车辆追随条件下轻音乐对驾驶员危险知觉影响的眼动研究

冯　雨　常若松　马锦飞

（辽宁师范大学心理学院，大连市 116029）

车辆追随条件下轻音乐对驾驶员危险知觉影响的眼动研究

冯雨常若松马锦飞

（辽宁师范大学心理学院，大连市 116029）

通过实验检验了车辆追随条件下，不同音乐条件（无音乐、轻音乐、DJ音乐）对驾驶员注视凝缩以及危险反应时的影响。结果表明：（1）职业级驾驶员在轻音乐条件下的危险反应时比DJ音乐条件短；（2）职业级驾驶员在轻音乐条件下对中央区域的总注视时间比无音乐条件更多；（3）驾驶员对中央区域分配的总注视时间越长，追尾危险反应时越短；（4）轻音乐会使驾驶员困倦感增加。

音乐；驾驶员；注视凝缩；危险知觉；眼动

1　引言

在当今社会，驾车时听音乐已俨然成为汽车文化的时尚符号，尤其对于年轻人来说，驾驶时听音乐已经成为了一种无可替代的习惯。那么驾驶时听音乐是否会影响驾驶员的驾驶任务呢？“唤醒假设”（arousal hypothesis）表明，在单调路况下，音乐的唤醒效果能缓解疲劳，可以保持驾驶警觉。目前的研究也发现，一些驾驶员自选的偏好的音乐可以提高生理唤醒水平［1］。虽然高速公路上运货的驾驶员常常采用听广播或音乐的方式保持唤醒和警觉状态，但也有事故调查显示，很多驾驶员承认自己曾经在听收音机或是音乐的情况下产生昏睡的情况［2］。所以唤醒理论模型和现实有一定的距离。后期，又有些研究者提出“分心假设”（distraction hypothesis），认为音乐导致驾驶员的注意分散［3］。例如，有一些研究表明，收听音乐、手机通话都会引起驾驶员对危险反应时的增加［4-6］。同时，分心假设认为，高响度（80dB）会占用更多的注意资源，增加信息加工的负荷，导致注意分散。“分心”假设和“唤醒”假设都只是强调音乐的单一作用，而动态理论却把这两种理论整合在一起，认为音乐会引起驾驶员的唤醒或是分心，这取决于驾驶情境的要求、音乐的属性以及驾驶员的个体差异等因素的动态调节［7］。动态理论更具有概括性，但还是不能解释音乐引起驾驶员的分心、保持很好的危险知觉［8，9］的内在机制。

Hockey在动态模型的基础上，提出补偿控制理论（compensatory control theory），强调驾驶员的自我调节是工作负荷实时动态平衡的关键［10］，因此，Hockey的模型被称为 “动态平衡模型”（d ynamic h omeostasis models）。该模型强调，人们为了保持绩效在一个相对“满意的水平”，不断地提高自己的努力和注意。当分心物、次级任务或应激源都互相竞争消耗认知资源时，个体会付出更多的努力去分配更多的资源在初级任务上。Hockey将这一过程称为积极控制框架（energetically control framework），认为个体是积极控制地维持任务绩效的，在这一过程中需要运用心理努力管理认知资源。在调控过程中，人们根据目标的信息处理表征的变化、重要性、任务的价值以及难度等因素，调整心理努力的方向。同时，人们根据可以使用的认知资源的剩余反馈，不断地监控自己的任务绩效，并且努力调配资源的分布，用以满足当前任务的要求。驾驶员的补偿控制策略主要有降低车速、增加跟车距离等操作手段［11-13］。除此之外，驾驶员还会使用注意调节策略进行补偿。以往研究发现，驾驶员在分心情境中，往往会通过注视凝缩（gaze concentration），将有限的注意资源集中到凝视道路中央，侦测前方危险，来补偿自己注意资源的流失。注视凝缩是指以牺牲外周视野为代价，眼睛注视点相对频繁地指向前方视野。可以通过眼动仪测量在次要任务过程中眼睛在路面所增加的时间的百分比来评估注视凝缩［14］。很多研究发现口头—听觉任务比操作—视觉任务更容易引起注视凝缩，例如，人造口头—听觉、手机通话认知负荷任务。认知负荷似乎会引起注视点指向道路的前方，后视镜扫视频率变小同时错过一些外周的事件。总之，以往研究均发现，驾驶员在注意分散状态下，会产生注视凝缩现象。困倦感是导致驾驶员注意分散的重要原因。新近的研究表明，听放松音乐可以缓解持久的认知运动任务导致的精神疲劳［15］。但是，认知运动任务诱发的疲劳属于主动疲劳（active fatigue），是指在由于任务要求持续而长时间的知觉活动的协调参与而造成的疲劳［16］。与之区别，由于任务要求很少的知觉活动参与，长时间的单调反应所造成的疲劳称为被动疲劳（passive fatigue）［17］。由于不同类型疲劳的产生机理不同，轻音乐的影响作用需区别对待，因此本研究将要探讨轻音乐对被动疲劳的影响作用，通过危险知觉视频测试，要求不同经验级别的驾驶员观看道路场景视频，侦测前方车辆的制动危险，并快速做出按键反应，来测量驾驶员的危险知觉水平。由于该实验任务对于职业驾驶员来说，属于低认知负荷任务，本研究假设，与新手驾驶员相比：（1）职业级驾驶员在轻音乐条件下的危险反应时比DJ音乐条件长；（2）职业级驾驶员轻音乐条件下中央区域的总注视时间比无音乐条件更多；（3）驾驶员对中央区域分配的总注视时间越长，追尾危险反应时越短；（4）轻音乐会使驾驶员困倦感增加。

