声景感知对森林公园健康效益的影响*——以福州国家森林公园为例

朱玉洁 翁羽西 傅伟聪 董建文 王敏华

(福建农林大学园林学院 福州 350002)

新冠疫情爆发以来，公众对健康及生活环境质量的关注越来越高(钟乐等， 2020),在这种情况下，森林成为人们逃离城市污染，预防和减轻“城市病”的重要场所。森林促进人类健康和福祉的作用一直是学者的关注点(Karjalainenetal., 2010)。与城市环境相比，森林环境更能营造出积极的情绪，给人舒适、平静、放松的感觉，增加副交感神经活动，抑制交感神经活动，减少唾液皮质醇等的分泌水平(Tsunetsuguetal., 2013; Yuetal., 2017; 2018)；但目前大部分研究主要集中在视觉感知上，慢慢也开始出现对嗅觉和听觉感知的研究(Hedblometal., 2019; Songetal., 2019)，森林声景观的重要性和影响逐渐被认知。提取森林环境中的自然声，并将自然声与森林环境相结合，探索森林环境视听交互作用对人的恢复性响应具有重大意义。

人们通过听觉与空间的互动形成特定空间的声景，即个体、群体或社区所感知、体验或理解的声环境。声景是恢复性景观设计的主要要素之一，具有重要的游憩价值，从健康的角度看，声音感知可作为人类体验的增强剂(Alettaetal., 2018)。已有研究表明，自然声如鸟鸣声更受人们青睐，可以缓解压力，减少焦虑和激动，有助于情绪恢复，其恢复性效果得到了皮肤电导水平、心率、心率变异性等生理指标的支持(Annerstedtetal., 2013; Joetal., 2019; Medvedevetal., 2015; Sukoetal., 2019)。

虽然大量研究表明自然声比人为声、人工声更有恢复性作用，但缺少对不同种类自然声或复合声源进行比较的研究。声环境由多种声源组成，研究声环境的主导声景感知对健康效益的影响是本研究的重点。另外，目前声景研究较少考虑视听交互作用，单一模式评价总会存在偏差，视觉和听觉特征相互作用可显著影响环境评价(Annaetal., 2016)。鉴于此，本研究以福州国家森林公园为研究地点，借助Ergo LAB数据平台和声景感知评价问卷，采集受试者的生理指标并评估样地声景感知程度，旨在探究森林公园环境能否缓解压力、不同森林公园环境的健康效益差异以及声景感知对森林公园健康效益的影响，深入研究哪些声景是恢复性(正效益)声景的重要要素，以期为森林公园恢复性声景观设计提供参考。

1 研究区概况

福州国家森林公园位于福建省福州市晋安区新店镇(119°16′E，26°07′N)，地处亚热带北缘，属亚热带海洋性气候，气候温和，雨量充沛。土壤以红壤为主，显强酸性。公园内植物资源丰富，有人工林和天然次生林，并有部分天然灌木林。由于是福州近郊森林公园，周边交通方便，因此游憩者较多。

为满足样地声景和视觉感知要素的丰富性，通过实地调研在主要游览线路周边选择20个不同森林公园环境。邀请5名风景园林专业的专家，根据样地是否有代表性、样地声景类型是否丰富(是否包括自然声、人工声、机械声和文化声多个声音类型)对拍摄的20个森林公园环境视频进行评价，选择得分排名前10的森林公园环境作为研究样地，样地涵盖全园的主要专类园和主要景点，具有较强代表性。表1为样地位置、环境特征和等效连续A声级。

2 研究方法

2.1 视听资料采集与合成

现场环境干扰因素较多，为确保不受人为活动等无关因素影响，通过录制视频进行室内研究。利用索尼NEX-VG30EH高清数码摄像机录制视频，采用索尼数码录音棒(Sony PCM-D100)录制声音，在样地中选择空间较开阔的地点，安装在三脚架上进行定点录制，三脚架高度设置为1.5 m，麦克风朝向与风向垂直，尽量减少干扰，视频和声音同时录制，单次录制时间不少于3 min。录制声音的同时采用AWA5636型声级计对声压级进行测量。每块样地设置3个监测点，每个监测点测3次，每次连续测量3 min，对同一样地3个监测点的等效连续A声级(LeqA)进行平均值计算(表1)。

利用Adobe Premiere Pro软件编辑录制的视频和音频，视频大小1 024像素 × 768像素，每个视频20 s，导出10个有声视频，之后静音轨道导出10个无声视频，共20个视频材料用于试验。

