噪聲環(huán)境下使用主動(dòng)降噪耳機(jī)對(duì)聽力的保護(hù)效果研究

樊哲宇 趙航 李美敏 次仁卓瑪

1 引言

目前全球約11億年輕人（12～35歲）由于暴露于娛樂(lè)環(huán)境中的噪音而面臨聽力損失的風(fēng)險(xiǎn)，個(gè)人音頻設(shè)備音量過(guò)大（如用手機(jī)聽音樂(lè)）是造成風(fēng)險(xiǎn)的重要原因[1]。尤其在噪聲環(huán)境下，耳機(jī)使用者只能通過(guò)提高音量掩蔽環(huán)境噪聲得以聽見或聽清耳機(jī)內(nèi)的聲音，這加大了聽力損失的風(fēng)險(xiǎn)[2]。Muchnik等[3]的研究結(jié)果顯示，大多數(shù)受試者在噪聲環(huán)境下都傾向于高音量設(shè)置。主動(dòng)降噪（active noise-cancellation，ANC）技術(shù)是在利用隔聲材料的物理特性將外部噪聲與耳道隔開的基礎(chǔ)上，耳機(jī)內(nèi)部設(shè)有音頻處理電路，自動(dòng)監(jiān)測(cè)背景噪聲，降噪系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生與噪聲相位相反、振幅相同的聲波，通過(guò)兩者的反相疊加抵消噪聲，實(shí)現(xiàn)降噪的效果[4]。近年來(lái)，隨著ANC技術(shù)的成熟，帶有ANC功能的家用耳機(jī)也逐漸普及。本研究通過(guò)對(duì)不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)在不同噪聲環(huán)境下的舒適音量設(shè)置和言語(yǔ)識(shí)別率進(jìn)行比較，探討主動(dòng)降噪耳機(jī)在噪聲環(huán)境下的護(hù)耳優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而為大眾挑選有利于聽力保健的家用耳機(jī)提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

為了模擬家用耳機(jī)的兩種常見使用場(chǎng)景，即聽音樂(lè)和打電話，本研究分為兩個(gè)測(cè)試，測(cè)試1為舒適音量設(shè)置，測(cè)試2為噪聲下言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試，比較不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)在不同噪聲環(huán)境下的隔噪效果。兩個(gè)測(cè)試均為2×2×2三因素重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。自變量一為主動(dòng)降噪功能的開閉，分為開啟和關(guān)閉2個(gè)水平；自變量二為耳機(jī)類型，分為頭戴式和入耳式2個(gè)水平；自變量三為噪聲環(huán)境，分為模擬街道[65 dB (A)]和地鐵[75 dB (A)]2個(gè)水平。

2.1 研究對(duì)象

隨機(jī)抽取30名18～24歲在校大學(xué)生，其中男女各半。聽力正常，無(wú)耳聾、中耳炎、耳蝸發(fā)育異常等耳科病史；經(jīng)純音測(cè)聽，所有受試者的平均聽閾均小于5 dB HL。

2.2 耳機(jī)選擇

綜合耳機(jī)的主動(dòng)降噪技術(shù)水平與銷量等因素，本研究耳機(jī)確定為兩款市場(chǎng)上具有代表性的某品牌主動(dòng)降噪耳機(jī)：QC20（入耳式）與QC25（頭戴式）。市場(chǎng)占有率較高，且兩款耳機(jī)為同一公司同時(shí)期的產(chǎn)品，主動(dòng)降噪技術(shù)一致，具有代表性和可比性。

2.3 噪聲選取與測(cè)試環(huán)境

噪聲強(qiáng)度的選?。哼x取日常生活中較高頻率使用耳機(jī)的兩個(gè)噪聲場(chǎng)景——嘈雜的街道和行駛中的地鐵車廂。使用AWA6291型聲級(jí)計(jì)在兩個(gè)地點(diǎn)多次實(shí)地測(cè)量，計(jì)算平均聲壓級(jí)（A計(jì)權(quán)）后，確定環(huán)境噪聲分別為65 dB (A)和75 dB (A)。

