低頻航空噪音之研究與減輕現況

低頻航空噪音之研究與減輕現況
1.0 前言
近年來，各界對於低頻噪音的關切，已在若干美國機場浮現。低頻噪音是由噴射式飛機的引擎排氣所產生，尤其當飛機在起飛作業時，位於離場飛機後方的社區感受特別明顯。在此範圍內所感受到的噪音，一般稱為“逆爆噪音”(backblast noise)。大多數民眾對於逆爆噪音的抱怨，都與該噪音造成房屋及其附屬設備嗄嗄作響有關，與逆爆噪音本身倒沒有太大關聯。

應該認清的是，逆爆噪音並不是什麼新發現。自從有噴射飛機以來，逆爆噪音便一直存在著，也沒有隨著歲月而增加。事實上，逆爆噪音還因為高旁通比引擎(HBPR)的引進而稍微降低。目前服役中的第三階段飛機，許多(但非全部)都已配備了高旁通比引擎。某些觀察家認為，由於在第三階段飛機中，較高頻的噪音已被降低，因此低頻噪音變得更加明顯。或許更接近事實的說法應該是，剛達到第三階段噪音要求的飛機也在機群中，導致人們產生上面的印象，因為這些飛機配備的是低旁通比(LBPR)引擎，使得它們在機群中顯得特別突兀。

問題是：「什麼方法可以降低逆爆噪音，或減輕逆爆噪音所造成建築物“嗄嗄作響”問題？」相較於飛越噪音(overflight noise)，各界對於逆爆噪音的關切比較新鮮，目前還沒有逆爆噪音專門技術文獻的中心資料庫。但處理一般低頻噪音的技術文獻倒是有的。也有一些探討機場低頻噪音技術層面的報告，但這些報告並未提出有關此一現象之決定性整體概念。大多數報告均僅為非常特定而有限的目的撰寫，並未提出可供評估噪音減輕措施的綜合性技術基礎。

本報告之目的在於提供綜合逆爆噪音探討 – 逆爆噪音如何產生、如何傳播、如何減輕、以及未來的研究和示範計劃方向。整個過程都經過詳細檢討，以便充分了解為何有些降噪措施有效，有些卻無效，進而將目前存在的所有誤解都一一澄清。本報告中所納入的許多資料，都是之前其他研究工作的成果。相關文獻清單和簡介載於附件。本報告之最後部分將列出主要結論，並提出未來降噪步驟的相關建議。
2.0 低頻噪音之產生與傳播
2.1 低頻噪音評估指標
在討論低頻逆爆噪音及量化潛在降噪措施之效果時，有必要採用考量噪音頻率組成的評估指標(descriptor)，因為評估指標與噪音對社區影響預測有關。

多數人都對描述飛機飛越噪音及社區中許多其他噪音源特徵的A-加權網路(A-weighting network)很熟悉。A-加權網路根據人耳聽見噪音的情形，忽略頻率在500 Hz以下的噪音 – 當噪音頻率降至500 Hz以下時，人耳對這些噪音的敏感度越來越低。日夜平均噪音量(DNL)已被美國環保署(EPA)和聯邦航空管理局(FAA)選定為評估社區噪音量之最適合的評估指標。DNL也被用來定義機場周邊的噪音環境。DNL的基礎為個別事件之A-加權噪音量。

離場飛機後方所產生噪音(逆爆噪音)之大部分聲能在200 Hz以下(如圖2-1之頻譜所示)。這些頻率的噪音傳播距離比較遠，可以相當自由地穿透結構物，也比中/高頻噪音都更容易造成結構物振動。

圖2-1 典型的逆爆噪音頻譜

社區居民所抱怨的，主要是結構物和裝飾物的嗄嗄作響。忽略低頻噪音的A-加權網路無法代表這類型噪音，因此不應被用來評估低頻噪音之影響或降噪措施。

也有其他加權網路和衡量標準被建議用來描述逆爆噪音，其中第一個就是C-加權網路。由於C-加權網路僅忽略頻率在63 Hz以下的噪音，因此大多數(但非全部)逆爆噪音都涵蓋在其頻率範圍內。A-加權和C-加權網路之頻率特徵顯示於圖2-2。圖2-3顯示這兩種加權網路應用於逆爆噪音頻譜(見圖2-1)的影響。根據圖2-3，在適當考量低頻噪音之分量方面，C-加權網路是A-加權網路的改良版。

大多數噪音計都可以輕鬆測量到C-加權噪音。C-加權網路亦被視為描述音爆和爆發噪音之最適衡量標準。相當大部分的低頻能量都包含在爆發噪音中。

圖2-2 A-加權和C-加權網路之比較

圖2-3 A-加權和C-加權網路對逆爆噪音頻譜的影響

由於其寬頻本質，C-加權網路不會區別具不同低頻組成的寬頻噪音，但如果所有需要考慮的噪音在本質上都是低頻噪音，這點或許就無關緊要了。另一個被建議用來描述逆爆噪音的衡量標準是低頻音量(LFSL)。LFSL是25Hz – 80 Hz之間(結構物對於振動和嗄響比較敏感之頻率範圍) 6個1/3倍頻程帶中單一事件最大音量之算術平均值。由於LFSL的頻率範圍有限制，因此，LFSL至少能專注於部分對住宅結構物振動最重要的頻率範圍。有些研究認為，LFSL與人類對航空噪音引發結構物振動和嗄響之反應的關聯性，比其他衡量標準來得高。

