DOI: https://doi.org/10.1007/s13272-026-00947-1
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Anandini Sravya Jayanthi وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار الضوضاء وإدارتها
نظرة عامة
تقدم هذه الورقة منهجية قائمة على القياس لتحليل تأثير الأرض في قياسات ضوضاء الطائرات أثناء التحليق، لا سيما في البيئات ذات الضوضاء المنخفضة. باستخدام مجموعة صوتية، يقوم المؤلفون بإنشاء طيف زمني يقلل من انعكاسات الأرض. من خلال تطبيق نموذج يأخذ في الاعتبار تأثير الأرض، يقومون بإنشاء طيف زمني شبه اصطناعي، والذي تتم مقارنته نوعيًا مع الأطياف الزمنية التي تم الحصول عليها من قياسات ميكروفون واحد على ارتفاعات مختلفة. تقوم الدراسة بتحديد تأثير الأرض من خلال دمج الإشارات المسجلة بواسطة المجموعة مع نموذج تأثير الأرض، مما يؤدي إلى تحسين التوافق بين مستويات الضوضاء عند ارتفاعات مستقبلين مختلفة وقياسات المجموعة. من الجدير بالذكر أن التحليقات عند زوايا ارتفاع أعلى تظهر تقليلًا أكبر في الضوضاء يصل إلى 2.3 ديسيبل A، بينما تلك عند الزوايا المنخفضة تظهر تقليلًا يقارب 1.8 ديسيبل A، مما يتحدى الافتراضات التقليدية حول تقليل تأثير الأرض.
في الختام، تؤكد الأبحاث على أهمية تأثير الأرض في قياسات الضوضاء وتقدم منهجية جديدة تعزز دقة توقعات مستويات الضوضاء. تشير النتائج إلى وجود فرق واضح في تقليل الضوضاء بناءً على زوايا الارتفاع، مما يتناقض مع الادعاءات السابقة بأن تأثير الأرض يتناقص مع الزوايا الأعلى. يوصي المؤلفون بإجراء مزيد من القياسات، لا سيما عند الزوايا المنخفضة، للتحقق من هذه الرؤى. تؤكد هذه الدراسة على ضرورة أخذ تكوينات القياس في الاعتبار في دراسات التحقق من النماذج وتبرز أهمية دمج تأثيرات الأرض بدقة في نمذجة الضوضاء لتحقيق توقعات موثوقة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الاهتمام المتزايد من الجمهور بالسفر الجوي، مما أدى إلى زيادة في عدد الرحلات والتحديات المرتبطة بها، لا سيما فيما يتعلق بضوضاء الطائرات في المجتمعات المحيطة. تم تحديد مستوى الضوضاء المتوسط ليوم-مساء-ليل ($L_{den}$) كمقياس حاسم لتقييم التعرض للضوضاء، حيث أوصت منظمة الصحة العالمية بأن تقوم المطارات الأوروبية الكبرى بتقييم مستويات الضوضاء حتى $L_{den} = 45 \text{ dBA}$. من الجدير بالذكر أن المناطق ضمن نطاق 45-55 ديسيبل A، المصنفة كمناطق ذات ضوضاء منخفضة، لم يتم استكشافها بشكل كافٍ على الرغم من تأثيرها المحتمل على عدد أكبر من السكان. تؤكد الدراسة على ضرورة إجراء تقييمات دقيقة للضوضاء في هذه المناطق، لا سيما من خلال استخدام بيانات الضوضاء المراقبة باستمرار، مثل تلك التي تم جمعها بواسطة محطات مراقبة الضوضاء (NOMOS) في هولندا.
تركز الورقة على تأثير الأرض في انتشار الضوضاء، لا سيما في المناطق ذات الضوضاء المنخفضة حيث تختلف زوايا ارتفاع الطائرات بشكل كبير. تنتقد النماذج الحالية لتوقع الضوضاء، مثل ECAC Doc.29، التي تعتمد على جداول ضوضاء-طاقة-مسافة (NPD) والعلاقات التجريبية للتقليل الجانبي. تهدف الدراسة إلى التحقق من صحة هذه النماذج مقابل القياسات الفعلية، مع معالجة التحديات المتعلقة بقياس تأثير الأرض عند زوايا ارتفاع أعلى ($\theta > 50^\circ$). من خلال اعتماد نهج قائم على القياس يستخدم تحليقات الطائرات في العالم الحقيقي حول مطار روتردام لاهاي (RTHA)، تسعى الأبحاث إلى عزل وقياس تأثير الأرض. يتضمن ذلك أدوات متقدمة، بما في ذلك مجموعة ميكروفونات متدرجة لتحديد مصدر الصوت وإنشاء أطياف زمنية نظيفة، مما يسمح في النهاية بقياس التخفيف الناتج عن تأثيرات الأرض ($\Delta SPL_G$) عبر ارتفاعات ميكروفون مختلفة. تم هيكلة الورقة لتفصيل مجموعة البيانات، والمنهجية، والنتائج، مما يؤدي إلى ملخص للنتائج الرئيسية.