噪聲的錄制與處理：首先在嘈雜街道和地鐵里進(jìn)行實(shí)地錄音，再使用音頻剪輯軟件對(duì)噪聲素材進(jìn)行剪輯，挑選出噪聲強(qiáng)度平穩(wěn)的片段作為本實(shí)驗(yàn)的背景噪聲。

測(cè)試環(huán)境：兩個(gè)測(cè)試均在本底噪聲為30 dB (A)的隔聲室內(nèi)進(jìn)行。背景噪聲通過(guò)聲場(chǎng)揚(yáng)聲器播放，并通過(guò)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行聲音強(qiáng)度的校準(zhǔn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.4.1 不同類型耳機(jī)的舒適音量設(shè)置 選取歌曲《灰》，截取人聲穩(wěn)定段50 s，作為本測(cè)試的音頻材料。該歌曲節(jié)奏舒緩，強(qiáng)度變化較小，且比較小眾，保證受試者均未聽過(guò)，從而避免受試者因?qū)Ω枨氖煜こ潭炔煌?，影響測(cè)試結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，每名受試者需要接受2（ANC開閉）×2（耳機(jī)類型）×2（噪聲環(huán)境），共計(jì)8次測(cè)試。受試者手持平板電腦，頭戴耳機(jī)，在不同條件下聆聽平板電腦里播放的音樂(lè)，并自行進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。平板電腦的音量設(shè)置分為16級(jí)，由受試者自行調(diào)節(jié)自認(rèn)為舒適的聆聽音量，測(cè)試者記錄音量級(jí)數(shù)，為與該歌曲總體RMS振幅一致的白噪聲。

2.4.2 不同類型耳機(jī)的噪聲下言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試 噪聲下言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試詞表選擇郗昕等[5]編制的《普通話言語(yǔ)測(cè)聽單音節(jié)識(shí)別率測(cè)試詞表》。測(cè)試由筆記本電腦直接連接耳機(jī)給聲，給聲強(qiáng)度為50 dB SPL，兩款耳機(jī)的輸出聲壓經(jīng)聲級(jí)計(jì)與仿真耳校準(zhǔn)，每名受試者隨機(jī)選擇8張等價(jià)詞表進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試者記錄受試者在不同噪聲環(huán)境下，使用兩種耳機(jī)的言語(yǔ)識(shí)別率。

2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用重復(fù)測(cè)量方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 不同類型耳機(jī)的舒適音量設(shè)置

受試者在不同噪聲環(huán)境下使用不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)舒適音量設(shè)置的輸出聲壓級(jí)見表1。在模擬街道噪聲環(huán)境下，開啟主動(dòng)降噪功能后，頭戴式耳機(jī)的舒適音量聲壓級(jí)下降6.04 dB（P=0.005），入耳式耳機(jī)的舒適音量聲壓級(jí)下降6.68 dB(P=0.003)；在模擬地鐵噪聲環(huán)境下，頭戴式耳機(jī)的舒適音量聲壓級(jí)下降7.23 dB（P=0.002），入耳式耳機(jī)的舒適音量聲壓級(jí)下降9.07 dB(P=0.001)。使用入耳式開降噪時(shí)選擇的舒適音量最低，其他依次是入耳式關(guān)、頭戴式開、頭戴式關(guān)。由上述結(jié)果可知，隨著環(huán)境噪聲的提高，兩種耳機(jī)的音量設(shè)置都逐步提高；在兩種噪聲環(huán)境下，兩種耳機(jī)開啟降噪后的音量實(shí)際輸出聲壓級(jí)均小于關(guān)閉降噪時(shí)的強(qiáng)度，說(shuō)明降噪效果顯著；在兩種噪聲環(huán)境下，入耳式耳機(jī)的音量實(shí)際輸出聲壓級(jí)均顯著低于頭戴式耳機(jī)，降噪效果更好。

