基于750 kV變電站低頻噪聲的人體感受模型研究

王 東 豪

(陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

1 概述

交流輸變電工程變電站低頻噪聲影響倍受公眾關(guān)注。變電站內(nèi)的主要聲源設(shè)備包括主變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主變)、高壓電抗器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高抗)、低壓電抗器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)低抗)、低壓電容器等，其中又以主變和高抗的噪聲影響較大[1]。主變和高抗的發(fā)聲原理相近，均包括設(shè)備本體運(yùn)行時(shí)由鐵芯硅鋼片的磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲以及冷卻風(fēng)機(jī)等冷卻設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣流噪聲[2]。設(shè)備本體輻射的電磁噪聲頻率一般低于500 Hz，冷卻風(fēng)機(jī)噪聲則以輻射500 Hz～4 000 Hz中高頻空氣動(dòng)力噪聲為主[3]。總體而言，主變和高抗輻射噪聲呈典型低頻噪聲特性，且在100 Hz及其諧頻(200 Hz，300 Hz，400 Hz等)上具有明顯的音調(diào)[4]。這使得變電站噪聲聽(tīng)起來(lái)非常單調(diào)，可能是加劇變電站噪聲煩惱程度的重要因素[5]。

目前專(zhuān)門(mén)針對(duì)特高壓變電站噪聲人體主觀感受研究報(bào)道不多見(jiàn)[6]，本研究主要對(duì)余下的750 kV變電站開(kāi)展人體主觀煩惱試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 聲樣本采集

本試驗(yàn)選取西北電網(wǎng)750 kV變電站主變?cè)肼曔M(jìn)行調(diào)查、測(cè)量和采樣，數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)為陜西省乾縣750 kV變電站，采集時(shí)間2015年10月21日。

測(cè)試中使用的主要儀器設(shè)備包括Head人工頭雙耳信號(hào)采集系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)人工頭)、帶有Head Recorder軟件的筆記本電腦等。

由于樣本為使用人工頭采集的雙耳信號(hào)，兩耳A聲級(jí)會(huì)有所不同，一般利用式(1)的計(jì)算值作為噪聲的評(píng)價(jià)值[7]。

(1)

其中，LS為聲樣本聲級(jí)，dB；LL為左耳處聲級(jí)，dB；LR為右耳處聲級(jí)，dB。

2.2 試驗(yàn)條件

通過(guò)有償招募的方式，共征集聽(tīng)力正常60名在校大學(xué)生作為被試志愿者，其中男性32名，女性28名，年齡介于19歲～27歲之間。每次最多4名被試同時(shí)接受噪聲暴露。

主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)在隔聲效果較好的試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)背景噪聲約為28.8 dBA。試驗(yàn)設(shè)備包括安裝有ArtemiS 10.00軟件(德國(guó)Head Acoustic公司)的筆記本電腦、PEQ V均衡器(德國(guó)Head Acoustic公司)、HDA IV.1耳機(jī)分配器(德國(guó)Head Acoustic公司)和Sennheiser HD 600耳機(jī)(德國(guó)Sennheiser公司)。

2.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開(kāi)始前，試驗(yàn)操作人員向被試分發(fā)試驗(yàn)說(shuō)明和問(wèn)卷，被試靜坐于試驗(yàn)室內(nèi)座椅上，佩戴耳機(jī)準(zhǔn)備接受聲暴露。

試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)隨機(jī)排序的樣本依次播放，每個(gè)聲樣本評(píng)價(jià)過(guò)程持續(xù)約15 s，包括準(zhǔn)備(1 s提示音“叮咚～”+1 s空白間隔)、聲刺激(5 s)以及煩惱度評(píng)價(jià)(8 s)。

主觀評(píng)價(jià)采用評(píng)分法(11級(jí)數(shù)字等級(jí)量表)[8]，每個(gè)聲樣本播放完畢后，評(píng)價(jià)者使用0～10之間的一個(gè)整數(shù)對(duì)所聽(tīng)到聲音的煩惱程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中“0”代表“一點(diǎn)都不煩惱”，“10”代表“極度煩惱”。

2.4 數(shù)據(jù)處理

本研究中，若同一被試對(duì)同一樣本采用11級(jí)數(shù)字等級(jí)量表得到的幾次評(píng)價(jià)值之間相差大于2級(jí)，則視為誤判[9]。

將不同聲級(jí)下受聲者的高煩惱率(%HA)和煩惱度平均值(MA)作為變電站噪聲主觀煩惱的評(píng)價(jià)依據(jù)。其中，高煩惱的界定方法為：若噪聲煩惱程度為11級(jí)數(shù)字等級(jí)量表中的“8”“9”和“10”，則定義為高煩惱。噪聲各樣本%HA和MA的計(jì)算見(jiàn)式(2)和式(3)。

(2)

(3)

