城市歷史街區聲景觀及視聽感知實驗研究?

王亞平 尹春航 籍仙榮 王 宇

(1 山東建筑大學建筑城規學院 濟南 250101)

(2 山西大學土木工程系 太原 030013)

0 引言

以往城市空間設計中大多重視視覺景觀營造而忽視聽覺環境設計，但是聽覺和視覺感知同時發生并交互影響，聽覺感知同樣重要。聲景觀研究重視聲音感知，已經得到越來越多學者關注，研究對象已涉及城市公園[1?3]、城市開放空間[4]、傳統聚落[5]、宗教場所[6?7]等區域。城市歷史街區聲景觀直接影響人們的感知體驗，在塑造地域文化個性方面具有獨特優勢。有學者從人文地理學視角分析文化歷史街區聲景觀[8]，研究拉薩老城區聲景觀和城市音標，提出歷史地段聲景觀可被作為非物質文化遺產保留[9]。因此，城市歷史街區聲景觀具有重要研究價值和社會意義。

已有聲景觀研究主要通過聲學測量、定點問卷、聲景漫步、實驗室實驗等方法獲得主客觀數據，并使用聲學與心理學方法進行分析和評價。這些研究包括通過聲學測量分析噪聲聲壓級對生態環境的影響[10]；通過定點問卷、聲景漫步研究視覺景觀等非聽覺因素對聲景感知的影響[11?14]；通過實驗室實驗評價城市廣場[15]、不同國家城市公園的聲景觀[16]等。但在歷史街區進行四季視聽感知實驗并討論聲景觀影響因素交互作用的研究報道較少。

圖1 街區聲壓級分布圖及典型空間照片Fig.1 Sound pressure level distribution map and typical space photographs of historic district

此外，聲元素是聲景設計中可以操作的對象，其喜好度研究可以為聲景觀設計提供理論基礎。例如，通過現場調研分析城市開放空間聲景觀元素構成[17]，研究宗教空間鐘聲的聲景觀特征[18]；通過實驗室實驗分析城市公園聲元素的聲舒適度[19]，評價水景等聲元素[20?23]，討論水聲對環境的影響，總結能夠改善城市空間聲環境的水聲特征[24?25]；另外還出現鳥鳴聲[26]、葉聲景[27]等自然聲元素研究。以往聲元素喜好度研究大多僅是在現場或實驗室中評價，而在兩種環境中進行評價的研究報道極少。

因此，論文以濟南老城泉水街區為例研究城市歷史街區的聲景觀，比較實驗室和現場聲元素喜好度，并通過四季現場視聽感知實驗分析聲景觀影響因素之間的關系。濟南老城泉水街區位于城市中心，平面呈長條形，南北向長約650 m，東西向寬約150 m。其北端臨大明湖路，南側臨泉城路，東西兩側為安靜的居住區、政府駐地及城市公園。街區內王府池子為傳統聚落，芙蓉街和曲水亭街是商業街，文廟廣場是宗教空間，百花洲是泉水景區。建筑布局緊湊，泉水匯聚形成河流水道貫穿其中，形成特色歷史街區空間。建筑平面及典型空間照片如圖1所示。

1 研究方法

參考以往研究方法，在2017年9月到2018年9月四季的典型時段進行聲景觀調研，測量街區環境聲壓級，采集聲景觀漫步數據，完成實驗室實驗，最后進行數據分析。

1.1 街區環境聲壓級測量

城市步行街的環境聲壓級對于空間聲景觀的舒適度、放松性、交流性、強度感及空間感均有顯著影響[28]。首先使用BK2260聲學分析儀測量街區公共空間四季周末清晨(5:00–7:00)時段的等效連續A 聲級，傳聲器高度為1.5 m，測量時避開靠近的和偶發的聲源影響，記錄測量數據與時間，并在地圖上記錄測點位置。在街區公共空間內的巷道、泉水景觀區均勻布置78個測點，并在典型院落內設測點。將街區平面圖和測點聲壓級輸入GIS 軟件，用數值插入法繪制街區四季背景聲壓級分布圖，院落空間按照典型院落數據輸入。另外，在秋季中午(11:00–13:00)喧鬧時段再次測量并繪制聲壓級分布圖，比較不同時段的聲壓級分布。

