水聲景與人的感知研究

(俄)莫爾科夫基納·達莉雅

劉海龍*

許曉青

聲景(soundscape)是一個人可以從世界上捕捉到的各種天然或人工的聲音及其環境，而城市化環境的缺點之一就是缺乏自然的聲音。城市居民生活在交通、工業等噪聲環境中，其心理及情緒易受到多方面的負面影響，產生破壞情緒、擾亂睡眠、易怒、疲勞和破壞免疫力等問題。這些負面影響的程度不僅取決于聲音響度，還取決于影響主觀感受的各類復雜因素。與傳統的噪聲控制不同，聲景研究更重視感知和正面的聲音，而非僅考慮物理量；將聲環境看成是資源，而非僅是“負擔”(burden)[1-3]。因此，良好的聲景會對人的感知、思想、心理，甚至健康等產生積極影響。水是自然和人工環境中普遍存在的元素之一，而水聲景是聲景研究中的重要內容。為更清晰地了解水景觀設計的主客觀影響因素，有必要研究人對水聲的感知偏好以及水聲對人情緒和心理的影響。

1 聲景的概念與研究進展

20世紀60年代末，加拿大作曲家莫瑞·謝弗(R. Murray Schafer)及其團隊創立了世界聲景項目(World Soundscape Project)，這是首次出現“soundscape”一詞。謝弗認為聲音像風景一樣與人的感受相關，也是一種景觀類型。聲景研究與傳統僅從物理層面對聲音的研究不同，具體包括物理聲景、心理聲景和情感聲景3種類型[4]。在之后的數十年中，聲景研究在世界各地逐步開展。其重要性首先在歐洲得到承認和重視，并開展了一系列研究，之后中國、美國、新西蘭、日本和俄羅斯等也逐漸予以重視，開展了針對國家公園[5]、城市公園[6]等的相關研究。目前聲景研究涉及多方面內容，不僅注重聲音的物理參數，包括噪聲水平和其掩蔽效應的物理指標[1-2，7-8]，同時也日趨關注人類對聲環境的感 知[3，9-11]，以及在促進公共健康和生活質量[12-13]等方面的作用。此外，對于鳥鳴、流水、風等聲景的多樣性研究也具有很大潛力。總體而言，聲景觀未來的研究目標是改善城市聲環境，以及探索聲音對于人的感受、情緒甚至健康的積極影響，其成果可應用于建成環境的改善、城市設計和風景區規劃等領域。康健教授作為這一領域的杰出專家之一，提出了“聲景研究的十大課題”[14]，其中特別強調：聲音環境如何成為聲景；聲景如何影響健康和生活質量；如何為改善環境而“規劃”和“設計”聲景；以及未來聲景研究的挑戰等。因此，聲景研究在聲音的物理和感知數據收集，以及指導聲景設計等領域值得進行深入探索。

