彭健新 趙磊 蔣燕梅

(華南理工大學(xué) 物理與光電學(xué)院，廣東 廣州 510640)

老年人對(duì)言語(yǔ)的感知容易受到混響和噪聲的干擾[1- 3]。研究表明，老年人的聽(tīng)力隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸下降，通常表現(xiàn)為對(duì)中高頻聲音聽(tīng)力下降和在噪聲環(huán)境下交流溝通困難，大腦對(duì)收到的聲音的處理變慢且很難對(duì)聲音定位[4]。Harris等[5]證實(shí)：在加入噪聲的混響條件下，聽(tīng)力正常的老年人的語(yǔ)言清晰度得分比聽(tīng)力正常的年輕受試者明顯差很多。

存在競(jìng)爭(zhēng)聲源的情況下，通過(guò)對(duì)聽(tīng)力正常的年輕人進(jìn)行語(yǔ)言清晰度的研究，Dirks等[6]指出，語(yǔ)言信號(hào)和噪聲分離角度僅為10°時(shí)，語(yǔ)言清晰度就會(huì)產(chǎn)生顯著的變化。Hawley等[7]進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論，并指出無(wú)論是揚(yáng)聲器重放還是耳機(jī)重放，聽(tīng)音人的語(yǔ)言清晰度得分都隨語(yǔ)言信號(hào)和噪聲的空間分離而得到提高。Marrone等[8]指出，當(dāng)噪聲與語(yǔ)言信號(hào)之間的分離角度為±15°時(shí)，年輕人的去掩蔽值平均為8 dB，分離角度更大時(shí)去掩蔽值可超過(guò)12 dB。Bronkhorst等[9]通過(guò)耳機(jī)重放方式比較了聽(tīng)力損失的老年人和聽(tīng)力正常的年輕人在存在競(jìng)爭(zhēng)聲源條件下的言語(yǔ)接受閾值(SRT)，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，有聽(tīng)力損失的老年人的SRT比聽(tīng)力正常的年輕人高4.2～10.0 dB。這些研究表明，在良好的語(yǔ)言交流環(huán)境中，老年人比聽(tīng)力正常的年輕人需要更高的室內(nèi)語(yǔ)言清晰度。

室內(nèi)語(yǔ)言清晰度主觀評(píng)價(jià)是室內(nèi)語(yǔ)言清晰度好壞的最終判據(jù)。對(duì)老年人使用空間的語(yǔ)言清晰度主觀評(píng)價(jià)，需老年聽(tīng)音人在被評(píng)價(jià)廳堂進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)，這會(huì)給聽(tīng)音人帶來(lái)不便。采用揚(yáng)聲器在被試廳堂播放測(cè)試字表，借助人工頭記錄被測(cè)試位置的聽(tīng)音信號(hào)，再由耳機(jī)重放錄音信號(hào)供聽(tīng)音人評(píng)價(jià)則比較方便。但是，采用揚(yáng)聲器重放進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)和采用人工頭錄音再通過(guò)耳機(jī)重放進(jìn)行評(píng)價(jià)這兩種方式所得到的老年人語(yǔ)言清晰度結(jié)果有無(wú)差異尚未見(jiàn)報(bào)道。文中在不同混響時(shí)間、不同信噪比和不同噪聲方位角條件下，通過(guò)老年人進(jìn)行聽(tīng)音評(píng)價(jià)，探討現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)聲器重放方式和在現(xiàn)場(chǎng)采用人工頭錄音然后在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)耳機(jī)重放方式對(duì)老年人漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)的影響。

1 方法

選取大小分別為10.53 m×7.72 m×3.23 m、3.44 m×4.96 m×3.35 m的兩個(gè)房間供現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)聲器重放所用。兩個(gè)房間的墻壁和天花板均粉刷涂漆。測(cè)試時(shí)，在小房間內(nèi)放置分散的吸聲塊以獲得較短的混響時(shí)間，而對(duì)大房間不作任何聲學(xué)處理。采用無(wú)指向性揚(yáng)聲器通過(guò)掃頻法測(cè)得大、小兩個(gè)房間內(nèi)500～1 000 Hz倍頻帶的平均混響時(shí)間T30分別為1.4 s和0.8 s，采用B&K2250聲分析儀測(cè)得大、小房間的背景噪聲分別為38.5 dBA和36.2 dBA。

漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度主觀評(píng)價(jià)測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 4959—85采用打圈法進(jìn)行[10]。每張測(cè)試字表25行，每行由5個(gè)聲母不同韻母相同的漢字構(gòu)成。隨機(jī)播放測(cè)試字表，由聽(tīng)音人圈出所聽(tīng)到的字。測(cè)試時(shí)，在以聽(tīng)音人位置為圓心、半徑為2.0 m的180°半圓弧上每隔45°布置1個(gè)揚(yáng)聲器(共5個(gè))。語(yǔ)言清晰度測(cè)試信號(hào)由正前方的揚(yáng)聲器(JBL LSR6325P)播放，噪聲信號(hào)則從方位角為0°、45°和90°的揚(yáng)聲器中隨機(jī)選擇一個(gè)進(jìn)行播放。測(cè)試時(shí)，每次1位聽(tīng)音人坐于圓心位置，該位置的噪聲級(jí)為60 dB，測(cè)試信號(hào)信噪比分別為0 dB和15 dB，即語(yǔ)言聲級(jí)分別為60 dB和75 dB?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完后，將01 dB MK2B仿真人工頭置于聽(tīng)音人所在的位置，記錄揚(yáng)聲器播放的測(cè)試信號(hào)，同時(shí)測(cè)量人工頭雙耳處的測(cè)試信號(hào)聲級(jí)。然后，在背景噪聲低于30 dBA的房間內(nèi)使用耳機(jī)(Sennheiser HD580)重放所記錄的信號(hào)供聽(tīng)音人評(píng)價(jià)。測(cè)試時(shí)，聽(tīng)音人雙耳處的聲級(jí)與人工頭記錄的聲級(jí)一致。

共有6位60～75歲的男性老年人和6位聽(tīng)力正常的年輕人(22～30歲的研究生)參與測(cè)試。他們均能熟練聽(tīng)說(shuō)普通話。根據(jù)ISO 6189規(guī)范測(cè)得老年人和年輕人在250、500、1 000、2 000、4 000、6 000 Hz的純音聽(tīng)閾如圖1所示。每位聽(tīng)音人分別完成揚(yáng)聲器重放和耳機(jī)重放下12種不同測(cè)試條件(0.8 s和1.4 s混響時(shí)間，0 dB和15 dB信噪比，0°、45°和90°噪聲方位角)的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果和討論

首先對(duì)12種測(cè)試條件下的288個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰差型檢驗(yàn)[11]，結(jié)果表明，所有測(cè)試數(shù)據(jù)均有效。然后統(tǒng)計(jì)每種測(cè)試條件下6位老年人和6位年輕人的語(yǔ)言清晰度平均得分，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，老年人和年輕人的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分均隨混響時(shí)間的增加而降低，隨信噪比的增加、語(yǔ)言信號(hào)與噪聲的空間分離而提高。這與先前研究得到的結(jié)果一致[12- 13]，文中重點(diǎn)探討兩種重放方式對(duì)老年人進(jìn)行漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)的影響。對(duì)不同測(cè)試條件下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果表明：重放方式(F(1,286)=2.8)對(duì)漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分沒(méi)有顯著性影響(P>0.05)，年齡(F(1,286)=321.9)、信噪比SNR(F(1,286)=211.4)、噪聲方位角(F(2,285)=46.8)和混響時(shí)間T30(F(1,286)=35.1)對(duì)語(yǔ)言清晰度得分均有顯著性影響(P<0.001)，其中，年齡差異對(duì)語(yǔ)言清晰度得分的影響最大，其余依次是信噪比、噪聲方位角、混響時(shí)間。年齡和信噪比之間具有顯著交互作用(P<0.001)，年齡和混響之間具有統(tǒng)計(jì)意義上的差異(P<0.05)，其余因素間的交互作用不顯著(P>0.05)。表1為老年人和年輕人在揚(yáng)聲器重放和耳機(jī)重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分差異統(tǒng)計(jì)。從圖2和表1可知，無(wú)論老年人還是年輕人，相同測(cè)試條件下通過(guò)揚(yáng)聲器重放方式和耳機(jī)重放方式得到的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分差異較小。老年人在12種測(cè)試條件下通過(guò)揚(yáng)聲器重放方式得到的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分比通過(guò)耳機(jī)重放方式得到的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分高2.6%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6%；年輕人在12種測(cè)試條件下通過(guò)揚(yáng)聲器重放方式得到的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分比通過(guò)耳機(jī)重放方式得到的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分高1.0%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%。