表1 样地环境特征

2.2 受试者简介

研究表明，在校大学生作为试验参与者具有广泛性和科学性(王雁等， 1999； Stamps, 1999)，故本研究从福建农林大学邀请35名符合条件的在校大学生作为志愿者参与试验。由于试验过程中传感器脱落和电量不足等问题，最终样本为30人，其中男性14人、女性16人，平均年龄(24.1±2.8)岁，包括本科生5名、硕士生21名、博士生4名。

2.3 声景构成与评价

实地调研场地共有11种声景，分为自然声(鸟鸣声、虫鸣声、蝉鸣声、流水声、风吹树叶声和风声)、人工声(脚步声、谈话声和儿童嬉戏声)、机械声(交通声)和文化声(钟声)(李华等， 2018)。利用声景感知评价问卷对声景感知程度进行量化，采用李克特7级量表，具体问题是“您在当下环境中多大程度上听到了以下几种声音？”(1=完全听不见，2=几乎听不见，3=一点点，4=适中，5=大量，6=非常多，7=完全占主导地位)。

2.4 生理指标

借助Ergo LAB数据平台(北京津发科技仪器有限公司研发的人机环境同步平台)收集受试者的皮肤电导水平(skin conductance level,SCL)、心率(heart rate,HR)和心率变异性(LF/HF)信号序列，EDA传感器用于监测皮电活动，PPG传感器用于监测心率和心率变异性。

2.4.1 皮肤电导水平反应率 皮电活动是随皮肤汗腺机能变化而出现的一种电现象，可反映交感神经活动性，是情感和认知负荷的指标(Lietal., 2019)。汗腺分泌增加，引起导电性增加，肤电导水平升高； 反之，精神放松，皮肤电导水平下降。皮肤电导水平是2点之间皮肤电导的绝对值，受个体汗腺活动的显著影响，是皮肤电活动中最常用的指标(Alvarssonetal.,2010； Sukoetal., 2019)。皮肤电活动个体间差异较大，为降低试验误差，本研究将每个个体在平静状态下的皮肤电导水平作为基线(SCLb)，求取个体在不同刺激下的皮肤电导水平(SCLs)与基线的差值后再除以基线，获得皮肤电导水平反应率(SCLr)作为研究指标，即：

SCLr=(SCLs-SCLb)/SCLs。

(1)

2.4.2 心率和心率变异性 心率是指正常人在安静状态下每分钟心跳的次数，即心脏收缩的频率。心率变化可反映交感神经系统和副交感神经系统的活动水平，当个体处于休息或放松状态时，其副交感神经系统功能加强，心率变慢； 当个体处于紧张或应激反应状态时，其交感神经系统兴奋度提高，副交感神经系统兴奋度降低，心率加快。心率变异性是由连续的R波与下一个R波之间的间期组成的时间序列，指逐次心跳周期差异的变化情况，即心跳快慢情况(Vescioetal., 2018)。本研究主要分析低频心率变异性(LF)和高频心率变异性(HF)的比值，即LF/HF，其主要反映交感神经活动，同时也可显示交感神经系统与副交感神经系统之间的平衡。

2.5 试验流程

试验在标准实验室进行。实验室内只有1名主试者和1名受试者，受试者佩戴耳机(AKG K271 MKII)观看视频，以尽量避免无关因素干扰。试验流程包括4个阶段。第1阶段为准备和介绍阶段，主试者向受试者说明试验流程及仪器使用。第2阶段为3 min基线采集阶段，主试者为受试者佩戴EDA传感器，采集期间要求受试者保持沉默并放松，采集后佩戴PPG传感器。第3阶段为试验数据采集阶段，试验过程中要求受试者尽量保持静止状态，佩戴耳机以坐姿进行视频观察。该阶段分为3部分：1) 播放20 s交通视频(压力阶段)；2)播放20 s试验视频(恢复阶段)，视频顺序随机；3)休息1min。休息结束后继续从开始，共重复9次。第4阶段为声景感知评价阶段，受试者对当次播放的5个有声视频进行评价。每个受试者在2天内完成试验，以减轻疲劳和视听记忆。试验刺激分为2组，每组为5个场地的有声视频和无声视频各5个，每次进行1组的刺激，每次约30 min，总计60 min。

2.6 数据处理

声景的健康效益指添加声景对森林公园健康效益产生的影响程度，视听组合刺激的健康效益(Ra-v)减去无声刺激的健康效益(Rv)即为声景的健康效益ΔR(声景的皮肤电导水平反应率健康效益表示为ΔSLCr，声景的心率健康效益表示为ΔHR，声景的心率变异性健康效益表示为ΔLF/HF)：

ΔR=Ra-v-Rv。

(2)

生理指标借助Ergo LAB数据平台进行分析和导出，数据采用SPSS24.0软件处理。使用Wilcoxon检验分析森林公园环境对压力恢复的效果和声景对健康效益的影响，运用中位数分析不同森林公园环境的健康效益差异，并通过最优尺度回归分析确定恢复性声景的重要要素。

