泄水聲景的美化分析

范建強(qiáng)，陳晉琪，李鳳濱

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安 366000)

如今，人們對景觀的美好追求日趨增長，這是當(dāng)下工程規(guī)劃與建設(shè)階段不可忽視的因素。景觀工程涉及的領(lǐng)域眾多，如河流景觀[1-3]、濕地景觀[4]、建筑景觀[5]等。工程景觀設(shè)計不只是自然、生態(tài)、技術(shù)的綜合，同時也體現(xiàn)在其與人文、心理等交叉融合。聲景也屬于景觀設(shè)計的領(lǐng)域，它包含了聲音品質(zhì)及聽眾的心理反饋兩方面，自2004年引入中國以來，便得到了極大的推廣。目前國內(nèi)聲景多見于公園與交通聲景[6-7]，水利工程泄水聲景研究較少。作為城市旅游熱點(diǎn)區(qū)域的濱水河道，其泄水聲景美化與工程規(guī)劃建設(shè)、游憩民眾密切相關(guān)，探討其美化思路對濱河水利的規(guī)劃建設(shè)、提升民眾環(huán)境體驗(yàn)質(zhì)量等皆具有重要意義。

1 泄水聲景的美化思路

聲音是聲景研究的重要組成部分，是聲景量化、提升研究的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，可以使用響度(振幅)、音調(diào)(頻率)、音色3個指標(biāo)來研究聲音。其中，響度大小表征聲音的強(qiáng)弱，音調(diào)側(cè)重聲音音調(diào)的高低、粗細(xì)、清脆程度，音色與發(fā)聲的材質(zhì)有關(guān)。普遍認(rèn)為人耳所能聽到的聲音是由多種不同振幅、頻率的純音疊加而成，從這一角度上考慮，泄水聲景也可以通過聲音響度、頻譜監(jiān)測來進(jìn)行量化分析。由于天然泄水水體接觸邊界相對固定，泄水聲景的音色分析暫不在本文展開。

2 泄水聲音響度特性及分析

聲音響度是衡量聲音強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，響度值的大小與環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)。針對環(huán)境噪音的標(biāo)準(zhǔn)眾多，常見的有GB 22337—2008《社會生活噪音排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《工業(yè)企業(yè)噪音衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO推薦的基數(shù)、美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)標(biāo)準(zhǔn)等。泄水響度與環(huán)境密切相關(guān)，其響度調(diào)控應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行參照以上標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

泄水響度的影響因子很多，比如傳聲的環(huán)境氣候條件、傳播方向、聽者距離、是否受阻隔等，其中影響泄水最主要的水力指標(biāo)為泄水流量、跌水高度。結(jié)合巴溪河段3處泄水顯著異響斷面進(jìn)行聲音測量，斷面特征如下：

異響斷面1：斜坡跌水，坡度約30°，跌水高度為1.2m；

異響河段2：長陡坡泄水，坡度約5°，跌水長度為10m；

異常斷面3：垂向高跌水(橡膠壩)，坡度約90°，跌水高度2.65m。

以上斷面之間無明顯的水流流入流出，聲音測量過程擯棄了周邊環(huán)境、氣候干擾；聲音測點(diǎn)布設(shè)在泄水?dāng)嗝孀蟀丁㈤L陡坡的中間位置；響度測值單位為聲壓級分貝值(dB)。

如圖1所示，在18～30m3/s泄水流量區(qū)間內(nèi)，3個斷面泄水響度均隨流量Q增加而增加；在同一泄水流量下，泄水響度值大小關(guān)系為高跌水>斜坡>長陡坡。

圖1 不同泄水流量與泄水響度關(guān)系散點(diǎn)圖

因而，跌水落差、流量均可視為泄水響度的影響因子，但這兩種因素對響度的影響程度是不同的，分析方法如下：

3 泄水聲音頻譜分析

除了響度之外，聲音的品質(zhì)衡量也可以從突出率、粗糙度、尖銳度等指標(biāo)進(jìn)行衡量，而這些指標(biāo)與聲音頻譜密切相關(guān)。

泄水聲音的頻譜常見兩種類型：一種是頻譜相對穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)頻譜圖，一種是動態(tài)頻譜圖。當(dāng)水流流態(tài)相對穩(wěn)定，即水流受邊界影響較小時，大多呈現(xiàn)固定頻譜，當(dāng)水流流態(tài)極度不穩(wěn)定或邊界異常復(fù)雜時，頻譜動態(tài)實(shí)時變動，此時呈現(xiàn)的為動態(tài)頻譜。

