朱玉潔 翁羽西 傅偉聰 董建文 王敏華
(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院 福州 350002)
新冠疫情爆發(fā)以來,公眾對(duì)健康及生活環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注越來越高(鐘樂等, 2020),在這種情況下,森林成為人們逃離城市污染,預(yù)防和減輕“城市病”的重要場(chǎng)所。森林促進(jìn)人類健康和福祉的作用一直是學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)(Karjalainenetal., 2010)。與城市環(huán)境相比,森林環(huán)境更能營(yíng)造出積極的情緒,給人舒適、平靜、放松的感覺,增加副交感神經(jīng)活動(dòng),抑制交感神經(jīng)活動(dòng),減少唾液皮質(zhì)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視覺感知上,慢慢也開始出現(xiàn)對(duì)嗅覺和聽覺感知的研究(Hedblometal., 2019; Songetal., 2019),森林聲景觀的重要性和影響逐漸被認(rèn)知。提取森林環(huán)境中的自然聲,并將自然聲與森林環(huán)境相結(jié)合,探索森林環(huán)境視聽交互作用對(duì)人的恢復(fù)性響應(yīng)具有重大意義。
人們通過聽覺與空間的互動(dòng)形成特定空間的聲景,即個(gè)體、群體或社區(qū)所感知、體驗(yàn)或理解的聲環(huán)境。聲景是恢復(fù)性景觀設(shè)計(jì)的主要要素之一,具有重要的游憩價(jià)值,從健康的角度看,聲音感知可作為人類體驗(yàn)的增強(qiáng)劑(Alettaetal., 2018)。已有研究表明,自然聲如鳥鳴聲更受人們青睞,可以緩解壓力,減少焦慮和激動(dòng),有助于情緒恢復(fù),其恢復(fù)性效果得到了皮膚電導(dǎo)水平、心率、心率變異性等生理指標(biāo)的支持(Annerstedtetal., 2013; Joetal., 2019; Medvedevetal., 2015; Sukoetal., 2019)。
雖然大量研究表明自然聲比人為聲、人工聲更有恢復(fù)性作用,但缺少對(duì)不同種類自然聲或復(fù)合聲源進(jìn)行比較的研究。聲環(huán)境由多種聲源組成,研究聲環(huán)境的主導(dǎo)聲景感知對(duì)健康效益的影響是本研究的重點(diǎn)。另外,目前聲景研究較少考慮視聽交互作用,單一模式評(píng)價(jià)總會(huì)存在偏差,視覺和聽覺特征相互作用可顯著影響環(huán)境評(píng)價(jià)(Annaetal., 2016)。鑒于此,本研究以福州國家森林公園為研究地點(diǎn),借助Ergo LAB數(shù)據(jù)平臺(tái)和聲景感知評(píng)價(jià)問卷,采集受試者的生理指標(biāo)并評(píng)估樣地聲景感知程度,旨在探究森林公園環(huán)境能否緩解壓力、不同森林公園環(huán)境的健康效益差異以及聲景感知對(duì)森林公園健康效益的影響,深入研究哪些聲景是恢復(fù)性(正效益)聲景的重要要素,以期為森林公園恢復(fù)性聲景觀設(shè)計(jì)提供參考。
福州國家森林公園位于福建省福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)(119°16′E,26°07′N),地處亞熱帶北緣,屬亞熱帶海洋性氣候,氣候溫和,雨量充沛。土壤以紅壤為主,顯強(qiáng)酸性。公園內(nèi)植物資源豐富,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園,周邊交通方便,因此游憩者較多。