然而，LFSL尚未被科學界普遍接受，也很不容易測量。此外，與LFSL派人士之宣稱相左的是，LFSL並非必然專注於對結構物振動和嗄響很重要的頻率範圍。想要發展出一套適當的衡量標準，還需要進一步研究。但這些研究不應延緩潛在降噪措施的檢驗。暫時，C-加權噪音將被用來描述離場飛機的逆爆噪音及評估降噪措施。

2.2 噴射引擎之噪音特徵
航空噪音主要產生於兩個與引擎相關的聲源 – 噴射筒排氣和內部系統。炙熱的引擎廢氣與周邊的空氣混合，在飛機後方產生低頻噪音，也就是人們所熟悉的，飛機離場時所發出的隆隆聲或轟轟聲。內部系統噪音則產生自壓縮機和渦輪葉片的轉動。這些噪音以中/高頻率傳播至飛機的前方和後方。在某些情況下，其他噪音源(如引擎外殼振動和飛機結構體上方氣流)也會助長整體噪音，但這些噪音都相對很小，不在本研究興趣範圍內。

HBPR引擎的開發，大幅降低了噴射筒排氣的低頻噪音。HBPR引擎透過一個閉式推力風機，使其排氣與吸自引擎前方的空氣混合。由於多了個風機，又形成另一個噪音源。此一噪音具有眾所周知的音調特性 – 低沈而單調的嗡嗡聲。圖2-4顯示HBPR引擎(第三階段飛機典型配備)方向性特徵與LBPR引擎(第二階段飛機典型配備)方向性特徵之比較。

圖2-4顯示，在第三階段飛機的HBPR引擎中，傳播至飛機後方的低頻噪音大幅降低。HBPR引擎飛機的噪音量穩穩介於第三階段噪音要求範圍內，因此低頻噪音的降低非常明顯。LBPR引擎飛機的低頻噪音降低比較不明顯，因為其噪音量只是剛剛介於第三階段噪音要求範圍內。安裝於第三階段飛機個別引擎(如安裝於DC-10的HBPR CF6引擎和MD-80的LBPR JT8D-200系列引擎)之典型方向性模式顯示於圖2-5。圖中的線條代表A-加權噪音之等噪音線 – 在本例中為55 dBA。A-加權噪音係在飛機周邊的不同地點測得。

圖2-4 LBPR引擎和HBPR引擎所產生噪音之方向性特徵
(圖由GE公司提供)

圖2-5 LBPR和HBPR引擎所產生噪音之典型方向性圖(箭頭處為引擎型號)

兩種引擎方向性圖的形狀大致相同，在飛機後方約45度角處顯出明顯的葉瓣形狀。這是低頻噴射機排氣噪音的典型形狀 (該圖是一個三維方向性圖之二維代表)。值得注意的是，在後葉瓣區域內，噪音量隨角度改變的速度非常快，尤其是在LBPR引擎的情況下。同時，引擎正後方有一個相對較安靜的區域。也就是說，LBPR引擎後方的噪音量將取決於引擎的方向性，包括水平方向(左右) – 當飛機在跑道上滑行時，和垂直方向(上下) – 當飛機在爬升時。其結果，跑道後方和側邊之遠距離觀測點上的噪音量將隨著飛機沿著跑道的位置移動而變化，因為引擎與飛機的角度在改變。對接近跑道側邊的觀察員而言，水平變化最大，隨著觀察點與跑道的距離增加，變化逐漸縮小。在HBPR引擎的情況下，效果比較不明顯，因為採用HBPR引擎時，後葉瓣比較不顯著。

圖2-6顯示LBPR引擎之低頻(160 Hz)和高頻(1000 Hz)方向性圖特徵 – DC-9配備具有噪音抑制的JT8D-7引擎2，顯示傳播至飛機後方的大多數噪音都集中於低頻。

圖2-6 JT8D引擎在100 Hz和1000 Hz頻率之方向性模式

2.3 低頻噪音傳播
多年來，有關聲音在戶外的傳播，學界已有廣泛的研究。因此，對於戶外聲傳播所涉及之基本機制，已有相當充分的了解3,4。這些機制中，有些只要利用簡單的模型便可計算，有些則需要大量有關當地狀況的數據和相當長的計算時間，才能加以量化。在距離聲源遠處估計噪音量，所面臨的主要問題是，氣候狀況對傳播機制的影響，以及這些狀況隨時間的變化。因此，實際上，通常只能在距離聲源相對較近的地方精確預測噪音量。

絕大多數既有研究都著重於噪音在決定A-加權社區噪音量之重要頻率上的傳播，只有極少數針對具有逆爆噪音特徵的低頻從事研究。然而，儘管有這些局限，仍有可能描述社區內之低頻噪音傳播機制，並將之量化至足夠本研究分析之用的程度。

在無障礙的平地聲傳播方面，必須考量四種機制 – 幾何發散、空氣吸收、地面吸收和氣候。既有文獻對於這些機制已有廣泛的討論。下文將摘要介紹這些機制。

幾何發散 – 在空曠地，聲波強度隨著聲傳播的距離增長而逐漸減弱。這是因為當距離增長時，聲波能量發散的範圍增大所致。在空曠地，當距離超過數百呎時，則無論噪音之頻率組成為何，噪音量均以每增長一倍距離減少6 dB的速度下降。這就是眾所周知的“反平方定律”(inverse-square-law)特徵。

