閆國華，王 迪，魏曉飛，王 彪

（中國民航大學(xué)，天津 300300）

累積事件噪聲計(jì)算是基于單事件噪聲基礎(chǔ)上衍生得到的，它將考慮更多與實(shí)際相關(guān)的因素，所以研究累積事件噪聲更具有實(shí)際意義。關(guān)于描述在一個(gè)觀察位置針對飛機(jī)的一次活動的事件噪聲級計(jì)算已有很多研究。而該位置總的噪聲暴露級是通過將所有噪聲顯著的飛機(jī)活動，即影響到累積聲級的所有進(jìn)港或者出港活動的事件聲級進(jìn)行累積來計(jì)算[1]。全面的航空器噪聲和性能數(shù)據(jù)庫（ANP）為本文的建模提供了支持，該數(shù)據(jù)庫由航空制造業(yè)聯(lián)合噪聲鑒定當(dāng)局經(jīng)歷多年建立起來，ANP為本文中所建議方法的主要數(shù)據(jù)源。下面給出計(jì)算累積事件噪聲的模型。

1 計(jì)權(quán)參數(shù)模型

1.1 計(jì)權(quán)等效聲級

時(shí)間計(jì)權(quán)等效聲級考慮所接收到的所有顯著飛機(jī)聲能，用如下公式進(jìn)行表達(dá)

在噪聲指數(shù)所涉時(shí)間間隔T0內(nèi)，將所有N項(xiàng)噪聲事件進(jìn)行迭加。t0為積分聲級的基準(zhǔn)時(shí)間，LE,i為第i個(gè)噪聲事件的單事件聲暴露級，gi為時(shí)刻因變計(jì)權(quán)因子(通常將一天分為白天、晚上和夜間)。實(shí)際上，gi為規(guī)定時(shí)間段飛行次數(shù)的一個(gè)乘數(shù)。常數(shù)C可有不同的意義(標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)、季節(jié)性調(diào)整等)。

使用關(guān)系式g i=10Δi/10，式中，Δi為第i個(gè)時(shí)段的計(jì)權(quán)分貝數(shù)，公式1-1a可改寫為

即，時(shí)刻計(jì)權(quán)由附加的聲級予以表達(dá)。

1.2 平均最大聲級

一些噪聲指數(shù)是基于事件的最大噪聲級，而非基于時(shí)間積分指標(biāo)。其中一個(gè)例子就是最大聲級的均值

通常應(yīng)用于等效聲級較低、但最高聲級較高的情形(如，噴氣式飛機(jī)運(yùn)行數(shù)量相對較少的機(jī)場)。一些指數(shù)通過如下關(guān)系式對和事件數(shù)N同時(shí)進(jìn)行考慮

式中，常數(shù)K規(guī)定給予事件數(shù)量的相對權(quán)重。

1.3 特殊參數(shù)

一個(gè)特殊指標(biāo)為“超閾數(shù)量”，即NAT。NATX為其最大聲級達(dá)到或超過一限定值X(dB)的噪聲事件的數(shù)量?？蔀橐惶斓奶囟〞r(shí)段規(guī)定NAT標(biāo)準(zhǔn)(如，NATNight,70)。

1.4 計(jì)權(quán)飛行次數(shù)

累積噪聲級的估算，通過將某機(jī)場不同飛行航線的各類飛機(jī)所發(fā)出的噪聲加和進(jìn)行計(jì)算。為了描述上述過程，引入下標(biāo)

i表示機(jī)型或者類型；

j表示飛行航跡或子航跡(如果規(guī)定了子航跡)；

k表示飛行航跡段。

許多噪聲指數(shù)在其定義中包括時(shí)段計(jì)權(quán)因子g i。對于最大聲級的均值(公式1.2)，權(quán)重因子g i通常為1或0，取決于度量指標(biāo)是包括一天的具體時(shí)段還是包括整個(gè)24 h。加和過程可通過引入“計(jì)權(quán)運(yùn)行次數(shù)”予以簡化

