張絮涵　汪光文　劉毓迪　孫學(xué)德　林漫群

【摘 要】民航客機(jī)艙內(nèi)噪聲是決定乘客主觀舒適性感受的關(guān)鍵因素之一，澄清現(xiàn)役寬體客機(jī)艙內(nèi)噪聲水平有助于我國在研制寬體客機(jī)過程中合理設(shè)定艙內(nèi)噪聲控制目標(biāo)。本文組建由LMS便攜式數(shù)據(jù)記錄儀和雙耳傳聲器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，搭乘由寬體客機(jī)執(zhí)飛的商業(yè)航班對客艙內(nèi)噪聲開展飛行記錄，之后采用LMS Testlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。研究表明，巡航飛行狀態(tài)下艙內(nèi)沿飛機(jī)縱軸的座位連續(xù)等效能量法A計權(quán)聲壓級分布范圍為70.2-82.8dB（A），聲壓級由低至高次序為頭等艙、經(jīng)濟(jì)艙位于中央翼盒上方艙段、中央翼盒前方的超級經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙位于機(jī)尾的艙段。同一艙段沿橫軸方向兩側(cè)靠近艙壁的噪聲聲壓級高于中央?yún)^(qū)域。安全門和衛(wèi)生間（附近常設(shè)有艙門）局部聲壓級較高。全機(jī)艙內(nèi)聲品質(zhì)指標(biāo)分布范圍：語言干擾級為62.3-68.8dB，尖銳度為0.76-1.04acum，響度級為87.0-97.7phon。

【關(guān)鍵詞】寬體客機(jī)；巡航；艙內(nèi)噪聲；聲品質(zhì)

中圖分類號： V217；TB52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）14-0010-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.004

Experimental Research of Wide-body Aircraft Cabin Noise and Sound Quality in Cruise

ZHANG Xu-han1 WANG Guang-wen1 LIU Yu-di1 SUN Xue-de1 LIN Man-qun2

（1.Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai， 201210，China； 2.Tianjin University， Tianjin， 300072， China）

【Abstract】Cabin noise of civil aircraft is one of the critical factors that may impact passengers subjective comfort. Clarifying the cabin noise level of active wide-body aircraft contributes to set reasonable cabin noise control target in the process of providing wide-body aircraft in China. In this paper， a data collection system which includes LMS portable data recorder and binaural microphone was established， and cabin noise in wide-body aircraft of commercial flights was recorded. Then data handling was conducted by LMS Testlab software. Result shows that the LAeq at seat along the longitudinal axis ranges 70.2-82.8 dB（A） in cruise. Acoustic pressure level sequence from low to high is first class， economic class above the central wing box， super economic class， and economic class near the tail. Along the pitch axis， the acoustic pressure level near aircraft skin is higher than that in the central area. Local acoustic pressure at the door and lavatory is high. Cabin sound quality index are： speech interference level ranges 62.3-68.8 dB， sharpness ranges 0.76-1.04 acum， loudness level ranges 87.0-97.7 phon.

【Key words】Wide-body aircraft； Cruise； Cabin noise； Sound quality

0 引言

民用航空領(lǐng)域?qū)掦w客機(jī)競爭激烈，世界主流制造和運營商日益關(guān)注對乘坐舒適性的改善[1]，艙內(nèi)噪聲既是影響舒適性的關(guān)鍵因素和改進(jìn)重點也是滲透飛機(jī)總體和主要分系統(tǒng)的全局性工作[2]。目前較新型號的寬體客機(jī)在噪聲控制方面做出了大量工作，如采用了諸如大涵道比發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口聲學(xué)襯墊、裙邊噴口、機(jī)輪滑橇式整流罩和機(jī)翼楔形后緣等噪聲抑制措施[3]。現(xiàn)役寬體客機(jī)艙內(nèi)噪聲的實際測量研究有助于澄清其艙內(nèi)噪聲水平并據(jù)此合理設(shè)定目標(biāo)值，對寬體客機(jī)研制工作具有重要的指導(dǎo)意義。