1.2 聲景漫步數據采集

參考以往聲景學實驗方法[29]和景觀視覺評價樣本的科學標準[30]，選擇21 名19 歲左右的建筑系園林專業一年級本科生，在四季無風無雨的周末早上8:00–12:00 之間按照相同路線進行聲景漫步。路線貫穿街區主要泉水景觀區域，重點調研其中15個典型測點，見圖1(a)1～15標號，包括泉池、河道、街巷、庭院、商業街等區域。

首先，采集現場聲環境客觀數據。使用BK2260聲學分析儀測量聲環境及典型聲元素的聲學參數，使用Roland 高保真錄音機錄制聲音，使用Sony 攝像機錄制視頻和拍攝照片。測量和錄制環境聲音時傳聲器和錄音機均避開近處和突發聲源的影響，而測量和錄制聲元素時則盡量靠近聲源，同時記錄環境數據。由于泉聲相對穩定，另外選擇清晨安靜時段錄制和測量動態泉聲。

然后，采集現場聲元素感知和評價數據。聲源感知強度為環境中聲源強度與出現頻次的綜合影響，調研前對所有參與者進行聲源感知強度評價培訓。在現場進行聽覺感知，對主要聲源按照感知強度進行排序和記錄，對排前五位的聲元素進行現場聲喜好度評價。采用五級評分法，如聲元素喜好度的“非常討厭”、“討厭”、“一般”、“喜歡”、“非常喜歡”分別對應“?2”、“?1”、“0”、“1”、“2”分。

最后，采集現場視聽感知數據。選擇視覺景觀優美度、聲環境安靜度、聲環境滿意度作為主觀評價量進行現場視聽感知實驗。另外定義聲源組成喜好度，將現場各測點感知強度前五位的聲元素喜好度求和，數值高的測點是由喜好度高的聲源組成，能夠反映環境聲源組成特性。同樣采用五級評分法評價。參與調研的學生均能夠迅速進行評價。

1.3 實驗室聲元素評價

除現場聲元素喜好度外，還需要研究無環境影響下的聲信號本身的喜好度，分析環境對其評價的影響，為不同環境中的聲元素設計提供參考。聲元素本身的喜好度可以通過實驗室實驗獲得，因此，分別在現場和實驗室兩種環境中進行評價，探討兩者之間的關系。

圖2 濟南老城歷史街區聲景觀元素組成Fig.2 Composition of soundscape elements in historic district of old city in Jinan

選擇上述21 名學生在實驗室進行聲元素單聽評價，為避免記憶干擾，實驗在現場評價兩個星期后進行。從采集的聲音中選取有代表性的12 種聲音，在半消聲室內使用BK2716 功放連接雙聲道立體聲音箱回放，能夠保證聲音的回放精度，聽音位置的聲壓級與采集位置相同，每種聲音回放15 s，間隔10 s，所有被試都能夠迅速評價。

1.4 主客觀數據分析

使用SPSS軟件分析數據，首先進行克朗巴哈α信度系數和KMO效度分析。然后，通過單因素方差分析討論聲元素在現場與實驗室評價的關系。通過對街區四季聲環境滿意度、安靜度、視覺景觀優美度、聲源組成喜好度、環境聲壓級等數據進行相關性、方差、交互影響、多重線性回歸分析來探討聲環境滿意度的影響因素及其相互關系。

2 研究結果及討論

2.1 街區環境聲壓級分布

對比街區四季清晨時段聲壓級分布圖發現其四季變化不大，選擇秋季進行討論。秋季清晨時段聲壓級分布如圖1(a)所示，街區百花洲、芙蓉街緊鄰城市道路處清晨聲壓級在70 dB(A)左右，曲水亭街南段在56 dB(A)左右，王府池子清晨有人活動時在55 dB(A)左右，文廟廣場、起鳳橋、小王府池子等處在40～50 dB(A)之間，其余大部分街道和庭院在35～45 dB(A)之間，說明街區背景聲環境安靜。另外，街區內環境聲壓級與人流量有顯著關系，在中午(11:00–13:00)時段再次繪制聲壓級分布，如圖1(b)所示，芙蓉街和曲水亭街處聲壓級增至60～75 dB(A)，百花洲在50～70 dB(A)之間，街區其他巷道和庭院在40～55 dB(A)之間，說明中午時段商業街處的聲壓級較高，其他區域仍然安靜。