3 结果与分析

3.1 样地声景特征

由表2可知， 样地S1虫鸣声、鸟鸣声和蝉鸣声的感知程度较高； 样地S2蝉鸣声和虫鸣声的感知程度最为突出，其次为鸟鸣声； 样地S3声景感知程度与样地S2相似，蝉鸣声、虫鸣声和鸟鸣声的感知程度较高； 样地S4鸟鸣声的感知程度最高，其次为虫鸣声和蝉鸣声； 样地S5声景感知以流水声和鸟鸣声为主，谈话声和儿童嬉戏声感知也较突出； 样地S6鸟鸣声、虫鸣声和蝉鸣声的感知程度较高，钟声的感知程度也较高； 样地S7鸟鸣声感知程度最高，其次为虫鸣声和蝉鸣声； 样地S8以流水声为主导声源，其他自然声感知较微弱； 样地S9虫鸣声感知程度最高，其次为蝉鸣声和鸟鸣声； 样地S10以流水声为主导声源，其次为虫鸣声和蝉鸣声。

3.2 不同森林公园环境压力阶段与恢复阶段生理指标的差异

使用Wilcoxon检验比较不同森林公园环境压力阶段与恢复阶段生理指标的差异。由表3可知，在10个森林公园环境恢复阶段中，SCLr降低，其中样地S2、S4、S7和S10显著(P<0.01)降低； HR降低，其中样地S7、S10显著(P<0.05)降低； LF/HF降低，其中样地S1、S4、S6、S7、S8、S9和S10显著(P<0.05)降低，样地S7极显著降低(P<0.001)。这表明在森林公园环境下，受试者的压力可得到一定程度恢复，但恢复程度存在森林公园环境差异。

表2 各样地的声景感知程度

表3 压力阶段与恢复阶段生理指标的差异①

3.3 不同森林公园环境健康效益的差异

采用恢复阶段和压力阶段的生理指标差值表示恢复程度，即健康效益。由表3可知，SCLr差值表现为S10

3.4 声景对健康效益的影响

使用Wilcoxon检验比较有声视频与无声视频的健康效益差异，结果见表4。通过分析受试者的SCLr、HR和LF/HF发现，添加声音后，各森林公园环境的生理指标均有较大改变。从SCLr来看，加入声景后，除样地S5增加外，其他9个森林公园环境均呈下降趋势，其中样地S8和S10显著下降(P<0.01)； 从HR来看，加入声景后，除样地S5增加外，其他9个森林公园环境均呈下降趋势，其中只有样地S7显著下降(P<0.05)； 从LF/HF来看，在加入声景后，除样地S5增加外，其他9个森林公园环境均呈下降趋势，其中只有样地S7显著下降(P<0.01)。这说明，除样地S5，其他森林公园环境可在一定程度上提高健康效益。

表4 无声视频与有声视频的健康效益差异

3.5 声景感知与健康效益的关系

为探究声景感知与健康效益的关系，将声景感知作为自变量，ΔSCLr、ΔHR和ΔLF/HF分别作为因变量，进行最优尺度回归分析(表5)。对于ΔSCLr，模型调整后的R2为0.402，回归模型具有统计学意义(P<0.001)，鸟鸣声(P<0.001)、流水声(P<0.001)、蝉鸣声(P<0.01)和脚步声(P=0.052)感知程度是预测ΔSCLr的重要变量。根据标准化系数，鸟鸣声、流水声和蝉鸣声感知程度越高，ΔSCLr越低，健康效益越高； 而脚步声感知程度越高，ΔSCLr越高，健康效益越低。重要性说明自变量对因变量预测的影响程度，由表5可知，对ΔSCLr影响的重要程度表现为鸟鸣声>流水声>蝉鸣声>脚步声。对于ΔHR，经ANOVA分析发现模型P=0.066>0.05，回归模型不具有统计意义。对于ΔLF/HF，模型调整后的R2为0.247，回归模型具有统计学意义(P<0.001)，鸟鸣声(P<0.01)、流水声(P<0.01)、蝉鸣声(P<0.01)和风声(P<0.05)感知程度是预测ΔLF/HF的重要变量。根据标准化系数，鸟鸣声、流水声、蝉鸣声和风声感知程度越高，ΔLF/HF越低，健康效益越高，对ΔLF/HF影响的重要程度表现为鸟鸣声>蝉鸣声>流水声>风声。

