青少年群體噪聲中純音辨識能力的篩選調查

孟子厚，潘楊2，，吳帆3，，劉晉昌，岳劍平

(1.中國傳媒大學傳播聲學研究所，北京 100024；2.西安工程大學電子信息學院，西安 710048； 3.北京聯合大學自動化學院，北京 100101；4.水聲對抗技術重點實驗室，湛江 524009)

1 引言

對某些以聽覺能力為職業技能的崗位來說，從業人員的選聘需要對應聘者的聽力進行檢測和篩選，從中篩選出優秀耳。聽力篩選的指標可能包括絕對聽閾(聽力級)、差別聽閾、對音高的辨識能力、對音色的辨別能力等[1]，其中對需要在噪聲環境中聽辨目標聲的職業來說，在噪聲中對目標純音的辨識能力是衡量其聽力的一個非常重要的指標。

噪聲中純音的辨識能力其實是一個噪聲對純音的掩蔽效應，從理論上來講，對一個純音發生掩蔽的噪聲是在其周圍的臨界帶寬內的噪聲，因此噪聲中純音掩蔽能力的檢測應該使用臨界帶寬的噪聲去掩蔽此頻帶中心頻率的純音，但在實際檢測中這樣做比較麻煩，沒有現成的標準化的檢測設備。為了實際檢測的便利，本文使用醫用聽力計本身所帶的掩蔽測量功能，改裝后進行雙耳掩蔽效應的檢測。

對于純音的絕對聽閾對應的基準等效閾聲壓級，國家標準[2]和國際標準[3]中均給出了經過大量測量得到的統計數值。而窄帶噪音掩蔽其中心頻率純音的基準等效閾聲壓級，卻沒有相應的標準可循。華南理工大學的陳國斌和肖鋒等人測量了60dB、70dB和80dB 聲壓級的臨界帶寬噪聲掩蔽帶內和帶外純音的掩蔽閾曲線[4][5]，但測量的人數只有10人，其數值不能代表大多數人的噪聲中對目標純音的能力。J.C.Webster曾以篩選為目的在1948年對3666人的絕對聽閾和噪音掩蔽純音掩蔽閾進行了測量，但其測量的純音頻率只有880Hz和3520Hz，且掩蔽噪音并非窄帶噪聲，而是從256Hz～9000Hz的寬帶噪聲。測量結果發現，絕對聽閾和掩蔽閾之間有一定的相關性，測試前的短暫訓練可降低掩蔽閾值，有音樂訓練背景的被試掩蔽閾值要低于沒有音樂訓練背景的被試[6]。此外，相關的工作較為罕見。

目前，對于噪音掩蔽純音的聽力檢測并沒有完備的檢測標準，對聽力有特殊要求的職業人員篩選和訓練也沒有參考依據。為了給相關職業崗位的人員選聘提供聽力檢測的依據，本文使用醫用聽力計對青少年群體的聽力水平進行了檢測，包括對特定噪聲條件下純音辨識能力的檢測，對檢測結果的影響因素和統計特性進行了分析。

2 調查對象與測試方法

受調查群體的基本信息列于表1，目前為止已經調查了五個青少年群體都是在校學生，包括中小學生、大學本科生、大學研究生、以及一個專科技校的新學員群體。其中對大學本科生的調查有兩個群體，在兩所不同的地方大學進行。在北京聯合大學的調查進行了兩次，一次在這組學生接受專業聽音訓練課程之前，另一次在這個課程訓練之后。調查群體的選擇考慮幾方面的因素：某職業選才的對象人群、青少年的基本覆蓋年齡、不同在學狀態、不同地域等的影響。

表1 受測群體基本信息

噪聲掩蔽純音測試采用的設備是醫用聽力計AD229b，以及配套使用的壓耳式耳機TDH39。AD229b的掩蔽測量是雙耳異側掩蔽測量，因此要對聽力計作必要的改裝，以便進行雙耳同側掩蔽測量。AD229b的純音和窄帶噪聲經調音臺混音后同時輸出到雙耳，噪聲聲壓級為80dB。測試之前向受試者詳細說明反應方法，并熟悉信號，確信其理解并能配合做出反應后開始正式測試。測試頻率為125Hz～8KHz的11個頻點。測試過程中頻點選擇是以1500Hz為中心，頻率上下交替的測量方式[7][8]。測試每個頻率時采用升降法[9]，先將聲壓級調高，超過估計的聽閾水平，使受試者明顯聽到，然后以5dB為步長上下粗調，待確定受試者大概的聽閾范圍后，將步長改為1dB，進行細調，記錄4個轉折點。求出轉折點的平均數即為純音在噪聲掩蔽下的聽覺閾值。

