全樂強，鄧彬彬

[斯萬泰科聲學與振動技術（廣州）有限公司，廣州 511450]

2021 年，《國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》中提出要加強環(huán)境噪聲污染治理。2021 年11 月印發(fā)的《中共中央 國務院關于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》中對噪聲污染防治工作提出了明確的要求。一系列法律條文和政策的出臺體現出國家對環(huán)境噪聲防治工作的重視程度[1]。

1 計量目的

環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀（以下簡稱監(jiān)測儀）在環(huán)境噪聲監(jiān)測中扮演著重要的角色。環(huán)境噪聲監(jiān)測點一般都安裝在戶外，因此對該類型儀器的準確性、可靠性、穩(wěn)定性有較高的要求。儀器采集數據的準確與否，直接影響到測量結果。在《環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)技術要求》（HJ 907—2017）和《環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀檢定規(guī)程》（JJG 1095—2014）中對該類型儀器提出了計量性能的要求。根據《計量法》的要求，計量工作的目的是為測量的準確性提供可靠保證，確保國家計量單位制度的統(tǒng)一和全國量值的準確可靠。

2 監(jiān)測儀概述

監(jiān)測儀又稱為環(huán)境噪聲自動監(jiān)測終端，通常由戶外傳聲器單元（包括傳聲器、前置放大器、風罩、雨罩、防鳥停裝置等）、信號處理單元、數據記錄單元、發(fā)送單元及顯示單元等組成，可實現無人員值守、24h 連續(xù)噪聲自動監(jiān)測[2]。外觀結構如圖1 所示。根據《環(huán)境噪聲監(jiān)測技術規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測》（HJ 640—2012）的要求，對功能區(qū)環(huán)境質量、晝間區(qū)域聲環(huán)境質量和晝間道路交通環(huán)境質量進行監(jiān)測和評價，監(jiān)測部門根據要求將監(jiān)測儀安裝在監(jiān)測點。在監(jiān)測現場，監(jiān)測儀通過傳聲器和前置放大器采集到噪聲信號，經過其數據處理單元計算處理成符合國家標準要求的數據，然后將數據存儲并上傳到生態(tài)環(huán)境部門系統(tǒng)。

圖1 環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀示意圖

圖2 環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀示意圖

3 計量的重要性

監(jiān)測儀的測點布置在戶外，無人值守并長期工作。復雜的戶外環(huán)境要求監(jiān)測儀具備穩(wěn)定、可靠和準確的功能。鑒于監(jiān)測儀工作的特殊性，本文對其計量技術指標易受影響的條件和原因進行簡述。

3.1 戶外傳聲器部分

目前，監(jiān)測儀使用的戶外傳聲器單元的核心部件為傳聲器和前置放大器。生產廠家選擇的傳聲器一般有兩種類型：電容式傳聲器和微機電系統(tǒng)（MEMS）傳聲器。監(jiān)測儀配置的戶外傳聲器雖然具備防風、防雨、防塵和防干擾等功能，但是外界環(huán)境復雜多變。例如，在南方，溫度高、濕度大，夏天會出現雷雨等天氣；在北方，冬天溫度低、濕度低，有時候會出現雨雪或者沙塵暴等惡劣天氣。監(jiān)測儀置于戶外，必須要能經受上述環(huán)境的考驗。對于防風罩部分，其主要材料成分是海綿，在日常太陽暴曬或雨雪洗刷時會出現老化現象。海綿的老化會導致其微觀結構發(fā)生變化，在灰塵大的環(huán)境中，灰塵也會吸附在防風球的細微蜂窩里。基于上述因素的影響，傳聲器單元最容易發(fā)生改變的是其聲壓靈敏度級、頻率計權響應和自生噪聲。這三個參數是傳聲器重要的技術參數,一旦這三個參數發(fā)生改變且超出計量標準的要求,監(jiān)測儀采集到的聲信號就會失真，從而導致測量數據與實際數值產生偏差。進行定期檢定可以保證傳感器計量性能可靠，從而保證測量數據準確可靠。

3.2 數據采集部分

數據采集儀外觀目前主要有三種結構。第一種是以“炮筒”機身的形式與戶外傳聲器直連（見圖1），再通過電纜與電源連接。采集儀集成在“炮筒”機身里。第二種是采集儀安裝在機箱中（見圖2），傳聲器以長桿的形式安裝在方形機箱上。第三種是長桿型的傳聲器與機箱分開，通過線纜連接。市場上還有一些不正規(guī)的監(jiān)測儀，廠家將傳聲器鑲嵌在機箱上，這種結構的監(jiān)測儀在計量檢定時多數是不合格的。