式中Nij值代表i型別/類型的飛機(jī)分別于白天、晚上、夜間在航跡(或子航跡)j上的飛行次數(shù)。對于公式1-1b，觀察點(diǎn)(x，y)處的累積等效聲級Leq,w為

式中，T0為基準(zhǔn)時(shí)間段，其取值見表1，LE,ijk為來自i類型飛機(jī)j航跡或者子航跡的k分段的單次事件噪聲級。

表中LAeq24為24 h平均聲級；LAeq,day為16 h日間平均聲級；LAeq,night為8 h夜間平均聲級；LDN為白天―夜間平均聲級；LDEN為白天―晚上―夜間平均聲級。

表1 不同形式的等效聲級L eq,w的參數(shù)Tab.1 Equivalent sound level parmeters of the different forms

2 最大聲級估算模型

2.1 最大聲級的計(jì)算

計(jì)算累積等效聲級是對所有噪聲顯著的飛機(jī)活動所產(chǎn)生的事件聲級LE直接進(jìn)行求和。而累積最大聲級度量指標(biāo)的計(jì)算，則并非如此簡單。按照規(guī)定，最大聲級與單次噪聲事件相關(guān)。但是，一次飛機(jī)活動能在某一給定觀察位置產(chǎn)生一個(gè)以上的噪聲事件(當(dāng)其飛行航跡導(dǎo)致所接收聲音強(qiáng)度出現(xiàn)多次上升和下降時(shí))。另外，對于一般所謂“最大聲級”這一通用表述，下列不同的定義為其賦予了不同的含義

a)公式1-2規(guī)定的，觀察位置發(fā)生的所有噪聲事件其最大聲級的均值；

b)公式1-2規(guī)定的，觀察位置處超出一指定臨閾聲級LT的所有噪聲事件的最大聲級均值；

c)絕對最大聲級(即“最大聲級”的最高值)。在此情形下，聲音僅僅來源于噪聲事件。

這表明，不同的度量指標(biāo)對最大聲級進(jìn)行求和方式也不同。

如果沒有閾值，觀察點(diǎn)(x,y)處發(fā)生的最大平均聲級可表示為

式中

式中函數(shù)u(k)決定分段的最大聲級Lmax,ijk是否為噪聲事件的最大聲級。

如果閾值為L T， 最大平均聲級可表示為

式中

這保證求和過程中僅包括最大聲級達(dá)到或者超過閾值LT的噪聲事件。

如果只需計(jì)算觀察點(diǎn)發(fā)生的所有噪聲事件中最大聲級的最高值，則相應(yīng)的公式非常簡單

對超出閾值標(biāo)準(zhǔn)的事件數(shù)量予以估算的公式，類似于最大聲級均值的求取公式。但是，必須對計(jì)權(quán)的運(yùn)行次數(shù)而不是聲級進(jìn)行求和

2.2 將聲級分布用于最大聲級度量指標(biāo)

單事件噪聲級的計(jì)算可針對同一航跡上同種型別飛機(jī)的所有活動得出相同的最大聲級[2]。這會導(dǎo)致和NAT等值線出現(xiàn)不切實(shí)際的不連續(xù)。實(shí)際上，不存在突然的變化；計(jì)算出的只是分散在中心值L0周圍的事件聲級的平均估算值。這種分散可由高斯分布函數(shù)切合實(shí)際地進(jìn)行描述，分布函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為S

圖1 表示了這種類型的聲級分布。必須注意，分布函數(shù)的中央值L 0通常不等于存儲于NPD數(shù)據(jù)庫中的Lˉ值，因?yàn)長ˉ通常是通過求分貝的均值從測量中獲取的。Lˉ高于此分布的中央值，高出部分取決于標(biāo)準(zhǔn)偏差