噪聲對純音的掩蔽效應的測量一般是用臨界帶寬的噪聲對純音的掩蔽來描述的，但是本文的調查采用的醫用聽力計的噪聲帶寬并不是臨界帶寬，作為相對比較和聽力篩選是沒有問題的，但是在深入研究掩蔽機理時就需要考慮帶寬的問題。本調查是在80dB的噪聲水平下進行的，但是80dB的聲級在聽力計上各頻點對應的聽力級和主觀響度是不一樣的，表2是本文調查中所用的聽力計的帶寬參數和耳機用人工耳進行80dB校準的參數。

表2 聽力計輸出的噪聲信號的參數

3 調查結果分析

對調查結果的分析從幾個不同的角度進行，包括不同群體之間的差異、年齡差異的影響、性別差異的影響、測試狀態的影響、訓練效應的影響等。多角度地考察調查結果的差異性有助于理解各種不同的因素對聽力影響的程度，制定出客觀有效的聽力水平測試篩選方法。

3.1 群體性差異

表3給出了五個群體的掩蔽量調查結果的均值，本文中所說的掩蔽量是掩蔽噪聲的聲壓級減去剛好能聽到的純音的聲壓級(掩蔽閾)，所以掩蔽量越大，意味著純音越不易被掩蔽掉，或這個純音的感知能力越強，當然具體的掩蔽量與噪聲的聲壓級和帶寬都有關系，這里給出的結果只是在聽力計的特定帶寬條件下80dB噪聲對純音的掩蔽量。從表3看出，就全頻帶平均的掩蔽量來看，某專科技校學員、傳媒大學研究生、北京聯合大學本科生(受訓前)的掩蔽量十分接近，其它兩組學生的掩蔽量要小一些，西安工程大學本科生的掩蔽量最小。從圖1中掩蔽量隨測量頻點變化的整體趨勢來看，五組調查結果的整體趨勢基本相同，但是明顯地專科技校學員組、傳媒大學組、北京聯合大學組的結果可以歸為一類，而其它兩組的結果在大多頻點上都低于前一類。

表3 80dB窄帶噪聲對不同群體純音感知的掩蔽量(dB)

圖1所揭示出的差異應該是由不同群體的聽覺生態狀況所引起的。某專科技校學員組的專業是與聽音辨識有關的專業，而且受過一些基本的專業基礎訓練，也初步接觸過一些聽音辨識作業。傳媒大學組的專業是聲頻技術，有一定的專業聽音經驗。北京聯合大學組的專業方向是音響技術，也受過專業基礎知識的訓練。這三組學生都是與聲音有關的專業學生，所以他們的聽音意識要強于其他普通學生，對噪聲中分辨純音的能力應該要好一些，而且對聽覺測量實驗的理解和配合也要主動一些。而其它兩組都是非專業學生，在測量實驗中是比較被動的，對噪聲中聽辨純音的反應也相對遲鈍，尤其是西安工程大學組的學生，既沒有專業學生的意識和經驗，也不如中小學生的聽覺敏感，所以這組學生的掩蔽量是最低的。

圖1 80dB窄帶噪聲對不同群體的純音感知的掩蔽量

3.2 年齡和性別差異

表4給出了河北高碑店市朝陽學校2年級到8年級(初二)的掩蔽量，這個學校是全封閉的寄宿制學校，學生都是來自附近的農村家庭，沒有明顯的聲音生態環境問題。從表4可以看出，就全頻帶平均掩蔽量來看，各年級沒有明顯的一致性的差異，基本上在正常的波動范圍之內。圖2也顯示出，各年級的掩蔽量的總體趨勢是一致的，在低頻區各年級的差異明顯一些，但是并沒有隨年齡變化的明顯規律。

表4 中小學生組不同年級的掩蔽量(dB)

圖3和圖4分別給出了中小學生組的男女生掩蔽量的比較和西安工程大學本科生男女生掩蔽量的比較，可以看出這兩組學生的結果中，盡管兩組的趨勢不完全一致，但是相同的是男女生在掩蔽量的差異并沒有顯示出一致性的規律，可以認為就調查的這兩個沒有受過訓練的非專業性群體來說，在噪聲中分辨純音時，男女生并沒有性別上的區別。

