聆听环境的影响因素及解决方案(Ⅰ)

兰明　综述



·综述·

聆听环境的影响因素及解决方案(Ⅰ)

兰明1综述

助听装置的验配通常是在特定的相对安静的环境下进行的，如验配中心、助听器验配室，听力中心等，验配师与验配者多是面对面并且刻意大声清晰地讲话。而在现实生活中每个人尤其是助听装置佩戴者不得不面临噪声、混响和距离等环境因素对言语可听度的影响并为之苦恼，而且这些因素的协同影响远大于其中某一个因素的单独影响，尤其是在教室里多人互动交流时，言语感知更加困难[1]。 本文综述噪声、混响及距离因素对言语感知的影响及改善聆听环境的修改方案，以进一步提高业界人士对此的认识。

1　言语感知的发展过程

有研究显示无论有无听力障碍，儿童的言语感知行为和听取言语的方式明显不同于成人，年龄越小对声音越不敏感，越需要更高的听觉感知水平来感知言语；要想达到100%的言语识别率，年龄越小越需要更高的信号输入强度，研究发现儿童需要更高的听觉能力才能感知语句，在感知辅音方面也显示同样的趋势直到青春期，因为儿童的周围和中枢听觉系统感知处理技巧发育还不成熟，对辅音感知不够敏感，不会利用上下文关系来协助感知言语；6～7岁儿童虽然已具备足够的言语感知水平，但在安静环境下的辅音感知比较大的儿童或成人更困难[2～4]；上述结果说明言语感知需要一定技巧，这些技巧需要一定的发展过程，同时更需要排除各种影响言语聆听的因素。

2　噪声环境下的言语理解

背景噪声由一系列的声源产生，可以由室内设备和人员产生，也可以是室外的自然声和人造声。与言语交流最相关的不是噪声的绝对强度而是信号与噪声之间的关系，即信噪比(S/N或SNR)，也就是信号与噪声强度的差值而不是比值。儿童较听觉系统和沟通技巧发育良好的成人需要更高的信噪比，用预知性高低不同的语句所做的研究表明，11～17岁的正常儿童在信噪比为0和-5 dB条件下对高预知性语句的表现明显差于成人，但对低预知性语句的表现却差别不大，说明背景噪声对其通过上下文语义提示理解言语的能力有明显影响；相反，9岁的正常儿童在此信噪比下的高预知性和低预知性语句的理解都较差，提示正常听力儿童在语句理解时也会受噪声的掩蔽效应影响[5～7]。

对母语不是英语族群的研究[8]显示，在信噪比为10 dB或更低的情况下，母语不是英语的儿童较母语是英语的儿童更难理解语句，也就是说这些儿童包括单侧听力障碍但未佩戴助听器的儿童需要更大的信噪比。听障儿童需要付出更多的努力才能感知背景噪声下的言语。研究显示，在听辨语句和无意义单词音节时，单侧重度及以上听障儿童较同龄无听障儿童需要高3～4 dB的信噪比；Finitzo-Hieber等调查了在安静、信噪比分别为+12、+6和0 dB四种环境下轻中度听力损失儿童与听力正常儿童的言语感知能力，结果显示所有儿童在信噪比下降时言语感知得分都降低，听障儿童降低尤为明显，从安静环境下的87%降到信噪比为0时的42%，在高噪声环境轻度听障儿童的得分也不到一半，说明信噪比对听觉的影响巨大[6，9]。图1为听力正常人和听障者不同信噪比环境下测得的言语辨别率，可见无论有无听力障碍，信噪比对言语识别率都有很大影响，15 dB信噪比的改善可使言语识别率提高近60%。

