高架轨道交通低频噪声对居民烦恼度影响研究*

汤继新刘 艳 罗雁云 陆可人

高架轨道交通低频噪声对居民烦恼度影响研究*

汤继新1刘 艳2**罗雁云2陆可人2

（1.宁波市轨道交通集团有限公司，315101，宁波；2.同济大学铁道与城市轨道交通研究院，201804，上海//第一作者，高级工程师）

针对目前我国城市轨道交通发展中日益凸显的噪声问题，对高架城市轨道交通线路噪声影响沿线居民烦恼度的现状进行了研究。采用社会调查法，在高架城市轨道交通沿线开展了居民主观烦恼度问卷调查以及现场噪声监测，获得了相关主客观数据，并与预测的主观烦恼度相对比。分析研究表明，调查获得的噪声烦恼阈值为53 dBA，大于实际监测噪声，但由于高架城市轨道交通沿线低频噪声较为显著，因此仍能引起沿线居民较大的烦恼反应。

高架城市轨道交通；低频噪声；沿线居民；烦恼度

X827：U233

0 引言

城市轨道交通高架线路因其具有路基沉降低、建设周期短、运营维护简单等优点得到广泛应用。但由此而来的环境噪声问题也越来越受到人们的重视。高架线路沿线居民对于环境噪声影响的投诉日益增多，噪声等问题对城市轨道交通建设产生了一定的影响［1］。

城市轨道交通高架线路的噪声主要是轮轨噪声和桥梁结构二次噪声，其中以低频成分为主。随着所采取的各类减振降噪措施能较为有效地降低中高频噪声等因素的影响，环境噪声中低频声能的影响越来越为显著。

噪声对人的影响，不但与其声压级大小有关，也与其频率特性有关。研究发现，低频成分占主导的噪声使人感到更烦恼，如果长期受到低频噪声的干扰，会引起对人的心理和生理造成较为严重的影响。但通过对国内外40多篇与噪声相关的论文的梳理发现，目前国内大多评价方法低估了低频噪声对人感受的影响；世界卫生组织社区噪声指南指出，当出现大量的低频噪声时，A计权声级并不准确，而我国目前的评价指标多采用等效A声级。另外，例如德国标准DIN 45680，低频环境噪声评估指标为1/3倍频程中心频率A计权声级和最大A声级，其标准限值比国内相关标准中关于低频噪声限值的规定目标值小。目前专门针对城市轨道交通低频噪声引起居民烦恼反应的研究尚未多见。

因此针对城市轨道交通高架线路噪声，尤其是低频噪声对人主观感受影响研究是城市轨道交通建设能否可持续发展的关键因素之一，对推进我国低频噪声污染防治，构建以人为本的和谐社会具有重要意义［2］。

1 研究方法

人对噪声的主观感受是社会声学研究领域内的重要内容之一。其主要研究目的在于，根据居民群体对于某特定噪声源的长期反应，为制定相应的噪声政策提供科学依据，从而进行有效的噪声控制。目前社会声学的研究方法主要有实验室研究、社会调查和后分析研究三类［3］。本文采用目前运用最为广泛的社会调查法，研究将分为两部分进行，一是进行声环境频率特征监测，以明确测试地点声环境的频率特征；二是用现场问卷的方式对沿线居民噪声烦恼度进行调查。

本研究以某地一敏感城市轨道交通高架线路的噪声及周围人群为研究对象，在对高线路周围噪声进行布点监测基础上，绘制噪声云图，并调查沿线居民对噪声的主观烦恼度。通过现场测试得到客观指标，为居民烦恼度主观评价指标分析提供数据支持，并得到相对应的烦恼阈值结果，为今后更加全面和深人地研究城市轨道交通引起的噪声烦恼度及其相关评价标准提供更多资料。

1.1 现场测试

本文选择居民反应较为强烈的一处居民楼为试验对象。该敏感建筑为4层砖混结构，靠近线路一侧均有窗户，距离线路轨道中心线水平距离约为25 m。试验段高架桥为30 m跨简支双线箱型梁，线路为直线段，采用减振扣件整体道床结构，在线路两侧安装有声屏障。在通车后居民投诉列车通过时诱发的噪声严重影响休息和生活。

