城市森林聲學：創造舒適居住環境

對當今城市居民的日常生活來說，城市空曠地的雜訊和聲音要素是絕對重要的。舒適環境的設計必須考慮20世紀60年代末加拿大音樂家Murray Schafre 所定義的「聲景」，即環境的一個視覺場景，其提出使景觀設計更為完滿。在聲景中，人類、不同的交通雜訊、鳥類、動物、瀑布或河流、傳統事件中的鐘聲、廣播、背景音樂，或其他自然、人為或社會聲音等應該被整合為一個統一的聲音環境，聲景與各種環境下不同個人的感覺有關。聲景的含義具有社會、歷史、文化和環境的特徵。在國際組織和國際大會（Inter-Noise）的推動下，聲景的概念（聲音圖）已經被成功應用於城市規劃、環境、建築和設施設計中。城市公園是典型的實例，其功能，如體育、休閑、文化和社會事件及觀光遊覽等均被看成是環境要素。記錄聲景的組分有助於我們在一個「偏愛的」或「一致的」尺度上捕捉主要的聲音組分及其結構，並作為未來改善聲景的基礎。城市聲景的一種積極印象是由大的植被區域、樹帶、公共花園和公園所產生的。

在城市森林生境中，環境雜訊主要是由非生物和生物的雜訊源，以及人為雜訊源組成的，如來自汽車和飛機等的低頻隆隆聲和鳴笛聲。沙沙作響的樹葉和嫩枝具有很寬頻率的波譜，而空氣經過物體時會產生低頻的聲音。風的影響取決於植被的開闊度。鳥類和昆蟲等的聲音波譜組成具有一定的生境特殊性。

在自然環境中聲音通信過程由兩部分組成，即發送者（或聲源）和接收者。聲音信號通過環境傳輸並為接收者所探測到。發送者和接收者都會從聲音信號的信息交換中獲益。鳥類間具有非常複雜的相互作用，它們通過聲音交流了有關其身份（種類、性別、群體身份、個體身份）和情緒（如統治、恐懼和攻擊性）等方面的信息，這對維持物種的空間擴散格局是十分必要的。在聲音信號產生過程中，鳥類以一種複雜的方式調節其發聲方法，這可以通過時域和頻域上的聲譜圖來反映（如兩維的聲譜圖）。聲音信號的長距離傳輸是動物間溝通的一個關鍵因子，同種間足以探測和識別的信噪比的距離範圍也是一個重要參數。環境雜訊的波譜圖是生境所特有的，我們測定到的鳥類個體的鳴叫特徵已為局地雜訊狀況所校正，環境雜訊通過向現有組分增加新的頻率組分及（有時）增加能量的方式改變了傳輸聲音的波譜組成。空氣中的主要低頻雜訊源是風和空氣通過植被時的渦動。當風速為1 m/s時，在200 Hz範圍的典型頻率水平為20～30 dB SPL，當風速較高時（8 m/s），可達60～70 dB。陸地生境中高頻雜訊（>4 kHz）源來自齊聲鳴叫的昆蟲，可達40～50 dB。風聲和昆蟲間相對安靜的聲音其頻率帶處於1～4 kHz，強度為10～20 dB SPL。

