田 野，章斯宇

（中國傳媒大學(xué)傳播聲學(xué)研究所，北京 100024）

0 引言

運(yùn)動耳機(jī)指的是廠家在市場營銷中宣傳的一種適合運(yùn)動時使用的耳機(jī)，一般采用耳塞式或掛耳式結(jié)構(gòu)，利用無線藍(lán)牙傳輸，具有易佩戴、防水以及續(xù)航能力持久等特點(diǎn)。耳機(jī)的聲學(xué)性能通常是在經(jīng)過隔聲處理的室內(nèi)借助人工頭裝置進(jìn)行測量。耳機(jī)的音質(zhì)主觀評價通常是在專業(yè)的聽音室內(nèi)在聽者身體處于靜態(tài)條件下開展聽音實驗。然而，大多數(shù)運(yùn)動耳機(jī)用戶是在走路、跑步以及健身房鍛煉等運(yùn)動狀態(tài)下使用耳機(jī)，運(yùn)動耳機(jī)的實際使用場景與常規(guī)靜態(tài)測試環(huán)境存在較大差異。運(yùn)動時，身體的動態(tài)因素很可能影響耳機(jī)的實際音質(zhì)效果。目前，國內(nèi)外已有研究在不同領(lǐng)域闡述了運(yùn)動狀態(tài)對聲音播放或聲音感知的潛在影響。例如，Mueller［1-2］、冀飛［3］等人在助聽器領(lǐng)域?qū)χ犉鞯亩露?yīng)進(jìn)行了詳細(xì)探討，楊勇濤、劉海燕［4-5］等人對運(yùn)動時個體的注意力和運(yùn)動時對聽覺反應(yīng)的影響做了相關(guān)研究，丁文君［6］等人進(jìn)行了入耳式耳機(jī)對環(huán)境噪聲影響的實驗。運(yùn)動狀態(tài)對耳機(jī)主觀音質(zhì)的影響目前還少有人研究，本文的研究目的是通過開展運(yùn)動狀態(tài)下耳機(jī)音質(zhì)主觀評價實驗，探究運(yùn)動狀態(tài)對運(yùn)動耳機(jī)的音質(zhì)影響。

1 實驗設(shè)計

1.1 前期準(zhǔn)備

前期首先開展了千人規(guī)模的問卷調(diào)查，對運(yùn)動耳機(jī)類型、使用時長、使用場景、運(yùn)動方式、影響音質(zhì)的因素以及對音質(zhì)的預(yù)期等問題進(jìn)行了廣泛調(diào)研，同時選取了某款運(yùn)動耳機(jī)發(fā)放給58 名有專業(yè)聽音背景的測聽人員進(jìn)行持續(xù)兩個月的耳機(jī)試用評價。調(diào)研和試用評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)用戶偏好入耳式運(yùn)動耳機(jī)，且使用耳機(jī)的高頻運(yùn)動方式包括跑步、走路和騎行。除了對佩戴舒適度有要求，用戶對耳機(jī)的音質(zhì)也有較高的預(yù)期。大多數(shù)用戶提出，運(yùn)動時身體或線材產(chǎn)生的摩擦碰撞聲影響耳機(jī)音質(zhì)?；诖耍疚倪x取4 款入耳式運(yùn)動耳機(jī)（具體品牌型號省略，用編號A、B、C、D 表示）作為研究對象，分別考察其在3 類不同運(yùn)動狀態(tài)下的主觀音質(zhì)效果。

1.2 運(yùn)動狀態(tài)設(shè)定

前期調(diào)研已確定運(yùn)動耳機(jī)的高頻使用方式包括跑步、走路和騎行。實驗中以速度作為量化指標(biāo)，設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)動強(qiáng)度。參照劉春輝、王歡［7-8］對沒受過專業(yè)訓(xùn)練的普通人員可承受的運(yùn)動速度的統(tǒng)計結(jié)果，以及運(yùn)動學(xué)［9］中給出的攝氧量與運(yùn)動持續(xù)時間的關(guān)系，實驗中走路速度設(shè)定為4.8 km/h。該速度為舒適、正常步速，屬于較低強(qiáng)度的運(yùn)動，熱身時間1 min 后攝氧量達(dá)到穩(wěn)定。騎行的速度設(shè)定為15 km/h，符合正常的騎行速度，屬于中低強(qiáng)度運(yùn)動，熱身時間1.5 min 后攝氧量達(dá)到穩(wěn)定。跑步速度男生為8 km/h，女生為7.2 km/h，屬于高強(qiáng)度運(yùn)動，熱身時間2 min 后攝氧量達(dá)到穩(wěn)定。攝氧量的穩(wěn)定意味著身體的心率等生理指標(biāo)達(dá)到相對穩(wěn)定。