测点布置如图1所示。室外共测试3个截面噪声值，每个截面测点对应建筑物的每一楼层高度，建立呈网状的噪声分布以分析其传递特性。室内共布置3个噪声测点，分别为房间中心、墙角以及床头，墙角测点距离墙壁0.5 m范围内以获取室内最大低频噪声。在试验过程中，测试房间内门窗紧闭，保持室内安静，以避免其他噪声对测量信号的干扰。

图1 室内外测点布置示意图

需要注意的是，我国城市轨道交通噪声评价环境标准，一般参照铁路标准进行监测与评价［4］。而目前不同国家用于评价铁路噪声声级与主观烦恼度之间关系的噪声指标不同，例如美国采用最大A声级（LA，max）等，这些评价指标与铁路噪声引发的人群烦恼度有较好的关联性［5］。我国与城市轨道交通噪声影响有关的标准有JGJ/T 170—2009《城市轨道交通引起建筑为振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》和GB 3096—2008《声环境质量标准》，其均规定采用等效A声级来评价室内噪声影响。

因此参照实际情况，本文对23个噪声测点，在地铁运行的早晚高峰时段均连续监测1 h以上，并记录每趟列车经过的时刻，计算相应的等效A声级。

1.2 问卷调查

本文采用一对一入户式方式，对暴露于城市轨道交通高架线路噪声的居民展开问卷调查。调查问卷按照相关标准［6-8］要求，并参考了文献［9］关于评估低频噪声投诉的方法，综合了心理声学、社会声学等理论设计而成，主要内容包含了受调查者的基本情况、主观心理感受、生理干扰等。

所选敏感建筑物内居住人数大约为400人左右，居民基本涵盖了所有的年龄层。除了50岁以上所占比例较小以外，其余年龄段基本呈均匀分布。80%左右的人在调查点居住时长超过1年，其中大部分超过4年，男女比例近似1∶1。

通过研究发现，主观烦恼度比响度、噪度等更合适用于表述低频噪声所引起的主观感受。影响烦恼度因素有很多，各因素之间的关系如图2所示。由图2可见，居民烦恼反应是一个极其主观的评价量。为了使烦恼度研究更具普适性，研究结果更加接近客观事实，研究者常将主观烦恼反应与客观评价指标相联系。将计算或测量的噪声值和调查对象的居住环境联系起来，从而判断由噪声声级变化引起的烦恼［10］。

烦恼度阈值（EL）包含了某声级范围段内被调查者主观心里反应的所有信息，能展现该声级下的个体将会感觉烦恼的概率。对受调查者给出的不同烦恼度等级，按等间隔原则给出描述性等级量表和数字等级量表的主观感觉烦恼度的隶属函数，以此来计算主观烦恼阈值NEL。

式中：

nij——Li声级下第j评价等级出现的频次；

μj——第j评价等级烦恼度的隶属度，数值从0-1由各评级等级均分；

Li——某一声级范围内的平均声级；

Pi——某一声级范围内Li的烦恼概率。

图2 影响主观烦恼度的因素

2 结果与分析

2.1 噪声监测结果

室内外噪声监测结果如图3所示。从图3中可以发现，所选的23个测点中，高架桥梁中部从地面往上噪声逐渐增大，由于直接受轮轨噪声影响在4楼高度附近噪声最大，最大噪声声压级大约为67 dBA；高架桥翼板位置从地面往上噪声呈现先增大后略减小的趋势，最大噪声区出现在测点6位置，可能是由于墙面反射叠加所致；居民楼前14 m的位置，噪声主要为桥梁结构辐射噪声，其随高度的增加而增加。而同一水平面上，随着距离轨道中心线的距离增加，噪声总体上都呈现出先增大后减小的趋势。

图3 室内外噪声云图

对室内噪声进行评价发现，居民楼内的等效A声级（表1）均满足国家标准GB 3096—2008所规定的1类声功能区昼间55 dBA的限值要求。

表1 居民楼内不同楼层的等效A声级 dB（A）

利用A计权、C计权、G计权三种不同的计权方式对室内噪声测点进行加权处理，与线性特性相比可以发现A计权对室内噪声的低频具有明显的削弱；C计权能较好地反应线性声级的特性；G计权能很好地反应低频噪声，但是对中高频有显著的削弱作用。