空氣吸收 – 當聲波透過空氣傳播時，分子的相對運動產生熱度，並使得聲波能量減弱，進而造成聲衰減。中/高頻的聲衰減非常顯著，尤其是在低相對濕度和中度氣溫狀況下。譬如，在1000 Hz頻率、20%相對濕度和20° C氣溫下，每公里的聲衰減約為7 dB。當頻率升高為2000 Hz時，每公里聲衰減便增加為20 dB以上。這點正說明為什麼在遠距時，飛機的飛越噪音具有隆隆或轟轟聲特徵。

然而，當頻率為125 Hz以下時，在任何合理溫度和相對濕度組合下，每公里的最大聲衰減少於1 dB。換言之，在低頻時，空氣吸收的影響是微不足道的，因此在討論逆爆噪音時可以被忽略。尤其當與下文將討論的其他傳播因素比較時，情況更是如此。

地面吸收 – 地面上方的聲傳播受到直接路徑干擾和地表反射聲波的影響。這些影響通常會造成某種程度的聲衰減3。衰減量多寡則取決於聲源和測量點離地面高度、距離和地表的性質。軟地表(如草地)時的聲衰減大於硬地表(如水泥和水)。頻率在200 Hz以上時，地面吸收的影響可能很顯著，而在大多數情況下，低頻時地面吸收的影響通常很小。因此，如果加上地面吸收因素，中/高頻噪音的衰減往往大於只考量幾何發散和空氣吸收兩因素時的衰減。但在低頻噪音傳播中，地面吸收則不是噪音衰減的重要因素。

距離、空氣吸收和地面吸收對噴射引擎噪音之綜合影響顯示於圖2-7。圖中顯示與飛機引擎三個不同距離之噪音頻譜 – 250、1,000和5,000呎。頻率在160 Hz以上時，由於距離、地面吸收和空氣吸收等因素的影響，噪音量大幅降低。曲線在250 Hz處下垂的原因為地面干擾。在較低頻率時，噪音量只受到幾何發散因素影響，而以每增加一倍距離下降6 dB的速度衰減。此一現象清楚顯示，在中性大氣環境中，距離是影響低頻噪音衰減的唯一實際因素。

圖2-7 距飛機不同距離之逆爆噪音頻譜

氣候影響 – 影響噪音遠程傳播之最重要因素為大氣狀況的變化 – 尤其是風速梯度和溫度梯度3。風速本身除了增減聲速以外，對於噪音傳播的影響很小，因為聲速增減並不影響噪音傳播的結果。真正影響噪音傳播的是風速梯度，即風速隨著距離地面的高度減低而下降。實際上，由於地表的黏性作用，只要有風，接近地面的地方便存在著風速梯度。隨著風速梯度而產生之聲速改變，會使正常應傳播至上層空氣的聲波產生折射(或彎曲)，並升高地面噪音量，使其大於只受幾何發散因素影響時的噪音量。

當順風傳播時，所有頻率之噪音量均較無風狀況時升高。隨著距離的增長，此一現象更為明顯。而當逆風傳播時，聲波向上折射，噪音量大幅降低。但問題就在這裡 – 飛機永遠都是迎風起飛，因此在聲源下風處始終會聽到升高的逆爆噪音。

存在溫度梯度的時候，也會產生聲波折射。其結果與風速梯度的影響一樣，只是溫度梯度會造成聲源所有方向的噪音量改變3。如果溫度隨著距離地面的高度而升高(溫度逆增) (在無雲的夜晚和水面上方有時會發生此現象)，聲波將會向下折射，因此相當距離處的噪音量往往會增加。此一現象正說明，為什麼有時候有些巨大噪音在幾哩以外還能聽到，但在聲源近處反而聽不到。反之，如果溫度隨著距離地面的高度而下降(溫度遞減) (在豔陽天會發生此現象)，聲波將會向上折射，因此相當距離處的噪音量會降低。

風速梯度和溫度梯度的作用，使得所有頻率的噪音量都比只受到幾何發散和地面吸收因素影響時增加。圖2-8顯示在風速和溫度梯度作用下，飛機起飛時單一事件後方等噪音線葉瓣的延伸5。

圖2-8 風速梯度和溫度梯度對飛機起飛時後方等噪音線的影響

飛機後方下風處方向性圖葉瓣向左移動(圖的東邊)的情形非常明顯。在多雲的白天，出現溫度逆增現象，因此飛機相當距離處的噪音量升高。值得注意的是，風速梯度和溫度梯度對等噪音線的影響非常類似。

溫度逆增所造成噪音量升高的程度取決於逆增強度和地形。溫度逆增升高噪音量的情形通常為，離聲源較遠處大於接近聲源處，山腳處大於山頂處6。

當聲波通過大氣湍流(或漩渦)時，也可能發生聲散射，這是溫度和風速之隨機局部波動所造成的。由於大氣波動為隨機的，聲散射會隨著時間而變化。大氣湍流不必然能夠降低噪音，但卻會帶來噪音量的隨機變化，很像星光閃爍的情形3。

