噪声和混响对儿童视觉短时记忆的影响*

彭健新　蒋鹏

(华南理工大学 物理与光电学院，广东 广州 510640)



噪声和混响对儿童视觉短时记忆的影响*

彭健新蒋鹏

(华南理工大学 物理与光电学院，广东 广州 510640)

通过对小学三、六年级儿童在2种不同混响时间和3种不同干扰噪声级条件下进行汉语双音节词语的视觉短时记忆行为的测试，探讨了噪声和混响时间对不同年龄段儿童对汉语词语的视觉短时记忆的影响，并比较了混响和噪声条件下儿童听觉记忆和视觉记忆行为之间的差异.结果表明：干扰噪声级和儿童年龄对儿童在教室内的视觉短时记忆行为均有显著影响；随着干扰噪声级的降低、混响时间的缩短以及儿童年龄的增大，儿童对汉语词语的视觉短时记忆得分增加；噪声和混响对听觉记忆的影响较视觉记忆的影响大，但随着噪声级的降低和混响时间的缩短，视觉记忆和听觉记忆的记忆得分差异减小.

噪声；混响时间；儿童；视觉短时记忆

教室室内声环境的好坏将直接影响学生课堂学习效果[1].很多国家和政府已经制定并颁布了相关规范和准则，给出了教室室内信噪比(SNR)和混响时间(T30)等参数要求[2-3].国内外许多研究者深入研究了这些参数对教室内语言清晰度的影响，并取得大量很有意义的结论[4-5].但是儿童的课堂学习不仅限于听清教师的授课内容，更重要的是记住教师的授课内容.

一般而言，文字信息记忆分为视觉记忆(指对来自视觉的信息的输入、编码、存储和提取)和听觉记忆(指对来自听觉的信息的输入、编码、存储和提取).Kjellberg等[6]指出，识别单词(或句子)付出的努力越大，则留给用于记忆阶段的加工、编码、存储信息等过程的可用工作记忆资源越少.室内噪声和混响增加了识别过程的难度，影响记忆效果.Klatte等[7]以图形卡片呈现的方式在室内噪声和无关声音噪声条件下比较了儿童和成年人的视觉记忆，指出无关噪声通过特定干扰和注意捕获两种不同的机制影响人的回忆，且注意捕获是在不断发展变化的.蒋鹏等[8]在3间具有不同混响时间的小学教室内分别测试了小学三、六年级儿童对词语的听觉短时记忆行为，结果表明儿童的听觉短时记忆得分随信噪比提高而增加.Elliott等[9]在不同无关噪声条件下采用单词呈现的方式对不同年龄段人群的视觉记忆进行研究，研究发现不同干扰噪声条件下记忆得分明显低于“安静”条件下的记忆得分，且存在年龄效应，大学生的记忆得分高于儿童记忆得分.

目前，已有的关于噪声或混响对记忆行为影响的研究大部分是针对成年人进行的，而且大多数研究单一因素对听觉记忆行为的影响，且对视觉记忆行为的研究较少.文中选取两间具有不同混响时间的小学教室在不同干扰噪声级条件下采用视觉记忆方法测试小学三、六年级儿童对汉语双音节词的短时记忆行为，探讨在噪声、混响条件下不同年龄段儿童对汉语词语的视觉短时记忆行为，并比较在混响和噪声条件下儿童听觉记忆和视觉记忆行为之间的差异.

1　实验方法

图1　教室平面及噪声源和测试位置

关于儿童记忆行为测试有很多种方法，文中记忆测试所用材料参考Hygge等[10]的英语记忆测试词汇表，从小学生常用汉语词语中选取，由9个等价词表和2个练习词表组成，每个词表由8个不相关的双音节词组成.测试时通过计算机将每个测试表中的8个双音节词依次呈现在教室前部的大屏幕上，播放完8个双音节词之后由被试儿童回忆出屏幕上所显示的双音节词并写在记录表上.在屏幕上呈现8个双音节词的同时，通过扬声器重放与听觉短时记忆相同的语谱干扰噪声信号[8].重放时，距噪声源正前方1 m处的噪声级为72、66、60 dBA.

2　结果与分析

有学者曾对标准差检验、邻差型检验和半极差检验这3种常用的小样本试验数据有效性检验方法进行过比较，并指出邻差型检验和半极差检验优于标准差检验，且用邻值代替异常数据更接近原始数据[11].因此，文中采用邻差型检验法对数据检验和处理.图2为不同混响时间、不同噪声级条件下三年级、六年级儿童在被测教室内得到的经数据有效性检验后的汉语词语视觉短时记忆得分统计.图中“A，72”表示测试条件为教室A，干扰噪声级为72 dBA，其余依次类推.