圖1 聲級分布Fig 1.Sound level distribution

從實(shí)際測量操作中觀察到典型標(biāo)準(zhǔn)偏差S的特征值大概為2 dB[3]。這導(dǎo)致對數(shù)均值和算術(shù)均值之間出現(xiàn)0.5 dB的差值。出于同樣原因，在估算NAT值時(shí)也應(yīng)考慮聲級的分布特點(diǎn)。原因可從圖1中清楚地看出：在此情形下，L0和Lˉ均小于閾值LT。如果不考慮分布，對NAT的影響會等于零。但是，對于此種分布的聲級，其中一些高于閾值，因而會影響到總的NAT。為了考慮該分布的特點(diǎn)，必須對公式1-9進(jìn)行修改，將離散求和改為對函數(shù)v(k)進(jìn)行連續(xù)分布函數(shù)積分

應(yīng)注意，如在ANP數(shù)據(jù)庫中最大值通過對數(shù)平均從所測數(shù)據(jù)庫中估算出來，則算術(shù)平均數(shù)L0,k必須根據(jù)公式1-11求取。

3 模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證累積事件的噪聲模型的可行性，采用B737-300起飛離場過程數(shù)據(jù)，以及Delphi 7.0軟件編程實(shí)現(xiàn)航跡的繪制和各參數(shù)的計(jì)算[4]。計(jì)算中采用的基本條件為：逆風(fēng)風(fēng)速為8 kt、跑道位于海平面高度、跑道無坡度、空氣溫度為59 F°（15 C°）。

表2 B737-300起飛時(shí)的參數(shù)表Tab.2 Parameter table when the B737-300 takeoff

關(guān)于噪聲參數(shù)的計(jì)算，首先要對飛機(jī)起飛剖面航跡進(jìn)行計(jì)算。航跡的計(jì)算過程在單事件的噪聲過程中均有說明。分別在基本條件下的航跡圖及輸入坐標(biāo)點(diǎn)（X=6 000，Y=900，Z=800）時(shí)計(jì)算出計(jì)權(quán)等效聲級（Leq,W）和最大級的平均值（），其中Leq,W=95 dB=98 dB。

4 結(jié)語

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO、國際民航組織ICAO都推薦了飛機(jī)噪聲的評價(jià)方法，一些國家也提出了各自的評價(jià)方法。盡管國際上用于機(jī)場噪聲暴露的模型很多，但各個(gè)模型都有相似之處，綜合了類似的影響基元，其中各個(gè)模型的基本差異在于：單個(gè)噪聲事件聲級度量單位選擇的不同；對許多噪聲事件作用累加規(guī)則選擇的不同；規(guī)范化常數(shù)選擇的不同。

本文通過對兩個(gè)參數(shù)模型的描述和比較最終計(jì)算出特定坐標(biāo)點(diǎn)下的計(jì)權(quán)等效聲級和最大平均聲級，并編程實(shí)現(xiàn)了模型的驗(yàn)證，從中可以清楚看出各模型的計(jì)算步驟，為我國制定相關(guān)的累積事件標(biāo)準(zhǔn)提供了理論研究基礎(chǔ)，并為仿真計(jì)算提供了算法和模型參考。

[1]中國科學(xué)院聲學(xué)研究所，GB9660-1988，機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：國家環(huán)?？偩?，1988.

[2]唐狄毅，李文蘭，喬渭陽.飛機(jī)噪聲基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[3]ICAO,ANNEX 16 VOLUME I,International standards and recommended practices，aircraft noise[S].Montreal,1993.

[4]ECAC.CEAC Doc 29 3rd Edition,Report on standard method of computing noise contours around civil airports,volume1:applications.guide[S].ECAC.CEAC,2005.

[5]FAA,FAR 36,Noise standards:aircraft type and airworthiness certification[S].1990.

[6]楊 宇，張 莉.新概念Delphi 7教程[M].長春：吉林電子出版社，2008，1-316.