為滿足樣地聲景和視覺感知要素的豐富性,通過實(shí)地調(diào)研在主要游覽線路周邊選擇20個(gè)不同森林公園環(huán)境。邀請(qǐng)5名風(fēng)景園林專業(yè)的專家,根據(jù)樣地是否有代表性、樣地聲景類型是否豐富(是否包括自然聲、人工聲、機(jī)械聲和文化聲多個(gè)聲音類型)對(duì)拍攝的20個(gè)森林公園環(huán)境視頻進(jìn)行評(píng)價(jià),選擇得分排名前10的森林公園環(huán)境作為研究樣地,樣地涵蓋全園的主要專類園和主要景點(diǎn),具有較強(qiáng)代表性。表1為樣地位置、環(huán)境特征和等效連續(xù)A聲級(jí)。
現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾因素較多,為確保不受人為活動(dòng)等無關(guān)因素影響,通過錄制視頻進(jìn)行室內(nèi)研究。利用索尼NEX-VG30EH高清數(shù)碼攝像機(jī)錄制視頻,采用索尼數(shù)碼錄音棒(Sony PCM-D100)錄制聲音,在樣地中選擇空間較開闊的地點(diǎn),安裝在三腳架上進(jìn)行定點(diǎn)錄制,三腳架高度設(shè)置為1.5 m,麥克風(fēng)朝向與風(fēng)向垂直,盡量減少干擾,視頻和聲音同時(shí)錄制,單次錄制時(shí)間不少于3 min。錄制聲音的同時(shí)采用AWA5636型聲級(jí)計(jì)對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行測(cè)量。每塊樣地設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)3次,每次連續(xù)測(cè)量3 min,對(duì)同一樣地3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的等效連續(xù)A聲級(jí)(LeqA)進(jìn)行平均值計(jì)算(表1)。
利用Adobe Premiere Pro軟件編輯錄制的視頻和音頻,視頻大小1 024像素 × 768像素,每個(gè)視頻20 s,導(dǎo)出10個(gè)有聲視頻,之后靜音軌道導(dǎo)出10個(gè)無聲視頻,共20個(gè)視頻材料用于試驗(yàn)。
表1 樣地環(huán)境特征
研究表明,在校大學(xué)生作為試驗(yàn)參與者具有廣泛性和科學(xué)性(王雁等, 1999; Stamps, 1999),故本研究從福建農(nóng)林大學(xué)邀請(qǐng)35名符合條件的在校大學(xué)生作為志愿者參與試驗(yàn)。由于試驗(yàn)過程中傳感器脫落和電量不足等問題,最終樣本為30人,其中男性14人、女性16人,平均年齡(24.1±2.8)歲,包括本科生5名、碩士生21名、博士生4名。
實(shí)地調(diào)研場(chǎng)地共有11種聲景,分為自然聲(鳥鳴聲、蟲鳴聲、蟬鳴聲、流水聲、風(fēng)吹樹葉聲和風(fēng)聲)、人工聲(腳步聲、談話聲和兒童嬉戲聲)、機(jī)械聲(交通聲)和文化聲(鐘聲)(李華等, 2018)。利用聲景感知評(píng)價(jià)問卷對(duì)聲景感知程度進(jìn)行量化,采用李克特7級(jí)量表,具體問題是“您在當(dāng)下環(huán)境中多大程度上聽到了以下幾種聲音?”(1=完全聽不見,2=幾乎聽不見,3=一點(diǎn)點(diǎn),4=適中,5=大量,6=非常多,7=完全占主導(dǎo)地位)。
借助Ergo LAB數(shù)據(jù)平臺(tái)(北京津發(fā)科技儀器有限公司研發(fā)的人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái))收集受試者的皮膚電導(dǎo)水平(skin conductance level,SCL)、心率(heart rate,HR)和心率變異性(LF/HF)信號(hào)序列,EDA傳感器用于監(jiān)測(cè)皮電活動(dòng),PPG傳感器用于監(jiān)測(cè)心率和心率變異性。