3.3 測試狀態的影響

在傳媒大學組的調查中，被調查者由四組學生組成：在學研究生20人，已經入學一段時間的11級學生(研一)8人，參加入學考試面試的12級新生8人，參加入學考試面試的13級新生12人。由于這四組學生的在學狀態不同，他們對待測試的心理狀態和注意力也不同，這就有可能對測試結果造成影響。表5給出了這幾組學生的掩蔽量測量結果，就全頻段的平均掩蔽量來看，掩蔽量明顯是隨著被調查群組的“緊張度”的增加而增加的，對測試成績的在意程度越大、注意力越集中，掩蔽量就越大。

圖2 不同年級的掩蔽量比較

圖3 中小學生掩蔽量的性別差異

圖4 西安工程大學本科生掩蔽量的性別差異

從圖5的掩蔽量隨測試頻點的變化曲線可以看出，這幾組學生的掩蔽量特性有明顯的區別。在學的學生與已經進校的學生可以歸為一組，掩蔽特性基本一致，研一的學生要比其它老生要好一點。而處于待錄取狀態參加面試的學生，在測試時被告知他們是否錄取要看他們的聽力是否有問題，因此在參加測試時都非常專注和集中注意力，所以他們的掩蔽量明顯高于其它學生。至于在1.5kHz附近兩組考生之間的差異可能與當時的測量過程有關。

表5 測試狀態對掩蔽量的影響

圖5 測試狀態對掩蔽量的影響

3.4 聽力訓練的影響

專業聽力訓練是否對噪聲中純音的辨識能力有影響，一直是一個引起關注的問題。為了驗證聽力訓練的作用，對北京聯合大學組的學生進行了專業的聽力訓練課，課程持續1個學期，按正常教學計劃排課，每周一次，共計30學時。課程的內容涉及各類常規的音響工程所需的專業聽力感知訓練外還包括一些音樂視唱練耳的基礎訓練。除課堂訓練外，還要求學生要進行一定的課外自我練習。在課程訓練開始前和結束后分別進行一次掩蔽量的測量，圖6所示為前后兩次的測量結果。從圖6看出，在1000Hz以上的頻點，訓練前后的掩蔽量沒有明顯的差別。在1000Hz以下的頻點上，聽力訓練課結束后的掩蔽量要明顯大于訓練前的掩蔽量。訓練后群體掩蔽量提升的現象同樣也在傳媒大學13級研究生的訓練過程中觀察到了。掩蔽量的變化應該與訓練強度、訓練方法、訓練周期等有關，這里還不足以給出訓練與掩蔽量增量的關系，但已經可以肯定：專業的聽音訓練可以在某些頻段明顯地提升掩蔽量，使得對在這些頻段的噪聲中純音的辨識能力更強。

4 統計分布與聽力篩選

如前所述，本文調查工作的背景之一是為相關職業群體優秀耳的篩選尋求方法，因此對調查數據的統計分析很重要。圖7是94名某專科技校學員個人掩蔽量的總體觀察，這批學員實際并沒有經過特殊的篩選，因而他們的總體掩蔽特性只能代表一般的適齡選才人群的特性。我們所希望的是了解在一般的適齡人群里，可以劃定優秀耳的比例和優秀耳的掩蔽量的極限值。

圖7 某專科技校學員的掩蔽量分布特性

統計參數125Hz250Hz500Hz750Hz1kHz1.5kHz2kHz3kHz4kHz6kHz8kHz群體平均掩蔽量5.1 4.4 4.6 7.0 7.5 7.3 7.4 9.8 7.4 9.3 11.5掩蔽量的標準差4.0 3.4 2.5 2.8 2.7 2.4 2.2 2.3 2.8 3.5 2.5個人掩蔽量最大值11.9 13.4 11.7 15.2 17.5 15.9 16.0 16.4 21.0 22.0 17.8個人掩蔽量最小值-5.7 -6.3 -0.8 1.4 3.3 2.1 4.7 5.8 1.9 1.2 5.1平均最小可聽譜級信噪比10.7 14.0 17.0 16.2 16.4 18.3 19.6 17.0 20.6 17.8 15.6