图2不同年级儿童的词语视觉记忆得分

Fig.2Memory scores of phrase lists for different grade groups

由图2可以看出，在相同干扰噪声级、相同混响时间条件下，儿童年龄越小，其汉语词语视觉短时记忆得分越低.无论三年级儿童还是六年级儿童，其在教室内的汉语词语视觉短时记忆得分均随干扰噪声级增加而减小，随着混响时间缩短而增加.

多因素方差分析结果表明：干扰噪声级、受试者年龄均对汉语词语视觉短时记忆有显著性影响(P<0.05)，混响时间对儿童汉语词语视觉短时记忆无显著性影响，各因素之间的交互作用不显著.

3　讨论

在不同混响时间、不同干扰噪声级条件下儿童在教室内的汉语词语视觉短时记忆得分存在差异，表明教室内混响时间和干扰噪声级影响儿童的汉语词语视觉短时记忆行为.首先，干扰噪声会引起不相关声效应[12]，使人的注意力分散，情绪紧张，不相关声音刺激易吸引他们的注意，使其部分地忽略编码记忆；第二，干扰噪声影响他们脑功能的正常发挥，使大脑处于超负荷工作状态，降低了整个神经系统的功能，包括信息的传输及存储[13]；第三，噪声可影响儿童的思维，降低大脑的工作能力[14].尽管方差分析表明混响时间对儿童汉语词语视觉短时记忆无显著性影响，这可能是与两间教室的混响时间差异不是太大有关，但在较长的混响时间的教室内，室内混响会导致室内背景噪声级增加.背景噪声级过大将干扰儿童的听觉处理，干扰他们的信息存储，同时使他们从听觉环境中提取信息，需要付出更大的意志努力，需要有意注意，从而增加了记忆的困难[15]，导致儿童的汉语词语视觉短时记忆得分较低.由图2可知，随着室内声环境条件改善，如干扰噪声级降低，儿童的汉语词语视觉短时记忆效果也有了明显提高.降低室内干扰噪声级，提高信噪比，缩短室内混响时间有助于其记忆行为的改善.

年龄对汉语词语短时记忆得分有显著性影响，儿童年龄不同，其记忆行为存在差异，年龄越大，儿童汉语词语短时记忆得分越高，记忆行为越好.曾有研究者指出[16]，随着儿童年龄增长和学校教育知识水平增加，小学阶段儿童认知能力及记忆能力得到快速发展，能更加有效地利用已有的加工资源，从而改善在特定记忆任务上的成绩.

先前的研究探讨了在噪声和混响条件下儿童对汉语词语听觉的短时记忆[8]，为了比较儿童在不同混响和噪声级条件下的视觉与听觉记忆得分差异，将相同测试条件下的三、六年级儿童的听觉与视觉记忆得分进行比较，如图3所示.

图3　不同年级儿童视觉与听觉词语记忆得分

由图3可知：两个年龄段儿童的汉语词语的视觉短时记忆得分均比汉语词语听觉短时记忆得分高.表2为听觉记忆和视觉记忆条件下不同年龄儿童的汉语词语短时记忆得分差异统计.

由表2可知：噪声级越低，混响时间越短，视觉记忆得分与听觉记忆得分的差异越小.这表明噪声和混响对听觉短时记忆影响较视觉短时记忆影响大，儿童在噪声和混响条件下对汉语词语的视觉短时记忆效果优于听觉短时记忆效果，这与张德乾、刘爱伦[15，17]等得到的结果一致；但张司邈[18]认为听觉记忆略优于视觉记忆，这与张司邈针对成年人采用不同的测试方法进行测试有关.

在视觉短时记忆条件下，由于需要记忆的内容以视觉呈现的方式通过视觉刺激进入大脑，并由大脑对其编码、存储、提取和记忆，被试记忆任务中没有语言声信号，混响的影响作用相对较小，主要干扰源为噪声；而在听觉记忆条件下，干扰噪声和混响会同时影响以语言声信号为主的听觉输入信息.而且，这一结果与儿童的感觉编码发展程度相符，儿童的视觉编码比言语编码发展得更早也更快[19].另一方面，由表2可以看出，随着干扰噪声级降低，混响时间缩短，听觉记忆和视觉记忆得分差异逐渐减小，当干扰噪声级为60 dBA、混响时间为0.8 s时，噪声和混响对儿童汉语词语听觉记忆的干扰降低，减少了用于记忆阶段的工作记忆资源，因而其得分差异最小.

