青少年群体噪声中纯音辨识能力的筛选调查

孟子厚，潘杨2，，吴帆3，，刘晋昌，岳剑平

(1.中国传媒大学传播声学研究所，北京 100024；2.西安工程大学电子信息学院，西安 710048； 3.北京联合大学自动化学院，北京 100101；4.水声对抗技术重点实验室，湛江 524009)

1 引言

对某些以听觉能力为职业技能的岗位来说，从业人员的选聘需要对应聘者的听力进行检测和筛选，从中筛选出优秀耳。听力筛选的指标可能包括绝对听阈(听力级)、差别听阈、对音高的辨识能力、对音色的辨别能力等[1]，其中对需要在噪声环境中听辨目标声的职业来说，在噪声中对目标纯音的辨识能力是衡量其听力的一个非常重要的指标。

噪声中纯音的辨识能力其实是一个噪声对纯音的掩蔽效应，从理论上来讲，对一个纯音发生掩蔽的噪声是在其周围的临界带宽内的噪声，因此噪声中纯音掩蔽能力的检测应该使用临界带宽的噪声去掩蔽此频带中心频率的纯音，但在实际检测中这样做比较麻烦，没有现成的标准化的检测设备。为了实际检测的便利，本文使用医用听力计本身所带的掩蔽测量功能，改装后进行双耳掩蔽效应的检测。

对于纯音的绝对听阈对应的基准等效阈声压级，国家标准[2]和国际标准[3]中均给出了经过大量测量得到的统计数值。而窄带噪音掩蔽其中心频率纯音的基准等效阈声压级，却没有相应的标准可循。华南理工大学的陈国斌和肖锋等人测量了60dB、70dB和80dB 声压级的临界带宽噪声掩蔽带内和带外纯音的掩蔽阈曲线[4][5]，但测量的人数只有10人，其数值不能代表大多数人的噪声中对目标纯音的能力。J.C.Webster曾以筛选为目的在1948年对3666人的绝对听阈和噪音掩蔽纯音掩蔽阈进行了测量，但其测量的纯音频率只有880Hz和3520Hz，且掩蔽噪音并非窄带噪声，而是从256Hz～9000Hz的宽带噪声。测量结果发现，绝对听阈和掩蔽阈之间有一定的相关性，测试前的短暂训练可降低掩蔽阈值，有音乐训练背景的被试掩蔽阈值要低于没有音乐训练背景的被试[6]。此外，相关的工作较为罕见。

目前，对于噪音掩蔽纯音的听力检测并没有完备的检测标准，对听力有特殊要求的职业人员筛选和训练也没有参考依据。为了给相关职业岗位的人员选聘提供听力检测的依据，本文使用医用听力计对青少年群体的听力水平进行了检测，包括对特定噪声条件下纯音辨识能力的检测，对检测结果的影响因素和统计特性进行了分析。

2 调查对象与测试方法

受调查群体的基本信息列于表1，目前为止已经调查了五个青少年群体都是在校学生，包括中小学生、大学本科生、大学研究生、以及一个专科技校的新学员群体。其中对大学本科生的调查有两个群体，在两所不同的地方大学进行。在北京联合大学的调查进行了两次，一次在这组学生接受专业听音训练课程之前，另一次在这个课程训练之后。调查群体的选择考虑几方面的因素：某职业选才的对象人群、青少年的基本覆盖年龄、不同在学状态、不同地域等的影响。

表1 受测群体基本信息

噪声掩蔽纯音测试采用的设备是医用听力计AD229b，以及配套使用的压耳式耳机TDH39。AD229b的掩蔽测量是双耳异侧掩蔽测量，因此要对听力计作必要的改装，以便进行双耳同侧掩蔽测量。AD229b的纯音和窄带噪声经调音台混音后同时输出到双耳，噪声声压级为80dB。测试之前向受试者详细说明反应方法，并熟悉信号，确信其理解并能配合做出反应后开始正式测试。测试频率为125Hz～8KHz的11个频点。测试过程中频点选择是以1500Hz为中心，频率上下交替的测量方式[7][8]。测试每个频率时采用升降法[9]，先将声压级调高，超过估计的听阈水平，使受试者明显听到，然后以5dB为步长上下粗调，待确定受试者大概的听阈范围后，将步长改为1dB，进行细调，记录4个转折点。求出转折点的平均数即为纯音在噪声掩蔽下的听觉阈值。