當(dāng)前國際和國內(nèi)并無飛機(jī)艙內(nèi)噪聲舒適性指標(biāo)限值，文獻(xiàn)[4]建議民機(jī)艙內(nèi)噪聲水平設(shè)計目標(biāo)設(shè)定為平均80dB（A）及客艙后部噪聲不超過85dB（A）。但該目標(biāo)空間劃分相對宏觀，且未論述與當(dāng)前新型寬體客機(jī)的對標(biāo)情況。文獻(xiàn)[5]將等效連續(xù)A聲級列車車廂內(nèi)噪聲實測范圍進(jìn)行細(xì)分，劃分為由非常舒適到非常不舒適5個舒適性等級范圍，但在飛機(jī)客艙領(lǐng)域并未見到相關(guān)報道。

除聲壓級以外，Blauert提出了聲品質(zhì)的概念[6-7]，聲品質(zhì)指標(biāo)主要包括響度、尖銳度、粗糙度等心理學(xué)參數(shù)。文獻(xiàn)[8-9]對飛機(jī)艙內(nèi)聲品質(zhì)參數(shù)表達(dá)和評價方法進(jìn)行了論述。語言干擾級、響度和尖銳度是本領(lǐng)域關(guān)鍵聲品質(zhì)參數(shù)化指標(biāo)。國內(nèi)客機(jī)艙內(nèi)噪聲實驗研究多針對單通道窄體客機(jī)，文獻(xiàn)[1]對某型渦槳飛機(jī)艙內(nèi)噪聲進(jìn)行測量分析，在艙內(nèi)布置了71個測點。顯然寬體客機(jī)商業(yè)飛行過程中難以照此開展測量，需要組建新的更為簡單小巧的飛行測量系統(tǒng)和測量方法。文獻(xiàn)[10]提出采用雙耳錄音系統(tǒng)對高速列車客室內(nèi)噪聲開展評價。文獻(xiàn)[11]采用LMS數(shù)據(jù)采集終端和傳聲器對某民航機(jī)型包括駕駛艙、客艙和乘務(wù)員休息室等共6個區(qū)域開展了噪聲測試，測試工況為輔助動力裝置（APU）單獨工作、發(fā)動機(jī)單獨工作和發(fā)動機(jī)引氣狀態(tài)下空調(diào)系統(tǒng)運行等狀態(tài)。上述研究均為地面單項噪聲貢獻(xiàn)研究，而非飛行測試。

1 研究方法

1.1 總體思路

為了澄清現(xiàn)役寬體客機(jī)艙內(nèi)噪聲水平，首先選擇相對較新的某機(jī)型作為研究對象。其次，考慮到寬體客機(jī)主要用于執(zhí)飛長航線飛行任務(wù)，能夠?qū)Τ丝椭饔^感受造成影響的絕大部分時間為巡航飛行，因此選擇巡航工況進(jìn)行實驗和分析。為保證數(shù)據(jù)的真實性和代表性，采用搭乘多個實際的商業(yè)飛行航班進(jìn)行測量。由于搭乘航班不能攜帶過于復(fù)雜的儀器設(shè)備，而且為了能夠在飛行結(jié)束之后仍然可以繼續(xù)實施數(shù)據(jù)分析，飛行測試過程的實質(zhì)為數(shù)據(jù)采集和記錄，并以此為目標(biāo)選擇測試儀器并制定測試方案。飛行結(jié)束后對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行聲壓級和聲品質(zhì)數(shù)據(jù)分析。

1.2 測試儀器

為實現(xiàn)上述實驗?zāi)繕?biāo)，所選用的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)應(yīng)能夠記錄噪聲時域信號，采樣頻率不低于25kHz以滿足計算心理聲學(xué)參數(shù)的需要；并符合《IEC 61672.1-2013聲級計—第1部分：規(guī)范》[12]相應(yīng)的2級性能技術(shù)指標(biāo)。所選用的儀表技術(shù)參數(shù)如下：

1.2.1 數(shù)采前端

型號：LMS SCADAS XS，ICP/電壓輸入通道（12通道），每通道最大采樣率：≥51.2kHz（并行采樣），每通道無混疊最大分析帶寬：≥20kHz，A/D精度：24位。

