噪声环境下使用主动降噪耳机对听力的保护效果研究

樊哲宇 赵航 李美敏 次仁卓玛

1 引言

目前全球约11亿年轻人（12～35岁）由于暴露于娱乐环境中的噪音而面临听力损失的风险，个人音频设备音量过大（如用手机听音乐）是造成风险的重要原因[1]。尤其在噪声环境下，耳机使用者只能通过提高音量掩蔽环境噪声得以听见或听清耳机内的声音，这加大了听力损失的风险[2]。Muchnik等[3]的研究结果显示，大多数受试者在噪声环境下都倾向于高音量设置。主动降噪（active noise-cancellation，ANC）技术是在利用隔声材料的物理特性将外部噪声与耳道隔开的基础上，耳机内部设有音频处理电路，自动监测背景噪声，降噪系统实时产生与噪声相位相反、振幅相同的声波，通过两者的反相叠加抵消噪声，实现降噪的效果[4]。近年来，随着ANC技术的成熟，带有ANC功能的家用耳机也逐渐普及。本研究通过对不同类型主动降噪耳机在不同噪声环境下的舒适音量设置和言语识别率进行比较，探讨主动降噪耳机在噪声环境下的护耳优势，进而为大众挑选有利于听力保健的家用耳机提供科学依据。

2 材料与方法

为了模拟家用耳机的两种常见使用场景，即听音乐和打电话，本研究分为两个测试，测试1为舒适音量设置，测试2为噪声下言语识别率测试，比较不同类型主动降噪耳机在不同噪声环境下的隔噪效果。两个测试均为2×2×2三因素重复测量实验设计。自变量一为主动降噪功能的开闭，分为开启和关闭2个水平；自变量二为耳机类型，分为头戴式和入耳式2个水平；自变量三为噪声环境，分为模拟街道[65 dB (A)]和地铁[75 dB (A)]2个水平。

2.1 研究对象

随机抽取30名18～24岁在校大学生，其中男女各半。听力正常，无耳聋、中耳炎、耳蜗发育异常等耳科病史；经纯音测听，所有受试者的平均听阈均小于5 dB HL。

2.2 耳机选择

综合耳机的主动降噪技术水平与销量等因素，本研究耳机确定为两款市场上具有代表性的某品牌主动降噪耳机：QC20（入耳式）与QC25（头戴式）。市场占有率较高，且两款耳机为同一公司同时期的产品，主动降噪技术一致，具有代表性和可比性。

2.3 噪声选取与测试环境

噪声强度的选取：选取日常生活中较高频率使用耳机的两个噪声场景——嘈杂的街道和行驶中的地铁车厢。使用AWA6291型声级计在两个地点多次实地测量，计算平均声压级（A计权）后，确定环境噪声分别为65 dB (A)和75 dB (A)。

噪声的录制与处理：首先在嘈杂街道和地铁里进行实地录音，再使用音频剪辑软件对噪声素材进行剪辑，挑选出噪声强度平稳的片段作为本实验的背景噪声。

测试环境：两个测试均在本底噪声为30 dB (A)的隔声室内进行。背景噪声通过声场扬声器播放，并通过声级计进行声音强度的校准。

2.4 实验过程

2.4.1 不同类型耳机的舒适音量设置 选取歌曲《灰》，截取人声稳定段50 s，作为本测试的音频材料。该歌曲节奏舒缓，强度变化较小，且比较小众，保证受试者均未听过，从而避免受试者因对歌曲的熟悉程度不同，影响测试结果。根据实验设计，每名受试者需要接受2（ANC开闭）×2（耳机类型）×2（噪声环境），共计8次测试。受试者手持平板电脑，头戴耳机，在不同条件下聆听平板电脑里播放的音乐，并自行进行音量调节。平板电脑的音量设置分为16级，由受试者自行调节自认为舒适的聆听音量，测试者记录音量级数，为与该歌曲总体RMS振幅一致的白噪声。

2.4.2 不同类型耳机的噪声下言语识别率测试 噪声下言语识别率测试词表选择郗昕等[5]编制的《普通话言语测听单音节识别率测试词表》。测试由笔记本电脑直接连接耳机给声，给声强度为50 dB SPL，两款耳机的输出声压经声级计与仿真耳校准，每名受试者随机选择8张等价词表进行测试。测试结束后，测试者记录受试者在不同噪声环境下，使用两种耳机的言语识别率。

2.5 统计学方法

使用SPSS 16.0进行统计分析，采用重复测量方差分析进行显著性检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

3 结果

3.1 不同类型耳机的舒适音量设置

受试者在不同噪声环境下使用不同类型主动降噪耳机舒适音量设置的输出声压级见表1。在模拟街道噪声环境下，开启主动降噪功能后，头戴式耳机的舒适音量声压级下降6.04 dB（P=0.005），入耳式耳机的舒适音量声压级下降6.68 dB(P=0.003)；在模拟地铁噪声环境下，头戴式耳机的舒适音量声压级下降7.23 dB（P=0.002），入耳式耳机的舒适音量声压级下降9.07 dB(P=0.001)。使用入耳式开降噪时选择的舒适音量最低，其他依次是入耳式关、头戴式开、头戴式关。由上述结果可知，随着环境噪声的提高，两种耳机的音量设置都逐步提高；在两种噪声环境下，两种耳机开启降噪后的音量实际输出声压级均小于关闭降噪时的强度，说明降噪效果显著；在两种噪声环境下，入耳式耳机的音量实际输出声压级均显著低于头戴式耳机，降噪效果更好。