2 水聲景研究的內容與應用

水普遍存在于自然和人工環境中，也經常被應用在古典園林與現代景觀設計中。水不僅被用作視覺意義上的設計元素，也被作為營造愉快氛圍的聲景元素。水聲在水景觀設計案例中很常見，著名案例如美國紐約的佩雷公園(Paley Park)。水聲也被用來發揮更為積極的治療作用，這在美國馬薩諸塞州威爾斯利(Wellesley, Massachusetts)少年兒童發展研究所的治療花園中得以體現。因此，水聲景(water soundscape)作為聲景的一種，有必要從人的感知、公共健康和景觀實踐等方面進行深入研究。但目前對水聲景的研究略缺乏，主要是對古典園林水聲景的分析[15]。大多數情況下，水聲僅被視為一種通過掩蓋或分散人們對城市噪聲的注意而創造安靜區域的工具，如在酒店、商業中心等公共建筑物或飛機、火車等交通環境中[16-18]。但也有學者指出，對于水聲的掩蔽效果還需進行更準確的研究，以及探究具體擁有何種物理表征的水聲會給人帶來更好的感受等[7，9，16，18]。臺灣大學于2015年開展了一項研究，探討如何將水聲作為減少居住空間壓力的工具[19]。該研究運用語義差異法(Semantic Differential Method)進行聽力評估，不僅使用了自然水聲，還包括人工制造的水聲(如排水管的聲音)，以確定人們對各種水聲景的偏好。該研究的主要結論包括：1)人們對于寧靜水聲的印象存在積極和消極的兩面性，這與其是否受歡迎無關；2)基于波形和頻譜圖的分析，發現對于無壓力的聽音環境來說，分貝低的水聲其頻譜無論是低頻(低于500Hz)還是高頻(高于 3 000Hz)，都比分貝高和頻率幅度大的水聲更受歡迎；3)柔和的溪水和噴泉的聲音可用于室外聲環境的改善；4)室內可放置臺式魚缸用于室內聲環境的改善；5)如果需要較安靜的聲音環境，應限制使用堅硬的屋頂材料。還有其他研究表明，為了使人們在背景噪聲中獲得平靜感，應該營造自然的水聲，而非人造的水聲[11]。上述研究成果的實效性尚待驗證，也需要與設計實踐相結合，但凸顯了水聲景研究的必要性與迫切性。

3 水聲對人的感知的影響實驗與分析

本研究的目的是通過實驗獲得水聲對人的感知的影響結果。具體實驗步驟與內容包括：1)在研究的第一階段，通過播放水聲音頻和完成量表評測，確定受歡迎的水聲及其對人的感知影響，得到人對水聲的偏好；2)分析量表評測結果與音頻的物理特征，找出二者之間的關系；3)在第二階段，根據實驗獲得的水聲偏好，從情緒的治療作用角度進行分析。

3.1 第一階段：水聲與人的感知研究

3.1.1 實驗設計

1)被試者。第一階段共有40名被試者。因為水聲對人的感知和心理影響取決于客觀環境和個人文化背景等多重因素，所以被試者中包括了28名中國人和12名外國人，其中男女各20名。

2)水聲樣本。本研究使用了來自YouTube的高品質聲音文件，并使用Audacity音頻編輯軟件來選擇聲音樣本的持續時間，并設計了填寫量表的時間。實驗的完整音頻文件由20種水聲組成，包括景觀設計中可用的水聲14種和落在不同材料上的雨聲6種(表1)。被試者聽每個聲音樣本的時間為20s，填寫問卷的時間為40s。

3)播放條件和設備。每個被試者會在一個安靜的封閉房間里聽音頻文件，房間里除被試者之外還有研究觀察人員。

4)評測量表。語義差異法使用聯想和定標程序來測量對象、感知或情感之間的耦合關系。使用12對形容詞反義詞和七點雙極量表(-3～3依次代表喜歡程度，-3為非常不喜歡，3為非常喜歡)測試被試者對水聲樣本的聽覺印象，包括與物理性有關的3組：靜止-動態、尖銳-軟音、吵鬧-安靜；與感情性有關的9組：緊張-放松、無聊-有趣、不愉快-愉快、不舒服-舒服、單調-復雜、焦急-安寧、激烈-平靜、敵意-善意、陰沉-快樂。并在每個水聲樣本評測量表的末尾列出了一個總體印象問題(喜歡或不喜歡)(表2)。

表1 水聲類別和播放順序(實驗1)

表2 評測量表(實驗1)

3.1.2 水聲受歡迎程度總體分析

根據實驗所得數據可以得到不同水聲樣本的受歡迎程度(表3)。排名分析顯示，大多數被試者喜歡柔和的溪流聲音(87.5%)，并將其標記為愉快、舒服的聲音；而水磨坊的聲音會給人以消極印象(17.5%)，產生緊張、焦急和吵鬧的不適感。

表4是通過對獲得的得分結果求平均值來分析被試者對水聲樣本的整體印象。具體而言，0以上的分值代表人對這種聲音的感受積極，0以下代表人對這種聲音的感受消極。由該表可知，聲景中的03氣泡(水里)和09溪流(水速低)得分全部為正值且最高，對被試者有積極影響，而01瀑布(水壓大)和08水磨坊的聲音有較多負值且得分較低，對被試者有消極影響。