图1　听力正常人和听障者在不同信噪比环境下测得的言语辨别率曲线

3　混响环境下的言语理解

混响是指声波到达人耳部之前在封闭空间中各种界面间的反射。人们听到的声音最初直接来自于声源及其反射波，这些反射波合并起来后大多数听者都解释为一种声音。混响时间(RT)是指声音停止后声音强度降低或衰减60 dB所需的时间，高强度的混响(混响时间大于1.2秒)往往在使言语感知降低，因为环境的各种反射面(体)往往会吸收对言语识别至关重要的高频声的同时，也反射具有扩散掩蔽作用的低频声，同时反射能量的重叠掩蔽了言语的直接信号[6]。

儿童在混响环境里不能很好地理解言语，因为儿童还不完全具备可以在混响环境中抑制反射声优先听取信号声，从而改善混响条件下言语理解力的优化统一能力[6]。正常听力儿童5岁左右这种能力开始发展，此前其在混响环境的言语理解力一直不如成人，因为他们总是将回声或反射声听作独立的声音，而不是将这些反射声混入信号声；有研究者分组观察了5～12岁儿童在混响时间分别为0.4和0.6秒两种条件下对无意义音节的感知，显示混响时间越长所有年龄组儿童的言语感知得分都越低，5岁组得分最低，从安静环境下的96%正确言语感知降到63%的平均语素感知；连续的研究发现在混响条件下的言语感知能力到13岁时最接近成人[10]。

图2　不同的混响时间和信噪比对言语理解能力的影响

混响对听障儿童的影响更大。有研究比较了混响环境下无听力损失和轻中度听力损失儿童的言语感知得分，结果显示佩戴助听器的听障儿童在RT为0.4秒时单音节词平均得分从87.5%降到74%，RT为1.2秒时猛降到45%；无听障儿童的得分降低较少，RT为1.2秒时从94.5%降到76.5%；结论是声学效果差的教室会对听障儿童的聆听学习造成困难和负面影响[6]。图2为不同RT和信噪比对听力正常人和听障者言语理解能力的影响，可见RT越长，言语识别率越低，说明无论有无听力障碍，RT对言语理解能力有巨大影响。

4　混响和噪声对言语感知的协同影响

研究发现噪声和混响对言语感知能力的协同影响， 这对理解教室噪声和混响对有无听障儿童的言语理解都有巨大影响做出了重大的贡献[6]。无听障组儿童从安静环境到0 dB信噪比环境下，言语识别率下降了34.3%，从RT为0到1.2秒言语识别率下降了19%；如果简单相加二者联合影响应该是53.3%，但实际上当RT为1.2秒，信噪比为0时，言语识别率下降了29.7%，即噪声和混响的协调影响使得分减少了64.8%，比简单相加大约10%；听障儿童的结果类似，说明高强度的噪声和混响会对无听力损失儿童的聆听学习也造成困难，使听力损失儿童几乎不可能正确聆听，因为无听力损失儿童的平均得分也只有11.2%；目前绝大多数听力损失儿童都在普通教室聆听，所以必须努力改变教室的声学环境[11]。

总之，噪声大小与混响程度严重影响听障者的感知能力，两者的协同影响对听障者更为严重，一般助听器在噪声与混响环境中基本无能为力，因此，听障儿童在普通教室聆听是一项艰巨的任务。对于大多数儿童，尤其是那些年龄小、生活在多语种家庭环境的听障儿童，在声学条件差的教室里聆听学习很可能处于双倍甚至三倍的危险境地，他们必须克服噪声和混响的不良影响。因此，儿童的学习环境必须参照适当的标准进行评估。

5　距离对言语感知的影响

任何人都会因聆听距离影响言语可听度而苦恼，助听器使用者更难以适应。噪声-混响-距离的协同作用极大程度地增加了理解语言的难度，由图1可见，随着与声源距离的增加，声源迅速衰减；由图2可见，随着教室讲话者与儿童距离的增加，信噪比逐渐下降。