表1 不同噪声环境下不同类型主动降噪耳机舒适音量设置的输出声压级（±s）（dB SPL）

表1 不同噪声环境下不同类型主动降噪耳机舒适音量设置的输出声压级（±s）（dB SPL）

ANC设置 街道噪声65 dB (A) 地铁噪声75 dB (A)头戴式 入耳式 头戴式 入耳式ANC 关闭 68.78±8.6760.63±10.5774.71±8.1867.27±9.05 ANC 开启 62.74±8.8253.95±9.8967.49±7.6158.20±9.25音量降低 6.04±4.40 6.68±4.527.23±4.799.07±4.19

3.2 不同类型耳机的噪声下言语识别率测试

受试者在不同噪声环境下使用不同类型主动降噪耳机的言语识别率见表2。两种耳机在开启主动降噪功能前后的言语识别率差距均有统计学意义（P=0.007）。在模拟街道噪声环境下，开启降噪功能后，头戴式耳机的识别率上升41.4%（P=0.001），入耳式耳机的识别率上升7.2%(P=0.009)；在模拟地铁噪声环境下，头戴式耳机的识别率上升27%（P=0.005），入耳式耳机的识别率上升10.8%(P=0.007)。使用入耳式开降噪时的言语识别率最高，其他依次是入耳式关、头戴式开、头戴式关。由上述结果可知，随着环境噪声的提高，佩戴两种耳机时的言语识别率得分均显著降低；在两种噪声环境下，两种耳机开启降噪后的言语识别率均高于关闭降噪时的识别率，这说明降噪效果显著；在两种噪声环境下，入耳式耳机的言语识别率都要显著高于头戴式耳机，降噪效果更好。

表2 不同噪声环境下不同类型主动降噪耳机的言语识别率（±s）（%）

表2 不同噪声环境下不同类型主动降噪耳机的言语识别率（±s）（%）

ANC设置 街道噪声65 dB (A) 地铁噪声75 dB (A)头戴式 入耳式 头戴式 入耳式ANC 关闭 45.27±13.4890.53±6.3537.93±10.6786.27±7.63 ANC 开启 86.67±9.1897.73±2.9164.93±10.2897.07±3.47音量降低 41.40±13.447.20±6.40 27.00±9.9710.80±7.67

4 讨论

4.1 耳机音量设置问题

关于如何保护听力，世界卫生组织建议确定个人音频设备的听力安全水平，在安静环境下将其音量设置在不超过最大音量60%的舒适水平，保证在听力安全范围内收听[6]。经声级计和仿真耳测试，平板电脑每一级音量所对应的实际声压级如表3。平板电脑的音量设置共16级，按照世界卫生组织的“60%原则”来计算，使用平板电脑听音乐时，安全音量的设置应低于10级，即头戴式耳机低于71.8 dB，入耳式耳机低于66.3 dB。

4.2 模拟街道噪声环境下的主动降噪耳机降噪效果

在舒适音量测试中，主动降噪功能开启后，头戴式耳机的舒适音量降低6.04±4.40 dB，入耳式耳机降低6.68±4.52 dB，效果比较明显。Liang等[7]的研究也有类似结果，开启主动降噪功能后，在不同噪声情况下，舒适音量设置下降了4～6 dB不等。在模拟街道噪声的情况下，当耳机主动降噪功能关闭时，受试者佩戴头戴式及入耳式耳机的舒适音量均略低于最高音量的60%，虽然暂时处于安全范围，但开启主动降噪功能后，两款耳机的舒适音量均下降到接近受试者在安静环境下的舒适音量设置[8]，这样在长时间使用耳机的情况下，能够有效缓解用耳的疲惫感和不适感。

表3 平板音量对应的实际声压级 （dB SPL）

在言语识别率测试中，头戴式耳机主动降噪功能开启后，言语识别率从45.27%±13.48%大幅提升至86.67%±9.18%，由无法进行正常沟通提高到可以基本进行沟通。入耳式耳机言语识别率从90.53%±6.35%提高到97.73%±2.91%，从可以基本进行沟通提高到可以正常进行沟通。

4.3 模拟地铁噪声环境下的主动降噪耳机降噪效果

在舒适音量测试中，主动降噪功能开启后，头戴式耳机的舒适音量降低了7.23±4.79 dB，入耳式耳机降低了9.07±4.19 dB，效果比较明显。在模拟地铁噪声的环境下，当耳机主动降噪功能关闭时，受试者佩戴头戴式及入耳式耳机的舒适音量均高于最高音量的60%，处于不安全范围。但开启主动降噪功能后，两款耳机的舒适音量均下降到低于平板最大音量的60%，处于安全范围。

在言语识别率测试中，头戴式耳机主动降噪功能开启后，言语识别率从37.93%±10.67%提高到64.93%±10.28%，但仍低于80%，无法进行正常沟通。入耳式耳机言语识别率从86.27%±7.63%提高到97.07%±3.47%，从可以基本进行沟通提高到可以正常进行沟通。这也说明了入耳式耳机的降噪效果更加明显。

此外，耳机的降噪分为被动降噪和主动降噪。被动降噪即耳机佩戴后的物理隔音效果，丁文君等[8]研究结果显示，在噪声环境下，耳机的隔噪效果从优到差分别为入耳式耳机、耳塞式耳机与头戴式耳机，蒋从双等[9]研究也有类似结果，本研究结果也同样支持该结论：在模拟地铁车厢嘈杂环境下，当受试者使用了入耳式耳机并且调高了舒适音量，人耳处实际噪声暴露水平仍低于不使用耳机时的车厢噪声水平，这显示了入耳式耳机的降噪效果理想，具有较好的听力保护作用，推荐大众首选入耳式主动降噪耳机。