2.2 街區聲元素組成

通過聲景漫步調研街區聲景觀組成元素，共識別出三大類26 種典型聲元素。三大類聲源分別為自然聲、人活動聲、機械聲，各聲源組成見圖2。

2.3 聲元素現場與實驗室感知評價

從所有聲元素中選取12 種典型聲音在實驗室進行聲喜好度評價，其中包括6 處水景聲、2 處動物聲、2 處人活動聲和2 處機械聲。使用SPSS 軟件分析這12種聲元素在現場與實驗室評價數據，克朗巴哈α信度系數為0.828，滿足不低于0.8 要求[31]。對現場和實驗室聲元素喜好度進行單因素方差分析，發現兩者存在顯著差異(F=22.996，p=0.000)，估算邊界均值圖如圖3 所示，可以看出現場評價結果顯著高于實驗室評價。分析差異原因，街區空間的視覺景觀環境、聲環境、聲元素組成等各因素都會影響現場評價，環境正向影響使現場聲元素喜好度顯著高于實驗室單聽評價。

圖3 現場與實驗室評價估算邊界均值圖Fig.3 The estimated boundary means diagram of field and laboratory evaluation

典型聲元素現場和實驗室聲喜好度評價均值見表1。鳥鳴聲、鵝叫聲在現場和實驗室的聲喜好度都較高，應適當增加此類聲音。百花洲口琴擴聲、電瓶車聲不管是現場還是實驗室評價都較低，應減少此類聲音。

將6 處泉聲現場、實驗室聲喜好度、聲壓級進行相關性分析，發現實驗室聲喜好度只與聲壓級具有顯著負相關性，皮爾遜相關系數r=?0.556(p=0.000)。曲水亭街南段大流速流量跌水聲在現場評分較高，喜好度達到1.14 分，但是在實驗室僅為?0.57 分；無視覺影響的急速跌水聲自身喜好度較低。文廟前泉水溪流聲在清晨安靜時段距其0.3 m處聲壓級為48.9 dB(A)，聲景漫步時距其3 m處的環境聲壓級為56.2 dB(A)，實驗室評價0.76分，現場僅為0.14 分，這是因為小流速流量的水聲在聲壓級較高的環境中較難被辨別，雖然實驗室評分較高，但其現場評分較低。庭院流水聲和房屋間流水聲在距其0.3 m處的聲壓級分別為48.8 dB(A)和51.2 dB(A)，而距其3 m 處的環境聲壓級分別為45.4 dB(A)和44.5 dB(A)，兩者的現場評分分別為1.24 分、1.10 分，實驗室評分分別為1.05 分、0.9 分，在安靜環境中的小流速流量水聲，實驗室和現場評價結果均較高。

表1 典型聲元素現場與實驗室喜好度評價均值Table 1 Average value of field and laboratory preference for typical acoustic elements

2.4 現場視聽感知數據分析

首先檢驗四季數據的信度和效度，克朗巴哈α信度系數為0.803，KMO=0.827，巴特利特球形檢驗近似卡方值為1424.978(p=0.000)，數據可信并滿足因子分析要求。再把四季視覺景觀優美度、安靜度、聲源組成喜好度、環境聲壓級與聲環境滿意度進行相關性分析，發現前三者與聲環境滿意度之間均具有顯著正相關性，皮爾遜相關系數分別為r=0.637(p=0.000)、r=0.370(p=0.000)、r=0.538(p=0.000)，N為1260。環境聲壓級與聲環境滿意度具有顯著負相關性，相關系數r=?0.254(p=0.000)。此外，環境聲壓級與安靜度也具有顯著負相關性，相關系數為r=?0.651(p=0.000)。

將聲環境滿意度及其影響因素進行多因素方差分析，發現各因素對聲環境滿意度的主效應差異顯著，估算邊界均值圖如圖4 所示。視覺景觀優美度與聲環境滿意度具有顯著正向直線型關系，如圖4(a)所示(F=96.941，p=0.000)，可以看出視覺景觀優美度越高聲環境滿意度就呈線性升高，反之亦然。聲源組成喜好度、安靜度與聲環境滿意度具有正向折線型關系，如圖4(b)(F=3.702，p=0.005)、圖4(c)(F=10.417，p=0.000)所示，兩者越高聲環境滿意度越高。環境聲壓級對聲環境滿意度估算邊界均值圖如圖4(d)所示(F=2.293，p=0.000)，聲壓級增高則聲環境滿意度有下降的趨勢，但是在11號測點，如圖中4(d)線框所示，環境聲壓級為65.9 dB(A)，聲環境滿意度卻有顯著凸出，分析發現該處環境聲壓級主要由急速跌水聲貢獻，水聲提高了現場聲環境滿意度。