在專業(yè)聽音室內(nèi)利用跑步機(jī)和騎行機(jī)模擬不同的運(yùn)動狀態(tài)。運(yùn)動過程中，被試佩戴手環(huán)實時監(jiān)測心率，并設(shè)置充分的休息時間，以防止不同運(yùn)動狀態(tài)間的相互影響。走路和騎行屬于強(qiáng)度不高的運(yùn)動，其攝氧量低于最大攝氧量的60%均可長時間活動。跑步屬于高強(qiáng)度運(yùn)動，其攝氧量在最大攝氧量的80%以上。為了保證實驗順利進(jìn)行且不受較大影響，跑步實驗分多次進(jìn)行，這樣被試的疲勞感不強(qiáng)且乳酸對人的影響也很低。

1.3 實驗素材

依據(jù)問卷調(diào)查中出現(xiàn)的運(yùn)動耳機(jī)音質(zhì)的高頻描述詞匯和耳機(jī)試用評價所選用的20 組詞匯語義細(xì)分法分析結(jié)果，結(jié)合專業(yè)音響設(shè)備音質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選參數(shù)［10］，實驗最終選擇了6 個音質(zhì)評價詞“豐滿度、明亮度、清晰度、柔和度、力度、平衡感”作為評價指標(biāo)。參照音響產(chǎn)品聽音實驗推薦使用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)目源［11］和作者所在實驗室研究中常用的音質(zhì)評價節(jié)目源，對待測的6 項音質(zhì)指標(biāo)選擇相應(yīng)的實驗曲目，如表1 所示。實驗前被試需提前熟悉節(jié)目源的音樂旋律，并正確理解音質(zhì)評價術(shù)語的定義。

表1 音質(zhì)主觀評價指標(biāo)及對應(yīng)的曲目和時長

1.4 實驗人員

共計20 名被試（10 男10 女）參與了主觀聽音實驗，且所有人員均為受過專業(yè)聽音訓(xùn)練的碩士研究生，年齡在22～25 歲，聽力檢查正常，125 Hz～8 kHz 聽力損失不超過20 dBHL，沒有已知的聽力疾病。實驗前對被試進(jìn)行必要的訓(xùn)練，熟悉實驗方法和步驟。

1.5 實驗過程步驟

實驗前向被試說明實驗?zāi)康?，并解? 項音質(zhì)評價指標(biāo)的含義。實驗采用系列范疇法［12］對6項指標(biāo)分別進(jìn)行評價，范疇設(shè)有好、較好、一般、較差、差共5 個等級。被試首先在非運(yùn)動的身體靜態(tài)條件下進(jìn)行耳機(jī)音質(zhì)主觀評價實驗，隨后在運(yùn)動機(jī)械上開展運(yùn)動狀態(tài)下的主觀聽音實驗。走路熱身時間約1 min，走路狀態(tài)下的單次聽音實驗約持續(xù)9 min，實驗結(jié)束休息5 min 再進(jìn)入下一次實驗。騎行熱身時間約1.5 min，騎行狀態(tài)下的單次聽音實驗持續(xù)9 min，結(jié)束后休息5 min 再進(jìn)行下一次實驗。因為跑步的運(yùn)動強(qiáng)度較高且會有乳酸積累，所以為使被試不過于疲勞且不受乳酸影響，跑步狀態(tài)下的聽音實驗分成3 次進(jìn)行，即熱身2 min 后做3 min的聽音實驗，休息4 min 后被試生理狀態(tài)達(dá)到安靜狀態(tài)后再重復(fù)熱身和聽音實驗。

實驗過程中被試佩戴了可以實時監(jiān)測心率的手環(huán)，根據(jù)實際的心率情況合理安排熱身時間、實驗時間和休息時間。

2 實驗結(jié)果與分析

運(yùn)動狀態(tài)下，耳機(jī)A 的音質(zhì)主觀評價實驗結(jié)果如圖1 所示，給出了各音質(zhì)維度在不同運(yùn)動狀態(tài)下的主觀評價結(jié)果。其中，橫軸表示該音質(zhì)術(shù)語的主觀心理尺度，虛線對應(yīng)各范疇等級的邊界值，不同形狀的符號代表相應(yīng)的運(yùn)動狀態(tài)。