2.4 社區內之逆爆噪音
有了前文所述有關噴射引擎噪音之產生與傳播的背景，便可以來說明，離場飛機後方區域所感受到之逆爆噪音的特徵。

住在機場附近的多數民眾都非常熟悉飛機的飛越噪音：當飛機接近時，噪音逐漸升高，當飛機飛遠時，噪音又逐漸下降。飛機接近時，聽見的噪音是發自引擎進氣口的高頻噪音，而當飛機飛遠時，聽見的則換成發自引擎排氣口的低頻噪音。住在機場跑道尾端附近和離場飛機後方的民眾，所暴露的噪音無論在頻率組成和持續時間方面，都與飛越噪音非常不同。

首先，如稍早的圖2-1所示，離場飛機後方的噪音絕大部分都屬低頻噪音，且持續整個起飛操作期間。當飛機準備開始起飛滾行時，引擎推力增加至接近極限，這時飛機後方的噪音量也迅速升高到最大值。在整個起飛過程中，引擎推力維持不變，但由於飛機已在跑道上行進，噪音量會隨著時間改變，因為這時距離在增長，噴射引擎排氣口與社區中任何定點的方向性也在改變。此一時間歷程特徵顯示於圖2-9的左半部。圖中顯示在跑道尾端3,200呎距離與飛機主軸線約30度角處測量之MD-80離場過程。

在飛機離場的這個點上，飛機調轉並爬升離開跑道。在飛機調轉期間，噴射引擎的排氣口朝著硬質的跑道表面，這時產生的噪音量明顯升高。此外，當飛機調轉並爬升離開跑道時，任何地面吸收的影響(儘管很小)都將消失，噴射引擎的方向性也將改變為垂直方向，因而方向性圖的後葉瓣更為朝向地面。一般相信，這兩種現象是促使噪音量突然升高，造成第二個噪音高峰的主要因素(如圖2-9右半部所示)。另一個因素就是溫度梯度或風速梯度。距離數百呎以上時，溫度和風速梯度的影響便很顯著了。跑道尾端後方社區在兩個時間歷程中兩個噪音高峰時所聽見的噪音頻譜顯示於圖2-10。低頻組成改變得很少，高頻噪音則因被空氣吸收而降低。

圖2-9 單一飛機起飛之噪音時間歷程

圖2-10 飛機在跑道上和空中之逆爆噪音頻譜

此一時間歷程特徵最初在1987年的Tracor報告7中被提到。近年來，也在其他報告中被提及8,9。時間歷程是低頻逆爆噪音非常重要的一個特徵，因為它對可應用之降噪措施構成限制(這點在下文中將有詳述)。

第一和第二個噪音高峰之相對音量大小取決於多項因素，包括測量點與飛機之間的距離。當飛機飛行至跑道尾端最接近暴露於逆爆噪音的社區時，出現第一個噪音高峰。當飛機繼續飛離至10,000 – 15,000呎時，便出現第二個噪音高峰。由於噪音量下降的速度為每增加一倍距離降低6 dB，第一個高峰噪音量的下降速度比第二個高峰噪音量快得多。(Since the noise level decreases at a rate of about 6 dB per doubling of distance, the level of the first peak will decrease much more rapidly with distance away from runway than will the level of the first peak.)此一現象顯示於圖2-11。圖2-11顯示MD-80離場時兩處地點之噪音時間歷程。這兩處地點距離跑道尾端分別為7,200呎(地點1)和22,700呎(地點15)。在較遠的地點上，第一個噪音高峰幾乎看不出來，但兩處地點的第二個高峰噪音量卻不相上下。

圖2-11 兩個遠處地點處之逆爆噪音

圖2-12顯示多架飛機離場時在相同的兩處地點之C-加權噪音時間歷程。從圖中可以看出，各飛機兩個噪音高峰之間關係的一致性很小。圖右邊最後一架離場飛機(DC-87)的噪音高峰與其他飛機非常不同。這架飛機在較遠地點的第二個高峰噪音量比較高，但在較近地點處則幾乎看不出噪音高峰。

在這些噪音時間歷程中，非常重要的一點是，逆爆噪音的總持續時間為每事件1-2分鐘。正圖2-12的數據所示，在一天中的忙碌時段，飛機一架接一架起飛，因此噪音幾乎是沒有間斷的。

圖2-12 多架飛機起飛作業中兩個遠處地點之逆爆噪音
2.5 低頻噪音之產生與傳播總結
本節中所提出的資訊可總結如下：

● C-加權網路比A-加權網路適合用來描述逆爆噪音。C-加權網路或許不是一個理想的評估指標，但在未來研究提出更理想的評估指標以前，C-加權網路還勉強可用。低頻音量(LFSL)衡量標準的支援資料庫還很小，且目前尚未獲得科學認可。
● 在整個離場作業中，逆爆噪音集中於低頻。
● 噴射引擎發出的低頻噪音集中於飛機與後軸呈45角的圓錐形中。
● LBPR引擎(剛好符合第三階段噪音要求飛機的典型配備)的後方聲輻射葉瓣比HBPR引擎(充分符合第三階段噪音要求飛機的典型配備)的明顯。
● 低頻逆爆噪音量的下降速度為每增加一倍距離降低約6 dB。空氣和地面吸收造成的噪音衰減很有限。
● 氣候狀況是影響長距離聲傳播的主要因素。溫度逆增和順風傳播將會升高低頻噪音量。
● 暴露於逆爆噪音的社區位於離場飛機的下風處，因此感受的噪音量較大。
● 離場噪音時間歷程中包含兩個噪音高峰，第一個高峰源自飛機初次加速，第二個高峰出現在飛機調轉並爬升離開跑道後。單一離場噪音事件之總持續時間約為1-2分鐘。
● 第二個高峰噪音量隨著飛機離開跑道而衰減的速度比第一個高峰噪音量衰減的速度慢。