噪声对纯音的掩蔽效应的测量一般是用临界带宽的噪声对纯音的掩蔽来描述的，但是本文的调查采用的医用听力计的噪声带宽并不是临界带宽，作为相对比较和听力筛选是没有问题的，但是在深入研究掩蔽机理时就需要考虑带宽的问题。本调查是在80dB的噪声水平下进行的，但是80dB的声级在听力计上各频点对应的听力级和主观响度是不一样的，表2是本文调查中所用的听力计的带宽参数和耳机用人工耳进行80dB校准的参数。

表2 听力计输出的噪声信号的参数

3 调查结果分析

对调查结果的分析从几个不同的角度进行，包括不同群体之间的差异、年龄差异的影响、性别差异的影响、测试状态的影响、训练效应的影响等。多角度地考察调查结果的差异性有助于理解各种不同的因素对听力影响的程度，制定出客观有效的听力水平测试筛选方法。

3.1 群体性差异

表3给出了五个群体的掩蔽量调查结果的均值，本文中所说的掩蔽量是掩蔽噪声的声压级减去刚好能听到的纯音的声压级(掩蔽阈)，所以掩蔽量越大，意味着纯音越不易被掩蔽掉，或这个纯音的感知能力越强，当然具体的掩蔽量与噪声的声压级和带宽都有关系，这里给出的结果只是在听力计的特定带宽条件下80dB噪声对纯音的掩蔽量。从表3看出，就全频带平均的掩蔽量来看，某专科技校学员、传媒大学研究生、北京联合大学本科生(受训前)的掩蔽量十分接近，其它两组学生的掩蔽量要小一些，西安工程大学本科生的掩蔽量最小。从图1中掩蔽量随测量频点变化的整体趋势来看，五组调查结果的整体趋势基本相同，但是明显地专科技校学员组、传媒大学组、北京联合大学组的结果可以归为一类，而其它两组的结果在大多频点上都低于前一类。

表3 80dB窄带噪声对不同群体纯音感知的掩蔽量(dB)

图1所揭示出的差异应该是由不同群体的听觉生态状况所引起的。某专科技校学员组的专业是与听音辨识有关的专业，而且受过一些基本的专业基础训练，也初步接触过一些听音辨识作业。传媒大学组的专业是声频技术，有一定的专业听音经验。北京联合大学组的专业方向是音响技术，也受过专业基础知识的训练。这三组学生都是与声音有关的专业学生，所以他们的听音意识要强于其他普通学生，对噪声中分辨纯音的能力应该要好一些，而且对听觉测量实验的理解和配合也要主动一些。而其它两组都是非专业学生，在测量实验中是比较被动的，对噪声中听辨纯音的反应也相对迟钝，尤其是西安工程大学组的学生，既没有专业学生的意识和经验，也不如中小学生的听觉敏感，所以这组学生的掩蔽量是最低的。

图1 80dB窄带噪声对不同群体的纯音感知的掩蔽量

3.2 年龄和性别差异

表4给出了河北高碑店市朝阳学校2年级到8年级(初二)的掩蔽量，这个学校是全封闭的寄宿制学校，学生都是来自附近的农村家庭，没有明显的声音生态环境问题。从表4可以看出，就全频带平均掩蔽量来看，各年级没有明显的一致性的差异，基本上在正常的波动范围之内。图2也显示出，各年级的掩蔽量的总体趋势是一致的，在低频区各年级的差异明显一些，但是并没有随年龄变化的明显规律。

表4 中小学生组不同年级的掩蔽量(dB)

图3和图4分别给出了中小学生组的男女生掩蔽量的比较和西安工程大学本科生男女生掩蔽量的比较，可以看出这两组学生的结果中，尽管两组的趋势不完全一致，但是相同的是男女生在掩蔽量的差异并没有显示出一致性的规律，可以认为就调查的这两个没有受过训练的非专业性群体来说，在噪声中分辨纯音时，男女生并没有性别上的区别。

