10田静-环境声学进展(声学及声信息处理高级研讨班XXXX)

环境声学研究进展田静中国声学学会南京大学，2008年8月25日声学及声信息处理高级研讨班InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing一、引言z环境声学是环境科学与物理学交叉科学的一个分支学科z研究声环境及其与人类活动的相互作用z具体内容是研究声音在空气中的产生、传播和接收，及其对人所产生的生理、心理效应；研究改善和控制声环境质量的技术和管理措施。包括：噪声控制，音质设计、噪声的影响和噪声标准。核心内容在于噪声及其控制。InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing环境声学的发展z20世纪初，为了改善人类的声学环境，保证语音的清晰可懂，音乐的优美动听，人们开始关注和研究建筑物内的音质问题，形成并发展了建筑声学。z20世纪50年代以来，随着工业生产和交通运输的迅猛发展，城市人口急剧增长，噪声源越来越多，噪声强度越来越高，人类的生活和工作环境受噪声的污染日益严重，控制噪声，保证建筑物内外的声环境能够满足人们的生活、学习和工作需要，减少噪声对人类的危害，成为环境声学的主要研究内容。InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing环境声学领域的两大学术会议z“国际噪声控制工程大会与展览会”(Inter-Noise)z“国际声学与振动学术会议”(ICSV)TheInternationalInstituteofAcousticsandVibrationInstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing环境声学的研究热点z声品质z噪声地图z声景观z结构与流体声学z声学材料z振声学z声学与振动模式识别z状态监测与振动测试z心理声学与听觉z分布式声学监测技术z声学数值计算方法z声源声成像InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008NanjingAreasActiveStillz飞机与机场噪声z车辆噪声(NVH)z噪声标准与政策z有源噪声与振动控制z轨道交通噪声z轮胎/路面噪声z声屏障、护耳器、城区声传播与评价、声功率、管路噪声、振动隔离与阻尼、噪声教育等InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing我国环境声学研究z20世纪初，以马大猷先生为代表，在建筑声学研究中就做出了举世公认的贡献，在50年代以来的新中国代表性建筑如人民大会堂的音质设计中得到成功应用z60年代起，开展了环境噪声调查评价、声学标准制订、气动声学及声学材料研究，形成了完整的环境声学评价及测试标准体系，发展了一系列的噪声控制技术及手段，促成了我国第一部“环境噪声污染防治法”的制订和颁布实施InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing我国环境声学研究现状z在环境噪声的法律和标准体系、气动噪声控制、有源噪声控制、微穿孔板吸声材料等方面处于国际先进水平z在环境声学的仿真计算、新型声学材料、声品质、噪声地图、分布式网络声学监测系统等方面均与国际水平拉开了一定的差距InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing二、声学环境质量评价z声品质z声景观z噪声地图z环境声学标准InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声品质（SoundQuality）z指由人耳对于声音事件感知过程最终做出的主观判断。除了频率及强度等客观参数的影响以外，噪声声品质的研究更强调心理声学及非声学因素（认知、期望、社会属性等）的影响z基于声音作为信号的载体，还可以传达功能、品味、质量、故障等方面的性能信息，因此具有品质上的不同z概念起初主要应用于音乐声学、电声器件及系统、以及厅堂音质的评价，后逐渐用于产品和环境InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声品质的研究内容z环境声品质；偏重于环境声学评价的主观属性，偏重于环境噪声的烦恼度研究；同时研究改善提高环境质量，与声景观的设计研究直接相关。包括室内环境、区域环境、社区环境等等。z产品的声品质；研究产品的噪声所反映出来的与产品的质量、品位、功能、偏好等相关的信息。初级阶段是理解人们对于声信号主观判断的本质，揭示其规律，形成客观的评价方法；高级阶段是对声品质进行提高和改善，或者能够事先设计。InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声品质评价采取的方法z主观评价：从主观感知的角度设计各种评价实验和分析方法；围绕声品质的满意度、偏好性或烦躁度等方面的特征，采用分类法、排序法、幅度调节、评分法、成对比较法,因子分析、聚类分析等，分析多维度特征属性的多个评价术语的语义细分法、成对比较法等z客观评价：寻求建立声品质的主观感知属性与物理声学、心理声学之间的联系，初期主要利用声信号的时域特征和频谱构成，现逐步引入了响度、尖锐度、粗糙度、抖晃度等概念InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing影响声品质评价的非声学因素z声品质的研究因包含许多感官和主观的因素，除了声信号的物理声学特性和心理声学特性之外，评价者的期望、社会属性、教养等非声学因素影响人们对于环境噪声信号的主观感知z声品质的研究仍不成熟。