重放方式對老年人語言清晰度評(píng)價(jià)的影響

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)

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

存在競爭聲源的情況下，通過對聽力正常的年輕人進(jìn)行語言清晰度的研究，Dirks等[6]指出，語言信號(hào)和噪聲分離角度僅為10°時(shí)，語言清晰度就會(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，并指出無論是揚(yáng)聲器重放還是耳機(jī)重放，聽音人的語言清晰度得分都隨語言信號(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12 dB。Bronkhorst等[9]通過耳機(jī)重放方式比較了聽力損失的老年人和聽力正常的年輕人在存在競爭聲源條件下的言語接受閾值(SRT)，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，有聽力損失的老年人的SRT比聽力正常的年輕人高4.2～10.0 dB。這些研究表明，在良好的語言交流環(huán)境中，老年人比聽力正常的年輕人需要更高的室內(nèi)語言清晰度。

室內(nèi)語言清晰度主觀評(píng)價(jià)是室內(nèi)語言清晰度好壞的最終判據(jù)。對老年人使用空間的語言清晰度主觀評(píng)價(jià)，需老年聽音人在被評(píng)價(jià)廳堂進(jìn)行現(xiàn)場評(píng)價(jià)，這會(huì)給聽音人帶來不便。采用揚(yáng)聲器在被試廳堂播放測試字表，借助人工頭記錄被測試位置的聽音信號(hào)，再由耳機(jī)重放錄音信號(hào)供聽音人評(píng)價(jià)則比較方便。但是，采用揚(yáng)聲器重放進(jìn)行現(xiàn)場評(píng)價(jià)和采用人工頭錄音再通過耳機(jī)重放進(jìn)行評(píng)價(jià)這兩種方式所得到的老年人語言清晰度結(jié)果有無差異尚未見報(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，通過老年人進(jìn)行聽音評(píng)價(jià)，探討現(xiàn)場揚(yáng)聲器重放方式和在現(xiàn)場采用人工頭錄音然后在實(shí)驗(yàn)室通過耳機(jī)重放方式對老年人漢語語言清晰度評(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，而對大房間不作任何聲學(xué)處理。采用無指向性揚(yáng)聲器通過掃頻法測得大、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聲分析儀測得大、小房間的背景噪聲分別為38.5 dBA和36.2 dBA。

漢語語言清晰度主觀評(píng)價(jià)測試按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4959—85采用打圈法進(jìn)行[10]。每張測試字表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)播放測試字表，由聽音人圈出所聽到的字。測試時(shí)，在以聽音人位置為圓心、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))。語言清晰度測試信號(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。測試時(shí)，每次1位聽音人坐于圓心位置，該位置的噪聲級(jí)為60 dB，測試信號(hào)信噪比分別為0 dB和15 dB，即語言聲級(jí)分別為60 dB和75 dB?，F(xiàn)場測試完后，將01 dB MK2B仿真人工頭置于聽音人所在的位置，記錄揚(yáng)聲器播放的測試信號(hào)，同時(shí)測量人工頭雙耳處的測試信號(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)供聽音人評(píng)價(jià)。測試時(shí)，聽音人雙耳處的聲級(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位聽力正常的年輕人(22～30歲的研究生)參與測試。他們均能熟練聽說普通話。根據(jù)ISO 6189規(guī)范測得老年人和年輕人在250、500、1 000、2 000、4 000、6 000 Hz的純音聽閾如圖1所示。每位聽音人分別完成揚(yáng)聲器重放和耳機(jī)重放下12種不同測試條件(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)的漢語語言清晰度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果和討論

