聆聽環境的影響因素及解決方案(Ⅰ)

蘭明　綜述

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·綜述·

聆聽環境的影響因素及解決方案(Ⅰ)

蘭明1綜述

助聽裝置的驗配通常是在特定的相對安靜的環境下進行的，如驗配中心、助聽器驗配室，聽力中心等，驗配師與驗配者多是面對面并且刻意大聲清晰地講話。而在現實生活中每個人尤其是助聽裝置佩戴者不得不面臨噪聲、混響和距離等環境因素對言語可聽度的影響并為之苦惱，而且這些因素的協同影響遠大于其中某一個因素的單獨影響，尤其是在教室里多人互動交流時，言語感知更加困難[1]。 本文綜述噪聲、混響及距離因素對言語感知的影響及改善聆聽環境的修改方案，以進一步提高業界人士對此的認識。

1　言語感知的發展過程

有研究顯示無論有無聽力障礙，兒童的言語感知行為和聽取言語的方式明顯不同于成人，年齡越小對聲音越不敏感，越需要更高的聽覺感知水平來感知言語；要想達到100%的言語識別率，年齡越小越需要更高的信號輸入強度，研究發現兒童需要更高的聽覺能力才能感知語句，在感知輔音方面也顯示同樣的趨勢直到青春期，因為兒童的周圍和中樞聽覺系統感知處理技巧發育還不成熟，對輔音感知不夠敏感，不會利用上下文關系來協助感知言語；6～7歲兒童雖然已具備足夠的言語感知水平，但在安靜環境下的輔音感知比較大的兒童或成人更困難[2～4]；上述結果說明言語感知需要一定技巧，這些技巧需要一定的發展過程，同時更需要排除各種影響言語聆聽的因素。

2　噪聲環境下的言語理解

背景噪聲由一系列的聲源產生，可以由室內設備和人員產生，也可以是室外的自然聲和人造聲。與言語交流最相關的不是噪聲的絕對強度而是信號與噪聲之間的關系，即信噪比(S/N或SNR)，也就是信號與噪聲強度的差值而不是比值。兒童較聽覺系統和溝通技巧發育良好的成人需要更高的信噪比，用預知性高低不同的語句所做的研究表明，11～17歲的正常兒童在信噪比為0和-5 dB條件下對高預知性語句的表現明顯差于成人，但對低預知性語句的表現卻差別不大，說明背景噪聲對其通過上下文語義提示理解言語的能力有明顯影響；相反，9歲的正常兒童在此信噪比下的高預知性和低預知性語句的理解都較差，提示正常聽力兒童在語句理解時也會受噪聲的掩蔽效應影響[5～7]。

對母語不是英語族群的研究[8]顯示，在信噪比為10 dB或更低的情況下，母語不是英語的兒童較母語是英語的兒童更難理解語句，也就是說這些兒童包括單側聽力障礙但未佩戴助聽器的兒童需要更大的信噪比。聽障兒童需要付出更多的努力才能感知背景噪聲下的言語。研究顯示，在聽辨語句和無意義單詞音節時，單側重度及以上聽障兒童較同齡無聽障兒童需要高3～4 dB的信噪比；Finitzo-Hieber等調查了在安靜、信噪比分別為+12、+6和0 dB四種環境下輕中度聽力損失兒童與聽力正常兒童的言語感知能力，結果顯示所有兒童在信噪比下降時言語感知得分都降低，聽障兒童降低尤為明顯，從安靜環境下的87%降到信噪比為0時的42%，在高噪聲環境輕度聽障兒童的得分也不到一半，說明信噪比對聽覺的影響巨大[6，9]。圖1為聽力正常人和聽障者不同信噪比環境下測得的言語辨別率，可見無論有無聽力障礙，信噪比對言語識別率都有很大影響，15 dB信噪比的改善可使言語識別率提高近60%。