3.1.3 雨落在不同材料上聲音的受歡迎程度

雨是一種自然元素，不由設計直接控制。當下雨時，人對包括聲音在內的雨中環境的感受不盡相同。本研究分析了人對雨落在不同材料上發出聲音的喜好。由表5可知，大多數人喜歡06雨落在路面上(75%)和01雨落在樹葉上(60%)的聲音，而雨落在玻璃上(15%)、02雨落在水面上(17.5%)和04雨落在鐵皮上(22.5%)的聲音不受歡迎，因為這些聲音會給人以消極印象，帶來緊張、吵鬧、激烈和陰沉的感覺。

表3 水聲樣本的整體印象排序(實驗1)

表4 水聲樣本的整體印象分析(實驗1)

為使基于主觀反應的結論更具客觀說服力，使用Audacity軟件分析了落在不同材料上雨聲的波形(waveform)和頻譜(spectrogram)(圖1)。譜圖底部開始時具有0～8 000Hz的范圍，范圍是Audacity軟件自帶的屬性，這里只做客觀描述：在增益為20dB、范圍為80dB的默認設置下，相應的紅色、粉紅色、深藍色、淺藍色和灰色級分別代表-40、-60、-80、-100和-100dB以下(從大到小)的聲音；尖峰差異較小的波形表示水聲均勻，尖峰差異較大的波形則表示更多樣的水聲；較窄的波形表示比較安靜的水聲，較寬的波形則表示比較吵鬧的水聲。由分析可知，雨落在玻璃上的聲音在“靜止-動態”分析中的系數是1.05(表6)，該數值在所有雨聲的該項指標中最小；雨落在玻璃上的聲音的波形頻率變化較小(圖1)，證明該聲音較單調。

表5 雨聲樣本的整體印象排序(實驗1)

3.1.4 水聲受歡迎程度與形容詞組的總體分析

通過選擇總體印象中喜歡/不喜歡比例超過60%的聲音，可以得到水聲受歡迎/不受歡迎程度的總體結論。

總體印象為“喜歡”的聲音一共有8種，含6種水聲和2種雨落在材料上的聲音：09溪流(水速低)(愉快值為1.63、舒服值為1.73)、06噴泉(落下的)(動態值為1.68)、03氣泡(水里)(有趣值為1.78、軟音值為1.23)、07下雨(暴雨)、12下雨(小雨)、04噴泉(潺潺作聲)(動態值為1.70)，以及06雨落在路面上(動態值為1.55)和01雨落在樹葉上(動態值為1.50)。

表6 雨聲樣本的整體印象分析(實驗1)

總體印象為“不喜歡”的聲音一共有6種，含2種水聲和4種雨落在材料上的聲音：08水磨坊(動態值為1.63、緊張值為-1.53、不愉快值為-1.25、不舒服值為-1.18)、01瀑布(水壓大)(吵鬧值為-1.95、緊張值為-1.88、激烈值為-1.85)，以及05雨落在玻璃上(吵鬧值為-1.48、陰沉值為-1.30)、02雨落在水面上(動態值為1.98、吵鬧值為-2.35、激烈值為-2.30、緊張值為-2.13)、04雨落在鐵皮上(吵鬧值為-1.78、激烈值為-1.58、緊張值為-1.50)和03雨落在木板上(動態值為1.18) 。

由表7可知，盡管優先順序存在差異，但中國人與外國人對水聲樣本的整體印象基本上是一致的。

3.1.5 水聲的聲學特性與人的感知關系分析

為了解不同水聲影響人的感知的內在機理，進行了水的聲學特征分析，包括各種水聲的波形、頻譜圖和噪聲特性，以及物理性與感覺性形容詞之間的關系。

1)水聲分貝分析：水聲的噪聲級。

一般而言，聲音的分貝越高，越不受人喜歡，但也有一些分貝較高的聲音仍然受人喜歡(如圖2中的水聲4、6、7)，表明人喜歡或不喜歡某種聲音不全由聲音分貝的大小決定，還會與聲音傳遞出的情感有關。