طرق
في هذا القسم، يتم وصف المنهجية المستخدمة لمعالجة أحداث الضوضاء، مع التركيز على تحقيق محاذاة زمنية دقيقة. يوضح المؤلفون الخطوات اللازمة لإنشاء طيف زمني نظيف، يقلل من تأثيرات الأرض على البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يحدد القسم التقنيات المستخدمة لقياس تأثير الأرض على مستويات الضوضاء المقاسة، مما يضمن أن التحليل يعكس بدقة الخصائص الحقيقية لأحداث الضوضاء قيد الدراسة.
نتائج
في هذا القسم، يقدم المؤلفون نتائج منهجيتهم لإنشاء أطياف زمنية شبه اصطناعية، والتي تم اشتقاقها من بيانات المجموعة وتم تعديلها لتأثيرات الأرض بناءً على نموذج تحليلي. يتضمن التحقق من صحة هذه الأطياف مقارنة بصرية مع الأطياف الزمنية المقاسة المسجلة عند ارتفاعين مختلفين للمستقبلين. بعد هذا التقييم النوعي، يتم حساب الفروق في المستوى، المشار إليها بـ $\Delta L_{A,G}$، لتحديد التباينات.
بالإضافة إلى ذلك، تجري الدراسة مقارنة شاملة لجميع أحداث التحليق لكل من ارتفاعات المستقبلين، مع تقييم تأثير تصحيحات تأثير الأرض. لكل حدث ضوضاء تم تحليله، يتم إنتاج طيف زمني نظيف مرجح A، يُشار إليه بـ $PSL_{clean}$، من خلال المتوسط المكاني لشدة الصوت عبر جميع الميكروفونات الوظيفية في المجموعة، باستخدام مدة لقطة تبلغ 0.25 ثانية طوال الحدث. يسمح هذا النهج بفحص مفصل للخصائص الصوتية المتأثرة بتأثيرات الأرض.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في الورقة المنهجية والنتائج المتعلقة بقياسات ضوضاء الطائرات التي أجريت حول مطار روتردام لاهاي (RTHA) باستخدام معدات صوتية متقدمة. تم أخذ القياسات في ثلاثة أيام منفصلة في يوليو وأغسطس 2024، مما يعكس كل من الوصول والمغادرة في موقعين مختلفين. استخدمت الدراسة مزيجًا من ميكروفونين فرديين ومجموعة ميكروفونات متدرجة مكونة من 64 ميكروفونًا لضمان جمع بيانات دقيقة ومتسقة. تضمنت معالجة البيانات مزامنة زمنية وتطبيق تشكيل حزمة التردد التقليدي (CFDBF) لتقدير مواقع الطائرات، والتي تم استخدامها بعد ذلك لتحليل تأثير الأرض على انتشار الصوت.
كشفت الحسابات التحليلية أن تأثير الأرض يؤثر بشكل كبير على مستويات الصوت، مع ملاحظات تتعلق بالتغيرات بناءً على زوايا ارتفاع التحليقات. على وجه التحديد، وجدت الدراسة أن التحليقات عند زوايا ارتفاع منخفضة أظهرت فرقًا متوسطًا قدره 1.8 ديسيبل A في مستويات الصوت بسبب تأثيرات الأرض، بينما أظهرت تلك عند زوايا ارتفاع أعلى فرقًا متوسطًا قدره 2.3 ديسيبل A. يتناقض هذا الاتجاه مع الادعاءات السابقة بأن تأثيرات الأرض تتناقص مع زيادة الارتفاع. تؤكد النتائج على أهمية أخذ تكوينات القياس في الاعتبار عند مقارنة توقعات النموذج مع مستويات الضوضاء الفعلية، مما يشير إلى أن مزيدًا من القياسات، لا سيما عند الزوايا المنخفضة، ضرورية للتحقق الشامل ونمذجة تأثيرات الأرض في تقييمات الضوضاء.
DOI: https://doi.org/10.1007/s13272-026-00947-1
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Anandini Sravya Jayanthi et al.