圖1　聽力正常人和聽障者在不同信噪比環境下測得的言語辨別率曲線

3　混響環境下的言語理解

混響是指聲波到達人耳部之前在封閉空間中各種界面間的反射。人們聽到的聲音最初直接來自于聲源及其反射波，這些反射波合并起來后大多數聽者都解釋為一種聲音?；祉憰r間(RT)是指聲音停止后聲音強度降低或衰減60 dB所需的時間，高強度的混響(混響時間大于1.2秒)往往在使言語感知降低，因為環境的各種反射面(體)往往會吸收對言語識別至關重要的高頻聲的同時，也反射具有擴散掩蔽作用的低頻聲，同時反射能量的重疊掩蔽了言語的直接信號[6]。

兒童在混響環境里不能很好地理解言語，因為兒童還不完全具備可以在混響環境中抑制反射聲優先聽取信號聲，從而改善混響條件下言語理解力的優化統一能力[6]。正常聽力兒童5歲左右這種能力開始發展，此前其在混響環境的言語理解力一直不如成人，因為他們總是將回聲或反射聲聽作獨立的聲音，而不是將這些反射聲混入信號聲；有研究者分組觀察了5～12歲兒童在混響時間分別為0.4和0.6秒兩種條件下對無意義音節的感知，顯示混響時間越長所有年齡組兒童的言語感知得分都越低，5歲組得分最低，從安靜環境下的96%正確言語感知降到63%的平均語素感知；連續的研究發現在混響條件下的言語感知能力到13歲時最接近成人[10]。

圖2　不同的混響時間和信噪比對言語理解能力的影響

混響對聽障兒童的影響更大。有研究比較了混響環境下無聽力損失和輕中度聽力損失兒童的言語感知得分，結果顯示佩戴助聽器的聽障兒童在RT為0.4秒時單音節詞平均得分從87.5%降到74%，RT為1.2秒時猛降到45%；無聽障兒童的得分降低較少，RT為1.2秒時從94.5%降到76.5%；結論是聲學效果差的教室會對聽障兒童的聆聽學習造成困難和負面影響[6]。圖2為不同RT和信噪比對聽力正常人和聽障者言語理解能力的影響，可見RT越長，言語識別率越低，說明無論有無聽力障礙，RT對言語理解能力有巨大影響。

4　混響和噪聲對言語感知的協同影響

研究發現噪聲和混響對言語感知能力的協同影響， 這對理解教室噪聲和混響對有無聽障兒童的言語理解都有巨大影響做出了重大的貢獻[6]。無聽障組兒童從安靜環境到0 dB信噪比環境下，言語識別率下降了34.3%，從RT為0到1.2秒言語識別率下降了19%；如果簡單相加二者聯合影響應該是53.3%，但實際上當RT為1.2秒，信噪比為0時，言語識別率下降了29.7%，即噪聲和混響的協調影響使得分減少了64.8%，比簡單相加大約10%；聽障兒童的結果類似，說明高強度的噪聲和混響會對無聽力損失兒童的聆聽學習也造成困難，使聽力損失兒童幾乎不可能正確聆聽，因為無聽力損失兒童的平均得分也只有11.2%；目前絕大多數聽力損失兒童都在普通教室聆聽，所以必須努力改變教室的聲學環境[11]。

總之，噪聲大小與混響程度嚴重影響聽障者的感知能力，兩者的協同影響對聽障者更為嚴重，一般助聽器在噪聲與混響環境中基本無能為力，因此，聽障兒童在普通教室聆聽是一項艱巨的任務。對于大多數兒童，尤其是那些年齡小、生活在多語種家庭環境的聽障兒童，在聲學條件差的教室里聆聽學習很可能處于雙倍甚至三倍的危險境地，他們必須克服噪聲和混響的不良影響。因此，兒童的學習環境必須參照適當的標準進行評估。

5　距離對言語感知的影響

任何人都會因聆聽距離影響言語可聽度而苦惱，助聽器使用者更難以適應。噪聲-混響-距離的協同作用極大程度地增加了理解語言的難度，由圖1可見，隨著與聲源距離的增加，聲源迅速衰減；由圖2可見，隨著教室講話者與兒童距離的增加，信噪比逐漸下降。