6　教室噪声和混响的规范推荐

上述教室声学环境不良影响的研究证据导致了美国教室声学标准的产生(ANSI S12.60-2002 美国国家标准化教室声学条件、设计要求和指南)，这个标准由代表了广大专业人士的团队制定， 推荐空教室的本底噪声应低于35 dB A，教师的话语声到达儿童耳部的信噪比应达15 dB、混响时间RT应介于0.2～0.6秒之间。ANSI标准认为所有受教室不良声学环境影响的儿童都应该获得清晰的言语聆听，该标准应作为基本条件普及到所有的教室和教育系统，尤其对于有听障、听处理紊乱、学习障碍和语言发育迟缓的儿童，教室需要优先达到该标准[12]。

图3　距离与声源的关系

图4　在外界噪声为60 dB SPL条件下教室内测得的信噪比

7　现实教室里的噪声和混响

有研究者对现实教室的声学环境进行了调查，测量了美国三个地区的32间普通空教室，发现，噪声强度为34.4～65.9 dB A，只有4间教室达到ANSI S12.60-2002标准推荐的35 dB A，噪声源主要是供暖空调设备和鱼缸之类的嘈杂设施；混响时间为0.2～1.27秒，有13间超过了ANSI S12.60-2002推荐的0.6秒，超标的教室多为大而高的教室，天花板低于3.3米的所有教室的混响时间都符合标准；以前的研究也报告了空教室的本底噪声介于41～65 dB A；最重要的是所有听障孩子的学习教室的信噪比为-7到+5 dB之间，都低于15 dB[13，14]。一般情况下，学生年龄越小的班级噪声越大，尤以幼儿园为甚，较早的研究也报告了教室的混响时间较长，为0.6～1.2秒；综上所述，评估和改善听障儿童学习教室的声学环境是最基本的要求[15，16]。

8　教室噪声强度和混响时间的测量[11，17，18]

8.1噪声强度听力学家、老师和其他专业人士要确定教室是否满足ANSI S12.60-2002的要求，要检查教室的声学环境是否适合听障和其他学习障碍的儿童；测量教室背景噪声强度只需直接用合格的声级计和三脚架即可。ANSI提供的空教室噪声强度测试的指南如下：①噪声强度测试要在被测试教室和毗邻空间都空闲的情况下进行；②噪声强度测试要在噪声强度最大的时间内进行，门窗关闭，灯打开；③教室里的取暖和通风系统应处于正常使用状态；④声级计要具备A和C频率计全以及慢时间计全模式，声级计的最小可测量声压级应低于测量的噪声强度至少5 dB；⑤噪声测量应在教室的聆听区域进行，通常是学生的座位区和老师的讲课区；⑥噪声测量应在教室的六个位置进行，其中三个在学生坐姿的耳部高度，另外三个在学生站姿的耳部高度；⑦所有的测量声级计都应安放在三脚架上；⑧在每一个位置选择慢时间计全和A滤波器，每30秒记录一次声音强度，连续5次，每次间隔30秒，记录最高、最低和5次的平均声强读数。该测试也可用C计全重复进行；⑨如果在教室的任何位置A计全测试的背景噪声高于ANSI S12.60-2002规定的35 dB A至少3 dB，就可以得出不能满足ANSI S12.60-2002标准的结论。

8.2混响混响的直接测量常常需要由建筑声学工程师或专业计量工程师用复杂的设备来完成，也可以利用公式和吸音系数表来计算混响时间的公平估算值。表1列举了计算混响时间的常见普通材料对500 Hz频率的吸音系数。

混响时间的计算实际上是个估算，没有考虑室内的家具和其他物体的影响，与ANSI S12.60-2002要求的0.6秒结果相比有所误差。房间混响时间的计算指南：计算混响时间(RT)可用简单的公式进行估算：RT=(0.16×V)/A。它涉及房间容积(V)、房间表面吸收总数(A)和常数(0.16)。RT单位为秒，V=房间的长度×宽度×高，单位是立方米。A的单位是赛宾(Sabins)，每个房间表面(天花、地板等)的吸收系数是表面积与内衬材料吸音系数的乘积，如：地板表面积=长×宽(单位米)