2.4.1 皮膚電導(dǎo)水平反應(yīng)率 皮電活動(dòng)是隨皮膚汗腺機(jī)能變化而出現(xiàn)的一種電現(xiàn)象,可反映交感神經(jīng)活動(dòng)性,是情感和認(rèn)知負(fù)荷的指標(biāo)(Lietal., 2019)。汗腺分泌增加,引起導(dǎo)電性增加,膚電導(dǎo)水平升高; 反之,精神放松,皮膚電導(dǎo)水平下降。皮膚電導(dǎo)水平是2點(diǎn)之間皮膚電導(dǎo)的絕對(duì)值,受個(gè)體汗腺活動(dòng)的顯著影響,是皮膚電活動(dòng)中最常用的指標(biāo)(Alvarssonetal.,2010; Sukoetal., 2019)。皮膚電活動(dòng)個(gè)體間差異較大,為降低試驗(yàn)誤差,本研究將每個(gè)個(gè)體在平靜狀態(tài)下的皮膚電導(dǎo)水平作為基線(SCLb),求取個(gè)體在不同刺激下的皮膚電導(dǎo)水平(SCLs)與基線的差值后再除以基線,獲得皮膚電導(dǎo)水平反應(yīng)率(SCLr)作為研究指標(biāo),即:
SCLr=(SCLs-SCLb)/SCLs。
(1)
2.4.2 心率和心率變異性 心率是指正常人在安靜狀態(tài)下每分鐘心跳的次數(shù),即心臟收縮的頻率。心率變化可反映交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)水平,當(dāng)個(gè)體處于休息或放松狀態(tài)時(shí),其副交感神經(jīng)系統(tǒng)功能加強(qiáng),心率變慢; 當(dāng)個(gè)體處于緊張或應(yīng)激反應(yīng)狀態(tài)時(shí),其交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮度提高,副交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮度降低,心率加快。心率變異性是由連續(xù)的R波與下一個(gè)R波之間的間期組成的時(shí)間序列,指逐次心跳周期差異的變化情況,即心跳快慢情況(Vescioetal., 2018)。本研究主要分析低頻心率變異性(LF)和高頻心率變異性(HF)的比值,即LF/HF,其主要反映交感神經(jīng)活動(dòng),同時(shí)也可顯示交感神經(jīng)系統(tǒng)與副交感神經(jīng)系統(tǒng)之間的平衡。
試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)只有1名主試者和1名受試者,受試者佩戴耳機(jī)(AKG K271 MKII)觀看視頻,以盡量避免無關(guān)因素干擾。試驗(yàn)流程包括4個(gè)階段。第1階段為準(zhǔn)備和介紹階段,主試者向受試者說明試驗(yàn)流程及儀器使用。第2階段為3 min基線采集階段,主試者為受試者佩戴EDA傳感器,采集期間要求受試者保持沉默并放松,采集后佩戴PPG傳感器。第3階段為試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集階段,試驗(yàn)過程中要求受試者盡量保持靜止?fàn)顟B(tài),佩戴耳機(jī)以坐姿進(jìn)行視頻觀察。該階段分為3部分:1) 播放20 s交通視頻(壓力階段);2)播放20 s試驗(yàn)視頻(恢復(fù)階段),視頻順序隨機(jī);3)休息1min。休息結(jié)束后繼續(xù)從開始,共重復(fù)9次。第4階段為聲景感知評(píng)價(jià)階段,受試者對(duì)當(dāng)次播放的5個(gè)有聲視頻進(jìn)行評(píng)價(jià)。每個(gè)受試者在2天內(nèi)完成試驗(yàn),以減輕疲勞和視聽記憶。試驗(yàn)刺激分為2組,每組為5個(gè)場(chǎng)地的有聲視頻和無聲視頻各5個(gè),每次進(jìn)行1組的刺激,每次約30 min,總計(jì)60 min。