6　教室噪聲和混響的規范推薦

上述教室聲學環境不良影響的研究證據導致了美國教室聲學標準的產生(ANSI S12.60-2002 美國國家標準化教室聲學條件、設計要求和指南)，這個標準由代表了廣大專業人士的團隊制定， 推薦空教室的本底噪聲應低于35 dB A，教師的話語聲到達兒童耳部的信噪比應達15 dB、混響時間RT應介于0.2～0.6秒之間。ANSI標準認為所有受教室不良聲學環境影響的兒童都應該獲得清晰的言語聆聽，該標準應作為基本條件普及到所有的教室和教育系統，尤其對于有聽障、聽處理紊亂、學習障礙和語言發育遲緩的兒童，教室需要優先達到該標準[12]。

圖3　距離與聲源的關系

圖4　在外界噪聲為60 dB SPL條件下教室內測得的信噪比

7　現實教室里的噪聲和混響

有研究者對現實教室的聲學環境進行了調查，測量了美國三個地區的32間普通空教室，發現，噪聲強度為34.4～65.9 dB A，只有4間教室達到ANSI S12.60-2002標準推薦的35 dB A，噪聲源主要是供暖空調設備和魚缸之類的嘈雜設施；混響時間為0.2～1.27秒，有13間超過了ANSI S12.60-2002推薦的0.6秒，超標的教室多為大而高的教室，天花板低于3.3米的所有教室的混響時間都符合標準；以前的研究也報告了空教室的本底噪聲介于41～65 dB A；最重要的是所有聽障孩子的學習教室的信噪比為-7到+5 dB之間，都低于15 dB[13，14]。一般情況下，學生年齡越小的班級噪聲越大，尤以幼兒園為甚，較早的研究也報告了教室的混響時間較長，為0.6～1.2秒；綜上所述，評估和改善聽障兒童學習教室的聲學環境是最基本的要求[15，16]。

8　教室噪聲強度和混響時間的測量[11，17，18]

8.1噪聲強度聽力學家、老師和其他專業人士要確定教室是否滿足ANSI S12.60-2002的要求，要檢查教室的聲學環境是否適合聽障和其他學習障礙的兒童；測量教室背景噪聲強度只需直接用合格的聲級計和三腳架即可。ANSI提供的空教室噪聲強度測試的指南如下：①噪聲強度測試要在被測試教室和毗鄰空間都空閑的情況下進行；②噪聲強度測試要在噪聲強度最大的時間內進行，門窗關閉，燈打開；③教室里的取暖和通風系統應處于正常使用狀態；④聲級計要具備A和C頻率計全以及慢時間計全模式，聲級計的最小可測量聲壓級應低于測量的噪聲強度至少5 dB；⑤噪聲測量應在教室的聆聽區域進行，通常是學生的座位區和老師的講課區；⑥噪聲測量應在教室的六個位置進行，其中三個在學生坐姿的耳部高度，另外三個在學生站姿的耳部高度；⑦所有的測量聲級計都應安放在三腳架上；⑧在每一個位置選擇慢時間計全和A濾波器，每30秒記錄一次聲音強度，連續5次，每次間隔30秒，記錄最高、最低和5次的平均聲強讀數。該測試也可用C計全重復進行；⑨如果在教室的任何位置A計全測試的背景噪聲高于ANSI S12.60-2002規定的35 dB A至少3 dB，就可以得出不能滿足ANSI S12.60-2002標準的結論。

8.2混響混響的直接測量常常需要由建筑聲學工程師或專業計量工程師用復雜的設備來完成，也可以利用公式和吸音系數表來計算混響時間的公平估算值。表1列舉了計算混響時間的常見普通材料對500 Hz頻率的吸音系數。

