朱天媛 洪昕晨 郭渲 劉江

隨著城市化進程的快速推進，許多環(huán)境問題相繼出現(xiàn)，噪聲污染已成為嚴重影響人居環(huán)境質(zhì)量的主要因素之一。為了宏觀地對聲環(huán)境進行監(jiān)測、分析與預(yù)測，學(xué)者們利用噪聲地圖模擬聲級的變化特征[1-2]。通過這種方式能有效掌握聲場的基本特征與空間變化規(guī)律，并提出可行的噪聲控制措施[3]。但近年研究也表明，僅依靠降低聲級并不一定能達到改善聲環(huán)境舒適度的目的，聲景質(zhì)量還與聲源類型、聲景感知的特定地點等諸多因素有關(guān)[4-6]。

聲景地圖由噪聲地圖發(fā)展而來，主要用于挖掘聲景的空間信息，學(xué)者們利用聲景地圖掌握聲源感知和聲景質(zhì)量的空間特征與變化規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)聲景感知和質(zhì)量的空間格局受到時間、空間功能屬性、景觀特征等諸多要素的影響[7-9]。與噪聲地圖相比，聲景地圖能夠更加全面地描述、記錄與展示聲景要素，成為分析聲景變化的重要方式之一[10]。

城市森林公園在調(diào)節(jié)小氣候、改善空氣質(zhì)量、減弱噪聲等方面起著重要作用，是集環(huán)境保護與觀光旅游為一體的多功能綜合戶外游憩場所，已成為市民遠離城市喧囂，感受自然的好去處[11]。森林公園中諸多景觀對游客的游憩體驗產(chǎn)生影響，而聲景作為森林景觀要素的重要組成部分，在環(huán)境保護與提升景觀體驗等方面具有很大的綜合價值。許多學(xué)者在森林聲景的變化特征、評價體系以及功能作用等方面開展了研究，發(fā)現(xiàn)時間、溫度、景觀構(gòu)成等諸多因素都會對森林聲景的變化產(chǎn)生影響，聲景評價結(jié)果也會受到周邊環(huán)境的影響[12-14]。目前多數(shù)研究主要關(guān)注森林中的自然聲景，以及影響森林聲景變化的地形、氣候、環(huán)境等諸多因素，對森林聲景的系統(tǒng)研究較為稀缺，并且只有少數(shù)研究以圖示化的形式展示研究結(jié)果[15-16]。通過聲景地圖來掌握森林聲景的空間信息，并采用不同的聲景指標(biāo)對森林聲景進行綜合評價，有助于從整體角度系統(tǒng)的研究森林聲景。同時，將綜合評價結(jié)果納入空間規(guī)劃中，將對提升森林游憩體驗起到重要作用。

本研究以福州國家森林公園為研究區(qū)域，基于現(xiàn)場監(jiān)測與公眾調(diào)查，獲取具有時空屬性的聲景客觀與主觀感知數(shù)據(jù)，依托GIS空間分析功能制作聲景地圖，對各類聲景指標(biāo)進行可視化，分析其時空動態(tài)特征，并探討聲景指標(biāo)對總體聲景感知的影響，旨在為森林公園聲景的空間規(guī)劃與管理優(yōu)化提供理論支撐與技術(shù)參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

福州國家森林公園位于福建省福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)（圖1），為國家4A級旅游景區(qū)，地勢西北高，東南低，屬亞熱帶海洋性氣候區(qū)，氣候溫和且雨量充沛。森林公園屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，植物種類繁多，擁有天然次生林與人工林，以及部分天然灌木林。園內(nèi)有1 700余種木本植物，100余種瀕危保護植物，以及2 500余種國內(nèi)外珍貴樹種，其中以木荷（Schima superba）、馬尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、毛竹（Phyllostachys heterocycla）等為園內(nèi)的優(yōu)勢樹種。森林公園擁有豐富的自然與人文資源，是海峽西岸重要的生態(tài)文明教育基地，也是廣大福州市民觀光旅游與放松身心的良好場所。