例如：混凝土地板上铺地毯以泡沫橡胶垫底(脚下)；吸音系数=0.57；地板面积=3 m×3 m=9 m2

注意：有些墙面使用不同的材料，如：一半墙是玻璃一半是灰泥，就要根据不同的系数分开面积计算。如：墙3米宽、3米高。玻璃墙面的面积是3 m×1.5 m=4.5×吸音系数；灰泥墙面的面积是3 m×1.5 m=4.5×吸音系数。不同表面的各吸音值相加，如地板、天花、墙壁。得到总吸音值(A)。

9　改善目前教室的声学环境

ANSI为建设学校的建造师和建筑工人提供了大量的细节确保他们建造的教室能够满足指南的要求，相对而言，目前有大量教室不能达到这些目标而需要改造。以下修缮方法可以用来改善教室的声学环境，其中最有效的方法是降低天花的高度和铺地毯，这样可以有效减少混响时间和由于座椅板凳与地面摩擦产生的噪声。修善方法：①仔细维护保养供暖和通风设施；②升级嘈杂的供暖和通风设施；③如果不能铺地毯就在座椅板凳的腿下安装橡胶垫；④在窗户和墙面上挂窗帘和褶裥；⑤用软木板或壁毯做黑板或公告栏(注意用光面纸或板会抵消软木板或壁毯的效果)；⑥用书架作为分隔营造安静的建设环境；⑦在房间放置一些绳索或公告栏使与墙壁成一定角度而不是平行放置；⑧用景观美化来降低外界噪声；⑨关闭朝向走廊、门厅和隔壁教室的门窗；⑩在教室之间建隔离墙。

表1　常见普通材料对500 Hz频率的吸音系数

注：系数表修改自Berg F(1987)Facilitating Classroom Listening(促进教室聆听)。Boston: College Hill(p104)

10　小结

最近十年，对声学效果差的教室对听障儿童言语训练的重大影响的理解有了深刻的认识和巨大的发展。教室声学条件的改善对于确保儿童聆听老师的言语至关重要，ANSI教室声学标准规定是每个教室的重要参照标准；通过使用个人FM、声场FM等信噪比提高技术对声学(参数)的修改是一种可行的、具有成本效应的一种手段，可以确保儿童接收到重要的信号和突出听觉的重点；每个教室都安装和使用声场放大系统可以为所有儿童提供一个好的学习环境。

11　参考文献

1Ackerhalt AH, Wright ER. Do you know your child’s special education right[J]?Volta Voice,2003,10:4.

2American National Standards Institute. (S12.60-2000). Acoustical performance criteria,design requirements, and guidelines for schools[M]. New York: American National Standards Institute,2000.1～13.

3American Speech-Language-Hearing Association. Guidelines for fitting and monitoring FM systems[J]. Last Accessed January,2008,14:3.

4American Speech-Language-Hearing Association. Guidelines for acoustics in educational environments[J]. AHSI, 1995,37:15.

5American Speech-Language-Hearing Association. Guidelines for addressing acoustics in educational settings[J]. Last Accessed January,2008, 14:5.

6Anderson KL. Screening instrument for targeting educational risk (SIFTER) [M]. Tampa,FL:Educational,1989.19～26.

7Anderson KL. Voicing concern about noisy classroom[J]. Educational Leadership, 2001,58:77.

8Anderson KL. The problem of classroom acoustics: the typical classroom soundscape is a barrier to learning[J]. Seminars in Hearing, 2004,25:117.

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.

10Berg FS. Facilitating classroom listening:a handbook for teachers of normal and hard of hearing students[M]. Boston: College Hill,1987.38～40

11Blair JC. Teachers’ impressions of classroom amplification[J]. Educational Audiology Review, 2006,23:12.

12Edwards D, Feun L. A formative evaluation of sound-field amplification system across several grade levels in four schools[J]. Journal of Educational Audiology, 2005,12:57.

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)

(本文编辑李翠娥)

1美声听觉技术有限公司(佛山528000)

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