混響時間的計算實際上是個估算，沒有考慮室內的家具和其他物體的影響，與ANSI S12.60-2002要求的0.6秒結果相比有所誤差。房間混響時間的計算指南：計算混響時間(RT)可用簡單的公式進行估算：RT=(0.16×V)/A。它涉及房間容積(V)、房間表面吸收總數(A)和常數(0.16)。RT單位為秒，V=房間的長度×寬度×高，單位是立方米。A的單位是賽賓(Sabins)，每個房間表面(天花、地板等)的吸收系數是表面積與內襯材料吸音系數的乘積，如：地板表面積=長×寬(單位米)

例如：混凝土地板上鋪地毯以泡沫橡膠墊底(腳下)；吸音系數=0.57；地板面積=3 m×3 m=9 m2

注意：有些墻面使用不同的材料，如：一半墻是玻璃一半是灰泥，就要根據不同的系數分開面積計算。如：墻3米寬、3米高。玻璃墻面的面積是3 m×1.5 m=4.5×吸音系數；灰泥墻面的面積是3 m×1.5 m=4.5×吸音系數。不同表面的各吸音值相加，如地板、天花、墻壁。得到總吸音值(A)。

9　改善目前教室的聲學環境

ANSI為建設學校的建造師和建筑工人提供了大量的細節確保他們建造的教室能夠滿足指南的要求，相對而言，目前有大量教室不能達到這些目標而需要改造。以下修繕方法可以用來改善教室的聲學環境，其中最有效的方法是降低天花的高度和鋪地毯，這樣可以有效減少混響時間和由于座椅板凳與地面摩擦產生的噪聲。修善方法：①仔細維護保養供暖和通風設施；②升級嘈雜的供暖和通風設施；③如果不能鋪地毯就在座椅板凳的腿下安裝橡膠墊；④在窗戶和墻面上掛窗簾和褶裥；⑤用軟木板或壁毯做黑板或公告欄(注意用光面紙或板會抵消軟木板或壁毯的效果)；⑥用書架作為分隔營造安靜的建設環境；⑦在房間放置一些繩索或公告欄使與墻壁成一定角度而不是平行放置；⑧用景觀美化來降低外界噪聲；⑨關閉朝向走廊、門廳和隔壁教室的門窗；⑩在教室之間建隔離墻。

表1　常見普通材料對500 Hz頻率的吸音系數

注：系數表修改自Berg F(1987)Facilitating Classroom Listening(促進教室聆聽)。Boston: College Hill(p104)

10　小結

最近十年，對聲學效果差的教室對聽障兒童言語訓練的重大影響的理解有了深刻的認識和巨大的發展。教室聲學條件的改善對于確保兒童聆聽老師的言語至關重要，ANSI教室聲學標準規定是每個教室的重要參照標準；通過使用個人FM、聲場FM等信噪比提高技術對聲學(參數)的修改是一種可行的、具有成本效應的一種手段，可以確保兒童接收到重要的信號和突出聽覺的重點；每個教室都安裝和使用聲場放大系統可以為所有兒童提供一個好的學習環境。

11　參考文獻

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9Anderson KL, Goldstein H, Colodzin L,et al. Benefit of S/N enhancing devices to speech perception of children listening in a typical classroom with hearing aids or a cochlear implant[J]. Journal of Educational Audiology, 2005,12:14.

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13Estabrooks W,Ed. Audiology-verbal therapy and practice[M]. Washington, DC: Alexander Graham Bell Association for the Deaf and Hard of Hearing,2006.16～19.

14Bradley JS. Speech intelligibility studies in classrooms[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 1986,80:846.

15Crandell CC, Kreisman BM, Smaldino JJ, et al. Room acoustics intervention efficacy measures[J]. Seminars in Hearing, 2004,25:201.

16Crandell C, Smaldino J. An update of classroom acoustics for children with hearing impairment[J].Volta Review,1995,1:4.

(2016-01-11收稿)

(本文編輯李翠娥)

1美聲聽覺技術有限公司(佛山528000)

10.3969/j.issn.1006-7299.2016.05.019

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1006-7299(2016)05-0495-04

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網絡出版地址：2016-8-3011:08