对于声品质理解的不同导致研究方法手段百花齐放，研究结果差异很大，还没有形成统一的声品质评价标准InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声品质的应用z声品质的概念和测试分析方法已经在家电、汽车(NVH)等产品和厅堂音质、扩声系统的声学设计中得到应用z应用计算仿真结果与实验相结合的方法，实现产品声品质的优化设计z以汽车为算例：传递路径分析结构声；双耳传递路径分析空气声；统计能量法用于高频声的分析，合成后进行测听实验InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声品质研究的发展方向z加强心理声学基础研究：如非稳定声信号的响度、粗糙度等模型z关注环境中低频噪声评价模型的研究z分析噪声声品质的人类特征的影响因素InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声景观（soundscape）z在一个时期或地点通常所能够听到的声音的主要特征和类型z声景观研究亦称为声景学或者声生态学，主要研究作为自然或人工环境的一部分的声音，包括音乐、语言、噪声与静寂状态等，及其对人类健康、认知和文化的作用，也即研究建立声音、自然和社会之间的相互关系InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声景观研究z目的：着眼于排除声音的负面影响，保持和建立具有深厚人文价值的关于声音的景观z评价方法：探索阶段，具有代表性的概念主要有：a)主音：区域声景观的背景声，是区域的基本音调b)信号音：前景声音(即音乐学上能获得吸引力的声音)c)标志音：排除了主音和信号音基础上，该区域能显著地被人们注意到的声音d)声音保真度：越高，声景观越好e)区域听觉空间：越大，声景观越好InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing声景观研究进展z1970s,加拿大作曲家MurraySchafe提出z1993年，世界声景观研讨会正式召开，并成立了世界声景观研究学会z2000年，出版专业学术杂志TheJournalofAcousticEcologyz2004年以来，研究指出声景观可以作为一个城市的标志。从人文价值的角度看，城市声景观包括历史音、文化音、社会音和自然音z系统研究了颜色、运动以及视觉匹配对交通噪声主观响度评价的影响z发现环境声景观中的交通噪声与抖晃度、喇叭声与响度直接相关InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing日本声景观研究z1985年日本进行了第一个较完全意义上的声景观研究项目——东京神田声景观工程z1993年成立了日本声景观研究学会z1999年出版了世界上第一本声景观学的专业杂志——Soundscapez2003年浙江大学建筑系葛坚曾以日本佐贺林市森林公园为例开展城市公园声景观及其设计探讨，对浙江大学紫荆港校区的声景观做了评价研究InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing我国的声景观研究z多源自日本：清华、天大、浙大z在Inter-Noise’2005上，葛坚报告了他在日本Saga大学完成的中国嵊州听湖水城声景观设计，使用了加减法设计，并从4个方面研究了城市声景观：a)主要成分和结构b)声音成分的主观评价c)声景观区及其特性d)声音成分的相对重要性和设计的优先顺序InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing研究发展方向z视觉和听觉交感作用研究z特征声音和特征景观数据库z对声环境进行设计以改善声环境z声景观图的研究InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing噪声地图（noisemap）z应用计算机技术，将噪声源的数据、地理数据、建筑的分布状况、道路状况、公路和铁路交通资料以及相关地理信息综合、分析和计算后生成的反映城市噪声水平状况的数据地图z可分为两类：1.噪声区划和现状图2.噪声影响图InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing噪声地图的发展情况z最早的噪声地图应该是“六五”期间南京大学在常州完成的“围绕噪声源的环境噪声评价方法”z2000年前后，欧洲国家开展了噪声地图的研究和应用，目前已经以法令的形式规定下来z欧盟在2002年6月25日开始执行的Directive2002/49/EC，环境噪声预估和管理部分要求欧盟各成员国向欧洲委员会告知本国公众暴露于噪声下的情况，确定在不同地区，不同声压级（Lden，Lnight）下所对应的人口数目，即进行噪声地图的绘制，以发展出控制和管理环境噪声的有效措施和计划InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing欧洲的行动z2005年英国出版了一本世界上最大的官方噪声地图——《伦敦道路交通噪声地图》z英国环境、食品及乡村事务部（DEFRA）正在进行一项大规模的城镇环境噪声分布预测项目，第一阶段工作于2007年完成z德国已经有500个以上的城镇绘制了噪声地图z意大利在2003年已经对超过17000千米的铁路绘制了噪声地图z土耳其2005年颁布了新的噪声控制法，要求在进行噪声治理的计划中使用噪声地图InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing我国的研究与应用进展z香港环保署开发了基于GIS的全域噪声模型系统和基于网络的三维噪声地图，完成了香港全域的交通噪声分布图z2007年9月4日北京市首次公布了反映道路交通噪声状况的噪声地图InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing噪声地图用于环境噪声影响评价z噪声等值线图z计权噪声指数计算z费效评估与噪声控制措施的作用z暴露在某些噪声级下的人数表InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing噪声预测软件的发展z德国的SoundPLAN、Cadna/A、IMMI、LIMAz法国的Mithraz英国的Noisemap、Radiosityz丹麦的Predictorz挪威的Nord2000z……InstituteofAcoustics,CASAugust25,2008Nanjing环境噪声预测和评价技术的发展方向z“M－3S”一体化系统：多媒体技术(Multi-media)与GIS（地理信息系统）、RS（遥感）和GPS（全球卫星定位系统）的集成z三维可视化评价系统：虚拟现实技