表2不同年龄组视觉和听觉汉语词语短时记忆得分差异

Table 2Visual and auditory short-term memory scores of phrase lists for different age groups

噪声级/dBART/s三年级六年级视觉得分听觉得分相对差/%视觉得分听觉得分相对差/%721.14.712.7924.05.754.6713.50.84.834.632.56.255.2512.5661.15.083.7516.66.214.9615.60.85.134.833.86.465.679.9601.15.133.9614.66.505.6710.40.85.255.171.06.636.630.0

由表2还可以看出，在相同混响时间、相同噪声级条件下三年级儿童的视觉与听觉记忆得分差异较大，且差异表现出不稳定性(SD=8.5)；对六年级儿童，由表2可知，除干扰噪声级为60 dBA、混响时间为0.8 s的条件外，其他条件下其视觉听觉记忆得分差异较稳定(SD=2.1).对于处于小学阶段的儿童来说，他们的各项生理机能尚处于发育阶段，年龄越小，由于其有限的注意力控制能力[20]，越易受到外界环境干扰，对获取有用信息的注意力越难以集中；所处的声环境越差，抑制控制能力的效率越低[21]，在汉语词语短时记忆得分上表现出不稳定性.

4　结语

通过对小学三、六年级儿童在两种不同混响时间和3种不同干扰噪声级条件下的汉语双音节词语的视觉短时记忆行为的测试，探讨了噪声和混响条件对不同年龄段儿童对汉语词语的视觉短时记忆的影响，并比较了在混响和噪声条件下儿童听觉记忆和视觉记忆行为之间的差异；得出以下主要结论：

(1)词语记忆测试结果表明干扰噪声级和儿童年龄对儿童在教室内的视觉短时记忆行为均有显著影响；

(2)随着干扰噪声级的降低，混响时间的缩短以及儿童年龄的增大，儿童对汉语词语的视觉短时记忆得分增加；

(3)噪声和混响对听觉记忆影响较视觉记忆影响大，但随着噪声级的降低和混响时间缩短，视觉记忆和听觉记忆的记忆得分差异减小.

但是，文中实验方法采用的材料是意义不连贯的无关词语，仅可用于实验室研究，为使得研究工作更实际客观，后续工作还需进一步充实测试材料，采用句子或短文进行短时记忆行为测试.其次，文中只针对视觉短时记忆进行了探讨，而在混响和噪声条件下采用视听结合研究儿童课堂记忆行为，将具有更深远的意义.

[1]KLATTE M，MEIS M，JANOTT C，et al.The effects of the soundfield system on cognitive performance of elementary school children [C]∥Proceedings Forum Acousticum.Sevilla:EEA,2002.

[2]ANSI S12.60—2002，Acoustical performance criteria，design requirements，and guidelines for schools [S].

[3]GB 50118—2010，民用建筑隔声设计规范 [S].

[4]宋拥民，祝培生，盛胜我.教室室内最佳混响时间的研究 [J].声学技术,2009，28(1)：48-52.

SONG Yong-min，ZHU Pei-sheng，SHENG Sheng-wo.Research on optimal reverberation time in classrooms [J].Technical Acoustics,2009，28(1)：48-52.

[5]BISTAFA S R，BRADLEY J S.Reverberation time and maximum background-noise level for classrooms from a comparative study of speech intelligibility metrics [J].The Journal of the Acoustical Society of America，2000，107(2)：861-875.

[6]KJELLBERG A，LJUNG R，HALLMAN D.Recall of words heard in noise [J].Applied Cognitive Psychology,2008，22(8)：1088-1098.

[7]KLATTE M，LACHMANN T，SCHLITTMEIER S，et al.The irrelevant sound effect in short-term memory：is there developmental change? [J].European Journal of Cognitive Psychology,2010，22(8)：1168-1191.

[8]蒋鹏，彭健新.教室噪声和混响对儿童汉语词组短时记忆的影响 [J].声学技术，2015，35(4)：236-239.

JIANG Peng，PENG Jian-xin.Effects of noise and reverberation on Chinese phrase short-term memory in children [J].Technical Acoustics，2015，35(4)：236-239.