從圖7可以看出，某專科技校學員的掩蔽量顯現出存在整體上的趨勢，但并不是一個明顯的對稱分布，掩蔽量較高的個體要多于掩蔽量明顯低于平均值的個體，可以認為存在優秀耳的個體。表6給出了這個群體的部分統計特性值，群體平均值、標準差、個人掩蔽量最大值、個人掩蔽量最小值等。參照表2的參數，將群體平均掩蔽量轉換成平均最小可聽譜級信噪比，可以看出這個量基本都在20dB以下。其中500Hz到4000Hz的頻點上的實際帶寬大于或接近臨界帶寬，相對來講，這些頻點上的參數具有穩定性。圖8為幾個不同群體的平均最小可聽譜級信噪比的比較，在500Hz到4000Hz的頻段內，15dB以上的平均最小可聽譜級信噪比是比較正常的。圖9根據個體掩蔽量最大值轉換來的不同群體的最低最小可聽譜級信噪比，可以觀察到幾個群體的明顯差異性，其中中小學生群體的最低最小可聽譜級信噪比要低于其它群體，在500Hz到4000Hz的范圍內，應該可以發現最小可聽譜級信噪比在5dB以下的優秀耳。圖10和圖11為某專科技校學員全頻點平均掩蔽量的概率密度和概率分布統計，可以看出此群體掩蔽量的統計分布并不是一個標準的正態分布，似一個不對稱的分布。在此群體的調查結果中，全頻點平均掩蔽量大于10dB的人數占總人數的比例在10%左右。基于以上的調查結果和分析，如果將掩蔽量作為一個篩選優秀耳的指標來看，普通適齡選材群體中的10%可以作為優秀耳的初選對象，而最好的優秀耳可能來自年齡偏小、受聲音生態負面影響小的個體，優秀耳的極限衡量指標建議為最小可聽譜級信噪比不大于5dB。

圖8 不同群體的平均最小可聽信噪比

圖9 不同群體中出現的個體最低最小可聽信噪比

圖10 某專科技校學員全頻點平均掩蔽量的概率密度

圖11 某專科技校學員全頻點平均掩蔽量的概率分布

5 結論

以聽覺能力為職業技能的群體篩選優秀耳時要考慮多個指標，本文所針對的職業群體的主要工作之一是在有限帶寬的噪聲中辨識有調的目標聲，因此噪聲對純音掩蔽能力的測量是這個群體甄選優秀耳時最重要的聽力指標。針對具體的應用背景和現實的可行性，本文采用聽力計上的掩蔽測量功能，對五個青少年群體進行了掩蔽量的調查測量。根據對調查結果的分析，就掩蔽量這個指標來說，對此職業群體優秀耳的篩選給出建議：

(1)對聽覺生理發育成熟的青少年群體來說，掩蔽量與年齡的關系不大；

(2)男女生在性別上的差異在掩蔽量的測量中并沒有明顯的影響；

(3)掩蔽量測試時受試者的心理狀態和相關的專業知識背景對測量結果會有影響；

(4)對受過聽音訓練的受試者來說，至少在中低頻區域掩蔽量有明顯的變化；

(5)掩蔽量的概率分布可能并不是一個正態分布。

本文雖然就某專科技校學員群體優秀耳的篩選給出了初步建議指標，但對一個具體的職業篩選優秀耳，還需要根據更具體的要求在本文的工作基礎上進行更廣泛的統計調查。

[1]孫文艷，潘楊，劉亞麗，孟子厚.中小學生聽力篩選調查[J].聲學技術，2011，30(6)：279-280.

[2]GB/T 4854.1-2004.聲學 校準測聽設備的基準零級 第1部分：壓耳式耳機純音基準等效閾聲壓級[S].北京：中國標準出版社，2004.

[3]ISO 389-1：1998.Acoustics ——Reference zero for the calibration of audiometric equipment——Part 1：Reference equivalent threshold sound pressure levels for pure tones and supra-aural earphones，1998[S].

[4]陳國斌.同時掩蔽數據庫的測量與建立[D].廣州：華南理工大學碩士論文，2011.

[5]肖鋒.中國人群掩蔽效應的研究[D].廣州：華南理工大學碩士論文，2012.

[6]J C Webster，Malcolm Lichtenstein.Individual Differences in Noise Masked Thresholds[J].The Journal of the Acoustical Society of America，1950，22(4)：483-490.

[7]GBT 16403-1996.聲學測聽方法：純音氣導和骨導聽閾基本測聽法[S].北京：中國標準出版社，1996.

[8]潘楊，孟子厚.視聽雙任務條件下注意對視覺和聽覺掩蔽效應的影響[J].聲學學報，2013，38(2)：215-223.

[9]孟子厚.音質主觀評價的實驗心理學方法[M].北京：國防工業出版社，2008：42.