表1 不同噪聲環(huán)境下不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)舒適音量設(shè)置的輸出聲壓級(jí)（±s）（dB SPL）

表1 不同噪聲環(huán)境下不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)舒適音量設(shè)置的輸出聲壓級(jí)（±s）（dB SPL）

ANC設(shè)置 街道噪聲65 dB (A) 地鐵噪聲75 dB (A)頭戴式 入耳式 頭戴式 入耳式ANC 關(guān)閉 68.78±8.6760.63±10.5774.71±8.1867.27±9.05 ANC 開啟 62.74±8.8253.95±9.8967.49±7.6158.20±9.25音量降低 6.04±4.40 6.68±4.527.23±4.799.07±4.19

3.2 不同類型耳機(jī)的噪聲下言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試

受試者在不同噪聲環(huán)境下使用不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)的言語(yǔ)識(shí)別率見表2。兩種耳機(jī)在開啟主動(dòng)降噪功能前后的言語(yǔ)識(shí)別率差距均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.007）。在模擬街道噪聲環(huán)境下，開啟降噪功能后，頭戴式耳機(jī)的識(shí)別率上升41.4%（P=0.001），入耳式耳機(jī)的識(shí)別率上升7.2%(P=0.009)；在模擬地鐵噪聲環(huán)境下，頭戴式耳機(jī)的識(shí)別率上升27%（P=0.005），入耳式耳機(jī)的識(shí)別率上升10.8%(P=0.007)。使用入耳式開降噪時(shí)的言語(yǔ)識(shí)別率最高，其他依次是入耳式關(guān)、頭戴式開、頭戴式關(guān)。由上述結(jié)果可知，隨著環(huán)境噪聲的提高，佩戴兩種耳機(jī)時(shí)的言語(yǔ)識(shí)別率得分均顯著降低；在兩種噪聲環(huán)境下，兩種耳機(jī)開啟降噪后的言語(yǔ)識(shí)別率均高于關(guān)閉降噪時(shí)的識(shí)別率，這說(shuō)明降噪效果顯著；在兩種噪聲環(huán)境下，入耳式耳機(jī)的言語(yǔ)識(shí)別率都要顯著高于頭戴式耳機(jī)，降噪效果更好。

表2 不同噪聲環(huán)境下不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)的言語(yǔ)識(shí)別率（±s）（%）

表2 不同噪聲環(huán)境下不同類型主動(dòng)降噪耳機(jī)的言語(yǔ)識(shí)別率（±s）（%）

ANC設(shè)置 街道噪聲65 dB (A) 地鐵噪聲75 dB (A)頭戴式 入耳式 頭戴式 入耳式ANC 關(guān)閉 45.27±13.4890.53±6.3537.93±10.6786.27±7.63 ANC 開啟 86.67±9.1897.73±2.9164.93±10.2897.07±3.47音量降低 41.40±13.447.20±6.40 27.00±9.9710.80±7.67

4 討論

4.1 耳機(jī)音量設(shè)置問(wèn)題

關(guān)于如何保護(hù)聽力，世界衛(wèi)生組織建議確定個(gè)人音頻設(shè)備的聽力安全水平，在安靜環(huán)境下將其音量設(shè)置在不超過(guò)最大音量60%的舒適水平，保證在聽力安全范圍內(nèi)收聽[6]。經(jīng)聲級(jí)計(jì)和仿真耳測(cè)試，平板電腦每一級(jí)音量所對(duì)應(yīng)的實(shí)際聲壓級(jí)如表3。平板電腦的音量設(shè)置共16級(jí)，按照世界衛(wèi)生組織的“60%原則”來(lái)計(jì)算，使用平板電腦聽音樂(lè)時(shí)，安全音量的設(shè)置應(yīng)低于10級(jí)，即頭戴式耳機(jī)低于71.8 dB，入耳式耳機(jī)低于66.3 dB。