3.3 测试状态的影响

在传媒大学组的调查中，被调查者由四组学生组成：在学研究生20人，已经入学一段时间的11级学生(研一)8人，参加入学考试面试的12级新生8人，参加入学考试面试的13级新生12人。由于这四组学生的在学状态不同，他们对待测试的心理状态和注意力也不同，这就有可能对测试结果造成影响。表5给出了这几组学生的掩蔽量测量结果，就全频段的平均掩蔽量来看，掩蔽量明显是随着被调查群组的“紧张度”的增加而增加的，对测试成绩的在意程度越大、注意力越集中，掩蔽量就越大。

图2 不同年级的掩蔽量比较

图3 中小学生掩蔽量的性别差异

图4 西安工程大学本科生掩蔽量的性别差异

从图5的掩蔽量随测试频点的变化曲线可以看出，这几组学生的掩蔽量特性有明显的区别。在学的学生与已经进校的学生可以归为一组，掩蔽特性基本一致，研一的学生要比其它老生要好一点。而处于待录取状态参加面试的学生，在测试时被告知他们是否录取要看他们的听力是否有问题，因此在参加测试时都非常专注和集中注意力，所以他们的掩蔽量明显高于其它学生。至于在1.5kHz附近两组考生之间的差异可能与当时的测量过程有关。

表5 测试状态对掩蔽量的影响

图5 测试状态对掩蔽量的影响

3.4 听力训练的影响

专业听力训练是否对噪声中纯音的辨识能力有影响，一直是一个引起关注的问题。为了验证听力训练的作用，对北京联合大学组的学生进行了专业的听力训练课，课程持续1个学期，按正常教学计划排课，每周一次，共计30学时。课程的内容涉及各类常规的音响工程所需的专业听力感知训练外还包括一些音乐视唱练耳的基础训练。除课堂训练外，还要求学生要进行一定的课外自我练习。在课程训练开始前和结束后分别进行一次掩蔽量的测量，图6所示为前后两次的测量结果。从图6看出，在1000Hz以上的频点，训练前后的掩蔽量没有明显的差别。在1000Hz以下的频点上，听力训练课结束后的掩蔽量要明显大于训练前的掩蔽量。训练后群体掩蔽量提升的现象同样也在传媒大学13级研究生的训练过程中观察到了。掩蔽量的变化应该与训练强度、训练方法、训练周期等有关，这里还不足以给出训练与掩蔽量增量的关系，但已经可以肯定：专业的听音训练可以在某些频段明显地提升掩蔽量，使得对在这些频段的噪声中纯音的辨识能力更强。

4 统计分布与听力筛选

如前所述，本文调查工作的背景之一是为相关职业群体优秀耳的筛选寻求方法，因此对调查数据的统计分析很重要。图7是94名某专科技校学员个人掩蔽量的总体观察，这批学员实际并没有经过特殊的筛选，因而他们的总体掩蔽特性只能代表一般的适龄选才人群的特性。我们所希望的是了解在一般的适龄人群里，可以划定优秀耳的比例和优秀耳的掩蔽量的极限值。

图7 某专科技校学员的掩蔽量分布特性

统计参数125Hz250Hz500Hz750Hz1kHz1.5kHz2kHz3kHz4kHz6kHz8kHz群体平均掩蔽量5.1 4.4 4.6 7.0 7.5 7.3 7.4 9.8 7.4 9.3 11.5掩蔽量的标准差4.0 3.4 2.5 2.8 2.7 2.4 2.2 2.3 2.8 3.5 2.5个人掩蔽量最大值11.9 13.4 11.7 15.2 17.5 15.9 16.0 16.4 21.0 22.0 17.8个人掩蔽量最小值-5.7 -6.3 -0.8 1.4 3.3 2.1 4.7 5.8 1.9 1.2 5.1平均最小可听谱级信噪比10.7 14.0 17.0 16.2 16.4 18.3 19.6 17.0 20.6 17.8 15.6