Primary Topic: Noise Effects and Management
Overview
This paper presents a measurement-based methodology for analyzing the ground effect in aircraft flyover noise measurements, particularly in low-noise environments. Utilizing an acoustic array, the authors generate a spectrogram that minimizes ground reflections. By applying a model to account for the ground effect, they create a semi-synthetic spectrogram, which is then qualitatively compared to spectrograms obtained from single microphone measurements at varying heights. The study quantifies the ground effect by integrating array-recorded signals with the ground effect model, leading to improved agreement between noise levels at different receiver heights and the array measurements. Notably, flyovers at higher elevation angles exhibit a greater noise reduction of up to 2.3 dBA, while those at lower angles show a reduction of approximately 1.8 dBA, challenging conventional assumptions about ground effect attenuation.
In conclusion, the research emphasizes the significance of the ground effect in noise measurements and introduces a novel methodology that enhances the accuracy of noise level predictions. The findings indicate a distinct difference in noise reduction based on elevation angles, contradicting previous assertions that ground effect diminishes with higher angles. The authors recommend further measurements, particularly at grazing angles, to validate these insights. This work underscores the necessity of considering measurement configurations in model validation studies and highlights the importance of accurately incorporating ground effects in noise modeling to achieve reliable predictions.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the increasing public interest in air travel, leading to a surge in flight numbers and associated challenges, particularly concerning aircraft noise in surrounding communities. The average Day-Evening-Night noise level ($L_{den}$) is identified as a critical metric for assessing noise exposure, with the World Health Organization recommending that major European airports evaluate noise levels down to $L_{den} = 45 \text{ dBA}$. Notably, regions within the 45-55 dBA range, classified as low-noise areas, have been underexplored despite their potential impact on larger populations. The study emphasizes the necessity for accurate noise assessments in these areas, particularly through the use of continuously monitored noise data, such as that collected by Noise Monitoring Stations (NOMOS) in the Netherlands.
The paper focuses on the ground effect in noise propagation, particularly in low-noise regions where elevation angles of aircraft vary significantly. It critiques existing noise prediction models, such as the ECAC Doc.29, which rely on Noise-Power-Distance (NPD) tables and empirical relations for lateral attenuation. The study aims to validate these models against actual measurements, particularly addressing the challenges of measuring ground effects at higher elevation angles ($\theta > 50^\circ$). By employing a measurement-based approach that utilizes real-world aircraft flyovers around Rotterdam The Hague Airport (RTHA), the research seeks to isolate and quantify the ground effect. This involves advanced instrumentation, including a phased microphone array for source localization and the generation of clean spectrograms, ultimately allowing for the quantification of attenuation due to ground effects ($\Delta SPL_G$) across various microphone heights. The paper is structured to detail the dataset, methodology, and results, culminating in a summary of key findings.
Methods
In this section, the methodology employed for preprocessing noise events is described, focusing on achieving precise time alignment. The authors detail the steps necessary to generate a clean spectrogram, which minimizes the influence of ground effects on the data. Additionally, the section outlines the techniques used to quantify the ground effect on the measured noise levels, ensuring that the analysis accurately reflects the true characteristics of the noise events under investigation.
Results
In this section, the authors present the results of their methodology for generating semi-synthetic spectrograms, which are derived from array data and adjusted for ground effects based on an analytical model. The validation of these spectrograms involves a visual comparison with measured spectrograms recorded at two different receiver heights. Following this qualitative assessment, the level differences, denoted as $\Delta L_{A,G}$, are computed to quantify the discrepancies.
Additionally, the study conducts a comprehensive comparison of all flyover events for both receiver heights, assessing the impact of ground effect corrections. For each noise event analyzed, a clean A-weighted spectrogram, referred to as $PSL_{clean}$, is produced by spatially averaging the acoustic intensity across all functional microphones in the array, utilizing a snapshot duration of 0.25 seconds throughout the event. This approach allows for a detailed examination of the acoustic characteristics influenced by ground effects.
Discussion
The discussion section of the paper outlines the methodology and findings related to aircraft noise measurements conducted around Rotterdam The Hague Airport (RTHA) using advanced acoustic equipment. Measurements were taken on three separate days in July and August 2024, capturing both arrivals and departures at two distinct locations. The study employed a combination of two single microphones and a 64-microphone phased array to ensure accurate and consistent data collection. The preprocessing of the data involved time synchronization and the application of Conventional Frequency Domain Beamforming (CFDBF) to estimate aircraft locations, which were then used to analyze the ground effect on sound propagation.
The analytical calculations revealed that the ground effect significantly influences sound levels, with variations observed based on the elevation angles of the flyovers. Specifically, the study found that flyovers at lower elevation angles exhibited an average difference of 1.8 dBA in sound levels due to ground effects, while those at higher elevation angles showed a mean difference of 2.3 dBA. This trend contradicts previous assertions that ground effects diminish with increasing elevation. The findings underscore the importance of accounting for measurement configurations when comparing model predictions with actual noise levels, suggesting that further measurements, particularly at grazing angles, are necessary for comprehensive validation and modeling of ground effects in noise assessments.