3.0 逆爆噪音之防制
3.1 噪音源處之噪音管制
一種常聽到的說法是，降低社區噪音的最有效方法是在噪音源處實施噪音管制。機場對於飛機所產生的噪音沒有任何管制辦法，只是在某些情況下，他們可能勸導航空公司減少操作噪音較大的飛機(即配備LBPR引擎的飛機)。第二節中所提出的數據顯示，HBPR引擎所產生的低頻噪音量低於LBPR引擎。文獻中也有證據顯示10，第三階段飛機的低頻逆爆噪音量平均比第二階段飛機低6 dB。針對SFO8的逆爆噪音測量似乎證實了此一論點，但相關資料庫仍非常有限。因此，撤除配備LBPR引擎的飛機可能是值得考慮的噪音減輕措施。
引擎製造商藉著提高旁通比，已經使得噴射機排氣噪音的大幅降低。但這項技術在未來能夠進步到什麼程度，仍有著現實的局限。因此，除了目前已達到的轉型成立第三階段機隊以外，未來低頻噪音減輕的前景仍然很不確定。
在聲源處實施噪音管制之外的另一種降噪方法是改良飛機的操作。有跡象顯示，噪音時間歷程的第二個高峰可能受到飛機爬升飛離跑道時之方向性(調轉)的影響。果真如此的話，較低的爬升率將可能降低第二高峰噪音量。離場轉向也可能具有類似的效果。在實施這些程序之前，有必要確定，爬升率或離場軌跡與社區內低頻噪音量之間是否有任何關聯。

3.2 屏障與建築物
第2.3節中所做的低頻噪音傳播描述，並未提及飛機與社區之間路徑中的障礙物所可能產生之噪音衰減，譬如屏障、坡台或建築物。屏障已被廣泛用於降低公路沿線和建築工地的噪音量，並被許多機場以三邊圍場的形式應用於降低飛機引擎試車作業所產生的噪音。因此，考慮利用屏障來降低逆爆噪音也是很自然的事。
屏障藉著消除噪音源與受體之間的直接路徑來達到噪音衰減的目的。然而，屏障的降噪效果並不如預期，因為聲音可能衍射或折射、越過屏障頂端、或傳播至屏障後方的陰影區，因此降低了屏障的降噪效果。屏障越高，聲頻越高，折射越少，噪音衰減也越高。接近屏障聲源的噪音衰減大於遠離屏障的聲源。同理也適用於受體距離。事實上，如果聲源與受體之間的距離超過數百公尺，任何實際尺寸的屏障都很難提供任何噪音衰減效果3。簡言之，如果屏障夠高，距離聲源和受體又不遠，而且面對的是高頻噪音，那麼屏障的效果便最好。
考量以上這些因素，似乎無法得出適合在跑道附近設屏障來降低逆爆噪音的結論。第一，屏障不可能設得離飛機太近。即使可以做到這點，屏障距離社區也會很遠，而無法達到預期的降噪效果。第二，屏障無法減低時間歷程中的第二個高峰噪音。第三，屏障降低低頻噪音的效果很差，而低頻是逆爆噪音的典型頻率。第四，風力作用會降低屏障的效果，而暴露於逆爆噪音的社區顯然都位於屏障的下風處。
建築物也可扮演屏障角色，並被用來有效降低社區噪音。譬如，Wyle公司的阿靈頓(維吉尼亞州)辦事處便與華盛頓雷根國內機場毗鄰。兩者之間有一棟13層的大層檔住直接視線，因此在Wyle辦事處，連低頻噪音都很少聽到。
屏障設在受體附近，具有一定的降噪效果。因此可供選擇的作為是，將屏障設在社區內，毗鄰需要保護的房子。即使要提供最起碼的噪音衰減效果，屏障仍至少需要有15呎高，而且要設在距離待保護住宅50-100呎的範圍內。

