔL=15 dB時的LWECPN的上下限。根據ΔL對監測結果的影響，確定飛機噪聲達標判定受干擾的區間，即受背景噪聲影響后，本應達標的監測結果因疊加背景噪聲影響后變為超標。

見圖5 和圖6，由圖可知：當ΔL=15 dB 時，由于ΔLEPN較小，其達標判定受干擾的區間很小，僅在非常接近75 dB和70 dB的標準值時，其達標判定會受到一定的干擾。

圖6 ΔL=10 dB時達標判定受影響區間分析

當ΔL=10 dB 時，其達標判定受干擾的區間較大，且不同類型的機場達標判定受干擾時所處的聲功能區不同。

對于特大型機場，監測點處于2～3 類區時，其75 dB 達標判定受干擾，處于1～2 類區時，其70 dB達標判定受干擾；對于大型機場，監測點處于3～4類區時，其75 dB 達標判定受干擾，處于2～3 類區時，其70 dB 達標判定受干擾；對于中型機場，監測點處于4類區時，其75 dB達標判定受干擾，處于3～4類區時，其70 dB達標判定受干擾。

考慮到4 類區為交通干線兩側，在監測時應特意避開，3類區為工業區，居民區分布較少，故達標判定受干擾的區域對于特大型機場主要集中在1～2類區，對于大型機場主要集中在2類區，而對于中型機場，則其達標判定不受干擾。

4 結語

本文研究在飛機噪聲監測中背景噪聲客觀上無法滿足標準要求時數據有效性的問題，分析比較了不同背景噪聲水平對飛機噪聲監測結果的影響，并分析了標準判定受干擾區域與背景噪聲的關聯。

結果表明：

隨著背景噪聲的增加，飛機的LEPN也隨著之變大，且背景噪聲越高，有效感覺噪聲級的增幅越大，反之則越小，當飛機噪聲最大聲級與背景噪聲差值大于15 dB 時，其增量變化趨于穩定。背景噪聲造成其LEPN變大的主要原因是飛行持續時間變長。

基于上述結論，在監測中，若飛機最大聲級與背景噪聲差值大于15 dB 時，監測結果仍可較真實地反映測點受飛機噪聲的影響情況；若小于15 dB，則監測結果與不受背景噪聲影響的情況相比，偏大較多。

當飛機最大聲級僅高于背景噪聲10 dB 時，結合實際情況，對于特大型機場，監測點位于1～2 聲環境達標類區時，其飛機噪聲達標判定會受到干擾；對于大型機場，監測點位于2類聲環境達標區時，其飛機噪聲達標判定會受到干擾；而對于中型機場，則其達標判定基本不受干擾。