从图7可以看出，某专科技校学员的掩蔽量显现出存在整体上的趋势，但并不是一个明显的对称分布，掩蔽量较高的个体要多于掩蔽量明显低于平均值的个体，可以认为存在优秀耳的个体。表6给出了这个群体的部分统计特性值，群体平均值、标准差、个人掩蔽量最大值、个人掩蔽量最小值等。参照表2的参数，将群体平均掩蔽量转换成平均最小可听谱级信噪比，可以看出这个量基本都在20dB以下。其中500Hz到4000Hz的频点上的实际带宽大于或接近临界带宽，相对来讲，这些频点上的参数具有稳定性。图8为几个不同群体的平均最小可听谱级信噪比的比较，在500Hz到4000Hz的频段内，15dB以上的平均最小可听谱级信噪比是比较正常的。图9根据个体掩蔽量最大值转换来的不同群体的最低最小可听谱级信噪比，可以观察到几个群体的明显差异性，其中中小学生群体的最低最小可听谱级信噪比要低于其它群体，在500Hz到4000Hz的范围内，应该可以发现最小可听谱级信噪比在5dB以下的优秀耳。图10和图11为某专科技校学员全频点平均掩蔽量的概率密度和概率分布统计，可以看出此群体掩蔽量的统计分布并不是一个标准的正态分布，似一个不对称的分布。在此群体的调查结果中，全频点平均掩蔽量大于10dB的人数占总人数的比例在10%左右。基于以上的调查结果和分析，如果将掩蔽量作为一个筛选优秀耳的指标来看，普通适龄选材群体中的10%可以作为优秀耳的初选对象，而最好的优秀耳可能来自年龄偏小、受声音生态负面影响小的个体，优秀耳的极限衡量指标建议为最小可听谱级信噪比不大于5dB。

图8 不同群体的平均最小可听信噪比

图9 不同群体中出现的个体最低最小可听信噪比

图10 某专科技校学员全频点平均掩蔽量的概率密度

图11 某专科技校学员全频点平均掩蔽量的概率分布

5 结论

以听觉能力为职业技能的群体筛选优秀耳时要考虑多个指标，本文所针对的职业群体的主要工作之一是在有限带宽的噪声中辨识有调的目标声，因此噪声对纯音掩蔽能力的测量是这个群体甄选优秀耳时最重要的听力指标。针对具体的应用背景和现实的可行性，本文采用听力计上的掩蔽测量功能，对五个青少年群体进行了掩蔽量的调查测量。根据对调查结果的分析，就掩蔽量这个指标来说，对此职业群体优秀耳的筛选给出建议：

(1)对听觉生理发育成熟的青少年群体来说，掩蔽量与年龄的关系不大；

(2)男女生在性别上的差异在掩蔽量的测量中并没有明显的影响；

(3)掩蔽量测试时受试者的心理状态和相关的专业知识背景对测量结果会有影响；

(4)对受过听音训练的受试者来说，至少在中低频区域掩蔽量有明显的变化；

(5)掩蔽量的概率分布可能并不是一个正态分布。

本文虽然就某专科技校学员群体优秀耳的筛选给出了初步建议指标，但对一个具体的职业筛选优秀耳，还需要根据更具体的要求在本文的工作基础上进行更广泛的统计调查。

[1]孙文艳，潘杨，刘亚丽，孟子厚.中小学生听力筛选调查[J].声学技术，2011，30(6)：279-280.

[2]GB/T 4854.1-2004.声学 校准测听设备的基准零级 第1部分：压耳式耳机纯音基准等效阈声压级[S].北京：中国标准出版社，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]陈国斌.同时掩蔽数据库的测量与建立[D].广州：华南理工大学硕士论文，2011.

[5]肖锋.中国人群掩蔽效应的研究[D].广州：华南理工大学硕士论文，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.声学测听方法：纯音气导和骨导听阈基本测听法[S].北京：中国标准出版社，1996.

[8]潘杨，孟子厚.视听双任务条件下注意对视觉和听觉掩蔽效应的影响[J].声学学报，2013，38(2)：215-223.

[9]孟子厚.音质主观评价的实验心理学方法[M].北京：国防工业出版社，2008：42.