3.3 樹木與灌木叢
樹木和灌木叢被認為是很差的噪音屏障。由於遮面的關係，它們提供的降噪效果非常有限11。雖然樹葉可以提供不錯的視覺遮面，但由於聲散射作用，它們只能對高頻噪音(通常為2000 Hz以上)提供明顯的降噪效果。這些噪音的波長與樹葉尺寸差不多。如果樹木的樹枝或樹幹光秃，就更難有降噪效果了。
觀葉植物和樹木對低頻噪音的主要作用在於提高地面的降噪效果，因為它們的根部可以增加地面孔隙3。地面的降噪效果產生於從噪音源到受體的直接聲線與地面反射聲線之間的聲干擾。地面吸收取決於地表類型。在典型狀況下，地面吸收對數百赫茲的頻率效果最大。在某種程度上，變更地面狀況可以改變最大衰減的頻率12。然而，利用植樹以外的其他方式，也可以達到此一效果。
頻率在100 Hz以下時，穿過高大濃密草叢或灌木叢的聲衰減為每公尺(3.28呎) 0.01 dB以下13。就100公尺 (330呎)的地面覆蓋地帶而言，可期待之低頻噪音衰減還不到1 dB。
如果觀葉植物的濃密程度像個樹籬、灌木叢或樹林，頻率在100 Hz以下時，穿過這片觀葉植物的額外聲衰減不超過每公尺(3.28呎) 0.02 dB。此外，如果樹林帶寬度超過200公尺(650呎)3，或甚至未達200公尺14，其衰減效果將大打折扣。因此，就低頻噪音而言，可期待之額外衰減不會超過4 dB。為了提供降噪效果，樹木的高度必須高於從聲源到受體路徑10公尺(30呎)以上，密集生長的深度也要超過10公尺13。由於風速和溫度垂直梯度(聲折射)在樹林上方產生之曲線路徑的作用，儘管在樹頂高度的梯度減少，樹木的降噪效果可能更低。
屏障的結論與透過降噪以外之其他方法獲致的益處有關。值得注意的是，儘管樹木並無可測得的降噪效果，但人們卻仍然相信，樹木有助降低噪音。可能的原因是：人們喜歡樹木、樹木能夠“柔化”環境、或微風吹過樹梢的聲音很順耳15。另一種可能是，樹木遮住了機場的視線，有助於減輕噪音的厭煩感16。

3.4 聲隔絕
多年來，無論在美國或世界其他地區，為暴露於航空噪音的住宅區和學校實施聲隔絕，一直是許多機場降噪計劃中的重要課題。此一課題的普受重視，在某種程度上表示對以下事實的認定：航空噪音減輕技術開發需要長年努力，這些技術也將應用到整個機隊。總的來說，聲隔絕計劃實施得相當成功，一般民眾對其結果普遍感到滿意。住宅區內的A-加權噪音量已至少降低5 dB (有時降得更多)。住宅修改經常改善住宅的外觀。溫帶地區的許多聲隔絕計劃甚至包含中央空調系統。

在大多數住家中，達到5 dB降噪改善的目標通常並不困難。標準處理技術包括安裝隔聲門窗、加裝禦寒門窗、加強閣樓隔聲、內牆處理和密封或阻隔任何噪音傳播之開放路徑。為了達到房屋結構的降噪效果，當然必須保持門窗關閉，因此也需要安裝換氣系統或空調系統。這些裝設的總成本因房屋類型和大小而定，但一般都在每單位15,000 – 30,000美元之間。

目前的聲隔絕計劃在設計上主要是為降低飛機飛越噪音，其目標以A-加權分貝表示。雖然這些聲隔絕計劃有時是在逆爆噪音暴露區內實施，但有關低頻噪音降減問題，除了一些初步研究外，未被納入任何考量。事實上，聯邦航空管理局目前的政策沒有特別為低頻聲隔絕計劃提供任何經費。

前文所述之聲隔絕處理，對中/高頻噪音的降減效果大於對低頻噪音的效果。多數用來加強降噪效果的結構措施，情況也大致如此。在頻率高於160 Hz時，建築元素的降噪效果通常隨著頻率的升高而增加，並決定於三項參數 – 質量(mass)、間隔和元素間之去耦設計。質量越高、內外牆板和窗格間隔越大、和牆板間的去耦越高，降噪效果便越高。頻率低於約160 Hz時，降噪效果會受到許多結構共振的影響。這些結構共振可以透過審慎選擇質量和間隔而轉移其頻率，但很難將之完全消除。提升房屋對中/高頻噪音的降噪效果並不困難，但相同的處理方法對於低頻(低於160 Hz)噪音的效果卻非常有限。

此一結果已為兩項聲隔絕計劃證明。巴爾的摩華盛頓國際機場(BWI)實施的一項研究低頻處理應用的初步計劃，達到平均增加4 dB C-加權降噪效果的結果17, 18。這些處理的範圍相當大，包括主牆改良和窗戶厚度增為三倍(總厚度超過12吋)。其成本比標準聲隔絕處理成本增加四成。

波士頓羅根國際機場的“住宅聲隔絕計劃”實施另一個不同於傳統噪音隔絕計劃的概念。除了標準處理以外，住宅的一個房間被指定為“優先房”(ROP)。這個由屋主自行挑選的ROP被給予特別處理，以進一步降減屋外噪音的傳播。雖然ROP並未專門針對低頻噪音而設計，但其處理可提升所有頻率的聲隔絕效果。ROP處理增加的工程包括朝著房間中央加蓋附有額外牆板的內牆，並採用厚度達5-6吋的雙層玻璃窗。一項分析性評估證明，除了標準處理所達成之改善外，ROP處理提升C-加權降噪效果約5 dB。額外處理成本為每個房間5,000 – 6,000美元不等10。

因此，低頻聲隔絕可能提升，只是處理成本很昂貴。事實上，多年來，聲學工程師們已為錄音室、保全設施和測試設施設計出許多針對低頻提供高度降噪效果的結構(譬如消音室)。但這些都是非常厚重而昂貴的結構，搭配雙重門和多層窗戶(如果有窗戶的話)。因此，這些結構絕對不適合用於住宅建築。波士頓的某些屋主拒絕接受ROP計劃，因為ROP處理後，室內的樓面空間會小很多。