聲景的健康效益指添加聲景對(duì)森林公園健康效益產(chǎn)生的影響程度,視聽組合刺激的健康效益(Ra-v)減去無聲刺激的健康效益(Rv)即為聲景的健康效益ΔR(聲景的皮膚電導(dǎo)水平反應(yīng)率健康效益表示為ΔSLCr,聲景的心率健康效益表示為ΔHR,聲景的心率變異性健康效益表示為ΔLF/HF):
ΔR=Ra-v-Rv。
(2)
生理指標(biāo)借助Ergo LAB數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行分析和導(dǎo)出,數(shù)據(jù)采用SPSS24.0軟件處理。使用Wilcoxon檢驗(yàn)分析森林公園環(huán)境對(duì)壓力恢復(fù)的效果和聲景對(duì)健康效益的影響,運(yùn)用中位數(shù)分析不同森林公園環(huán)境的健康效益差異,并通過最優(yōu)尺度回歸分析確定恢復(fù)性聲景的重要要素。
由表2可知, 樣地S1蟲鳴聲、鳥鳴聲和蟬鳴聲的感知程度較高; 樣地S2蟬鳴聲和蟲鳴聲的感知程度最為突出,其次為鳥鳴聲; 樣地S3聲景感知程度與樣地S2相似,蟬鳴聲、蟲鳴聲和鳥鳴聲的感知程度較高; 樣地S4鳥鳴聲的感知程度最高,其次為蟲鳴聲和蟬鳴聲; 樣地S5聲景感知以流水聲和鳥鳴聲為主,談話聲和兒童嬉戲聲感知也較突出; 樣地S6鳥鳴聲、蟲鳴聲和蟬鳴聲的感知程度較高,鐘聲的感知程度也較高; 樣地S7鳥鳴聲感知程度最高,其次為蟲鳴聲和蟬鳴聲; 樣地S8以流水聲為主導(dǎo)聲源,其他自然聲感知較微弱; 樣地S9蟲鳴聲感知程度最高,其次為蟬鳴聲和鳥鳴聲; 樣地S10以流水聲為主導(dǎo)聲源,其次為蟲鳴聲和蟬鳴聲。
使用Wilcoxon檢驗(yàn)比較不同森林公園環(huán)境壓力階段與恢復(fù)階段生理指標(biāo)的差異。由表3可知,在10個(gè)森林公園環(huán)境恢復(fù)階段中,SCLr降低,其中樣地S2、S4、S7和S10顯著(P<0.01)降低; HR降低,其中樣地S7、S10顯著(P<0.05)降低; LF/HF降低,其中樣地S1、S4、S6、S7、S8、S9和S10顯著(P<0.05)降低,樣地S7極顯著降低(P<0.001)。這表明在森林公園環(huán)境下,受試者的壓力可得到一定程度恢復(fù),但恢復(fù)程度存在森林公園環(huán)境差異。
表2 各樣地的聲景感知程度
表3 壓力階段與恢復(fù)階段生理指標(biāo)的差異①
采用恢復(fù)階段和壓力階段的生理指標(biāo)差值表示恢復(fù)程度,即健康效益。由表3可知,SCLr差值表現(xiàn)為S10 使用Wilcoxon檢驗(yàn)比較有聲視頻與無聲視頻的健康效益差異,結(jié)果見表4。通過分析受試者的SCLr、HR和LF/HF發(fā)現(xiàn),添加聲音后,各森林公園環(huán)境的生理指標(biāo)均有較大改變。從SCLr來看,加入聲景后,除樣地S5增加外,其他9個(gè)森林公園環(huán)境均呈下降趨勢(shì),其中樣地S8和S10顯著下降(P<0.01); 從HR來看,加入聲景后,除樣地S5增加外,其他9個(gè)森林公園環(huán)境均呈下降趨勢(shì),其中只有樣地S7顯著下降(P<0.05); 從LF/HF來看,在加入聲景后,除樣地S5增加外,其他9個(gè)森林公園環(huán)境均呈下降趨勢(shì),其中只有樣地S7顯著下降(P<0.01)。這說明,除樣地S5,其他森林公園環(huán)境可在一定程度上提高健康效益。 表4 無聲視頻與有聲視頻的健康效益差異 為探究聲景感知與健康效益的關(guān)系,將聲景感知作為自變量,ΔSCLr、ΔHR和ΔLF/HF分別作為因變量,進(jìn)行最優(yōu)尺度回歸分析(表5)。對(duì)于ΔSCLr,模型調(diào)整后的R2為0.402,回歸模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),鳥鳴聲(P<0.001)、流水聲(P<0.001)、蟬鳴聲(P<0.01)和腳步聲(P=0.052)感知程度是預(yù)測(cè)ΔSCLr的重要變量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù),鳥鳴聲、流水聲和蟬鳴聲感知程度越高,ΔSCLr越低,健康效益越高; 而腳步聲感知程度越高,ΔSCLr越高,健康效益越低。