首先對12種測試條件下的288個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰差型檢驗(yàn)[11]，結(jié)果表明，所有測試數(shù)據(jù)均有效。然后統(tǒng)計(jì)每種測試條件下6位老年人和6位年輕人的語言清晰度平均得分，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，老年人和年輕人的漢語語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老年人進(jìn)行漢語語言清晰度評(píng)價(jià)的影響。對不同測試條件下的漢語語言清晰度得分進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果表明：重放方式(F(1,286)=2.8)對漢語語言清晰度得分沒有顯著性影響(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)對語言清晰度得分均有顯著性影響(P<0.001)，其中，年齡差異對語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)重放方式下的漢語語言清晰度得分差異統(tǒng)計(jì)。從圖2和表1可知，無論老年人還是年輕人，相同測試條件下通過揚(yáng)聲器重放方式和耳機(jī)重放方式得到的漢語語言清晰度得分差異較小。老年人在12種測試條件下通過揚(yáng)聲器重放方式得到的漢語語言清晰度得分比通過耳機(jī)重放方式得到的漢語語言清晰度得分高2.6%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6%；年輕人在12種測試條件下通過揚(yáng)聲器重放方式得到的漢語語言清晰度得分比通過耳機(jī)重放方式得到的漢語語言清晰度得分高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語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/(°)測試對象漢語語言清晰度得分差值/%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為聽音人在12種測試條件、兩種重放方式下的漢語語言清晰度得分之間的關(guān)系。由圖3可知，在12種測試條件下老年人和聽力正常的年輕人通過耳機(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語言清晰度得分的差異，文中將在不同測試條件下聽音人的漢語語言清晰度得分按照y=x+b進(jìn)行擬合，其中x、y分別代表揚(yáng)聲器、耳機(jī)重放模式下的漢語語言清晰度得分，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)一步對比了老年人和年輕人在不同測試條件和兩種重放方式下漢語語言清晰度得分的偏差，從中可發(fā)現(xiàn)，無論是老年人組還是年輕人，他們在兩種重放方式下的漢語語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試條件的漢語語言清晰度得分略低于揚(yáng)聲器重放方式下的漢語語言清晰度得分(b<0)。

圖3 揚(yáng)聲器重放與耳機(jī)重放條件下的漢語語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、不同測試條件下的漢語語言清晰度得分差異比老年人的小。由于年輕人聽覺功能正常，其室內(nèi)漢語語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，盡管通過耳機(jī)重放人工頭記錄的被測空間聽音位置的雙耳信號(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，但由于語言清晰度評(píng)價(jià)具有魯棒性，這并不會(huì)對耳機(jī)重放方式下的語言清晰度得分造成影響。而老年人隨著年齡的增長高頻聽力逐漸損失(如圖1所示)，造成輸入信號(hào)的衰減和失真，其語言清晰度得分比年輕人要低得多，尤其在較差的聽音環(huán)境下，比如信噪比較低、混響時(shí)間較長的環(huán)境。而且，老年人對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]，而對聲音的準(zhǔn)確定位在一定程度上有助于提高語言清晰度[15]。這些因素將導(dǎo)致老年人在兩種重放方式下漢語語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中高頻范圍對語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)(文中采用的測試詞的韻母相同，聲母不同)，揚(yáng)聲器重放下的語言清晰度得分略高于耳機(jī)重放下的漢語語言清晰度得分，但目前為止尚未有研究表明這兩種重放方式下的語言清晰度有顯著差異。

Yost等[18]通過采用揚(yáng)聲器重放、單只耳機(jī)重放、使用KEMAR人工頭錄音再通過兩只耳機(jī)重放這3種不同的重放方式讓聽音人識(shí)別所聽到的單詞、字母、數(shù)字以及語音的位置，證實(shí)揚(yáng)聲器重放下的言語識(shí)別效果優(yōu)于單只耳機(jī)和使用KEMAR人工頭錄音再通過兩只耳機(jī)重放下的言語識(shí)別效果，這和文中結(jié)果一致。Koehnke等[19]通過模擬聽音環(huán)境、語言和噪聲的相對位置，采用耳機(jī)重放方式測量聽音人在噪聲環(huán)境下語言清晰度達(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語言清晰度得分的關(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語言清晰度得分無顯著性差異。這些結(jié)果表明，采用人工頭錄音再通過耳機(jī)重放由老年人進(jìn)行室內(nèi)漢語語言清晰度評(píng)價(jià)得到的結(jié)果與直接在廳堂現(xiàn)場評(píng)價(jià)得到的結(jié)果基本相符。由于耳機(jī)重放方式下聽音人可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，這為老年用廳堂的語言清晰度評(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)通過揚(yáng)聲器重放和采用人工頭錄音然后再通過耳機(jī)重放，由老年人進(jìn)行漢語語言清晰度評(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)重放方式對老年人的語言清晰度評(píng)價(jià)的影響。結(jié)果表明，采用耳機(jī)重放和采用揚(yáng)聲器重放對老年人語言清晰度得分無顯著性影響。采用人工頭錄音再通過耳機(jī)重放由老年人進(jìn)行室內(nèi)漢語語言清晰度評(píng)價(jià)得到的結(jié)果與直接在廳堂現(xiàn)場評(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言清晰度評(píng)價(jià)提供了一種便捷可行的方法。