2　研究方法

2.1被试

本研究采用的被试参考以往研究中对驾驶员的级别要求，招募职业级驾驶员、新手级驾驶员共54名，其中7名被试由于眼动指标采样低于75%，未加入到统计分析中。剩余的47名被试，男性25名，女性22名。职业级驾驶员18名，为出租车司机，驾驶历程为100万公里以上，30～59岁之间，平均年龄在46.89岁（SD=7.98）。其中男性13名，女性5名。新驾驶员都是大学生，驾驶平均公里数不足1万公里，拿到驾驶照不足一年，在19～34岁之间，平均年龄25.55岁，其中男性12名，女性17名。随机将被试分配到无音乐组、轻音乐组以及DJ音乐组。

2.2研究工具

实验采用Tobii Technology公司开发的TobiiT120型眼动仪记录被试的眼动轨迹。采样率为120Hz，漂移小于0.3度，精度为5度，双眼追踪；两台屏幕分辨率为1440像素×900像素的显示器，其显示屏的大小是17英寸。TobiiT120采用的是红外光照射眼睛，被试在实验过程中可以有较大范围的头动，不需要任何头托或头戴装置，也不需要外置的眼动摄像机，被试可以在很放松的环境下进行测试。用Tobii Studio3.0采集和分析眼动数据。

2.3实验材料

2.3.1任务材料

使用17英寸的显示器，向被试播放几段视频录像，这些视频录像都在行车过程中，以驾驶员的视角拍摄的。该套视频材料来源于昆士兰大学Wetton等人编制的危险知觉测量 （ACT Hazard Perception Test）视频。一共27分钟，58个视频。呈现了五种交通冲突类型：躲避静止的车辆、躲避行人和非机动车、前方同向车辆减速、前方同向车辆并道、交叉路口汇车和逆向汇车，本研究截选前方同向车辆减速作为关键任务材料。为了控制被试点击鼠标快慢不同所造成的误差，该套视频在正式施测前，还有一段测试鼠标操作灵活程度的反应时测试。

2.3.2音乐材料

按照在知名音乐网站下载量由大到小的顺序进行选取，下载量大的曲目说明流行度较高，然后根据音乐条件自变量的操作定义，精确地筛选出10首现代轻音乐以及10首DJ电子音乐。每首曲目平均时长约为2分42秒。

DJ音乐材料的响度为85dB，速度为120bpm（beats per minute，每分钟节拍数单位）以上，并带有中文歌词。轻音乐材料的响度63dB，速度80 bpm以下，没有歌词。为验证所选的实验材料是符合操作性定义的，由一名音乐系研究生按照音乐材料的操作定义对实材料验进行重评和分类。

2.3.3问卷工具

为了了解被试的困倦感，使用了以往研究中所验证过的具有良好信度和效度的Karolinska困倦量表［18］。

2.4研究设计

采用2（驾驶经验级别：新手级驾驶员、职业级驾驶员）×3（音乐条件：DJ音乐条件、轻音乐条件、无音乐条件）×2（兴趣区：中央区域、外周区域）混合实验设计。其中兴趣区是组内变量，驾驶经验以及音乐条件是组间变量，因变量是不同危险场景中的危险反应时、总注视时间及困倦感。

2.5实验程序

让被试单独进行测试，首先说明指导语，让被试观看材料视频，并让被试发现交通危险，以最快的反应按下反应键，表示已经清除交通危险的情景。每个被试有5段视频练习，在练习的过程中，充分地了解被试是否完全掌握了指导语，练习的视频不会出现在正式的测验中。主要采用5点校准法，对被试进行眼部的校准，保证准确性，之后进行正式的实验，并且实验室的环境保持不变。