3.5 振動與嗄響
根據文獻的記錄，逆爆噪音區內屋主的主要抱怨似乎與建築元素和家中擺設物品的嗄嗄作響有關20。最常見的例子包括門窗、掛圖、天花板固定裝置和裝飾品的嗄響噪音。在建築物內部，當任何類型的固體表面與另一個鄰近固體表面非常接近時(不一定直接接觸)，便會發生嗄嗄作響的噪音。飛機噪音(尤其是低頻噪音)引起這些固體表面振動，可能造成它們互相碰撞，因而發出惱人的嗄響聲。

針對以建築物元素或陳設之聲誘導振動為主題的文獻(包括測量法、偵測門檻、解讀標準和低頻效應)，學界近來做了廣泛檢討20。對目前實際應用來說，特別引人興趣的是有關建築結構對聲激勵低頻反應21,22,23和噪音和振動減輕技術的研究24。這些研究考量大砲發射、炸彈爆炸、音爆和直升機所產生的聲負荷，做為低頻聲能的噪音源。這些聲源最大能量分別集中於以下頻率範圍：音爆(20 Hz以下)、瞬間爆炸或大砲發射(16-63 Hz)、和半穩定狀態直升機噪音(50-125 Hz)。因此，一般分析模型、測量結果和結論均適用局限於類似頻率範圍之特定低頻航空噪音。

由於嗄響是聲誘導結構振動所造成之二次噪音散發作用，適用於住宅建築之主要噪音減輕概念有兩個：(a) 降低建築元素對低頻噪音的反應；(b) 防止振動物品與其支撐表面產生碰撞。

航空噪音引發之建築結構振動是一種複雜的現象，其特徵為特定頻率共振反應。這些特定頻率遠低於研究結構聲透射損失之通常頻率範圍。造成此一反應之關鍵參數包括建築結構元素之基本共振頻率、結構元素之典型表面重量、以及聲驅動結構之動態振動反應因素21,25。根據這些資料和低頻噪音傳播至結構之基本理論，可以確定幾個可能採用噪音減輕措施的領域[5]，這些領域包括：

● 藉著增加質量或減低硬度(交錯板牆筋)來改變牆壁結構，以降低模態頻率和增加質量法則傳播損失。
● 增加吸收以抑制結構及聲共振，增加氣腔排氣以加速在牆板-氣腔共振頻率之聲透射損失，藉以改變傳統雙牆系統的氣腔。
● 在牆壁內和頂樓加裝Helmholtz共振器，以降低牆壁透射損失和抑制低階聲學室內共振模式(room modes)。

這些技術中，有些已經眾所周知，且通常用於100Hz以上頻率聲隔絕，並對於低頻振動和噪音減輕仍具部分效果，譬如氣腔吸收和增加牆壁質量技術。然而，有關低頻之確定數據仍然缺乏。其他技術則多半尚未開發(如氣腔排氣技術和Helmholtz共振器技術)，但這些技術對於未來評估，仍是很有希望的候選技術。

關於如何將門窗、照明固定裝置、及其他家庭物品之嗄響減至最小，學界已經提出具體建議20,24。建議行動包括相當簡單、實用並合乎成本效益的解決方案。這些方案利用墊片材料填補空隙和軟化接觸點，以防止金屬器件在結構元素間鬆脫。簡單的振動隔絕墊片和墊圈等(塞入牆壁或天花板安裝器件及固定裝置)、地板式櫃櫥和櫥架(或櫥架襯裡)，也都被建議用來緩和振動物品的碰撞，進而降低或消除嗄響噪音。

同樣地，前文所列舉的某些措施，也經常被用於住宅聲隔絕計劃，做為擋風條襯料的一部分。這些襯料通常用於玻璃、窗框和門板之氣密安裝。其他解決方案(如利用軟隔絕墊)尚缺乏實驗證明。

在密爾布瑞市(Millbrae)，某些住家接受了額外處理，以降低面對第19號跑道之房間牆壁和窗戶的低頻噪音振動和嗄響。額外處理包括在房內增建第二道內牆和安裝STC等級較高的窗戶。雖然缺乏測量數據證明這些處理的改善效果，但41戶接受額外處理的住戶中，有38戶的屋主認為，這些處理非常有效。額外處理成本較標準處理成本增加20%。

在明尼蘇達州，大多數抱怨嗄響的屋主都是因為窗戶嗄嗄作響。接受標準聲隔絕處理的住戶中，近40%的屋主停止了抱怨。標準處理項目包括整修或更換窗戶。看來似乎很顯然，標準處理可以解決部分(而非全部的)嗄響問題。說來其實很簡單，只要利用毛氈或橡膠墊將家中物品與桌面、牆壁和櫥架隔絕開，便可消除聽得見的嗄響。許多住在聖保羅國際機場(MSP)附近受到低頻噪音影響的住戶，都自行採取了這些措施。根據調查結果，許多住戶認為，這是一項很有效的措施20。

3.6 主動式控制
近年來，利用主動式噪音控制(ANC)技術，已證明可以局部降低噴射引擎的低頻噪音。利用傳統(被動式)噪音控制技術時，重型牆或彈性纖維等材料被用來阻擋或吸收聲波。有了“主動式”噪音控制技術後，聲波被妥善安置於惱人噪音源與受影響地區之間的電子控制揚聲器所修改。這些揚聲器發出與惱人噪音不同相位的噪音，因而將惱人噪音抵銷掉。

