王 東 豪

(陸軍工程大學(xué)國防工程學(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(以下簡稱主變)、高壓電抗器(以下簡稱高抗)、低壓電抗器(以下簡稱低抗)、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)備本體運行時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)機等冷卻設(shè)備運行時產(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)機噪聲則以輻射500 Hz～4 000 Hz中高頻空氣動力噪聲為主[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起來非常單調(diào)，可能是加劇變電站噪聲煩惱程度的重要因素[5]。

目前專門針對特高壓變電站噪聲人體主觀感受研究報道不多見[6]，本研究主要對余下的750 kV變電站開展人體主觀煩惱試驗。

2 試驗材料與方法

2.1 聲樣本采集

本試驗選取西北電網(wǎng)750 kV變電站主變噪聲進行調(diào)查、測量和采樣，數(shù)據(jù)采集地點為陜西省乾縣750 kV變電站，采集時間2015年10月21日。

測試中使用的主要儀器設(shè)備包括Head人工頭雙耳信號采集系統(tǒng)(以下簡稱人工頭)、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，兩耳A聲級會有所不同，一般利用式(1)的計算值作為噪聲的評價值[7]。

(1)

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

2.2 試驗條件

通過有償招募的方式，共征集聽力正常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名被試同時接受噪聲暴露。

主觀評價試驗在隔聲效果較好的試驗室內(nèi)進行，室內(nèi)背景噪聲約為28.8 dBA。試驗設(shè)備包括安裝有ArtemiS 10.00軟件(德國Head Acoustic公司)的筆記本電腦、PEQ V均衡器(德國Head Acoustic公司)、HDA IV.1耳機分配器(德國Head Acoustic公司)和Sennheiser HD 600耳機(德國Sennheiser公司)。

2.3 試驗方法

試驗開始前，試驗操作人員向被試分發(fā)試驗說明和問卷，被試靜坐于試驗室內(nèi)座椅上，佩戴耳機準備接受聲暴露。

試驗中，經(jīng)過隨機排序的樣本依次播放，每個聲樣本評價過程持續(xù)約15 s，包括準備(1 s提示音“叮咚～”+1 s空白間隔)、聲刺激(5 s)以及煩惱度評價(8 s)。

主觀評價采用評分法(11級數(shù)字等級量表)[8]，每個聲樣本播放完畢后，評價者使用0～10之間的一個整數(shù)對所聽到聲音的煩惱程度進行評價，其中“0”代表“一點都不煩惱”，“10”代表“極度煩惱”。

2.4 數(shù)據(jù)處理

本研究中，若同一被試對同一樣本采用11級數(shù)字等級量表得到的幾次評價值之間相差大于2級，則視為誤判[9]。

將不同聲級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價依據(jù)。其中，高煩惱的界定方法為：若噪聲煩惱程度為11級數(shù)字等級量表中的“8”“9”和“10”，則定義為高煩惱。噪聲各樣本%HA和MA的計算見式(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為評價量表中的煩惱等級；ni為選擇等級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)計算得到的各樣本主觀煩惱度見表1。

采用ArtemiS 10.00軟件計算各聲樣本的聲學(xué)參量，包括LAeq，SPL，各倍頻帶中心頻率處聲壓級、響度(N)、尖銳度(S)、粗糙度(R)、波動強度(F)和音調(diào)度(T)等(共23個)[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)參量的線性相關(guān)性(見表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)測模型

表1 各樣本主觀煩惱計算結(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)

為了建立可以準確預(yù)測750 kV變電站噪聲主觀煩惱(%HA,MA)的評價模型，選取表2中所有23個聲學(xué)參量進行逐步回歸分析，所得模型見表3。其中參量進入回歸模型的標準為顯著水平p<0.05，參量剔除的標準為顯著水平p>0.10。

通過逐步回歸分析可知，對于%HA模型，首先引入方程的是與%HA相關(guān)性最高的累計百分響度(N5)，之后引入了累計百分尖銳度(S5)，其余聲學(xué)參量則因為不滿足界定標準未能進入回歸方程中。同樣，對于MA模型，首先引入與MA相關(guān)性最高的響度級(LN)，之后引入C聲級(LC)，其余聲學(xué)參量未能進入回歸方程。

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性回歸模型

此外，5種聲學(xué)參量(聲壓級SPL,LAeq,LN,N5,R5)邏輯回歸模型與%HA關(guān)系曲線決定系數(shù)均大于0.99，與MA關(guān)系曲線決定系數(shù)均大于0.98，并且其線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)參量進行多元線性回歸分析，建立適用于變電站噪聲的主觀煩惱(%HA,MA)多元線性回歸模型(見表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準誤差也比多元線性回歸模型的小。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，適于評價變電站低頻噪聲主觀煩惱。

4 結(jié)語

本研究主要通過人體主觀評價試驗，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)系曲線決定系數(shù)均大于0.99，與MA關(guān)系曲線決定系數(shù)均大于0.98，因此在750 kV變電站噪聲人體主觀評價研究中，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價指標。

2)通過逐步回歸和多元線性回歸分別獲得了750 kV變電站噪聲主觀煩惱(%HA,MA)預(yù)測模型。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)測噪聲主觀煩惱。