1 研究區(qū)域衛(wèi)星影像圖Satellite image of the study area

在正式調(diào)研之前，對研究區(qū)域的4種功能空間類型（森林景觀區(qū)、休閑娛樂區(qū)、濱水游覽區(qū)、人文景觀區(qū)）進行了多次考察，根據(jù)其可達性和典型性，共選擇21處采樣點（圖2）。通過現(xiàn)場踏勘并記錄的方式，識別出研究區(qū)內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的21種常見聲源，并將其分為4類，即生物聲、地球物理聲、人類活動聲和機械聲（表1）。

2 研究區(qū)域功能分區(qū)Spatial function zoning of the case study area

表1 研究區(qū)域中主要聲源類別及對應(yīng)聲源Tab. 1 Main sound source categories and corresponding sound sources in case study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

正式調(diào)研于2020年10月開展，選擇天氣晴朗且風(fēng)速較小的日子，在21個采樣點上獲取客觀物理數(shù)據(jù)與主觀感知評價數(shù)據(jù)。

1.2.1 客觀物理數(shù)據(jù)測量

采用聲級計（BSWA308）分別在21個樣點采集與記錄客觀聲學(xué)數(shù)據(jù)，測量時間為07：00—19：00（白天），期間每2 h為一個采樣時段，共采樣6次。從聲級計監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取等效連續(xù)A聲級（LAeq），以及累積百分聲級（L10、L90）3個聲學(xué)指標(biāo)。其中，L10與L90指在取樣時間內(nèi)，分別有10%和90%的時間聲級值超過L10與L90聲級值，代表聲環(huán)境的前景聲與背景聲。并加入反映聲景可變性的指標(biāo)，即L10與L90水平之間的波動差值（L10–L90），進一步量化聲音環(huán)境的動態(tài)特征[17]。

1.2.2 主觀感知評價數(shù)據(jù)收集

通過問卷調(diào)查分別在21個樣點進行主觀感知數(shù)據(jù)收集，調(diào)查時間分別為08：00—11：00、13：00—16：00、17：00—19：00，共3個時間段。主觀感知評價分為聲源感知評價與總體聲景感知評價2個部分。首先，要求被調(diào)查者在所處位置仔細聆聽1 min后，分別對各類聲源的感知頻率、感知響度和偏好度進行評價。其次，根據(jù)以往的研究，選取已經(jīng)證實可以反映聲景愉悅度（pleasantness）的3個指標(biāo)：“愉悅的”“和諧的”“舒適的”等形容詞對總體聲景感知進行評價[18-19]。各聲景指標(biāo)均采用李克特7級量表進行評分（1為非常低，7為非常高）[20]。

在剔除無效問卷后，共獲得814份有效問卷，有效率97%。經(jīng)過信度檢驗，聲源感知評價與總體聲景感知評價量表的Cronbach’s α系數(shù)分別為0.827和0.953，均大于0.7。經(jīng)過效度檢驗，聲源感知評價與總體聲景感知評價量表的KMO值分別為0.761和0.774，均大于0.6，且Bartlett球形度p值為0.000（p＜0.05），效度較高。以上檢驗表明了問卷結(jié)果具有較高的可靠性與有效性，為數(shù)據(jù)進一步分析奠定了基礎(chǔ)。

1.3 分析方法

1.3.1 聲景評價指標(biāo)

為更詳細地分析聲景特征，采用聲源優(yōu)勢度（sound dominant degree, SDD）與聲源和諧度（sound harmonious degree, SHD）2個聲源感知的綜合指標(biāo)對主觀感知評價信息進行深入分析[21]。聲源優(yōu)勢度由聲音的感知頻率（perceived occurrences of sound, POS）與感知響度（perceived loudness of sound, PLS）決定，指人們所感知的特定聲源在聲景中的主導(dǎo)地位，如式（1）所示：