戶外傳聲器采集到的聲信號通過前置放大器以一定的轉換比例轉變成電信號進入數據采集部分。采集儀經過計算后得到瞬時聲級（Lp）、等效聲級（Leq）、累計百分聲級（LN）、最大聲級（Lmax）、最小聲級（Lmin）、標準差（SD）等。鑒于監(jiān)測儀測量數據的多樣性和復雜性，以及儀器使用場合的特殊性，對該類型儀器進行周期性的計量檢定是很有必要的。

3.3 監(jiān)測儀的廣泛使用

《2021 年中國環(huán)境噪聲污染防治報告》顯示，2020 年全國共有311 個地級及以上城市報送了功能聲環(huán)境質量監(jiān)測數據，各類功能區(qū)共監(jiān)測23 546 點次，晝間、夜間各11 733 點次。31 個直轄市、省會城市和5 個計劃單列市各類功能區(qū)共監(jiān)測4406 點次，晝間、夜間各2203 點次。2020 年全國城市各類功能監(jiān)測點次見表1[3]。

從數據可知，環(huán)境噪聲類測試儀器被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測中，其中就包括了監(jiān)測儀。根據《計量法》第九條規(guī)定，縣級以上人民政府計量行政部門對社會公用計量標準器具，部門和企業(yè)、事業(yè)單位使用的最高計量標準器具，以及用于貿易結算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面的列入強制檢定目錄的工作計量器具，實行強制檢定。因此，為了保證測量數據的準確可靠，監(jiān)測部門應將其使用的監(jiān)測儀定期送至國家授權的計量機構進行量值溯源。

4 實際案例分析

4.1 防風罩對測量的影響

防風罩暴露在監(jiān)測儀的最外部，是最易受到環(huán)境侵蝕老化的部件，經過長年累月的使用，還會吸附一些灰塵等雜質，破壞防風罩的結構，影響測量。下面通過對一組樣品進行測試，比對不同狀態(tài)下防風罩的頻響特性。3 個樣品皆為同一生產商生產的相同規(guī)格的防風罩，A 防風罩全新未使用，B 防風罩使用了3 個月，C 防風罩使用了1 年以上且表面已老化并吸附許多雜質，分別測試每個樣品與出廠設計頻響的偏差。測試結果如表2 和圖3 所示。

表1 2020 年全國城市各類功能區(qū)監(jiān)測點次

圖3 防風罩頻率響應曲線

通過以上測試數據可以看出，A、B 防風罩的頻響偏差與出廠設計的值相差較小，而使用時間較長的C 防風罩則在低頻和中高頻中都產生了較大的偏差，對環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀的測量結果影響相對較大，應停止使用該防風罩。進行定期檢定在一定程度上也有助于排查出有故障的部件。

4.2 傳聲器對測量的影響

某用戶將一臺戶外噪聲監(jiān)測儀送計量院進行計量，經過計量院反饋的信息，該儀器外觀檢查完好，但是計量出來的結果超出允許范圍。用戶得到反饋信息后送廠家進行檢查維修發(fā)現，監(jiān)測儀傳聲器出現故障，更換傳聲器后再送計量院進行計量，結果表明監(jiān)測儀計量數據合格。具體如表3 所示。

從表3 可以看出，維修前監(jiān)測儀在高頻段的數值超差或接近允許臨界值，《計量法》規(guī)定，對實行強制管理的計量器具目錄中直接用于交易結算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的計量器具，實行計量檢定。計量檢定應當執(zhí)行國家計量技術規(guī)范。未經計量檢定或者計量檢定不合格的，不得使用。儀器計量特性不滿足規(guī)程要求的，代表儀器測量的數據偏離實際值，如果相關部門使用該類不符合要求的儀器進行數據采集，上報到環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)就會影響大數據的可靠性，會對相關部門的評價造成不可忽視的影響。

表2 測試結果

表3 計量結果

5 結語

計量器具在長期使用中難免會出現一些問題，某些計量特性是使用人員無法確定的。由于使用人員并非專業(yè)的計量技術人員，沒有專用的且經過相關部門授權檢定的裝置，難以確認儀器的工作狀態(tài)是否滿足技術規(guī)范和技術法規(guī)的要求，測量數據存在不準確的風險，因此對這些儀器定期的計量檢定是非常必要的，一旦出現問題可以及時糾正。

環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀是開展區(qū)域聲環(huán)境監(jiān)測、道路交通聲環(huán)境監(jiān)測和功能區(qū)聲環(huán)境監(jiān)測等工作的核心設備，其使用環(huán)境較為苛刻，采集準確可靠的測量數據才能精準掌握城市聲環(huán)境質量狀況。定期對環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀進行計量，確保其各項指標符合規(guī)范，對于獲得真實、準確、穩(wěn)定、可靠的環(huán)境噪聲數據至關重要。