陳克安，趙煥綺

（西北工業(yè)大學航海學院，西安 710072）

噪聲污染的影響分為對人、生物及非生物的影響三大類，而噪聲對人的影響是人們關(guān)注和研究的主要對象。具體說來，噪聲對人的影響分為聽覺效應(yīng)和非聽覺效應(yīng)兩部分。聽覺效應(yīng)主要針對強聲對人聽覺器官和聽覺系統(tǒng)帶來的生理損傷，以及長時間作用帶來的聽覺功能退化；非聽覺效應(yīng)主要是指人長期暴露于高強度聲環(huán)境下引起的生理或心理疾病，同時特別關(guān)注噪聲污染對語言交流和語音通訊的干擾、對聽覺注意力和工作效率的干擾和降低，以及帶給人煩惱、不舒適、不愉悅等心理上的負面感受。由于上述原因，人作為噪聲污染的主要受害者，其防治必須“以人為中心”。

2021 年12 月24 日，十三屆全國人大常委會第三十二次會議審議通過了《中華人民共和國噪聲污染防治法》（以下簡稱《噪聲法》）?！对肼暦ā访鞔_了“以人為中心”的指導(dǎo)思想和原則[1]，《噪聲法》的出臺是噪聲污染治理領(lǐng)域的標志性事件，必將推動我國聲環(huán)境保護事業(yè)向更高水平邁進。

《噪聲法》第二十一條規(guī)定，編制聲環(huán)境質(zhì)量改善規(guī)劃及其實施方案，制定、修訂噪聲污染防治相關(guān)標準，應(yīng)當征求有關(guān)行業(yè)協(xié)會、企業(yè)事業(yè)單位、專家和公眾等的意見。這一規(guī)定是噪聲污染防治工作中“以人為中心”這一思想的具體體現(xiàn)，落實到技術(shù)層面，就是要求在噪聲污染評價與控制中，將人的聽覺感受作為出發(fā)點和落腳點。因此，大力開展基于感知的噪聲污染評價與控制意義重大，具有強烈的現(xiàn)實性和急迫性。

1 噪聲的評價及其度量

聲波對人的影響一直是聲學學科研究和考慮的重要因素。長期以來，為了兼顧便利性和實用性，評價噪聲的客觀參量一直以物理性指標為基礎(chǔ)，沿“聲壓幅值→聲壓級→計權(quán)聲壓級→基于聲壓級的綜合性指標”的路徑不斷發(fā)展。A 聲級是聲壓級的頻域加權(quán)形式，以1kHz、40dB 純音等響曲線為基礎(chǔ)對聲壓級進行修正，大致模擬了人耳對時間上連續(xù)、頻譜比較均勻、無顯著音調(diào)成分的寬帶噪聲響度的感受，其被認為是各種噪聲評價的基礎(chǔ)。在噪聲防治活動中，常常以A 計權(quán)聲級（A 聲級）為主，同時也應(yīng)用其他客觀參量，如累計百分A 聲級、噪度、噪聲污染級等。

然而，人對聲音的主觀感覺與聲信號的各種聽覺屬性密切相關(guān)，不僅僅取決于響度。實際環(huán)境中，各種噪聲的感知特性千差萬別，傳統(tǒng)的以反映聲音響度為主的計權(quán)聲級不能完全表征人對噪聲的主觀感受。

為了充分反映噪聲對人的影響，尤其是考慮噪聲污染對人群的總體影響，在20 世紀70 年代，人們研究的重點轉(zhuǎn)向以現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)為主[2]，確定不同類型及場景下的環(huán)境噪聲公眾煩惱率，其目的在于研究噪聲污染的劑量——效應(yīng)關(guān)系（dosage-effect relationship），典型成果就是被廣泛引用的“舒爾茨曲線”[3]，它開啟了噪聲煩惱感社會調(diào)查、量化及特性的新研究方向，其成果對環(huán)境聲學研究產(chǎn)生了重大影響，一些結(jié)論被應(yīng)用于交通噪聲政策、標準和規(guī)范中。然而，煩惱感的影響因素眾多，僅僅以部分場景和測量數(shù)據(jù)獲得的結(jié)論不足以將煩惱度模型作為更高層面的噪聲評價指標。