重要性說明自變量對(duì)因變量預(yù)測(cè)的影響程度,由表5可知,對(duì)ΔSCLr影響的重要程度表現(xiàn)為鳥鳴聲>流水聲>蟬鳴聲>腳步聲。對(duì)于ΔHR,經(jīng)ANOVA分析發(fā)現(xiàn)模型P=0.066>0.05,回歸模型不具有統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)于ΔLF/HF,模型調(diào)整后的R2為0.247,回歸模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),鳥鳴聲(P<0.01)、流水聲(P<0.01)、蟬鳴聲(P<0.01)和風(fēng)聲(P<0.05)感知程度是預(yù)測(cè)ΔLF/HF的重要變量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù),鳥鳴聲、流水聲、蟬鳴聲和風(fēng)聲感知程度越高,ΔLF/HF越低,健康效益越高,對(duì)ΔLF/HF影響的重要程度表現(xiàn)為鳥鳴聲>蟬鳴聲>流水聲>風(fēng)聲。 表5 聲景感知與健康效益最優(yōu)尺度回歸分析 對(duì)壓力階段和恢復(fù)階段的生理指標(biāo)進(jìn)行Wilcoxon檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),10個(gè)森林公園環(huán)境在一定程度上都可緩解壓力,其中 樣地S1、S6、S8和S9的LF/HF顯著降低, 樣地S2的SCLr顯著降低, 樣地S4的SCLr、LF/HF顯著降低, 樣地S7和S10的SCLr、HR、LF/HF均顯著降低。這與以往研究(Wangetal., 2019)一致,即森林環(huán)境可緩解壓力,增加副交感神經(jīng)活動(dòng),抑制交感神經(jīng)活動(dòng)。本研究驗(yàn)證了Ulrich等(1991)的減壓理論,如果環(huán)境具備一定的積極要素,將會(huì)使環(huán)境中的個(gè)體得到有效放松,壓力感減輕,生理反應(yīng)發(fā)生積極變化。 SCLr下降、HR和LF/HF下降,即副交感神經(jīng)活動(dòng)增加、交感神經(jīng)活動(dòng)減少,存在健康正效益。健康效益較好的樣地S7、S10、S8和S9,具自然環(huán)境特征顯著,綠色空間S7和S9健康效益較高,可能與植被覆蓋率高以及鳥鳴聲、蟬鳴聲和蟲鳴聲感知程度高有關(guān)(Ratcliffeetal., 2013; 2016)。藍(lán)色空間S8和S10健康效益較高,一方面可能與具有恢復(fù)性效益的流水聲有關(guān),另一方面可能與其高質(zhì)量的視覺景觀有關(guān)(Wattsetal., 2009; Whiteetal., 2010);可考慮在這類環(huán)境中合理設(shè)置平臺(tái)、坐凳等,以便提供更好的自然體驗(yàn)。樣地S1和S3健康效益較差,其中,地S1可能由于環(huán)境太過幽靜,會(huì)產(chǎn)生恐懼感;S3可能由于其人工成分較多。中位數(shù)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),10個(gè)森林公園環(huán)境SCLr存在顯著差異(P<0.05),但HR和LF/HF不存在顯著差異,這可能是因?yàn)榇碳さ臅r(shí)間較短,還不足以引起較大的生理變化。 除樣地S5外,其他森林公園環(huán)境聲景加入均更利于降低SCLr、HR和LF/HF,增加副交感神經(jīng)活動(dòng),抑制交感神經(jīng)活動(dòng)。