3.1 穩(wěn)態(tài)頻譜圖工況

選擇巴溪河段長陡坡泄水、高跌水兩種工況，流量測值約為20m3/s，同時選取背景環(huán)境音頻譜，可以得到如圖2所示不同的穩(wěn)態(tài)頻譜圖。

圖2 不同泄水工況下的頻譜對比圖

需要說明一點(diǎn)，由于水流時刻處于流動狀態(tài)，完全穩(wěn)態(tài)的頻譜是不存在的，但是當(dāng)組成聲音的各純音的振幅波動幅度較小，且在采集周期內(nèi)相對穩(wěn)定，可做均值化處理，亦可視為穩(wěn)態(tài)。由圖2對比可知，響度越大，各頻率振幅差別越大。

3.1.1跌水穩(wěn)態(tài)頻譜圖

跌水是指具有一定跌落高度、跌落角度近似垂直的工況，常見壩體溢流泄水。巴溪河測驗(yàn)河段有橡膠壩、砌石壩兩種常見的跌水水工，其中橡膠壩的跌水高度是可變的，視水情人為控制，砌石壩有固定的跌水高度。通過多次測驗(yàn)，繪制得到多個跌水工況下的頻譜圖(如圖3所示)，圖中Leq(C)為C計權(quán)下的等效聲級強(qiáng)度值。

圖3 巴溪河段跌水泄水聲音頻譜

由圖3可知，這兩處跌水水工的聲音頻譜趨勢大致相同，中高頻段(250～8000Hz)振幅較大。同時結(jié)合問卷調(diào)查表明，圖示4種跌水工況Leq(C)=70dB聲景相對較優(yōu)，且分貝值越高跌水水工越嘈雜，評分越低。

3.1.2陡坡泄水穩(wěn)態(tài)頻譜圖

陡坡泄水是指具有一定坡角或比降的泄水，通常坡角較小，泄水距離較長，聲音測驗(yàn)選擇河段居中位置。測驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，巴溪河河段跌水頻譜圖與陡坡頻譜圖是不同的，存在著較為明顯差異，如圖4所示。

圖4 巴溪河段陡坡泄水頻譜

由圖4可知，陡坡泄水的聲級強(qiáng)度值Leq(C)介于61～67dB區(qū)間，高出測音背景8～14dB，可忽略環(huán)境對泄水音頻干擾，同時相比跌水工況，陡坡泄水響度有所減??；陡坡泄水頻譜在低頻區(qū)間31～125Hz范圍有所交叉，且在其他頻段的振幅差異并不明顯。

根據(jù)聲景問卷測驗(yàn)，民眾對陡坡泄水比跌水具有更高的喜歡程度，跌水工況下，只有當(dāng)?shù)叨刃∮谀持禃r，才會為民眾認(rèn)可，而陡坡泄水的工況認(rèn)可度很高，各陡坡泄水聲景得分接近，甚至難以區(qū)分最佳陡坡泄水頻譜。

3.2 動態(tài)頻譜工況

相比穩(wěn)態(tài)頻譜工況，若水流連續(xù)性出現(xiàn)較大變化、或邊界的復(fù)雜程度較高，使得聲音監(jiān)測出現(xiàn)偶發(fā)性、間斷性的變化，此時泄水頻譜則呈現(xiàn)動態(tài)變化。

動態(tài)變化頻譜圖是不能做均化平衡處理的，由于其展現(xiàn)出的聲景復(fù)雜性，豐富化，量化分析研究要求更高。動態(tài)頻譜像是跳動的音樂節(jié)奏，其探討應(yīng)更具細(xì)致化，對問卷的要求也會更高。

4 結(jié)論

泄水聲景的優(yōu)化設(shè)計可以從響度、頻譜兩個角度進(jìn)行展開，本文通過對巴溪河段的跌水、陡坡的聲景展開系列調(diào)研和分析，得到結(jié)論如下：

(1)響度既是泄水聲景的美化指標(biāo)，又受環(huán)境要素制約，其優(yōu)化設(shè)計宜重點(diǎn)參照環(huán)境噪音規(guī)范。

(2)跌水落差、泄水流量為影響響度的兩個重要水力指標(biāo)，相比泄水流量，跌水落差對響度的影響更為明顯，可優(yōu)先作為響度控制的指標(biāo)。

(3)跌水與陡坡泄水的頻譜圖是不同的，跌水頻譜圖形態(tài)相似程度較高，且等效聲級強(qiáng)度Leq(C)值越低的頻譜，更能為聽眾接受，更符合美化標(biāo)準(zhǔn)；陡坡泄水的頻譜圖在低頻段有交叉，相比之下，陡坡泄水普遍為民眾接受。