2 噪聲污染的煩惱感評價

在Schultz 等[2]的研究之后的20 多年里，人們對噪聲對人的影響進行了持續(xù)、系統(tǒng)和精細化的研究，針對不同噪聲類型，考慮不同因素對煩惱感的影響，包括噪聲聲級大小、時頻特性等聲學因素的影響，以及聽者社會人文特征、生理心理狀況、對噪聲的熟悉程度等非聲學因素的影響，其中個體噪聲敏感性的影響最為突出[4]。

在對噪聲煩惱感的持續(xù)研究中，人們發(fā)現(xiàn)僅僅將噪聲作為一種物理性刺激對待遠遠不夠。在此基礎(chǔ)上，開啟了針對聲品質(zhì)的研究。20 世紀80 年代中后期，德國慕尼黑技術(shù)大學Aures 等[5]率先開始了聲品質(zhì)的研究；1994 年，Blauert[6]認為聲品質(zhì)是用于表述在特定的技術(shù)目標或任務(wù)內(nèi)涵中聲音的適宜性的。在聲品質(zhì)的語境中，“聲”是指人耳的聽覺感知，“品質(zhì)”是指人耳對聲事件的聽覺感知過程并最終做出的主觀判斷。在聲品質(zhì)研究中，原來作為物理性刺激的聲音被作為具有豐富生態(tài)含義的聲音事件來對待，品質(zhì)不僅僅指聲音的質(zhì)量，而是指與技術(shù)目標或特定任務(wù)之間的匹配程度。站在聲品質(zhì)這一新視角上，傳統(tǒng)的噪聲污染評價與控制的內(nèi)涵及范疇發(fā)生了巨大變化，催生了對這一傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的新認識。

將聲音的感知與聲源和聲環(huán)境聯(lián)系在一起，聲品質(zhì)研究又可進一步細分為產(chǎn)品聲品質(zhì)和聲景觀[7]。聲景觀被定義為“特定場景下，一個人或一群人所感知、體驗或理解的聲環(huán)境”，在感知、體驗及理解聲環(huán)境的過程中，強調(diào)了場境、聲源、聲環(huán)境、聽覺感受、對聽覺感受的解釋、響應(yīng)、效果這7 個一般性的概念及其之間的關(guān)系。聲景觀這一概念的引入，打破了傳統(tǒng)的基于聲能量描述的“噪聲污染”，以及基于能量降低的“噪聲控制”基本模式，其不僅描述了聲源及其在時空上的分布，而且將重點放在聽覺感受及對其的解釋上，將短期的反應(yīng)、情緒和行為與整體的、長期的結(jié)果統(tǒng)籌考慮。因此，聲景觀對聲環(huán)境的理解更加全面、豐富，更加接近真實感受。

3 產(chǎn)品聲品質(zhì)技術(shù)新進展

產(chǎn)品聲品質(zhì)是指人在功能性或偏好性方面對產(chǎn)品發(fā)出聲音的一種主觀認知。Lyon[8]在關(guān)于產(chǎn)品聲品質(zhì)的研究中詳細描述了產(chǎn)品聲品質(zhì)分析的概念，認為其本質(zhì)是基于客觀測量來預(yù)測主觀偏好的過程。

聲音的評價是聲品質(zhì)研究的首要問題，分為主觀評價和客觀評價兩種。主觀評價致力于主觀評價實驗方法的研究，通過不斷改進主觀評價實驗以獲得更準確的聲音偏好性評分?？陀^評價方法研究又分為兩類：一類是對聲品質(zhì)量化方法的研究，通過提取聲品質(zhì)評價參量來客觀描述聲音的聲品質(zhì)；另一類是對聲品質(zhì)預(yù)測模型的研究，利用數(shù)學模型，建立主觀評價值與描述聲音信號的某種特征（特征參量）之間的關(guān)系，實現(xiàn)對聲品質(zhì)的預(yù)測，以此減少主觀評價實驗工作量，提高聲品質(zhì)評價效率。