圖1 老年人和年輕人的純音聽(tīng)閾比較

Fig.1 Comparison of pure tone thresholds between the elderly and young adults

圖2 不同重放方式下老年人和年輕人的語(yǔ)言清晰度得分

Fig.2 Chinese speech intelligibility scores in different reproduction modes

表1 老年人和年輕人在兩種重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分差異統(tǒng)計(jì)

Table 1 Differences in Chinese speech intelligibility scores between the elderly and young adults in two reproduction modes

噪聲方位角/(°)測(cè)試對(duì)象漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分差值/%T30=0.8s時(shí)T30=1.4s時(shí)SNR=0dBSNR=15dBSNR=0dBSNR=15dB04590老年人-0.33.31.36.8年輕人02.5-0.82.5老年人3.75.02.73.3年輕人0.82.5-3.32.5老年人3.33.31.8-3.3年輕人3.32.5-0.80.8

圖3為聽(tīng)音人在12種測(cè)試條件、兩種重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分之間的關(guān)系。由圖3可知，在12種測(cè)試條件下老年人和聽(tīng)力正常的年輕人通過(guò)耳機(jī)重放和揚(yáng)聲器重放得到的結(jié)果基本一致，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在直線y=x附近。為了進(jìn)一步分析老年人在兩種重放方式下漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分的差異，文中將在不同測(cè)試條件下聽(tīng)音人的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分按照y=x+b進(jìn)行擬合，其中x、y分別代表?yè)P(yáng)聲器、耳機(jī)重放模式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分，系數(shù)b、相關(guān)系數(shù)r和標(biāo)準(zhǔn)偏差SD的結(jié)果如表2所示(P<0.001)。表2進(jìn)一步對(duì)比了老年人和年輕人在不同測(cè)試條件和兩種重放方式下漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分的偏差，從中可發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是老年人組還是年輕人，他們?cè)趦煞N重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分均具有高相關(guān)性，但耳機(jī)重放方式下的各種測(cè)試條件的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分略低于揚(yáng)聲器重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分(b<0)。

圖3 揚(yáng)聲器重放與耳機(jī)重放條件下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分之間的關(guān)系

Fig.3 Relationship of speech intelligibility scores between loudspeaker and headphone reproduction modes

表2 不同測(cè)試條件下的擬合結(jié)果Table 2 Fitting results under different test conditions

另一方面，由表1和2可知，年輕人在兩種重放方式、不同測(cè)試條件下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分差異比老年人的小。由于年輕人聽(tīng)覺(jué)功能正常，其室內(nèi)漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分主要受室內(nèi)混響、信噪比、目標(biāo)聲源與噪聲源是否空間分離等因素的影響，盡管通過(guò)耳機(jī)重放人工頭記錄的被測(cè)空間聽(tīng)音位置的雙耳信號(hào)時(shí)存在“頭中定位”現(xiàn)象，導(dǎo)致定位時(shí)的前后方向產(chǎn)生混淆，但由于語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)具有魯棒性，這并不會(huì)對(duì)耳機(jī)重放方式下的語(yǔ)言清晰度得分造成影響。而老年人隨著年齡的增長(zhǎng)高頻聽(tīng)力逐漸損失(如圖1所示)，造成輸入信號(hào)的衰減和失真，其語(yǔ)言清晰度得分比年輕人要低得多，尤其在較差的聽(tīng)音環(huán)境下，比如信噪比較低、混響時(shí)間較長(zhǎng)的環(huán)境。而且，老年人對(duì)聲音的空間定位能力比年輕人弱，相比于揚(yáng)聲器重放時(shí)，耳機(jī)重放下其定位準(zhǔn)確率的下降程度遠(yuǎn)大于年輕人[14]，而對(duì)聲音的準(zhǔn)確定位在一定程度上有助于提高語(yǔ)言清晰度[15]。這些因素將導(dǎo)致老年人在兩種重放方式下漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度的得分差異比年輕人略大。