城 市 區

聲學家對城市區植被、灌木或樹帶對雜訊衰減的研究由來已久，重點放在樹帶的高度、密度、寬度和長度對雜訊衰減的顯著性研究上，近年來的研究引入了一個新的參數，即能見度。

圖1給出了房屋周圍全年雜訊衰減最大時樹木的典型布置，同時該布置也對居民區的美學和空氣質量有所改善。

圖1 美國城市居民區房屋周圍降噪效果最大的樹木布置

一種由針葉樹種和闊葉樹種組成的典型樹帶結構（圖2），可以將150 m距離處公交車、私家車和卡車產生的聲級降低約40 dB（圖3）。

圖2 城市區樹帶結構的典型構成

1. 東方紅杉；2. 美國黃松；3. 綠白蠟；4. 朴樹；5. 皂莢樹；6. 榆樹；7. 榆樹；8. 美洲榆；9. 桑樹。

100 ft = 30.5 m；45 ft = 13.75 m

圖3 樹帶對雜訊的衰減，聲壓水平與距離間的關係

Kellom?ki等對北歐一些國家城市區一些針葉林分降噪的特徵進行了研究，表1列出了與皆伐區相比不同林齡針葉林分中雜訊衰減的比較，林分演替的早期階段對雜訊的衰減好於成熟林。在雲杉林中，雜訊衰減可達60%左右，其中針葉和枝條的數量是雜訊衰減中最為重要的因子。表2給出了所研究的林分邊緣12 m處白雜訊（倍頻帶20～100 Hz）衰減係數更為詳細的信息，歐洲赤松純林比挪威雲杉與20%的白樺等落葉樹種混交的林分有更高的衰減係數。

表1 與皆伐區相比林分對聲音的衰減

表2 林分的自然特徵和聲學特徵

城 郊 區

造成城郊居民區不舒適的一個主要來源是高速公路系統持續外擴所產生的交通雜訊。這種雜訊的降低可以通過兩種方式達到：

第一， 降低汽車的時速限制並改善發動機的消聲系統（一輛大卡車超過100 dB），然而這種方法受到了很大的限制;

第二， 在雜訊源與居住點間形成樹帶、灌木和固體聲障，固體聲障可以是2 m高的木牆、磚石建築、土堤或天然土丘。

一般來說，接收點處測定的降噪量取決於現場的布置，主要通過雜訊源的水平和個人的敏感性來確定。可接受的聲音水平白天為70 dB，晚上為50 dB，10 dB的降低會產生雜訊衰減一半的感覺。

我們對一種實際狀況進行分析，即Cook以速率為35 mph（56 km/h）的交通工具作為雜訊源，在高速公路（汽車和卡車）兩側三個試驗點A、B和C處的研究結果。試驗點A 由低矮濃密的枸子屬灌木及其後高大的黃松組成，試驗點B由中等高度的人工種植物、一個編織的木柵欄及從街道到居民區的下坡坡面組成，試驗點C由高大的常綠樹籬、磚牆及從街道到居民區的上坡坡面組成。

根據不同聲障布置的分析結果，可以說當居民區距離道路中心線至少25 m時，植物材料的降噪水平可達8 dB，針葉樹種或常綠灌木可以提供全年的防護。當居民區距離道路中心線小於20 m時，需要將樹木和固體聲障結合使用。

一種舒適環境的設計必須考慮聲景，從而使景觀設計達到完整。聲景的含義具有社會、歷史、文化和環境的特徵。城市聲景的一種積極印象是由大的植被區域、樹帶、公共花園和公園所產生的。

在城市居住區，房屋周圍樹木的布置應達到最大的降噪效果，同時達到改善美學和空氣質量的目的。在城郊居住區，不適的感覺是由高速公路系統產生的，在這種情況下，可以通過形成樹帶和固體聲障的方法來降噪。

本文由王芳摘編自（法）布古陸（Bucur,V.）著，陳峻崎等譯.《城市森林聲學》（科學出版社.2016.6）一書第六章，內容有刪節。

ISBN：978-7-03-048797-1

《城市森林聲學》是由法國著名木材科學專家Voichita Bucur教授撰寫的一本全面介紹城市森林聲學的專著。該專著著重對聲音在森林中的傳播及其影響因素、森林對雜訊的消減作用、城市交通雜訊的消除、城區與郊區的雜訊消除與居住環境等方面的理論做了詳細論述，同時還對樹木特徵監測的聲學感測器、雜訊與樹木的關係、聲學方法在森林火災監測與控制上的應用、城市樹木的經濟價值等做了簡要介紹。

本書可為國內城市林業的發展、城市綠色基礎設施規劃等提供新的思路與方法，也非常適合相關研究領域專家及政府相關管理部門決策者閱讀和應用，同時也可作為高等學校城市林業方向的指導教材。

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