由圖1 可知，運(yùn)動狀態(tài)會在一定程度上影響耳機(jī)音質(zhì)的主觀聽感。身體靜態(tài)聽音條件下，音質(zhì)大多處于“較好”水平；而運(yùn)動狀態(tài)下，除力度外，耳機(jī)的豐滿度、明亮度、清晰度、柔和度和平衡感均表現(xiàn)出下降趨勢，多從“較好”降為“一般”。音質(zhì)下降程度與運(yùn)動強(qiáng)度有關(guān)，對于豐滿度、明亮度、清晰度和柔和度，運(yùn)動強(qiáng)度越高，音質(zhì)下降程度越明顯，即跑步造成的音質(zhì)下降程度強(qiáng)于走路和騎行，運(yùn)動強(qiáng)度較弱的走路和騎行對應(yīng)的音質(zhì)評價結(jié)果與靜態(tài)條件相對更接近，靜態(tài)和走路的音質(zhì)評價結(jié)果大多都在“較好”范疇，騎行和跑步的音質(zhì)大多在“一般”范疇。

不同的音質(zhì)指標(biāo)在運(yùn)動狀態(tài)下的音質(zhì)變化程度存在區(qū)別，如運(yùn)動狀態(tài)下力度的聽感與靜態(tài)條件幾乎沒有差別，可見運(yùn)動對力度的聽辨似乎影響很小。豐滿度、明亮度、清晰度和柔和度在跑步狀態(tài)下的下降程度最多，平衡感在騎行狀態(tài)下下降程度最多，柔和度和明亮度在騎行狀態(tài)下與靜態(tài)條件十分接近，豐滿度和明亮度在走路狀態(tài)下與靜態(tài)條件也十分接近。

進(jìn)一步對上述結(jié)果進(jìn)行方差分析（Analysis of Variance，ANOVA），如表2 所示。當(dāng)置信概率α＜0.05 時，說明運(yùn)動類型之間有顯著性差異。從結(jié)果看到，在清晰度指標(biāo)下，靜態(tài)與跑步、騎行與跑步存在顯著差異；柔和度指標(biāo)下，靜態(tài)與跑步、走路與跑步、騎行與跑步存在顯著差異；平衡感指標(biāo)下，靜態(tài)與走路、靜態(tài)與騎行、靜態(tài)與跑步的差異顯著。

耳機(jī)B、C、D 的音質(zhì)主觀評價結(jié)果如圖7～圖9 所示。

表2 不同指標(biāo)下不同運(yùn)動類型的顯著性差異

耳機(jī)B、C、D 的音質(zhì)主觀評價結(jié)果有類似的結(jié)果：靜態(tài)條件下，耳機(jī)音質(zhì)大多處在“較好”水平；身體運(yùn)動狀態(tài)的改變影響耳機(jī)的主觀音質(zhì)效果，尤其是高強(qiáng)度的跑步，造成的耳機(jī)音質(zhì)下降最為明顯，走路和騎行的影響程度較小。方差分析表明：在運(yùn)動狀態(tài)下，耳機(jī)B 在清晰度、柔和度、力度、平衡感上與靜態(tài)聽音結(jié)果有顯著性差異；耳機(jī)C 在豐滿度、明亮度、清晰度、柔和度、平衡感上與靜態(tài)聽音結(jié)果有顯著性差異；耳機(jī)D 在清晰度、柔和度、平衡感上與靜態(tài)聽音結(jié)果有顯著性差異。

3 結(jié)語

通過開展運(yùn)動耳機(jī)在4 種不同狀態(tài)下（靜態(tài)、跑步、走路、騎行）的音質(zhì)主觀評價實驗，分析論證了運(yùn)動狀態(tài)對主觀聽感的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，耳機(jī)使用過程中運(yùn)動狀態(tài)或者身體狀態(tài)的變化會顯著影響耳機(jī)音質(zhì)效果，且音質(zhì)的下降程度與運(yùn)動強(qiáng)度有關(guān)。實驗中，存在顯著性差異的運(yùn)動狀態(tài)大多是高強(qiáng)度的跑步，可見跑步是降低音質(zhì)效果最主要的運(yùn)動方式。不同的音質(zhì)指標(biāo)在不同的運(yùn)動狀態(tài)下表現(xiàn)出的音質(zhì)下降程度存在差異，其中力度受運(yùn)動狀態(tài)的影響最小，清晰度、柔和度和平衡感受運(yùn)動狀態(tài)的影響較大。究其原因，運(yùn)動狀態(tài)造成音質(zhì)下降主要在于兩個方面：一方面可能是由于身體運(yùn)動狀態(tài)的改變引發(fā)的心理聲學(xué)效應(yīng)的變化；另一方面可能與引入了額外的聲音成分有關(guān)。例如，運(yùn)動耳機(jī)的耳塞式結(jié)構(gòu)設(shè)計（避免運(yùn)動時脫落）由于自身發(fā)出的聲音如運(yùn)動產(chǎn)生的腳步接觸地面的聲音、運(yùn)動帶來身體機(jī)能變化的呼吸聲和心跳聲、衣物的摩擦聲等造成的堵耳效應(yīng)。此外，運(yùn)動產(chǎn)生的腳步與地面的接觸聲，同樣會帶來環(huán)境聲變化。