式中，j為第j個樣本，i為第i個聲源。

聲源和諧度由聲源優(yōu)勢度與聲源偏好度（preference for sound, PFS）決定，反映某一聲源的優(yōu)勢度與人們對這一聲源的偏好度在環(huán)境中的相符程度，如式（2）所示：

式中，j為第j個樣本，i為第i個聲源，n為樣本量。

聲源優(yōu)勢度決定聲源和諧度程度，聲源的偏好度可利用指數(shù)函數(shù)的特征來確定其方向值。當(dāng)偏好度大于偏好度均值時，優(yōu)勢度越大和諧度也越大。反之，若偏好度小于偏好度均值，則優(yōu)勢度越大和諧度反而越小。將偏好度方向值與優(yōu)勢度相乘即可獲得聲源和諧度。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

本研究采用GIS空間分析的反距離權(quán)重法（inverse distance weighted, IDW）進行空間插值，用于反映聲景的空間信息。IDW在地理學(xué)、測繪等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是常用于不規(guī)則間隔數(shù)據(jù)的插值方法，各樣點的數(shù)值通過插值將點數(shù)據(jù)生成為近似面數(shù)據(jù)，以反映數(shù)值的空間分布[22]。首先，通過各聲學(xué)指標(biāo)與聲源感知評價指標(biāo)，以及總體聲景感知評價指標(biāo)的聲景地圖直觀反映聲景在空間上的變化特征，揭示各聲景評價指標(biāo)的空間異質(zhì)性。其次，為探究聲學(xué)指標(biāo)與聲源綜合感知指標(biāo)對總體聲景感知的影響，采用多元逐步回歸分析，獲取最優(yōu)回歸模型，明確聲景指標(biāo)之間的關(guān)系[23]。

2 聲景聲學(xué)指標(biāo)的時空動態(tài)特征

2.1 聲學(xué)指標(biāo)時間變化特征

將6個時間段內(nèi)所有采樣點的聲學(xué)指標(biāo)值取算數(shù)平均值，得到區(qū)域各聲學(xué)指標(biāo)水平的時間變化趨勢（圖3）。森林公園整體的聲學(xué)指標(biāo)均值的變化可分為3個階段，07：00—09：00為白天最安靜的時段，隨著人流量的增加，09：00—17：00的聲級水平在白天中處于較高值，17：00—19：00游客逐漸減少，聲級隨之降低。其中，在07：00—09：00與13：00—15：00是LAeq、L10處于低峰與高峰的時段，而這2個時段也是白天中人流量最小與最大的時段。另由漲跌柱可得知，這2個時段的波動差值也處于最低值（9.1 dB）與最高值（13.8 dB），原因在于森林公園距離城區(qū)較遠，在09：00之后游客數(shù)量才大幅增加，而下午時段人流量更大。

3 聲學(xué)指標(biāo)隨時間的變化趨勢Temporal variation of acoustic indicators

2.2 聲學(xué)指標(biāo)空間分布特征

基于各采樣點測量的所有時段聲學(xué)指標(biāo)值取算數(shù)平均值，通過反距離權(quán)重法得到各指標(biāo)的空間分布（圖4）。各聲學(xué)指標(biāo)低值區(qū)域主要集中在森林景觀區(qū)，這是由于該片區(qū)植被豐富且人流量小，因此聲級處于較低水平。而各聲學(xué)指標(biāo)的高值區(qū)域主要分布在人文景觀區(qū)與休閑娛樂區(qū)，是由于這些區(qū)域大多為景觀節(jié)點，人流量大且靠近交通干道，因此聲級水平較高。波動差值的分布特征也與LAeq和L10大致相同，森林公園西部的聲級波動差異普遍較大，在東南部出入口達到最大值（19.8 dB）；波動差值最小值出現(xiàn)在森林景觀區(qū)北部，該處為森林登山道的終點，周邊無重要的景觀節(jié)點，游客不會在此停留太久，人流稀少，波動差值最低值為3.1 dB。總體來看，各聲學(xué)指標(biāo)在研究區(qū)西部以及東南部出入口均處于較高值，森林景觀區(qū)為聲級低值區(qū)域，聲級整體水平呈西高東低的空間分布趨勢。