3　结果分析

本研究使用SPSS16.0软件进行方差分析，考察驾驶经验级别、不同音乐条件对反应时、总注视时间的影响。

3.1危险反应时

对危险击中率进行方差分析，发现驾驶员的击中率无显著差异。各实验条件下被试的危险反应时如表1所示。经方差分析得知，驾驶经验级别的主效应显著，F（1，42）=4.38，p=0.043，η2p=0.09，职业级驾驶员的危险反应时显著短于新手级驾驶员；音乐条件以及作为协变量的鼠标反应灵活度的主效应不显著。

表1　各实验条件下被试的危险反应时及标准差

对交互作用进行简单效应分析结果表明：在追尾碰撞危险场景中，对于新手级驾驶员来说，音乐条件的主效应不显著；对于职业级驾驶员来说，音乐条件的主效应显著，F（2，42）=3.55，p=0.038，职业级驾驶员在轻音乐条件下的危险反应时比DJ音乐条件短。新手级驾驶员在轻音乐条件和DJ音乐条件下均比无音乐条件的危险反应时短。

3.2总注视时间

各实验条件下被试的总注视时间及标准差如表2所示。经方差分析得出，场景区域的主效应显著，F（1，41）=204.27，p＜001，η2p=0.83；音乐条件和驾驶经验级别主效应不显著；驾驶经验级别和场景区域的交互作用显著，F（1，41）=9.87，p=0.003，η2p=0.19；音乐条件和场景区域的交互作用显著，F（2，41）=4.76，p=0.014，η2p=0.19；音乐条件与驾驶经验级别的交互作用不显著；场景区域、驾驶经验级别与音乐条件的三因素间的交互作用显著，F（2，41）=5.29，p=0.009，η2p=0.21。

表2　各实验条件下被试的总注视时间及标准差

对交互作用进行简单效应分析结果表明：在场景中央区域，对于新手驾驶员，音乐条件的主效应不显著；对于职业驾驶员，音乐条件的主效应显著，F（2，42）=6.16，p=0.005，事后检验表明，在轻音乐条件下，中央区域的总注视时间比无音乐条件下的总注视时间更长，DJ音乐与轻音乐和DJ音乐与无音乐之间的差异不显著。在场景外周区域，对于新手驾驶员，音乐条件的主效应不显著；对于职业驾驶员，音乐条件的主效应显著，F（2，42）=6.20，p=0.004，在轻音乐条件下外周区域的总注视时间比无音乐条件更少，轻音乐与DJ音乐以及无音乐与DJ音乐之间的差异不显著。

3.3总注视时间对于驾驶员追尾危险知觉的预测作用

以外周区域和中央区域的总注视时间作为预测变量，以危险反应时作为结果变量作层次回归分析，第一层（ENTER法）引入年龄、性别、简单反应时变量和驾驶经验级别，第二层（STEPWISE法）引入外周区域和中央区域的总注视时间变量。结果显示，驾驶员在中央区域的总注视时间能够有效预测其追尾危险反应时，结果见表3。

表3　驾驶员对中央区域的总注视时间对追尾危险反应时的层次回归表

根据层次回归发现，控制了年龄、性别、简单反应时及驾驶经验级别后，驾驶员在中央区域的总注视时间越长，其追尾危险反应时就越短。

3.4不同音乐条件对困倦感的影响

实验任务完成后，被试的主观报告的困倦感如表4所示。

表4　实验条件下被试的困倦感评分

经方差分析得知，驾驶经验级别的主效应不显著，作为协变量的前测困倦感主效应不显著，音乐条件的主效应显著，F（2，40）=3.43，p=0.042，η2p=0.15。事后检验结果发现，在轻音乐实验任务后，驾驶员的主观困倦感显著比无音乐条件下高，无音乐与DJ音乐和轻音乐与DJ音乐任务后的主观困倦感差异不显著；音乐条件和驾驶经验级别的交互作用不显著。