因此有学者提出，A计权与C计权之差超过15 dB时，就可认为噪声呈低频特性［2］。计算噪声监测数据的A计权与C计权之差，结果如图4所示。有图4可见，城市轨道交通高架线路噪声整体呈低频特性。室外低频噪声集中分布于高架桥梁底部；居民楼内部四楼低频噪声更为显著，且墙角位置较于室内其他测点低频成分更为突出。

图4 噪声测点A、C之差

瑞典、荷兰、波兰、德国、芬兰等国，都有关于低频噪声分频评价的相关标准，但我国现有规范中还尚未采用分频评价噪声的方法。图5为室内噪声低频范围1/3倍频程线性声压级曲线，与其他国家规范和参考文献规定的分频限值比较图，本次测试结果在40～200 Hz频率范围已不满足临界值要求，理论上会引起室内居民较严重的烦恼反应。但需要注意的是，各国分频评价所应用的范围有所不同，并不完全适用于本文的情况，但也体现了分频评价具有一定的意义。

2.2 烦恼度社会调查统计与分析

本次调查问卷共发放了200份，回收的有效问卷为130份，年龄均匀且连续分布在5～75岁年龄区间内。通过调查问卷统计，结合客观噪声声级，利用式（1）和式（2）计算得到调查点的烦恼度阈值约为53 dBA，与GB 3096—2008所规定的1类声功能区等效A声级55 dBA的限值要求十分接近，且居民楼内的噪声声级低于烦恼度阈值。

图5 监测噪声与国外标准对比

但对居民楼内的噪声引起的烦恼度按照“一点也没有、轻微、一般、严重、非常严重”5个尺度请受调查者进行评价，结果如图6所示。由图6可见，约有七成的受调查者认为高架线路所产生的噪声让人感到烦恼。

图6 对环境噪声烦恼度评价结果

对调查问卷进行分析，分析结果如图7、图8所示。图7为居民对噪声的描述，大部分受调查的居民表示，该噪声出现频繁、声音比较大、持续时间短的，噪声是比较闷的隆隆声。居民所描述的这些现象都具有明显的低频噪声特性，与监测结果相一致。大部分低频声声压级都不高，为高频声所掩蔽，通过声屏障、门窗、建筑墙面等设施，可以有效地降低中高频噪声，但是基本没有削弱低频噪声，所以特别是在夜间，低频噪声尤为明显，极易被人们察觉。因而有超过60%的受调查者认为，高架城市轨道交通线路噪声对睡眠的影响最为严重，其次是对观看电视和打电话的影响（见图8）。

图7 居民对噪声的描述

图8 居民受噪声干扰行为

有学者研究表明，长期暴露在低频噪声环境中，会造成慢性损伤。低频噪声会使人的交感神经紧张、心动过速、血压升高、内分泌失调，可能会有高血压、心脏病等症状，会损伤听力系统影响中枢神经等。高架线路周围居民调查问卷统计分析结果如表2所示。由表2可见，不同楼层居民感受略有差异；总体来说，在生理上只有小部分居民会因噪声出现头疼、听力下降、耳朵有压迫感等感觉；大部分居民在心理方面受到了影响，约有41%的受调查者曾因噪声感到焦虑和烦躁。根据和受调查者交流发现，受调查者周围人群约有三成人抱怨过受到噪声的干扰。

表2 噪声对不同楼层的居民心理、生理影响程度

另外本次问卷还请受调查者采用数字等级量表进行评价，以0到10表示受影响程度，0表示没有收到干扰，10表示收到非常严重的干扰。结合不同考虑因素，从居民在两种语言评价量下的烦恼度分析结果可以发现，40～50岁年龄段的人群最有可能感觉烦恼；居住时长为1～3年的烦恼概率最高，这可能是随着居住时长的增加人们开始习惯从而烦恼概率减小；女性比男性更容易感觉到烦恼。如图9所示，两种语言评价量所展现的居民烦恼度基本一致，但采用数字评价量表进行评价时居民烦恼更严重，但高烦恼率则恰好相反。