4 研究區(qū)聲學(xué)指標(biāo)空間分布Spatial distribution of acoustic indicators in the case study area

3 聲源感知指標(biāo)的時空動態(tài)特征

3.1 聲源優(yōu)勢度的時空動態(tài)特征

3.1.1 聲源優(yōu)勢度時間變化特征

將問卷調(diào)查得到的3個時段不同聲源類型的感知頻率與感知響度代入式（1），可分別計算出各采樣點不同聲源類型的聲源優(yōu)勢度，在進行分時段均值處理后，得到區(qū)域聲源優(yōu)勢度隨時間的變化趨勢（圖5）。與其他聲源類型相比，生物聲優(yōu)勢度在各時段都是最高。生物聲優(yōu)勢度在下午（13：00—16：00）達到白天中的最低值，當(dāng)傍晚（17：00—19：00）的人類活動減少時，生物聲優(yōu)勢度達到最高值。這一現(xiàn)象從側(cè)面反映了生物活動水平在一定程度上可能受到人類活動的較大影響，但也可能是生物習(xí)性的原因所導(dǎo)致。總體來看，研究區(qū)的生物聲優(yōu)勢度感知程度最強，機械聲優(yōu)勢度在3個時段中始終處于最低水平。

5 聲源優(yōu)勢度隨時間的變化趨勢Temporal variation of sound dominant degree (SDD)

3.1.2 聲源優(yōu)勢度空間分布特征

將根據(jù)各采樣點各類聲源優(yōu)勢度均值進行歸一化處理，通過反距離權(quán)重法得到各類聲源優(yōu)勢度的空間分布（圖6）。生物聲優(yōu)勢度在森林景觀區(qū)出現(xiàn)最高值，可見生物聲在人類活動少的位置非?；钴S；地球物理聲優(yōu)勢度在研究區(qū)人文景觀區(qū)北部與濱水游覽區(qū)附近最強；人類活動聲優(yōu)勢度高值區(qū)域在研究區(qū)西部人類活動范圍大與景觀節(jié)點較多的休閑娛樂區(qū)；機械聲優(yōu)勢度在公園東南部最強，主要受交通聲影響。

6 研究區(qū)聲源優(yōu)勢度空間分布Spatial distribution of sound dominant degree (SDD) in the study area

綜合來看，生物聲優(yōu)勢度的空間分布受到人類活動的較大影響，具體表現(xiàn)為在人類活動聲以及機械聲優(yōu)勢度的高值區(qū)域，生物聲優(yōu)勢度均普遍偏低。在整個區(qū)域中，生物聲僅在人類活動較少的森林景觀區(qū)呈現(xiàn)較高優(yōu)勢度，表明聲源優(yōu)勢度的分布可能受到空間功能和其他聲源類型的影響。

3.2 聲源和諧度的時空動態(tài)特征

3.2.1 聲源和諧度時間變化特征

將問卷調(diào)查得到的3個時段不同聲源類型的感知頻率、感知響度和偏好度代入式（2），可分別計算出各采樣點不同聲源類型的聲源和諧度，在對其均值分時段作歸一化處理后，得到區(qū)域聲源和諧度隨時間的變化趨勢（圖7）。人類活動聲和諧度變化程度很大，從上午（08：00—11：00）至傍晚（17：00—19：00）呈直線下降趨勢。生物聲與地球物理聲和諧度的變化趨勢相同，從早到晚為下降再上升的走勢，且生物聲和諧度在3個時段中均處于4類聲源中的較高水平；而機械聲和諧度的變化趨勢與之正好相反，機械聲和諧度并不一直處于所有聲源類型中的最低值，到下午（13：00—16：00）的生物聲與地球物理聲和諧度為一天中最低值時反而有所升高。總體來看，不同時段的不同聲源感知評價存在一定差異，聲景的主觀感知質(zhì)量可能隨時間的變化而發(fā)生改變。