其中，%HA，MA分別為各聲樣本的高煩惱率和煩惱度平均值；i為評(píng)價(jià)量表中的煩惱等級(jí)；ni為選擇等級(jí)i的受聲者人次數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 噪聲主觀煩惱劑量—效應(yīng)關(guān)系

根據(jù)式(2)和式(3)計(jì)算得到的各樣本主觀煩惱度見(jiàn)表1。

采用ArtemiS 10.00軟件計(jì)算各聲樣本的聲學(xué)參量，包括LAeq，SPL，各倍頻帶中心頻率處聲壓級(jí)、響度(N)、尖銳度(S)、粗糙度(R)、波動(dòng)強(qiáng)度(F)和音調(diào)度(T)等(共23個(gè))[10-14]。采用SPSS軟件分析變電站噪聲主觀煩惱(%HA，MA)與上述聲學(xué)參量的線(xiàn)性相關(guān)性(見(jiàn)表2)。由表2可知，大部分聲學(xué)參量均與主觀煩惱顯著相關(guān)。

3.2 噪聲主觀煩惱預(yù)測(cè)模型

表1 各樣本主觀煩惱計(jì)算結(jié)果

表2 變電站噪聲%HA，MA與聲學(xué)參量之間的相關(guān)系數(shù)

為了建立可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)750 kV變電站噪聲主觀煩惱(%HA,MA)的評(píng)價(jià)模型，選取表2中所有23個(gè)聲學(xué)參量進(jìn)行逐步回歸分析，所得模型見(jiàn)表3。其中參量進(jìn)入回歸模型的標(biāo)準(zhǔn)為顯著水平p<0.05，參量剔除的標(biāo)準(zhǔn)為顯著水平p>0.10。

通過(guò)逐步回歸分析可知，對(duì)于%HA模型，首先引入方程的是與%HA相關(guān)性最高的累計(jì)百分響度(N5)，之后引入了累計(jì)百分尖銳度(S5)，其余聲學(xué)參量則因?yàn)椴粷M(mǎn)足界定標(biāo)準(zhǔn)未能進(jìn)入回歸方程中。同樣，對(duì)于MA模型，首先引入與MA相關(guān)性最高的響度級(jí)(LN)，之后引入C聲級(jí)(LC)，其余聲學(xué)參量未能進(jìn)入回歸方程。

表3 噪聲主觀煩惱逐步回歸模型

表4 噪聲主觀煩惱多元線(xiàn)性回歸模型

此外，5種聲學(xué)參量(聲壓級(jí)SPL,LAeq,LN,N5,R5)邏輯回歸模型與%HA關(guān)系曲線(xiàn)決定系數(shù)均大于0.99，與MA關(guān)系曲線(xiàn)決定系數(shù)均大于0.98，并且其線(xiàn)性回歸模型決定系數(shù)均大于0.93，因此選取這5種聲學(xué)參量進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析，建立適用于變電站噪聲的主觀煩惱(%HA,MA)多元線(xiàn)性回歸模型(見(jiàn)表4)。

由表4可知，采用5種聲學(xué)參量建立的變電站噪聲%HA多元線(xiàn)性回歸模型為%HA=-0.028SPL-0.011LAeq+0.04LN-0.54R5+0.017N5-1.027，MA模型為MA=-0.07SPL-0.421LAeq+1.007LN-1.09R5+0.04N5-142.15，其模型決定系數(shù)低于逐步回歸模型，而逐步回歸模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差也比多元線(xiàn)性回歸模型的小。因此，逐步回歸模型%HA=0.077N5-0.51S5+0.38與MA=0.25LN+0.199LC-147.190決定系數(shù)較高，是變電站噪聲%HA和MA的最優(yōu)模型，適于評(píng)價(jià)變電站低頻噪聲主觀煩惱。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究主要通過(guò)人體主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，得到了750 kV變電站噪聲的高煩惱率(%HA)和煩惱度平均值(MA)，并結(jié)合聲學(xué)參量展開(kāi)分析。結(jié)果表明：

1)由劑量—效應(yīng)關(guān)系模型可知，SPL，LAeq，LN，N5，R5與%HA關(guān)系曲線(xiàn)決定系數(shù)均大于0.99，與MA關(guān)系曲線(xiàn)決定系數(shù)均大于0.98，因此在750 kV變電站噪聲人體主觀評(píng)價(jià)研究中，這5種聲學(xué)參量一定程度上更適合作為變電站噪聲主觀煩惱度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2)通過(guò)逐步回歸和多元線(xiàn)性回歸分別獲得了750 kV變電站噪聲主觀煩惱(%HA,MA)預(yù)測(cè)模型。其中，逐步回歸模型%HA=0.077N5-0.51S5+0.38與MA=0.25LN+0.199LC-147.190決定系數(shù)較高，更適于預(yù)測(cè)噪聲主觀煩惱。