图9 室内噪声低频噪声占比

为了使研究结果适用于更广泛的人群而不仅仅是这个特定的研究群体，或适用于具有某一固定特征的噪声源，本文综合多个研究成果，在Schultz曲线的基础上修正得到利用A计权等效昼夜声级来预测人群中高烦恼率的百分比，利用科学量化的方法来对噪声社会反应进行研究。如图10所示，高架线路沿线居民高烦恼率预测结果与实际现场调查问卷结果略有差异；在50 dBA之前，预测的高烦恼率大于实际情况，而之后则相反。实际情况下，人群对于高烦恼率的评价随着声压级的升高变化较为平缓。

图10 高烦恼率预测值与实际结果对比

这可能是由于本文中的预测曲线没有考量居民心理因素的影响，加之本次现场试验测试和调查问卷样本量较小，从而可能不具备广泛且普遍的适用性，需要在日后的研究中加以深入。

3 结论

城市轨道交通高架线路引起的环境噪声主要以低频为主，这可能是造成环境噪声低于烦恼阈值，但仍会引起人们的烦恼反应的原因。另外A计权并不能很好地反应低频噪声，而国外一些国家利用线性声级对低频噪声进行分频限值规定具有一定的参考价值。

城市轨道交通高架线路所产生得噪声，对40～50岁年龄段的居民影响最为严重，数字评价量下的居民烦恼度比语言评价量下的烦恼度高。低频噪声对居民日常生理及心理具有较大的影响，约有41%的受调查者曾感到焦虑和烦躁。

为了能更加科学有效地反映城市轨道交通高架线路噪声对沿线居民的影响，还需要进一步研究修正烦恼度预测曲线，关注在其固有低频特征与沿线居民主观感受度之间的内在关联，从而为城市轨道交通综合减振降噪方针的进一步深化实施提供理论依据。

［1］ 刘静之.地铁沿线建筑结构振动及二次噪声研究［D］.上海：同济大学，2016．

［2］ 翟国庆.低频噪声［M］.浙江∶浙江大学出版社,2013：14.

［3］ 马蕙，矢野龙.关于社会声学研究的回顾［J］.噪声与振动控制，2007（4）：6-10．

［4］ 申道明，唐和生，胡长远，等.地铁运行引起室内二次辐射噪声烦恼度阈值分析［J］.结构工程师，2013，29（1）：40-46．

［5］ 柳小毅.城市交通噪声主观烦恼社会调查［D］.浙江：浙江大学，2011．

［6］ 全国声学标准化技术委员会.声学应用社会调查和社会声学调查评价噪声烦恼度：GB/Z 21233—2007［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［7］ ISO.Acoustic Assessment of noise annoyance by means of social and socio-acoustic surveys：ISO/TS 15666-2003[S].Geneva，2003.

［8 ］ ISO.Market，opinion and social research-Vocabulary and service requirements：ISO/TS20252-2006［S］.Geneva，2006.

［9］ ANDY M，DAVID W，MAGS A.Procedure for the assessment of low frequency noise complaints［R］.Britain： University of Salford，2005．

［10］ GUSKI R.Personal and social variables as co-determinants of noise annoyance［J］.Noise and Health，1999，1（3）：45-56.

On the Annoyance of Residents along Urban Rail Viaduct Lines Caused by Low Frequency Noise

TANG Jixin，LIU Yan，LUO Yanyun，LU Keren

To study the increasingly serious noise problems caused by urban rail viaduct in Chinese cities，the annoyance of residents along viaduct lines is studied by adopting social survey method and on-site monitoring method，in order to collect questionnaires issued to the residents about their annoyance and the viaduct noise data.The collected subjective and objective data are compared with he predicted annoyance data，the results show that the noise annoyance threshold is about 53 dBA，higher than the monitored data but close to the standard limit.The major reasons that cause residents'annoyance are defined as the low frequency noise along rail viaduct lines.

urban rail viaduct； low frequency noise； residents along rail transit lines；annoyance

10.16037/j.1007-869x.2017.10.006

First-author′s address Ningbo Rail Transit Group Co.，Ltd.，315101，Ningbo，China

*国家自然科学基金项目（51678446）

**刘艳为本文通信作者

2017-04-25）