4.2 模擬街道噪聲環(huán)境下的主動(dòng)降噪耳機(jī)降噪效果

在舒適音量測(cè)試中，主動(dòng)降噪功能開啟后，頭戴式耳機(jī)的舒適音量降低6.04±4.40 dB，入耳式耳機(jī)降低6.68±4.52 dB，效果比較明顯。Liang等[7]的研究也有類似結(jié)果，開啟主動(dòng)降噪功能后，在不同噪聲情況下，舒適音量設(shè)置下降了4～6 dB不等。在模擬街道噪聲的情況下，當(dāng)耳機(jī)主動(dòng)降噪功能關(guān)閉時(shí)，受試者佩戴頭戴式及入耳式耳機(jī)的舒適音量均略低于最高音量的60%，雖然暫時(shí)處于安全范圍，但開啟主動(dòng)降噪功能后，兩款耳機(jī)的舒適音量均下降到接近受試者在安靜環(huán)境下的舒適音量設(shè)置[8]，這樣在長(zhǎng)時(shí)間使用耳機(jī)的情況下，能夠有效緩解用耳的疲憊感和不適感。

表3 平板音量對(duì)應(yīng)的實(shí)際聲壓級(jí) （dB SPL）

在言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試中，頭戴式耳機(jī)主動(dòng)降噪功能開啟后，言語(yǔ)識(shí)別率從45.27%±13.48%大幅提升至86.67%±9.18%，由無(wú)法進(jìn)行正常溝通提高到可以基本進(jìn)行溝通。入耳式耳機(jī)言語(yǔ)識(shí)別率從90.53%±6.35%提高到97.73%±2.91%，從可以基本進(jìn)行溝通提高到可以正常進(jìn)行溝通。

4.3 模擬地鐵噪聲環(huán)境下的主動(dòng)降噪耳機(jī)降噪效果

在舒適音量測(cè)試中，主動(dòng)降噪功能開啟后，頭戴式耳機(jī)的舒適音量降低了7.23±4.79 dB，入耳式耳機(jī)降低了9.07±4.19 dB，效果比較明顯。在模擬地鐵噪聲的環(huán)境下，當(dāng)耳機(jī)主動(dòng)降噪功能關(guān)閉時(shí)，受試者佩戴頭戴式及入耳式耳機(jī)的舒適音量均高于最高音量的60%，處于不安全范圍。但開啟主動(dòng)降噪功能后，兩款耳機(jī)的舒適音量均下降到低于平板最大音量的60%，處于安全范圍。

在言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試中，頭戴式耳機(jī)主動(dòng)降噪功能開啟后，言語(yǔ)識(shí)別率從37.93%±10.67%提高到64.93%±10.28%，但仍低于80%，無(wú)法進(jìn)行正常溝通。入耳式耳機(jī)言語(yǔ)識(shí)別率從86.27%±7.63%提高到97.07%±3.47%，從可以基本進(jìn)行溝通提高到可以正常進(jìn)行溝通。這也說(shuō)明了入耳式耳機(jī)的降噪效果更加明顯。

此外，耳機(jī)的降噪分為被動(dòng)降噪和主動(dòng)降噪。被動(dòng)降噪即耳機(jī)佩戴后的物理隔音效果，丁文君等[8]研究結(jié)果顯示，在噪聲環(huán)境下，耳機(jī)的隔噪效果從優(yōu)到差分別為入耳式耳機(jī)、耳塞式耳機(jī)與頭戴式耳機(jī)，蔣從雙等[9]研究也有類似結(jié)果，本研究結(jié)果也同樣支持該結(jié)論：在模擬地鐵車廂嘈雜環(huán)境下，當(dāng)受試者使用了入耳式耳機(jī)并且調(diào)高了舒適音量，人耳處實(shí)際噪聲暴露水平仍低于不使用耳機(jī)時(shí)的車廂噪聲水平，這顯示了入耳式耳機(jī)的降噪效果理想，具有較好的聽力保護(hù)作用，推薦大眾首選入耳式主動(dòng)降噪耳機(jī)。