环境背景噪声对飞机噪声监测结果的影响

环境背景噪声对飞机噪声监测结果的影响

常玲玲

中航西飞民用飞机有限责任公司工程技术中心  陕西 西安  710089

摘要：为了探讨在飞机噪声监测中，如果背景噪声不能达到标准要求时，其数据的正确性问题，选取了一个相对于机场不同距离、低噪音环境下的飞机噪声资料，并将其与背景噪声进行叠加，以分析背景噪声对飞机的监测效果。并且，随着背景噪音的增大，其增益也随之增大；在飞行器最大等声级超过15 dB的情况下，其升幅基本保持不变。通过进一步的对其进入研究可以发现，飞机如果飞行的时间持续的较长的话，那么噪声的等级就会有非常明显的增大，根据以上的结论在开展各项监测工作中，当飞机的最大升级和背景噪音相差超过15 db的时候，仍然可以更好地反映出当前被监测点的噪声对测量点的影响；在低于15 dB的情况下，与没有背景噪音的情况下，其观测值会有更大的偏差。在飞机的最大声级只比背景噪音高10 dB的情况下，对特大型机场，如果在1-2个声环境达标等级区域内，会干扰飞机的飞行噪音；在大型机场，如果在2级声环境达标区域内，则会影响到飞机的噪声标准；而对于中等规模的机场来说，它的标准判断是不会受到影响的。在超过15 dB的最大声级的情况下，它的达标判断也基本不会受到影响。

关键词：声学；飞机噪声监测；背景噪声；有效感觉噪声级；飞机噪声

飞机噪声监测是为了对飞机厂附近噪声的实际情况进行全面的了解，最为直观也是最为方便的一种方法，当前，我国的各项法律法规以及相应的规章制度也在不断地完善，根据相应的测量方法，对机场附近的相应区域展开实时测量工作，它对机场附近的飞行器的噪声测量条件、测量仪器、相应的测量数据以及计算方法、测量的基本内容等进行了非常详细的阐述，可以用这一方法对飞机场附近的背景噪声展开准确的测量。在这一标准当中，背景噪音可以被定义为：“必须测量到的最大飞机噪音等级大于20 dB的环境背景噪音等级，才以为看到是有一定可信程度的。”在某些城市化水平非常高的地区，由于飞机噪声的营养范围已经扩散至了城市建设区域，城市水平较高的地区，大多数人口都非常的密集，一旦背景噪声较高，无法达到相应的规范以及各项要求，则会对人们的日常生活造成非常严重的影响，所以，我国针对这一问题制定了相应的规章制度以及相应的法律法规，希望可以对这问题进行约束，但是并没有提出具体的解决办法，从而无法有效的控制这一地区出现的航空噪声，也无法减弱对人们的影响。

在其它航空公司的噪声监控标准中，它的背景噪音标准是：最大飞行器的噪音最大值必须高于周围的环境噪音等级15 dB，如果不能达到，则会造成更大的不确定度。另外，目前正在修订的《机场周围区域飞机噪声环境质量标准》中，航空器的噪音测量标准也提出了最大噪音等级15 dB以上的规定。可以看出，当飞行器的最大噪音没有超出20dB的环境背景噪音等级时，其测量精度仍然可以接受。本文主要对不同噪声的等级，对飞机噪音监测效果产生的影响展开了详细的分析，并提出了在背景噪声达不到相应标准以及各项要求的情况之下，对航空工业环境下的各项数据处理工作提出了相应的建议，希望可以为开展各项工作提供一定的帮助。

一、分析方法

为了可以对背景噪声展开更加详细的分析，查看其是否会对检测的结果造成一定的影响，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.飞机噪声监测

为了获取飞机的噪音资料，在各机场的不同距离处设置5个试验点，使用AWA6228+多用途声级计，每0.5秒进行一次测量，并进行1小时的连续试验，所得的噪音信号如图1所示，并将每一次飞行的最大A声级LA最大值LA max，从LA max-10 dB升至LA max，然后从LA max降至LA max-10dB。为了尽可能减少背景干扰，试验中选取了背景噪音较小的时间段，而以上各点的资料不能在同一时间得到。

根据《机场周围飞机噪声测量方法》中的简单法，利用下列公式，计算出飞机在飞行过程中的有效感知噪音等级LEPN，当飞机经过时，LA最大值都高于背景噪音20 dB(A)，因此可以认为，该测量值基本上不会受到背景噪音的影响。

2.背景噪声的模拟方法

根据上述公式，将仿真的背景噪声与上述试验信号相叠加，以改善背景噪声，并利用白噪声对自然声进行仿真。

在上述公式中：我们可以将L2看作是经叠加后的背景噪声的A声级；将L1i看作为经过测量所测得各1/3倍频程中心频率的声压级；将LBi看作为模拟背景噪声各1/3倍频程中心频率的声压级，相对于白噪声来说，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。

以某一飞行事件的噪音记录为例，用ΔL来描述无重叠背景噪声之前的LA max与背景噪声之差，用ΔL来描述背景噪声的强弱，叠加不同数值的仿真背景噪声后，得到的噪声信号比较如图2所示。从图表中可以看出，背景噪音对LA max的影响很小，而对LA max-10 dB的干扰最大。

二、结果分析

根据上述公式，在对各个点的各个飞行事件的LEPN和没有被叠加的背景噪声的情况下，分别对各个飞行事件的L'EPN和没有被叠加的背景噪声的LEPN进行仿真，得到了相应的结果。

