田 野，章斯宇

（中國(guó)傳媒大學(xué)傳播聲學(xué)研究所，北京 100024）

0 引言

運(yùn)動(dòng)耳機(jī)指的是廠家在市場(chǎng)營(yíng)銷中宣傳的一種適合運(yùn)動(dòng)時(shí)使用的耳機(jī)，一般采用耳塞式或掛耳式結(jié)構(gòu)，利用無(wú)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(guò)隔聲處理的室內(nèi)借助人工頭裝置進(jìn)行測(cè)量。耳機(jī)的音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)通常是在專業(yè)的聽(tīng)音室內(nèi)在聽(tīng)者身體處于靜態(tài)條件下開(kāi)展聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)。然而，大多數(shù)運(yùn)動(dòng)耳機(jī)用戶是在走路、跑步以及健身房鍛煉等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下使用耳機(jī)，運(yùn)動(dòng)耳機(jī)的實(shí)際使用場(chǎng)景與常規(guī)靜態(tài)測(cè)試環(huán)境存在較大差異。運(yùn)動(dòng)時(shí)，身體的動(dòng)態(tài)因素很可能影響耳機(jī)的實(shí)際音質(zhì)效果。目前，國(guó)內(nèi)外已有研究在不同領(lǐng)域闡述了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)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(tīng)器領(lǐng)域?qū)χ?tīng)器的堵耳效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)探討，楊勇濤、劉海燕［4-5］等人對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)個(gè)體的注意力和運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)聽(tīng)覺(jué)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(duì)環(huán)境噪聲影響的實(shí)驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)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(guò)開(kāi)展運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下耳機(jī)音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，探究運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)耳機(jī)的音質(zhì)影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 前期準(zhǔn)備

前期首先開(kāi)展了千人規(guī)模的問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)運(yùn)動(dòng)耳機(jī)類型、使用時(shí)長(zhǎng)、使用場(chǎng)景、運(yùn)動(dòng)方式、影響音質(zhì)的因素以及對(duì)音質(zhì)的預(yù)期等問(wèn)題進(jìn)行了廣泛調(diào)研，同時(shí)選取了某款運(yùn)動(dòng)耳機(jī)發(fā)放給58 名有專業(yè)聽(tīng)音背景的測(cè)聽(tīng)人員進(jìn)行持續(xù)兩個(gè)月的耳機(jī)試用評(píng)價(jià)。調(diào)研和試用評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)用戶偏好入耳式運(yùn)動(dòng)耳機(jī)，且使用耳機(jī)的高頻運(yùn)動(dòng)方式包括跑步、走路和騎行。除了對(duì)佩戴舒適度有要求，用戶對(duì)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(dòng)時(shí)身體或線材產(chǎn)生的摩擦碰撞聲影響耳機(jī)音質(zhì)。基于此，本文選取4 款入耳式運(yùn)動(dòng)耳機(jī)（具體品牌型號(hào)省略，用編號(hào)A、B、C、D 表示）作為研究對(duì)象，分別考察其在3 類不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的主觀音質(zhì)效果。

1.2 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)定

前期調(diào)研已確定運(yùn)動(dòng)耳機(jī)的高頻使用方式包括跑步、走路和騎行。實(shí)驗(yàn)中以速度作為量化指標(biāo)，設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。參照劉春輝、王歡［7-8］對(duì)沒(méi)受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的普通人員可承受的運(yùn)動(dòng)速度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以及運(yùn)動(dòng)學(xué)［9］中給出的攝氧量與運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)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(dòng)，熱身時(shí)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(dòng)，熱身時(shí)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(dòng)，熱身時(shí)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(duì)穩(wěn)定。

在專業(yè)聽(tīng)音室內(nèi)利用跑步機(jī)和騎行機(jī)模擬不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，被試佩戴手環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率，并設(shè)置充分的休息時(shí)間，以防止不同運(yùn)動(dòng)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(dòng)，其攝氧量低于最大攝氧量的60%均可長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)。跑步屬于高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，其攝氧量在最大攝氧量的80%以上。為了保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行且不受較大影響，跑步實(shí)驗(yàn)分多次進(jìn)行，這樣被試的疲勞感不強(qiáng)且乳酸對(duì)人的影響也很低。

1.3 實(shí)驗(yàn)素材

依據(jù)問(wèn)卷調(diào)查中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)耳機(jī)音質(zhì)的高頻描述詞匯和耳機(jī)試用評(píng)價(jià)所選用的20 組詞匯語(yǔ)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選參數(shù)［10］，實(shí)驗(yàn)最終選擇了6 個(gè)音質(zhì)評(píng)價(jià)詞“豐滿度、明亮度、清晰度、柔和度、力度、平衡感”作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。參照音響產(chǎn)品聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)推薦使用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)目源［11］和作者所在實(shí)驗(yàn)室研究中常用的音質(zhì)評(píng)價(jià)節(jié)目源，對(duì)待測(cè)的6 項(xiàng)音質(zhì)指標(biāo)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲目，如表1 所示。實(shí)驗(yàn)前被試需提前熟悉節(jié)目源的音樂(lè)旋律，并正確理解音質(zhì)評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的定義。