聲品質(zhì)主觀評價方法種類很多，主要包括排序法、評分法、成對比較法和語義細分法，這些方法各有利弊，適用于不同的評價任務(wù)。聲品質(zhì)客觀評價方法包括對評價參量和聲品質(zhì)預(yù)測方法的研究。聲品質(zhì)評價參量是能對聲品質(zhì)進行衡量和描述的可測量的、客觀的物理量，通常使用心理聲學參量及音色參量。心理聲學參量以響度、尖銳度、粗糙度、波動強度、語義清晰度等為主，音色參量可以從時域、頻域、諧波參量、時頻域等4 個方面展開。

對于聲品質(zhì)的預(yù)測，本質(zhì)上是對產(chǎn)品輻射噪聲偏好性的量化研究，主要內(nèi)容是對噪聲煩惱度的建模，分為線性和非線性兩類。線性模型通常為顯式模型，給出了煩惱度與所依賴的自變量之間的顯性、線性關(guān)系，可以直觀地觀察、解釋和量化煩惱度與噪聲特征參量之間的關(guān)系。非線性模型基本上是隱式模型，常利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用機器學習方法建立煩惱度預(yù)測值與聲樣本數(shù)據(jù)或特征參量之間的非線性映射關(guān)系。與線性模型相比，這類模型具有精度高、泛化能力強等優(yōu)點，但該類模型讓使用者無法觀察輸入、輸出之間的具體聯(lián)系，更無法對其進行物理解釋。目前，基于深度學習的建模方法已被研究和應(yīng)用[9]，展現(xiàn)了巨大活力。

在獲得產(chǎn)品聲品質(zhì)評分或預(yù)測值之后，如何科學準確地對產(chǎn)品聲品質(zhì)滿意度進行分級是實際應(yīng)用中一個非常重要的問題，雖然目前沒有統(tǒng)一成熟的方法，但部分方法已獲得應(yīng)用。西北工業(yè)大學黨博、陳克安等[10]結(jié)合相關(guān)標準及主觀評價實驗，以級別容量比為中間量構(gòu)建聲品質(zhì)指數(shù)與分級限值之間的關(guān)系，實現(xiàn)了噪聲聲品質(zhì)滿意度的分級，為家用電器聲品質(zhì)評價與分級提供了科學依據(jù)。

在聲品質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用中，汽車產(chǎn)品是最先運用這一先進技術(shù)的產(chǎn)品類別，也是聲品質(zhì)應(yīng)用的主要對象，目前公開發(fā)表的聲品質(zhì)文獻中，超過90%是針對汽車的。此外，聲品質(zhì)的研究已擴展到高速列車、家用電器，以及航空、航天及船舶等領(lǐng)域。近年來，我國針對直升機、固定翼飛機艙室噪聲聲品質(zhì)的研究取得了豐碩成果[11]。目前，越來越多的機電產(chǎn)品生產(chǎn)商將聲品質(zhì)作為產(chǎn)品設(shè)計和測試的必要環(huán)節(jié)，一些公司還推出了專業(yè)化的聲品質(zhì)評價與測試系統(tǒng)。

4 基于煩惱感抑制的噪聲控制方法

在“以人為中心”的思想指導(dǎo)下，傳統(tǒng)的聲學設(shè)計與噪聲控制工程成為基于感知的聲音工程（PSE）[12]，其以聽覺感知為導(dǎo)向，以聲品質(zhì)技術(shù)為核心，以聲學結(jié)構(gòu)的正向和反向設(shè)計為手段，以工程心理聲學為基礎(chǔ)、以聲音舒適性為目標，是融合多學科知識的產(chǎn)品聲音控制工程。