随着ΔL的减小，△LEPN的增大；在ΔL为10 dB时，LEPN比初始数据高2.9 dB—4.7 dB；在ΔL为15 dB时，LEPN比初始数据高0.6 dB至1.0 dB；在ΔL为20 dB的时候，LEPN比初始数据高0.2 dB—0.4 dB；ΔLEPN的变化速度随ΔL的增大而减小，而大于15 dB时，其变化趋势趋于平稳。

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LA max和Td对结果的影响贡献。

叠加背景噪声前的最大A声级用LA max表示，叠 加背景噪声后的最大 A 声级用 L′A max 表示，L′A max 与LA max的差值用ΔLA max表示，则：

根据式上述公式：当ΔL为10 dB时，ΔLA max为0.4 dB； 当 ΔL 为 15 dB 时，ΔLA max为 0.14 dB当 ΔL 为 20 dB 时，ΔLA max为0.04 dB。除去ΔLA max，剩下部分即为Td 的影响贡献，为方便比较，根据公式用 Δ10 lgTd表 示Td的影响贡献，结果见下图1。

              图1

图中，某一ΔL数值中由左到右的数据柱分别代 1#～5#点位，其高度表示相应ΔLEPN的大小，

ΔLEPN 由ΔLA max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 ΔLA max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。

三、问题讨论

从以上分析可以看出，当背景噪声被叠加后，飞机的噪音也会随之增大，即使是在20 dB时，它的LEPN值仍然高于没有背景噪音的情形；随着ΔL的减小，LEPN增大的程度逐渐增大：△L>15 dB时，其增长趋势趋于平稳。在15 dB≤dB-20 dB时，其LEPN和△L=20 dB的差别不大，因此可以更好地反映出飞机噪声对测点的影响；在ΔL=15 dB时，它的LEPN比没有背景噪音的情形更大。

在采用监控结果进行达标判断时，背景噪音会对达标判断造成一定的干扰。按照我国现有的标准，对机场周边环境的噪声进行评估，以一类区≤70 dB和二类区≤75 dB作为衡量指标。LWECPN由以下公式进行计算：

式中：LEPN为N次飞行事件的有效感觉噪声级，N1为 白天（6:00～19:00）飞行次数，N2为傍晚的飞行次数 （19: 00～22: 00），N3 为夜间的飞行次数（22: 00～6:00）。

由上述公式可以看出，LWECPN除了与LEPN有关系之外，还涉及到各个时期的航班。由于各机场的航班班次存在很大的差异，为了保证结论的通用性和简化，本文采用了半定量分析方法，对包括LWECPN的各项参数进行了以下的考虑：

1.飞机架次

按照中国民航总局《民航机场统计公报》，以上机场日起降架次为557架次，日起降162架次，日起降60架次。再以北京大兴机场、上海虹桥机场、上海浦东机场、天津滨海机场为例，其日、傍晚、夜航班的比率平均为0.66:0.17：0.17。

2.背景噪声LB

背景噪声等级以各种类型的声环境功能区标准为依据，假设它们都符合相应的功能区标准，并且由于昼间航班数量占大多数，因此只考虑了它们的白天条件，例如：2区的LB值是55 dB（A）至60 dB（A）。

LAmax采用下式估算：

LAmax=ΔL+LB

在这里，结合以上的结果，在这里考虑两种情况：ΔL=10 dB和ΔL=15 dB；从本文的试验结果来看，Td在3.8到23.7秒之间，由此得到了LENP的上下限。

根据这些参数，分别求出了在ΔL=10 dB和ΔL=15 dB的情况下，LWECPN的上下下限。通过分析△L对测量值的影响，得出了飞机噪声达标判断的干扰范围，也就是在受到了背景噪音的影响后，原本应该达到的目标，由于背景噪声的影响而达到了超标。

参见图2和3，从附图中可以看出：在ΔL=15 dB时，它的达标判断被干扰的范围很小，因为ΔLEPN很小，只有在很接近标准值75 dB和70 dB时，它的达标判断会被干扰。

△L=10 dB时，其满足判断中的干扰范围大，而不同类型的机场在被干扰时所处的声功能区也是不同的。

图2ΔL=15 dB时达标判定受影响区间分析

图3ΔL=10 dB时达标判定受影响区间分析

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。

结论：

通过上文分析所得到的结果可以看出：

在背景噪音增大时，飞机的LEPN随著增大而增大，而背景噪音愈高，其增益愈大；背景噪音导致其LEPN增大的主要原因是飞机的飞行时长。

根据以上分析所得出来的结论可以看出，在进行检测工作中，当飞机的最大升级和背景噪声相差超过15 dB的时候，这组关注数据仍然可以较为真实的反映出当前阶段飞机造对策点的相应影响，如果在检测过程中发现飞机的升级和背景噪声相差在15 dB以下的时候，当没有背景噪音的情况之下，观测时会有非常大的误差。

参考文献：

[1]汤维敏,汪万军.环境噪声监测中的问题及质量控制对策[J].黑龙江环境通报,2022,35(2):142-143.

[2]秦文婷.轨道交通噪声监测方法探讨[J].区域治理,2022(24):0167-0169.

[3]严青,丁少华,陈迪,张一.变电站噪声地图的研究与应用——以某220kV变电站为例[J].四川环境,2020,39(6):135-139.