2)水聲分貝與人的感知關系分析：吵鬧-安靜。

就水聲分貝而言，從被試者對“吵鬧-安靜”的感受平均值可以看出，分貝越低，聲音感知越安靜，分貝越高，則聲音感知越吵鬧，這反映了被試者對聲音的敏感程度(表8、9)。由于Audacity軟件將120dB視為0，因此120dB被添加到所有聲音的平均值中以簡化感知。表8中，“吵鬧-安靜”對應的列中的數字代表喜歡這種聲音的人打分的平均值。表9中，“吵鬧-安靜”對應的列中的數字代表不喜歡這種聲音的人打分的平均值。同時，對于雨落在玻璃上的聲音，“吵鬧-安靜”的感受系數為-1.59，表征為吵鬧的聲音，但其平均分貝值并不是很高(55.9dB)，低于表8中部分聲音樣本，這說明，人們覺得吵鬧的聲音不一定分貝值很高，而與聲音的產生方式及聆聽環境有關。

圖1 雨落在不同材料上聲音的波形圖(左)和頻譜圖(右)

圖2 聲音噪聲級與喜歡的人數的關系

表7 水聲偏好總體印象及百分比

圖3 3種水聲的“靜止-動態”特性與波形圖幅度豐富性的關系

圖4 2種水聲的“靜止-動態”波形圖比較

圖5 水聲樣本受歡迎程度分析

3)水聲幅度分析：水聲的靜止-動態性。

從聲音的物理特性看，“靜止-動態”與聲音的幅度豐富性有一定關系，如10水滴(不響亮的)的“靜止-動態”特性最低，為-0.35；而03氣泡(水里)和04噴泉(潺潺作聲)的“靜止-動態”特性最高，分別為1.90和1.70(圖3)。

另外，聲音的喜好和“靜止-動態”特性關系不大，如07下雨(暴雨)、08水磨坊的“靜止-動態”值為1.53和1.63，較為接近，但喜歡前者的人數占總人數的72.5%，喜歡后者的占17.5%(圖4)。

3.2 第二階段：水聲對人的情緒的影響研究

3.2.1 實驗設計

1)被試者。第二階段共有43名被試者，包括22名中國人(10名男性和12名女性)和21名外國人(10名男性和11名女性)。

2)水聲樣本。音頻文件為基于第一階段研究結果選出的12種聲音，實驗完整時長為9min。順序由第一階段研究結果而定：從最不受歡迎的聲音到最受歡迎的聲音進行排序。

3)評測量表。仍然使用語義差異法測量被試者的感知與情感狀態。被試者對水聲樣本的聽覺印象用7對形容詞反義詞和七點雙極量表進行測試，并在每個水聲樣本調查問卷的末尾列出了一個總體印象問題(喜歡或不喜歡)。

3.2.2 水聲受歡迎程度總體分析

對于第二階段的研究結果，實驗前的預期是喜歡的人數會均勻增加(紅線)，但實際產生的曲線并不平滑，有幾個急劇起伏，說明出現了異常情況(藍線)。盡管如此，圖5藍線逐漸上升，顯示了偏好逐漸增加的趨勢。

由于實驗設計上的一些變化，即聽音頻文件的時間有所增加，因此負面評價大幅減少。值得注意的是，最終得到的中國人與外國人對于聲音的喜好與第一階段的結果類似(表10)。

3.2.3 水聲對人的情緒的影響分析

原本第二階段實驗的設計是希望通過基于第一階段得到的聲音喜好結果，按從最不喜歡到最喜歡的聲音排序，分析按此順序播放水聲對人的情緒是否具有改善作用。但實驗后發現，想要得到更為科學的結果還需要專業設備以及比較長的測試時間，在目前的實驗中尚無法實現，需要留待將來再做測試。在此次研究中的另一個發現是，通過分析參與2個階段實驗的同一被試者的測試結果，發現同一被試者在不同時間會對同一個聲音給出不同的評價。由此可以推測，一個人對某些聲音的印象會發生改變，這可能與其當時的情緒或狀態有關，從而影響對水聲的評價結果。