[9]ELLIOTT E M，BRIGANTI A M.Investigating the role of attentional resources in the irrelevant speech effect [J].Acta Psychologica,2012，140(1)：64-74.

[10]HYGGE S，NÖSTL A，HURTIG A，et al.Recall of spoken word lists in English and native Swedish presented at different signal-to-noise ratios and different reverberation times：a comparison between children aged 10-11 years and college students [C]∥11th International Congress on Noise as a Public Health Problem (ICBEN).Nara:Institute of Noise Control Engineering,2014.

[11]宋拥民.语言清晰度试验中数据有效性检验方法的研究 [J].声学技术,2008，27(1)：76-78.

SONG Yong-min.An approach to validity test of speech articulation testing data [J].Technical Acoustics,2008，27(1)：76-78.

[12]JONES D，ALFORD D，BRIDGES A，et al.Organizational factors in selective attention：the interplay of acoustic distinctiveness and auditory streaming in the irrelevant sound effect [J].Journal of Experimental Psychology：Learning，Memory，and Cognition,1999，25(2)：464-473.

[13]王俊，李俊杰，张奔.噪声对神经行为功能的影响 [J].南京医学院学报,1991，11(2)：109-111.

WANG Jun，LI Jun-jie，ZHANG Ben.The effects of noise on behavior functions [J].Acta Universitatis Medicinalis Nanjing，1991,11(2):109-111.

[14]方保明.学校噪声污染的危害 [J].职业与健康，2002，18(8)：72-74.

FANG Bao-ming.The harm of noise pollution in school [J].Occupation and Health，2002，18(8)：72-74.

[15]张德乾，仰和芝，何贵兵.75 dB 交通噪声对人体长时记忆影响的实验研究 [J].噪声与振动控制,2005，25(2)：26-28.

ZHANG De-qian，YANG He-zhi，HE Gui-bing.The experimental research on the influence of traffic noise on people’s long term memory in memorizing and Retention [J].Noise and Vibration Control，2005，25(2)：26-28.

[16]FLAVELL J H，MILLER P H，MILLER S A.认知发展 [M].邓锡平，刘明，译.上海：华东师范大学出版社，2002：315-371.

[17]刘爱伦.对汉字短时记忆编码的实验研究 [J].心理科学,1989(4)：12-15.

LIU Ai-lun.An experimental research on the encoding of the short-term memory of Chinese characters [J].Psychological Science,1989(4)：12-15.

[18]张司邈.视觉记忆与听觉记忆的比较探究 [J].考试周刊,2015(4)：83-84.

ZHANG Si-miao.A comparative study of visual memory and auditory memory [J].Kao Shi Zhou Kan,2015(4)：83-84.

[19]鲁忠义，杜建政.记忆心理学 [M].北京：人民教育出版社，2005.

[20]KLATTE M，BERGSTRÖM K，LACHMANN T.Does noise affect learning? A short review on noise effects on cognitive performance in children [J].Frontiers in Psychology,2013，4(5)：482-497.

[21]LJUNG R，KJELLBERG A.Long reverberation time decreases recall of spoken information [J].Building Acoustics,2009，16(4)：301-311.

Supported by the National Natural Science Foundation of China (11374106)

Effects of Noise and Reverberation on Children’s Visual Short-Term Memory

PENGJian-XinJIANGPeng

(School of Physics and Optoelectronics，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China)

Visual short-term memory behaviors for Chinese bi-syllable phrases were tested on Grades 3 and 6 children under the conditions of two different reverberation times and three different interference noise levels，and the effects of noise and reverberation time on the visual short-term memory for Chinese phases of children with different ages were investigated. Then，the differences between auditory memory and visual memory behaviors of children in reverberation and noise environments were analyzed in a comparative way. The results show that (1) both interference noise level and age have significant effects on the visual short-term memory of children in classroom； (2) with the decrease of interference noise level，the shortening of reverberation time and the increase of children’s age，the visual short-term memory scores of children for Chinese phrases increase； and (3) the effects of noise and reverberation time on auditory memory behavior are greater than those on visual memory，and the difference in scores between the auditory and visual memory behavior decreases with the decrease of noise level and with the shortening of reverberation time.

noise； reverberation time； children； visual short-term memory

1000-565X(2016)07-0130-05

2015-06-18

国家自然科学基金资助项目(11374106)

彭健新(1968-)，男，博士，教授，主要从事建筑声学、环境声学、功率超声方面的研究.E-mail：phjxpeng@163.com

O 422.8doi： 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.07.020