對四季與各因素對聲環境滿意度交互影響分析，發現四季視覺景觀優美度的交互主效應差異顯著(F=3.020，p=0.000)，不同季節視覺景觀顯著影響聲景觀評價；四季安靜度的交互影響主效應差異顯著(F=2.240，p=0.009)，不同季節安靜度也顯著影響聲景觀評價。

進一步將聲環境滿意度及影響因素進行多重線性回歸分析，結果顯示視覺景觀優美度、聲源組成喜好度、環境聲壓級與聲環境滿意度之間存在多重線性關系。自變量解釋了整個因變量變異程度的81.2%(校正的R2=0.812)，建立線性回歸方程如下：

圖4 聲環境滿意度各影響因素對其的估算邊界均值圖Fig.4 Estimated boundary means diagrams of effect of sound environment satisfaction factors

其中：X1代表視覺景觀優美度(p=0.000)；X2代表聲源組成喜好度(p=0.000)；X3代表環境聲壓級(p=0.000)；1.034代表常量(p=0.000)。

視覺景觀優美度、聲源組成喜好度、環境聲壓級三者的容差(Tolerance)分別為0.753、0.710、0.934，方差膨脹因子(Variance inflation factor,VIF)分別為1.329、1.409、1.070，表明這些變量間不具有共線性，三者均為獨立變量，對聲環境滿意度有直接影響。

3 聲景觀設計建議

由以上研究結果可知，聲景觀優化設計應該包括提高視覺景觀優美度、優化聲源組成、降低環境聲壓級等內容。提高視覺景觀優美度一直以來也是景觀設計的重點內容。而聲元素是聲景觀設計中可以操作的對象，聲景觀設計重點應是優化聲源組成，主要包括減少喜好度低的聲元素、增加喜好度高的聲元素、保護和發展具有地域特色的原生態人文聲元素等內容。因此，建議減少街區內交通聲和過大的電子音響聲；在不同環境中增加能夠產生不同泉聲的泉水景觀；在城市道路附近設置大流速流量泉水景觀來掩蔽噪聲干擾，但由于其聲音自身喜好度較低，應避開住宅等敏感位置，以免形成噪聲干擾；在安靜庭院內增加低流速流量泉水景觀來提高聲景觀品質；適當引入鳥鳴聲、鵝叫聲等聲喜好度較高的動物聲來豐富街區聲元素類型；還應對能夠反映老城區原生態聲景觀特征的打水聲、泉水洗衣聲等進行保護。

4 結論

論文以濟南老城泉水街區為例，通過實地測量、聲景漫步、實驗室實驗、心理學分析等方法研究城市歷史街區聲景觀。主要結論如下：

通過聲元素喜好度研究發現，現場聲元素喜好度顯著高于實驗室單聽評價(F=22.996，p=0.000)。鳥鳴聲、鵝叫聲在現場和實驗室中的聲喜好度都較高，音響聲和交通聲都較低；大流速流量水景聲在現場評分高而實驗室評分低，小流速流量水景聲在實驗室和安靜的環境中評分較高，但在吵鬧的環境中評分較低。可以將大流速流量水景布置在道路附近掩蔽交通噪聲，將小流速流量水景布置在安靜庭院內提高聲景觀品質。

現場視聽感知實驗發現，聲環境滿意度與視覺景觀優美度、安靜度、聲源組成喜好度之間均存在顯著正相關關系，相關系數分別為r=0.637(p=0.000)、r=0.370 (p=0.000)、r=0.538(p=0.000)，估算邊界均值圖呈正向線性趨勢；聲環境滿意度與聲壓級之間存在顯著負相關關系，相關系數為r=?0.254 (p=0.000)，但當較高的環境聲壓級由水景聲貢獻時，其聲環境滿意度明顯提高。四季與視覺景觀優美度、安靜度對聲環境滿意度有顯著交互差異。聲環境滿意度與視覺景觀優美度、聲源組成喜好度、聲壓級之間存在多重線性關系，可以建立回歸方程。

由以上結果可知，應從提高視覺景觀優美度、優化聲源組成、降低環境聲壓級等方面進行聲景觀優化設計。通過減少交通聲、增加泉聲、引入動物聲、保護傳統生活聲等聲元素設計來保護與發展濟南老城歷史街區的特色泉水聲景觀。

論文為聲元素喜好度和聲環境滿意度研究提供參考。但本次研究中未考慮參與者自身因素對評價結果的影響，今后應進一步探討人文差異對聲景觀評價的影響。