表8 吵鬧-安靜與分貝的關系(總體印象——喜歡)

表9 吵鬧-安靜與分貝的關系(總體印象——不喜歡)

表10 水聲樣本的整體印象分析(實驗2)

4 結論與展望

4.1 結論

1)關于不同水聲的受歡迎程度。

可以產生積極感受(如善意、放松、愉快、軟音等)的聲音包括：09溪流(水速低)、06噴泉(落下的)、03氣泡(水里)；而得到負面評價的聲音(會引起緊張、焦急、吵鬧、敵意等感受)包括：01瀑布(水壓大)、08水磨坊、02雨落在水面上和04雨落在鐵皮上。實驗結果與前人的研究結果相吻合，證實了該方法的可靠性。

2)關于雨落在不同材料上發出的聲音。

大多數人喜歡06雨落在樹葉上和01雨落在路面上的聲音，而02雨落在水面上的聲音不被人喜歡。但人們對01雨落在路面上的聲音的感受可能會發生變化，原因可能是剛開始下雨雨量較小，人們對雨直接落在地面上的聲音的反應較為積極，但隨著雨勢變大，路面產生積水，發出了雨落在水面上的聲音，給人以陰郁、消極之感。

3)關于中國人和外國人對水聲受歡迎程度的分析。

盡管優先順序存在差異，但中國人和外國人對水聲的總體印象百分比基本一致。但對中國人和外國人的結果進行單獨分析時，發現中國人對于最喜歡和最不喜歡的聲音的反應呈現出較大差異，而外國人則不明顯。

4)關于水聲受歡迎程度與人的背景。

通過對被試者成長過程中熟悉的氣候背景進行分析，可以注意到不論國籍，生活在高濕度和頻繁降雨地區的人比來自干旱地區的人會對水聲給予更多的正面評價，這證實了氣候背景也會影響人類對水聲的感知這一假設。

4.2 展望

每個人都處在聲環境之中，聲音對于人的感受有著較大的影響，并且取決于一系列復雜的因素，包括聲音的自身物理特性及不同人對噪聲的敏感度。而目前聲音已經是衡量環境質量的重要指標，聲景健全的環境會積極影響人們的感受、心理和精神狀態。聲景設計是一個復雜的課題，涉及心理學、社會學、環境學、哲學和藝術等多學科知識。水是在自然和人工創造的環境中均存在的元素之一，人對不同水聲的感受會受到個人文化、地理、社會和其他各種復雜因素的影響。在當代城市空間中，水的聲音效果不應被低估。把水聲作為一種設計元素并研究如何設計出良好的水聲景觀，使之對人們形成積極的心理影響，在城市環境中發揮必要的康復功能，是值得進一步探討的課題。本研究通過科學實驗的方法，獲取了人對不同水聲的感知與偏好結果，并初步探討了對人的情緒的影響，實驗結果與前人的研究結果相吻合，證實了該方法的可靠性。同時實驗中獲得的結論可應用于改善醫院、療養院及部分綠地等具有康復功能的景觀設計中，還可進一步應用在噪聲水平較高的城市環境中以改善城市居民的心理和感知狀態。顯然以上實驗及結果對于期待得到的明確結論仍是不夠的，但作為基礎可以進一步推動水聲景研究。未來的研究方向包括(但不限于)：1)設計不同要素的組合及變化以影響水聲效果，如傾斜角度、溪流寬度、水量等；2)更詳細地研究雨水與不同材料作用產生聲音的機理，包括材料、性能、降雨類型等變量的變化；3)研究水聲在更廣泛的背景噪聲條件下的影響，為水景觀設計優化提供指導。

注：文中圖片均由作者繪制。