簡單來說，一套主動式噪音控制系統包含一個參考麥克風，負責監控惱人噪音，並將之傳送至一個電子控制器。電子控制器再產生一種與惱人噪音不同相位的聲音，再透過揚聲器將這種聲音傳播出去。另一個麥克風(稱為誤差麥克風)被設置在需要降噪的地方。誤差麥克風向電子控制器傳送反饋信號，進一步修飾噪音，並將噪音量減至最低。為了便於有效運作，主動式噪音控制系統要求，參考麥克風所接收到的噪音信號必須與需要降噪區域的噪音有很好的關聯。
主動式噪音控制系統應用於減輕離場飛機逆爆噪音的初期示範相當成功26。圖3-1顯示採用和未採用簡單3揚聲器系統之飛機離場低頻噪音頻譜。在振動和嗄響之重要頻率範圍內，噪音減降達10 dB。
應用ANC之可能方式有兩種：控制揚聲器接近聲源或接近受體。前者是最適合用於降低飛機靜止時引擎試車作業所產生噪音的組態。這種組態也可提供最寬的頻率涵蓋範圍。但這種組態用於降低離場飛機逆爆噪音的效果不佳，因為受影響社區與跑道間有一段距離，參考麥克風與誤差麥克風信號之間的關聯性在遠距離傳播過程中會降低。選擇方案是將ANC系統設在社區裡，如此一來，參考麥克風所監控的噪音便是實際存在於社區的噪音，ANC系統所降低的正是這些噪音。ANC系統還結合偵測系統，如此系統便只會在飛機離場期間運作。
這套系統中唯一體積較大的設備是低頻揚聲器。ANC系統需要產生之聲功率取決於飛機與需要降噪場地之間的距離 – 距離越近，聲功率越高，揚聲器總成也越大。ANC系統設在社區內時，系統不需要產生高噪音量，因此所需要的聲功率也較低。在實際裝配中，揚聲器將經過偽裝，使其融入周邊環境中，而且始終設在地面的高度。系統經過適當調整後，當地社區除了感受到噪音量降低外，將不會察覺系統在運作。
目前為止所做的實驗顯示，ANC系統可以成功降低離場飛機所產生的低頻逆爆噪音。


圖3-1 採用和未採用主動式噪音控制系統之逆爆噪音頻譜
4.0 總結與建議
4.1 研究結果總結
在噪音源處管制噪音目前不是機場當局的選項，但在某些情況下，他們也可能汰換噪音較大的飛機。汰換噪音較大的飛機將隨著飛機的除役而逐漸進行，但此一進程也可能加快速度，因為最近的事件，許多航空公司都減班營運。

在可預見的未來，新一代HBPR引擎產生之低頻噪音量將不會明顯降低。HBPR引擎技術的“低垂果實”已經收獲完了。

延長跑道或將其起飛入口移至距離受逆爆噪音影響社區較遠的地方，可降低起飛時的噪音量，但對於飛機爬升後第二個噪音高峰的降噪效果卻很小。

屏障除非能設在距離噪音源或受體幾百呎的範圍內，否則無法提供任何明顯降噪效果。屏障必須設在社區內需要降噪的房屋附近，才是可行方案。

樹木和灌木叢或許可藉著遮掉與機場的視覺接觸，而增添寧靜感和降低厭煩感，但它們無法提供真正的降噪效果。

針對房屋做聲隔絕處理以降低室內低頻噪音的做法不切實際，因為多數聲隔絕處理都非常昂貴，且美學和居住性考量也會限制可能達到的降噪效果。然而，一項小規劃計劃倒可能成為成功的方案，即更換或修理被屋主認定為嗄響源之密合不佳的門窗。

噪音抵銷非常適合低頻噪音的減降。初步試驗已證明，在受離場飛機噪音影響之特定區域，噪音減降最多可達10 dB。然而，這項技術尚未在機場社區中試驗過。

4.2 建議
1. 配備剛好符合第三階段噪音要求之LBPR引擎的飛機所產生之逆爆噪音比配備HBPR引擎的飛機大。因此，當LBPR引擎飛機逐漸除役時，逆爆噪音便可望降低。在舊金山國際機場(SFO)安裝所建議的新噪音監控系統後，降噪程度應該可以量化。

2. 將跑道入口移至距離社區較遠的地方，可降低飛機起飛時的逆爆噪音，因而減少總噪音暴露。為SFO機場規劃新跑道配置時，應該將這點納入考量。

3. 用於減輕飛越噪音之標準方法不適合用來降低逆爆噪音。對低頻噪音唯一具有希望的方法是採取主動式噪音控制的噪音抵銷技術。到目前為止，這項技術的試驗證明還很有限。針對少數房屋進行小規模試驗，便可提供足以證實此一概念之必要數據，並有助於確定噪音減輕規模。

4. 聖保羅國際機場(MSP)附近的許多居民都認為，低頻噪音帶給他們的主要困擾是門窗嗄響。也有許多居民表示，當他們接受更換門窗的標準聲隔絕處理後，此一問題已獲得令他們滿意的改善。然而，並非一定要實施完全的聲隔絕計劃，才能達到降低嗄響的目的。我們建議實施小規模試驗計劃，測試嗄響減輕措施的應用(如緊固門窗和在家中物品底下增加毛氈墊)，以確定這些措施的效果和成本。事實上，屋主們可以自行執行這些措施。