城市森林声学：创造舒适居住环境

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城市森林声学：创造舒适居住环境

已有 9 次阅读 2016-8-15 08:34

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对当今城市居民的日常生活来说，城市空旷地的噪声和声音要素是绝对重要的。舒适环境的设计必须考虑20世纪60年代末加拿大音乐家Murray Schafre 所定义的“声景”，即环境的一个视觉场景，其提出使景观设计更为完满。在声景中，人类、不同的交通噪声、鸟类、动物、瀑布或河流、传统事件中的钟声、广播、背景音乐，或其他自然、人为或社会声音等应该被整合为一个统一的声音环境，声景与各种环境下不同个人的感觉有关。声景的含义具有社会、历史、文化和环境的特征。在国际组织和国际大会（Inter-Noise）的推动下，声景的概念（声音图）已经被成功应用于城市规划、环境、建筑和设施设计中。城市公园是典型的实例，其功能，如体育、休闲、文化和社会事件及观光游览等均被看成是环境要素。记录声景的组分有助于我们在一个“偏爱的”或“一致的”尺度上捕捉主要的声音组分及其结构，并作为未来改善声景的基础。城市声景的一种积极印象是由大的植被区域、树带、公共花园和公园所产生的。
在城市森林生境中，环境噪声主要是由非生物和生物的噪声源，以及人为噪声源组成的，如来自汽车和飞机等的低频隆隆声和鸣笛声。沙沙作响的树叶和嫩枝具有很宽频率的波谱，而空气经过物体时会产生低频的声音。风的影响取决于植被的开阔度。鸟类和昆虫等的声音波谱组成具有一定的生境特殊性。
在自然环境中声音通信过程由两部分组成，即发送者（或声源）和接收者。声音信号通过环境传输并为接收者所探测到。发送者和接收者都会从声音信号的信息交换中获益。鸟类间具有非常复杂的相互作用，它们通过声音交流了有关其身份（种类、性别、群体身份、个体身份）和情绪（如统治、恐惧和攻击性）等方面的信息，这对维持物种的空间扩散格局是十分必要的。在声音信号产生过程中，鸟类以一种复杂的方式调节其发声方法，这可以通过时域和频域上的声谱图来反映（如两维的声谱图）。声音信号的长距离传输是动物间沟通的一个关键因子，同种间足以探测和识别的信噪比的距离范围也是一个重要参数。环境噪声的波谱图是生境所特有的，我们测定到的鸟类个体的鸣叫特征已为局地噪声状况所校正，环境噪声通过向现有组分增加新的频率组分及（有时）增加能量的方式改变了传输声音的波谱组成。空气中的主要低频噪声源是风和空气通过植被时的涡动。当风速为1 m/s时，在200 Hz范围的典型频率水平为20～30 dB SPL，当风速较高时（8 m/s），可达60～70 dB。陆地生境中高频噪声（>4 kHz）源来自齐声鸣叫的昆虫，可达40～50 dB。风声和昆虫间相对安静的声音其频率带处于1～4 kHz，强度为10～20 dB SPL。
城 市 区

声学家对城市区植被、灌木或树带对噪声衰减的研究由来已久，重点放在树带的高度、密度、宽度和长度对噪声衰减的显著性研究上，近年来的研究引入了一个新的参数，即能见度。

图1给出了房屋周围全年噪声衰减最大时树木的典型布置，同时该布置也对居民区的美学和空气质量有所改善。



图1  美国城市居民区房屋周围降噪效果最大的树木布置

一种由针叶树种和阔叶树种组成的典型树带结构（图2），可以将150 m距离处公交车、私家车和卡车产生的声级降低约40 dB（图3）。



图2  城市区树带结构的典型构成
1. 东方红杉；2. 美国黄松；3. 绿白蜡；4. 朴树；5. 皂荚树；6. 榆树；7. 榆树；8. 美洲榆；9. 桑树。
100 ft = 30.5 m；45 ft = 13.75 m


图3  树带对噪声的衰减，声压水平与距离间的关系

Kellomäki等对北欧一些国家城市区一些针叶林分降噪的特征进行了研究，表1列出了与皆伐区相比不同林龄针叶林分中噪声衰减的比较，林分演替的早期阶段对噪声的衰减好于成熟林。在云杉林中，噪声衰减可达60%左右，其中针叶和枝条的数量是噪声衰减中最为重要的因子。表2给出了所研究的林分边缘12 m处白噪声（倍频带20～100 Hz）衰减系数更为详细的信息，欧洲赤松纯林比挪威云杉与20%的白桦等落叶树种混交的林分有更高的衰减系数。

表1  与皆伐区相比林分对声音的衰减


表2  林分的自然特征和声学特征


城  郊  区

造成城郊居民区不舒适的一个主要来源是高速公路系统持续外扩所产生的交通噪声。这种噪声的降低可以通过两种方式达到：
第一，  降低汽车的时速限制并改善发动机的消声系统（一辆大卡车超过100 dB），然而这种方法受到了很大的限制;
第二，  在噪声源与居住点间形成树带、灌木和固体声障，固体声障可以是2 m高的木墙、砖石建筑、土堤或天然土丘。
一般来说，接收点处测定的降噪量取决于现场的布置，主要通过噪声源的水平和个人的敏感性来确定。可接受的声音水平白天为70 dB，晚上为50 dB，10 dB的降低会产生噪声衰减一半的感觉。
我们对一种实际状况进行分析，即Cook以速率为35 mph（56 km/h）的交通工具作为噪声源，在高速公路（汽车和卡车）两侧三个试验点A、B和C处的研究结果。试验点A 由低矮浓密的枸子属灌木及其后高大的黄松组成，试验点B由中等高度的人工种植物、一个编织的木栅栏及从街道到居民区的下坡坡面组成，试验点C由高大的常绿树篱、砖墙及从街道到居民区的上坡坡面组成。
根据不同声障布置的分析结果，可以说当居民区距离道路中心线至少25 m时，植物材料的降噪水平可达8 dB，针叶树种或常绿灌木可以提供全年的防护。当居民区距离道路中心线小于20 m时，需要将树木和固体声障结合使用。
一种舒适环境的设计必须考虑声景，从而使景观设计达到完整。声景的含义具有社会、历史、文化和环境的特征。城市声景的一种积极印象是由大的植被区域、树带、公共花园和公园所产生的。
在城市居住区，房屋周围树木的布置应达到最大的降噪效果，同时达到改善美学和空气质量的目的。在城郊居住区，不适的感觉是由高速公路系统产生的，在这种情况下，可以通过形成树带和固体声障的方法来降噪。

本文由王芳摘编自（法）布古陆（Bucur,V.）著，陈峻崎等译.《城市森林声学》（科学出版社.2016.6）一书第六章，内容有删节。

ISBN：978-7-03-048797-1

《城市森林声学》是由法国著名木材科学专家Voichita Bucur教授撰写的一本全面介绍城市森林声学的专著。该专著着重对声音在森林中的传播及其影响因素、森林对噪声的消减作用、城市交通噪声的消除、城区与郊区的噪声消除与居住环境等方面的理论做了详细论述，同时还对树木特征监测的声学传感器、噪声与树木的关系、声学方法在森林火灾监测与控制上的应用、城市树木的经济价值等做了简要介绍。

本书可为国内城市林业的发展、城市绿色基础设施规划等提供新的思路与方法，也非常适合相关研究领域专家及政府相关管理部门决策者阅读和应用，同时也可作为高等学校城市林业方向的指导教材。

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