7 聲源和諧度隨時間的變化趨勢Temporal variation of sound harmonious degree (SHD)

3.2.2 聲源和諧度空間分布特征

將各采樣點各類聲源和諧度均值歸一化處理后，通過反距離權(quán)重法得到區(qū)域聲源和諧度的空間分布（圖8）。生物聲與地球物理聲和諧度低值區(qū)域主要分布于人類活動最多的休閑娛樂區(qū)，森林景觀區(qū)的聲源和諧度程度最高，整個區(qū)域中人類活動聲和諧度與其他聲源類型相比，和諧度的高值區(qū)域的范圍較大。由于研究區(qū)西南部人流量大，施工聲也較為頻繁，因此南部濱水區(qū)的機械聲和諧度出現(xiàn)低值的區(qū)域范圍較大。機械聲和諧度高的區(qū)域主要是因為健身運動人群經(jīng)常在此處播放音樂，人們對音樂聲的偏好度高，因而和諧度高。

8 研究區(qū)聲源和諧度空間分布Spatial distribution of sound harmonious degree in the study area

數(shù)據(jù)處理過程中，生物聲與地球物理聲和諧度相較其他類型聲源更高，將其在空間上展示，結(jié)果顯示生物聲與地球物理聲和諧度也存在低值區(qū)域，聲源和諧度在空間上存在較大差異性，這表明偏好度高的聲源類型出現(xiàn)在不同功能空間也可能存在不同感受。而4類聲源和諧度的高值區(qū)域均出現(xiàn)在森林景觀區(qū)，這更說明了空間功能屬性對聲源感知評價結(jié)果具有很大的影響。

4 聲景感知的時空動態(tài)特征及其影響因素

4.1 聲景愉悅度時間變化特征

各采樣點的聲景愉悅度可根據(jù)總體聲景感知評價的“愉悅的”“和諧的”“舒適的”3個指標(biāo)評價結(jié)果均值獲取。比較研究區(qū)3個時段聲景愉悅度的均值可以發(fā)現(xiàn)，各時段聲景愉悅度水平總體在中等偏上，且相對穩(wěn)定。其中，08：00—11：00時段的聲景愉悅度相對較低（4.96），在17：00—19：00時段達到最高值（5.04）。

4.2 聲景愉悅度的空間分布特征

各采樣點的聲景愉悅度評價結(jié)果均值在經(jīng)歸一化處理后，通過反距離權(quán)重法進行空間插值，得到區(qū)域整體聲景愉悅度的空間分布（圖9）。聲景愉悅度高的區(qū)域主要分布在以自然風(fēng)光為主的森林景觀區(qū)，該區(qū)域特征表現(xiàn)為景觀環(huán)境優(yōu)越、聲級水平較低，遠離因大量人類活動產(chǎn)生的噪聲干擾，且聲源和諧度較高，因此聲景愉悅度相對較高（0.87～1.00）。聲景愉悅度低的區(qū)域主要在東南與西南部的出入口周邊，該區(qū)域特征表現(xiàn)為噪聲干擾較為嚴重，交通噪聲與施工聲頻繁，且聲源和諧度低，因此聲景愉悅度處于最低水平（0～0.14）。

9 研究區(qū)聲景愉悅度空間分布Spatial distribution of soundscape pleasantness in the study area