PSE 的核心問題是降噪。以往人們對降噪的理解就是通過各種手段實現(xiàn)噪聲能量的降低，其分為無源控制和有源控制兩大類，本質(zhì)上均可歸類于“減法”降噪措施，幾乎涵蓋了目前所有的噪聲控制方法。然而，由于技術(shù)、經(jīng)濟、工程實施等多方面的原因，這些方法在有的場景下幾乎是不可行的。

如果噪聲作用的對象是人，那么降噪的目標就是減輕人的不良感受。為此，人們提出利用添加一種聲音以改變另一種聲音的聽覺感受，從而使聲音的總體品質(zhì)（如舒適性、愉悅度等）得到改善的噪聲控制方法，這種方法是一種“加法”降噪措施，也被稱為音頻注入法（AIM），該方法具有裝置簡單、實施方便、成本低等顯著優(yōu)點。

近10 年來，AIM 研究逐漸升溫，針對的場景分為戶外和室內(nèi)噪聲煩惱感抑制兩方面。在戶外，最早的研究主要針對城市開放空間（如城市廣場、公園、交通干線兩側(cè)），人們觀察到，原本在城市廣場中發(fā)揮景觀功能的噴泉，其聲音與周圍環(huán)境中的噪聲疊加后在一定條件下會提高聲景觀品質(zhì)[13]。在早期的研究中，人們主要是通過設(shè)計一系列主觀評價實驗，在實驗室或現(xiàn)場觀察并記錄哪些噪聲組合會發(fā)生煩惱感抑制現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象的噪聲種類很多。AIM 研究面臨的首要問題是調(diào)控聲類型的選擇，研究表明，水流聲、鳥鳴聲、風聲等自然聲對噪聲煩惱感的降低尤為明顯[14]，水流聲最受青睞[15]；人為設(shè)計的調(diào)幅聲與調(diào)頻聲、帶寬噪聲等也可降低疊加后組合聲音的煩惱感；音樂聲作為調(diào)控聲具有很大潛力，相關(guān)研究也十分有價值。

在室內(nèi)，近年來人們重點關(guān)注的是開放辦公室中的聲舒適性控制[16]。實驗表明：通過使用耳機傳遞的改良型棕色噪聲，可以使開放辦公室中員工的注意力和執(zhí)行特定任務(wù)的能力得到提升；在大型開放式辦公室角落或中心設(shè)置水景，其水流聲可以明顯減少注意力不集中等問題。室內(nèi)噪聲煩惱感抑制的其他重要對象是家電噪聲、醫(yī)療設(shè)施噪聲、交通工具艙內(nèi)噪聲等。此外，各類交通工具艙內(nèi)的噪聲抑制也是一個新的發(fā)展方向。

5 結(jié)語

《噪聲法》著眼于實現(xiàn)人民群眾對美好生活的向往與追求，著眼于提高人民群眾的滿意度，也就是堅持“以人為中心”，從技術(shù)層面講就是在噪聲污染評價與控制中以人的感知為評判標準。雖然目前在噪聲評價與度量中仍然以計權(quán)聲壓級為基礎(chǔ)，但以煩惱感、聲品質(zhì)、聲景觀等為核心要素的觀察視角正在走向?qū)嶋H應(yīng)用。《聲學 應(yīng)用社會調(diào)查和社會聲學調(diào)查評價噪聲煩惱度》（GB/Z 21233—2007）已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，噪聲煩惱度的評價和預(yù)測方法的國家標準也在制定中，一些關(guān)于聲品質(zhì)測試與滿意度分級的團體標準已經(jīng)制定并在實際工作中發(fā)揮了作用[17]?；诟兄穆曇艄こ桃训玫较嚓P(guān)領(lǐng)域科技工作者的重視，相關(guān)的科學研究和技術(shù)開發(fā)正在逐步走向深入，這些工作將進一步豐富噪聲污染防治的內(nèi)涵，不斷推動噪聲污染防治技術(shù)水平邁上新臺階。