表1 音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的曲目和時(shí)長(zhǎng)

1.4 實(shí)驗(yàn)人員

共計(jì)20 名被試（10 男10 女）參與了主觀聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)，且所有人員均為受過(guò)專業(yè)聽(tīng)音訓(xùn)練的碩士研究生，年齡在22～25 歲，聽(tīng)力檢查正常，125 Hz～8 kHz 聽(tīng)力損失不超過(guò)20 dBHL，沒(méi)有已知的聽(tīng)力疾病。實(shí)驗(yàn)前對(duì)被試進(jìn)行必要的訓(xùn)練，熟悉實(shí)驗(yàn)方法和步驟。

1.5 實(shí)驗(yàn)過(guò)程步驟

實(shí)驗(yàn)前向被試說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并解? 項(xiàng)音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義。實(shí)驗(yàn)采用系列范疇法［12］對(duì)6項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，范疇設(shè)有好、較好、一般、較差、差共5 個(gè)等級(jí)。被試首先在非運(yùn)動(dòng)的身體靜態(tài)條件下進(jìn)行耳機(jī)音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，隨后在運(yùn)動(dòng)機(jī)械上開(kāi)展運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的主觀聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)。走路熱身時(shí)間約1 min，走路狀態(tài)下的單次聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)約持續(xù)9 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)束休息5 min 再進(jìn)入下一次實(shí)驗(yàn)。騎行熱身時(shí)間約1.5 min，騎行狀態(tài)下的單次聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)持續(xù)9 min，結(jié)束后休息5 min 再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。因?yàn)榕懿降倪\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較高且會(huì)有乳酸積累，所以為使被試不過(guò)于疲勞且不受乳酸影響，跑步狀態(tài)下的聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)分成3 次進(jìn)行，即熱身2 min 后做3 min的聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)，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(tīng)音實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被試佩戴了可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率的手環(huán)，根據(jù)實(shí)際的心率情況合理安排熱身時(shí)間、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和休息時(shí)間。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，耳機(jī)A 的音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示，給出了各音質(zhì)維度在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。其中，橫軸表示該音質(zhì)術(shù)語(yǔ)的主觀心理尺度，虛線對(duì)應(yīng)各范疇等級(jí)的邊界值，不同形狀的符號(hào)代表相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

由圖1 可知，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)在一定程度上影響耳機(jī)音質(zhì)的主觀聽(tīng)感。身體靜態(tài)聽(tīng)音條件下，音質(zhì)大多處于“較好”水平；而運(yùn)動(dòng)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(shì)，多從“較好”降為“一般”。音質(zhì)下降程度與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)，對(duì)于豐滿度、明亮度、清晰度和柔和度，運(yùn)動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度較弱的走路和騎行對(duì)應(yīng)的音質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與靜態(tài)條件相對(duì)更接近，靜態(tài)和走路的音質(zhì)評(píng)價(jià)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(dòng)狀態(tài)下的音質(zhì)變化程度存在區(qū)別，如運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下力度的聽(tīng)感與靜態(tài)條件幾乎沒(méi)有差別，可見(jiàn)運(yùn)動(dòng)對(duì)力度的聽(tīng)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(duì)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(shí)，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)結(jié)果如圖7～圖9 所示。

表2 不同指標(biāo)下不同運(yùn)動(dòng)類型的顯著性差異

耳機(jī)B、C、D 的音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)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(dòng)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(dòng)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(tīng)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(tīng)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(tīng)音結(jié)果有顯著性差異。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展運(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，分析論證了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)主觀聽(tīng)感的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，耳機(jī)使用過(guò)程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者身體狀態(tài)的變化會(huì)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(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，存在顯著性差異的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大多是高強(qiáng)度的跑步，可見(jiàn)跑步是降低音質(zhì)效果最主要的運(yùn)動(dòng)方式。不同的音質(zhì)指標(biāo)在不同的運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)的影響最小，清晰度、柔和度和平衡感受運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響較大。究其原因，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)造成音質(zhì)下降主要在于兩個(gè)方面：一方面可能是由于身體運(yùn)動(dòng)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(dòng)耳機(jī)的耳塞式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（避免運(yùn)動(dòng)時(shí)脫落）由于自身發(fā)出的聲音如運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的腳步接觸地面的聲音、運(yùn)動(dòng)帶來(lái)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(dòng)產(chǎn)生的腳步與地面的接觸聲，同樣會(huì)帶來(lái)環(huán)境聲變化。