表5 声景感知与健康效益最优尺度回归分析

4 讨论

4.1 10个森林公园环境可一定程度上缓解压力

对压力阶段和恢复阶段的生理指标进行Wilcoxon检验发现，10个森林公园环境在一定程度上都可缓解压力，其中 样地S1、S6、S8和S9的LF/HF显著降低， 样地S2的SCLr显著降低， 样地S4的SCLr、LF/HF显著降低， 样地S7和S10的SCLr、HR、LF/HF均显著降低。这与以往研究(Wangetal., 2019)一致，即森林环境可缓解压力，增加副交感神经活动，抑制交感神经活动。本研究验证了Ulrich等(1991)的减压理论，如果环境具备一定的积极要素，将会使环境中的个体得到有效放松，压力感减轻，生理反应发生积极变化。

4.2 不同森林公园环境的健康效益存在差异

SCLr下降、HR和LF/HF下降，即副交感神经活动增加、交感神经活动减少，存在健康正效益。健康效益较好的样地S7、S10、S8和S9，具自然环境特征显著，绿色空间S7和S9健康效益较高，可能与植被覆盖率高以及鸟鸣声、蝉鸣声和虫鸣声感知程度高有关(Ratcliffeetal., 2013； 2016)。蓝色空间S8和S10健康效益较高，一方面可能与具有恢复性效益的流水声有关，另一方面可能与其高质量的视觉景观有关(Wattsetal., 2009； Whiteetal., 2010)；可考虑在这类环境中合理设置平台、坐凳等，以便提供更好的自然体验。样地S1和S3健康效益较差，其中，地S1可能由于环境太过幽静，会产生恐惧感；S3可能由于其人工成分较多。中位数检验发现，10个森林公园环境SCLr存在显著差异(P<0.05)，但HR和LF/HF不存在显著差异，这可能是因为刺激的时间较短，还不足以引起较大的生理变化。

4.3 声景会对森林公园环境的健康效益产生影响

除样地S5外，其他森林公园环境声景加入均更利于降低SCLr、HR和LF/HF，增加副交感神经活动，抑制交感神经活动。这与以往研究(Annerstedtetal., 2013)相似，即有声的虚拟森林可激活副交感神经系统活动，诱导生理压力恢复，而无声的虚拟森林与对照组(空白)并没有显著差异。本研究也从生理学角度进一步证实了与自然有关的视听刺激通常比单一视觉刺激具有更好的健康效益(Dengetal., 2020)。

4.4 鸟鸣声、流水声等自然声是恢复性(正效益)声景的重要要素

鸟鸣声、流水声对健康效益的正效益贡献较大，与以往研究结果一致(Annerstedtetal., 2013； Medvedevetal., 2015)。鸟鸣声在帮助压力恢复上有很大潜力(Ratcliffeetal., 2013； 2016)； 流水声是蓝色空间具有恢复性效益的重要因素(Whiteetal., 2013)，一方面可掩蔽一定的噪声(Jeonetal., 2012)，另一方面可增加宁静感(Wattsetal., 2009)，如在自然疗法中倾听流水声更容易帮助人们进入冥想、坐定状态和放松身心(Tedjaetal., 2015)。此外，蝉鸣声、风声对健康效益也具有正向影响，但影响程度较小。

4.5 本研究的局限性

在研究样地上，本研究仅从福州国家森林公园选取10个环境来探讨声景感知对森林公园健康效益的影响；然而，森林公园环境更加多样化，声景更加丰富，未来应对不同类型的森林公园进行调查研究；此外，季节是森林景观变化的因素，在不同季节对森林公园开展研究也具有重要价值。在研究对象上，虽然在校大学生作为受试者具有广泛性和科学性，但以在校大学生代表公众的评价具有一定局限性，今后应针对不同游憩者，加大对评价样本的选择，更全面地验证本研究结果。在研究方法上，自主神经系统的指标敏感性不高，下一步可尝试采用比较敏感的生理指标，如中枢神经系统指标(如脑电波等)，作为证据支持声景的健康效益(Linetal., 2020)。

5 结论

森林公园环境可在一定程度上缓解压力，但不同森林公园环境的健康效益存在差异，以蓝色和绿色空间为主的环境健康效益较高，而人工要素过多或太过幽静的环境健康效益较差。值得注意的是，森林公园声景是恢复性环境设计的关键，加入声景会改变森林公园的健康效益，除谈话声和儿童嬉戏声较突出的样地(S5)以外的其他视听组合刺激均比单一视觉刺激更具有健康效益。鸟鸣声、流水声等自然声是恢复性(正效益)声景的重要组成要素，正健康效益表现为SCLr、HR和LF/HF下降，即副交感神经活动增加、交感神经活动减少。未来对恢复性环境的设计，应超越视觉为主导的思维，从多维度出发，充分发掘和利用多种恢复性环境要素，进而为森林公园恢复性环境的设计提供更具说服力的证据。