4　讨论

4.1低认知负荷条件下轻音乐提升了职业驾驶员危险知觉水平

本研究考察了不同音乐对驾驶员的注视凝缩以及反应时的影响。首先，研究发现：总体而言不同音乐对驾驶员的反应时的影响不同，在追尾情景下，对于新手驾驶员，音乐对反应时的影响不显著，而对于职业级驾驶员，音乐条件对反应时的影响显著，职业级驾驶员在轻音乐的条件下，反应时明显比无音乐或是DJ音乐条件下更短。这与假设1不符，也与唤醒假设相悖。那为什么轻音乐比DJ音乐能够更好地提升职业驾驶员的危险知觉水平呢？根据认知资源有限理论［19］假设，轻音乐会使驾驶员放松，降低认知负荷，从而缓解疲劳，提升反应能力，加快危险反应时。但是，根据动态理论的假设，在低认知负荷条件下（本实验创设的即为低认知负荷条件），轻音乐会导致驾驶员更加放松，产生更多的困倦感。补偿控制理论认为，当驾驶员由于困倦而注意分散时，会采取补偿控制策略，弥补注意资源流失，例如通过注视凝缩行为，将剩余的注意资源集中到前方道路，从而提升了对追尾危险的反应能力。具体哪种理论正确，本研究通过眼动实验技术［20］进行了后续探讨。

4.2低认知负荷条件下轻音乐导致职业驾驶员注视凝缩

为什么低认知负荷条件下，职业驾驶员听轻音乐后反应更快了呢？本研究通过眼动研究［21］探索了这一问题。本研究发现，在中央区域，对于职业级驾驶员，音乐的主效应显著：在轻音乐条件下，职业级驾驶员中央区域的总注视时间比无音乐条件更多，轻音乐与DJ音乐以及无音乐与DJ音乐之间的差异不显著。也就是说，在轻音乐条件下，职业级驾驶员出现了注视凝缩。根据补偿控制理论［22-24］，驾驶员由于负荷不足，会导致注意资源流失，而轻音乐进一步降低了职业驾驶员的认知负荷，诱发补偿控制行为，导致注视凝缩，从而以牺牲外周视野为代价，眼睛注视点相对频繁地指向前方视野。通过对道路前方区域分配更多的注意资源来预防追尾危险。这也就解释了，为什么职业驾驶员在轻音乐条件下，对追尾危险的反应时更快；为什么对于新手来说，中央区域的总注视时间会比职业级驾驶员要短。根据动态理论的假设，对于职业驾驶员而言的低认知负荷任务，对新手可能恰恰属于最佳认知负荷任务，他们对危险知觉测试更加投入，受到音乐的影响也较小，因此没有产生注视凝缩现象。

4.3注视凝缩对驾驶员危险知觉的影响

本研究还发现，控制了性别、年龄、驾驶经验级别及简单反应时后，驾驶员对中央区域分配的总注视时间越长，追尾危险反应时越短。也就是说，在追尾情景下，职业级驾驶员在轻音乐的条件下，出现了注视凝缩从而导致了在中央区域的总注视时间变长，由于追尾危险区域与中央区域重合，因此他们对前方道路的追尾危险觉察也随之变快。

同时，本研究还发现，驾驶员在轻音乐实验任务后的主观困倦感显著高于无音乐任务。也就是说，在追尾情景下，轻音乐的驾驶环境更容易引起驾驶员的被动疲劳，产生困倦感，导致职业驾驶员注意分散，诱发他们通过注视凝缩，补偿注意资源的流失。对中央区域注视时间的延长，间接导致对追尾危险反应时缩短，但此时的驾驶员仍处于困倦状态。所以说，低认知负荷条件下，职业驾驶员不适宜听轻音乐。

5　结论

总之，本研究结果表明：（1）车辆追随条件下，职业级驾驶员在轻音乐条件下的危险反应时比DJ音乐条件短；（2）职业级驾驶员在轻音乐条件下对中央区域的总注视时间比无音乐条件更多；（3）驾驶员对中央区域分配的总注视时间越长，追尾危险反应时越短；（4）轻音乐会使驾驶员困倦感增加，低认知负荷条件下，职业驾驶员不适宜听轻音乐。

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An Eye M ovement Study on t he Influence of Light M usic on t he Driver’s Hazard Perception under t he Condition of Vehicle

Feng Yu，Chang Ruosong，Ma Jinfei
（School of Psychology，Liaoning Normal University，Dalian 116029）

Experiment tests whether different music（n o m usic，l ight m usic，DJ m usic）has an effect on drivers gaze concentration and dangerous reaction time.The results show ed that under the condition of light music professional driver react ed more shortly when facing danger than the condition of DJ music.Under the condition of light music professional driver gaze d at the central district longer than without music.The longer the driver gaze d at the central district，the shorter he react ed when facing the danger of tailgating. The light music make s driver more sleepy.

music；driver；gaze concentration；hazard perception；eye movement

辽宁师范大学青年科研基金项目（LS2014L017）

马锦飞，男，讲师，博士。Email：majinfei666@126.com