1.2.2 雙耳傳聲器

型號：LMS SCADAS 3D binaural headset，動態(tài)范圍：26dBA-130dBA，頻率范圍：20Hz-20kHz。

1.3 飛行測試方法

以經(jīng)濟(jì)艙為主，部分航班選乘頭等艙。坐姿符合《GB/T 20248-2006聲學(xué) 飛行中飛機(jī)艙內(nèi)聲壓級的測量》[13]中5.1.1.1的規(guī)定，即乘客頭部位置處。全部的起飛過程和降落過程以及大部分的巡航過程將以坐姿進(jìn)行噪聲記錄。站姿只針對巡航工況，并符合GB/T 20248-2006中5.1.1.2的規(guī)定，測試人員將以站姿測量通道噪聲，高度為1.6m至1.7m之間。測試人員于飛機(jī)巡航階段在航空公司允許的客艙范圍內(nèi)走動（駕駛室和機(jī)組休息室無法進(jìn)入），在走動過程中實施數(shù)據(jù)采集，且測試人員通過傳聲器語音標(biāo)記每一段記錄的聲音文件對應(yīng)的客艙位置。

記錄時間符合GB/T 20248-2006中5.1.3.1的規(guī)定，考慮到實際飛行過程中環(huán)境因素干擾，盡可能做到每個測點記錄時間不低于30s。測試過程還記錄其他信息，如記錄航班號、飛行起止地和起止時間、飛機(jī)型號和飛機(jī)編號等。

登機(jī)前，檢查聲音記錄儀，確認(rèn)數(shù)據(jù)采集和記錄工作正常。在飛機(jī)進(jìn)入巡航狀態(tài)后，打開聲音記錄儀，測量座位處以及在航空安全規(guī)定允許的范圍內(nèi)盡可能移動到有代表性的測點位置處采集記錄噪聲信號。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

使用LMS Testlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理方法匯總參見圖2。

2.1 聲壓級

某寬體客機(jī)巡航飛行工況客艙內(nèi)連續(xù)等效能量法（Leq）A計權(quán)聲壓級分布見圖3。測點涵蓋頭等艙、超級經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙以及衛(wèi)生間內(nèi)和過道，由圖可見：全部各等級客艙內(nèi)35個測點噪聲聲壓級為70.2-82.8dB（A）。以飛機(jī)縱軸沿線各艙段座位的聲壓級排序，頭等艙最低，經(jīng)濟(jì)艙位于中央翼盒上方艙段噪聲高于頭等艙，位于中央翼盒前方的超級經(jīng)濟(jì)艙以及位于機(jī)尾的經(jīng)濟(jì)艙噪聲相對最高。沿橫軸方向，兩側(cè)靠近舷窗的噪聲聲壓級高于中央。安全門和衛(wèi)生間內(nèi)/外聲壓級明顯高于附近座位處的噪聲。

2.2 響度級

某寬體客機(jī)巡航工況客艙響度級分布參見圖4。由圖可見，各艙段巡航工況噪聲響度級處于87.0-97.7phon。響度級高低的分布趨勢與聲壓級分布相近，響度級由低到高的次序是：頭等艙、中央翼盒上方經(jīng)濟(jì)艙、中央翼盒前方的超級經(jīng)濟(jì)艙和位于機(jī)尾的經(jīng)濟(jì)艙段。衛(wèi)生間、安全出口等區(qū)域響度級明顯高于附近座位。

2.3 尖銳度

某寬體客機(jī)巡航工況客艙尖銳度分布參見圖5。由圖可見，各艙段巡航工況噪聲尖銳度級約為0.76-1.26acum。噪聲尖銳度無非常明顯的分布趨勢，大致沿飛機(jī)縱軸由前向后先降后升。值得注意的是個別聲壓級非常高的測點其尖銳度反而比較低。

2.4 語言干擾級

某寬體客機(jī)巡航工況客艙語言干擾級分布見圖6。由圖可見，各艙段巡航工況噪聲語言干擾級分布趨勢與尖銳度分布相近，有先降后升的趨勢。個別聲壓級非常高的測點語言干擾級反而比較低。

2.5 數(shù)據(jù)小結(jié)

某寬體客機(jī)巡航工況客艙噪聲Leq聲壓級和主要聲品質(zhì)指標(biāo)分布范圍參見表2。

3 結(jié)論

本文組建了飛機(jī)艙內(nèi)噪聲采集系統(tǒng)，搭乘7個由某寬體客機(jī)執(zhí)飛的商業(yè)航班，實際采集和記錄了巡航工況艙內(nèi)噪聲。經(jīng)事后數(shù)據(jù)分析，得到了艙內(nèi)連續(xù)等效能量法A計權(quán)聲壓級以及響度級、尖銳度和語言干擾級聲品質(zhì)指標(biāo)在客艙內(nèi)的分布情況。

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