這與以往研究(Annerstedtetal., 2013)相似,即有聲的虛擬森林可激活副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng),誘導(dǎo)生理壓力恢復(fù),而無聲的虛擬森林與對(duì)照組(空白)并沒有顯著差異。本研究也從生理學(xué)角度進(jìn)一步證實(shí)了與自然有關(guān)的視聽刺激通常比單一視覺刺激具有更好的健康效益(Dengetal., 2020)。 鳥鳴聲、流水聲對(duì)健康效益的正效益貢獻(xiàn)較大,與以往研究結(jié)果一致(Annerstedtetal., 2013; Medvedevetal., 2015)。鳥鳴聲在幫助壓力恢復(fù)上有很大潛力(Ratcliffeetal., 2013; 2016); 流水聲是藍(lán)色空間具有恢復(fù)性效益的重要因素(Whiteetal., 2013),一方面可掩蔽一定的噪聲(Jeonetal., 2012),另一方面可增加寧靜感(Wattsetal., 2009),如在自然療法中傾聽流水聲更容易幫助人們進(jìn)入冥想、坐定狀態(tài)和放松身心(Tedjaetal., 2015)。此外,蟬鳴聲、風(fēng)聲對(duì)健康效益也具有正向影響,但影響程度較小。 在研究樣地上,本研究?jī)H從福州國家森林公園選取10個(gè)環(huán)境來探討聲景感知對(duì)森林公園健康效益的影響;然而,森林公園環(huán)境更加多樣化,聲景更加豐富,未來應(yīng)對(duì)不同類型的森林公園進(jìn)行調(diào)查研究;此外,季節(jié)是森林景觀變化的因素,在不同季節(jié)對(duì)森林公園開展研究也具有重要價(jià)值。在研究對(duì)象上,雖然在校大學(xué)生作為受試者具有廣泛性和科學(xué)性,但以在校大學(xué)生代表公眾的評(píng)價(jià)具有一定局限性,今后應(yīng)針對(duì)不同游憩者,加大對(duì)評(píng)價(jià)樣本的選擇,更全面地驗(yàn)證本研究結(jié)果。在研究方法上,自主神經(jīng)系統(tǒng)的指標(biāo)敏感性不高,下一步可嘗試采用比較敏感的生理指標(biāo),如中樞神經(jīng)系統(tǒng)指標(biāo)(如腦電波等),作為證據(jù)支持聲景的健康效益(Linetal., 2020)。 森林公園環(huán)境可在一定程度上緩解壓力,但不同森林公園環(huán)境的健康效益存在差異,以藍(lán)色和綠色空間為主的環(huán)境健康效益較高,而人工要素過多或太過幽靜的環(huán)境健康效益較差。值得注意的是,森林公園聲景是恢復(fù)性環(huán)境設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,加入聲景會(huì)改變森林公園的健康效益,除談話聲和兒童嬉戲聲較突出的樣地(S5)以外的其他視聽組合刺激均比單一視覺刺激更具有健康效益。鳥鳴聲、流水聲等自然聲是恢復(fù)性(正效益)聲景的重要組成要素,正健康效益表現(xiàn)為SCLr、HR和LF/HF下降,即副交感神經(jīng)活動(dòng)增加、交感神經(jīng)活動(dòng)減少。未來對(duì)恢復(fù)性環(huán)境的設(shè)計(jì),應(yīng)超越視覺為主導(dǎo)的思維,從多維度出發(fā),充分發(fā)掘和利用多種恢復(fù)性環(huán)境要素,進(jìn)而為森林公園恢復(fù)性環(huán)境的設(shè)計(jì)提供更具說服力的證據(jù)。3.4 聲景對(duì)健康效益的影響
3.5 聲景感知與健康效益的關(guān)系
4 討論
4.1 10個(gè)森林公園環(huán)境可一定程度上緩解壓力
4.2 不同森林公園環(huán)境的健康效益存在差異
4.3 聲景會(huì)對(duì)森林公園環(huán)境的健康效益產(chǎn)生影響
4.4 鳥鳴聲、流水聲等自然聲是恢復(fù)性(正效益)聲景的重要要素
4.5 本研究的局限性
5 結(jié)論