4.3 聲景愉悅度的影響因素

為明確聲學(xué)指標(biāo)與聲源感知指標(biāo)對聲景體驗的影響，將聲景愉悅度作為因變量，4個聲學(xué)指標(biāo)和4類聲源和諧度指標(biāo)為自變量，采用多元逐步回歸進行模型構(gòu)建（表2）。在8個自變量中，LAeq、地球物理聲和諧度與L90這3個變量被納入回歸模型。模型結(jié)果顯示，F(xiàn)值為11.728，顯著性水平0.000，模型調(diào)整后的R2=0.617（>0.4），模型擬合度較高。為判斷變量是否存在共線性問題，以容差和方差膨脹因子（VIF）進行診斷，一般容差＜0.1或VIF＞10代表存在共線性。結(jié)果顯示，納入模型的3個指標(biāo)容差均>0.100，VIF值均＜5.000，不存在共線性。

表2 聲學(xué)指標(biāo)和聲源和諧度與聲景愉悅度多元逐步回歸分析結(jié)果Tab. 2 Results of multiple stepwise regression analysis of the influence of acoustic indicators and sound source harmonious degree on soundscape pleasantness

標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)可以使結(jié)果更加精確，對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值，比較各自變量對因變量的影響程度，絕對值越大影響越大。結(jié)果顯示，LAeq對聲景愉悅度產(chǎn)生極為顯著的負面影響，在主觀感知指標(biāo)中僅有地球物理聲和諧度對聲景的愉悅度產(chǎn)生了顯著的正面影響。此外，L90是唯一對聲景愉悅度產(chǎn)生顯著正面影響的聲學(xué)指標(biāo)，原因可能是由于L90可代表聲環(huán)境中的背景聲壓級，而森林公園中背景聲多為生物聲與地球物理聲等偏好度較高的聲源，因此在L90增大時，聲景愉悅度也隨之提升。

5 聲景規(guī)劃策略

本研究以福州國家森林公園為研究對象，基于對21個采樣點現(xiàn)場監(jiān)測與公眾調(diào)查所獲取的具有時空屬性的聲景客觀與主觀感知屬性數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS空間分析生成的各類專題聲景地圖，揭示了聲學(xué)指標(biāo)、聲源優(yōu)勢度、聲源和諧度以及聲景愉悅度的時空動態(tài)特征，并探討了聲學(xué)指標(biāo)和聲源和諧度對聲景愉悅度的影響。根據(jù)分析結(jié)果，針對森林公園聲景規(guī)劃提出如下策略。

1）各聲學(xué)指標(biāo)水平的高低值出現(xiàn)在特定的時段，不同功能空間的人流量對聲級水平空間分布產(chǎn)生很大影響。聲景規(guī)劃時，在聲景客觀屬性上可針對LAeq、L10、L90水平高與波動差值大的時段和空間位置進行噪聲控制。

2）聲源和諧度在時空尺度上具有明顯的分布差異，且空間功能屬性與聲源和諧度密切相關(guān)。相同聲源在不同功能空間存在不同程度的評價，聲源和諧度高的聲源類型也因空間功能屬性的不同而存在較大差異，一定程度上偏好度高的聲源因該區(qū)域聲源優(yōu)勢度低而受到影響。在聲景規(guī)劃時，可以從聲景主觀感知角度出發(fā)，根據(jù)聲源和諧度，判斷欣賞不同類型聲源的最佳時間與空間位置。

3）通過控制LAeq與增加地球物理聲的和諧度、L90更有助于聲景愉悅度的提升。首先，在規(guī)劃管理時，對愉悅度高的時段與區(qū)域重點保護，也可在重要景觀節(jié)點增添不同特色的標(biāo)識聲或供游客體驗森林聲景的設(shè)施和場所等，有助于聲景愉悅度的提升。其次，對愉悅度低的時段與區(qū)域需要加強管理并控制聲級水平，在游客量大的時間段盡量減少施工，園區(qū)車輛限制鳴笛，在無法避免噪聲的區(qū)域可添置降噪效果較強的設(shè)施或綠植等，減少對公園環(huán)境的影響。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者繪制，其中圖1底圖來源于Bigemap。