Anderson等[16]指出，揚(yáng)聲器重放下得到的語(yǔ)言識(shí)別閾值比耳機(jī)重放下的結(jié)果低6 dB左右，他們認(rèn)為使用耳機(jī)重放時(shí)耳朵周圍的生理活動(dòng)可能會(huì)引入噪聲，尤其當(dāng)所聽(tīng)的信號(hào)為低頻信號(hào)時(shí)。有研究指出：由于耳機(jī)在2～6 kHz的頻響平坦度比揚(yáng)聲器差，所以導(dǎo)致兩種重放方式得到的結(jié)果存在差異[17]。圖4所示為JBL LSR6325P揚(yáng)聲器和Sennheiser HD580耳機(jī)的頻響曲線。盡管1 000～4 000 Hz中高頻范圍對(duì)語(yǔ)言清晰度起主要作用，但由圖可以看出：揚(yáng)聲器頻響在大于100 Hz以上的范圍相對(duì)平直；耳機(jī)頻響在比較大的范圍內(nèi)頻率響應(yīng)變化不大，但在4 000 Hz以上的高頻有一定的衰減，降低了部分聲母信號(hào)的聲級(jí)(文中采用的測(cè)試詞的韻母相同，聲母不同)，揚(yáng)聲器重放下的語(yǔ)言清晰度得分略高于耳機(jī)重放下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分，但目前為止尚未有研究表明這兩種重放方式下的語(yǔ)言清晰度有顯著差異。

Yost等[18]通過(guò)采用揚(yáng)聲器重放、單只耳機(jī)重放、使用KEMAR人工頭錄音再通過(guò)兩只耳機(jī)重放這3種不同的重放方式讓聽(tīng)音人識(shí)別所聽(tīng)到的單詞、字母、數(shù)字以及語(yǔ)音的位置，證實(shí)揚(yáng)聲器重放下的言語(yǔ)識(shí)別效果優(yōu)于單只耳機(jī)和使用KEMAR人工頭錄音再通過(guò)兩只耳機(jī)重放下的言語(yǔ)識(shí)別效果，這和文中結(jié)果一致。Koehnke等[19]通過(guò)模擬聽(tīng)音環(huán)境、語(yǔ)言和噪聲的相對(duì)位置，采用耳機(jī)重放方式測(cè)量聽(tīng)音人在噪聲環(huán)境下語(yǔ)言清晰度達(dá)到50%時(shí)的信噪比，其結(jié)果也證明了耳機(jī)重放方式應(yīng)用在科學(xué)研究中的合理性。盡管文中兩種重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分的關(guān)系與y=x關(guān)系之間存在較小的偏離，但雙樣本t檢驗(yàn)和前面的方差分析證明兩種重放方式下的漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度得分無(wú)顯著性差異。這些結(jié)果表明，采用人工頭錄音再通過(guò)耳機(jī)重放由老年人進(jìn)行室內(nèi)漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)得到的結(jié)果與直接在廳堂現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)得到的結(jié)果基本相符。由于耳機(jī)重放方式下聽(tīng)音人可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，這為老年用廳堂的語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)提供了一種便捷可行的方法。

圖4 揚(yáng)聲器和耳機(jī)的頻響曲線

Fig.4 Frequency response curves of loudspeaker and headphone

3 結(jié)論

文中在兩個(gè)房間內(nèi)通過(guò)揚(yáng)聲器重放和采用人工頭錄音然后再通過(guò)耳機(jī)重放，由老年人進(jìn)行漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)，探討在不同混響時(shí)間、不同信噪比和不同噪聲方位角條件下?lián)P聲器重放和耳機(jī)重放方式對(duì)老年人的語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)的影響。結(jié)果表明，采用耳機(jī)重放和采用揚(yáng)聲器重放對(duì)老年人語(yǔ)言清晰度得分無(wú)顯著性影響。采用人工頭錄音再通過(guò)耳機(jī)重放由老年人進(jìn)行室內(nèi)漢語(yǔ)語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)得到的結(jié)果與直接在廳堂現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)得到的結(jié)果基本一致。文中研究為老年用廳堂的語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)提供了一種便捷可行的方法。