城市声景基础

摘要

城市声景,被定义为人们在特定情境中感知、体验和理解的声环境,是城市生活中一个关键维度,对健康、福祉和生活质量具有深远影响。本综述为新兴的博士研究者量身定制,提供了城市声景研究领域的全面介绍。文章追溯了该概念的历史演变,从其在噪声控制工程和声学生态学中的起源(由Southworth和Schafer等先驱人物开创),到在ISO 12913框架下发展成为一个标准化、跨学科领域的成熟阶段。文中定义并 contextualized 了关键理论概念和术语,包括基调声、声音信号、声标、愉悦感和事件感。综述详细介绍了用于声景评估的主要客观方法,包括传统声学参数(例如,Leq、Lden)、心理声学指标(例如,响度、尖锐度)、频谱分析以及用于声源识别的先进机器学习技术。与之相辅相成的是主观方法,包括声景漫步协议、使用语义差异和李克特量表的问卷设计,以及基于实验室的听力测试(包括虚拟现实的应用)。文章分析了城市声景对人类健康(压力、睡眠、心血管健康)及整体福祉(感知安全、恢复、生活质量)的已知和新兴影响,强调了噪声的负面效应以及积极声景的恢复潜力。文中探讨了感知的关键作用,考察了塑造声音环境体验的个体差异(例如,噪声敏感性、个性、人口统计学特征、期望)及文化差异,同时也分析了情境和多感官互动(尤其是视听互动)的影响。此外,本综述审视了声景原则在城市规划和设计中的整合,展示了案例研究,并识别了诸如声源管理、声学分区和涉及公民科学的参与式方法等策略。最后,文章总结了该动态领域当前面临的挑战、局限性、持续争论、新兴技术和方法趋势(例如,AI、VR、多感官评估、公民科学)以及未来的研究方向。本综述旨在为新研究者提供必要的知识基础,以导航并推动城市声景研究的进步。

I. 城市声景概念的演变

A. 引言:定义该领域

城市中环绕我们的声音——远处交通的低鸣、行人的交谈、钟楼的钟声、公园中树叶的沙沙声——共同构成了声环境。然而,个体和社区在他们的活动、文化和个人历史情境中感知、体验和理解这一环境的方式,构成了城市声景[1]。这一概念由国际标准化组织(ISO)正式定义为“在特定情境中,一个人或一群人感知或体验和/或理解的声环境”[3],标志着与早期仅关注声音物理测量的观点的根本性背离。它强调声景不仅仅是物理声波的总和,而是一种感知构建,与人类体验密切相关[1]。

城市声景研究本质上是跨学科的,借鉴了声学、环境心理学、社会学、城市规划与设计、声学生态学、地理学和公共健康等多个领域的知识和方法[2]。它需要在客观描述声音(在声学和信号处理中研究)与主观感官体验及集体表征(在心理学、人类学和社会学中研究)之间架起桥梁[2]。近年来,该领域已走向跨学科性,认识到不仅需要学术研究者的参与,还需要包括城市决策者、建成环境专业人士和市民自身在内的各种利益相关者共同塑造城市声环境[2]。

本综述旨在为新晋博士研究者提供一个关于城市声景研究多维度领域的全面介绍。文章将追溯该概念的历史发展,定义关键术语和理论框架,探索用于评估的方法,分析其对人类健康和福祉的影响,深入探讨感知的复杂性,审视其与城市规划的整合,并概述这一快速发展的学科当前面临的挑战和未来发展方向。

B. 历史根源:从噪声控制到声学生态学

对城市声景的理解之旅并非始于对声音的欣赏,而是源于对其负面对立面——噪声的关注。在20世纪的大部分时间里,管理环境声音的主导方法是噪声控制工程,主要集中在量化和降低被认为不受欢迎或有害的声音压力级(SPL)。这种观点在很大程度上将声音视为一种需要被最小化的废物。

声景概念的学术种子在20世纪60年代末播下。时为麻省理工学院城市规划博士生的Michael Southworth于1969年发表了一篇基于其1967年硕士论文《城市的声音环境》的开创性论文[1]。Southworth是最早在学术背景下使用“声景”一词的人之一,他主张声音环境在城市感知和规划中的重要性,超越了简单的噪声消减[2]。

与此同时,在加拿大作曲家、教育家和环保主义者R. Murray Schafer于西蒙弗雷泽大学的工作中,这一概念独立地获得了显著的发展势头[1]。Schafer及其同事在20世纪60年代末至70年代初创立了世界声景项目(WSP)[1]。由于工业化和城市化导致声环境的退化——Schafer称之为“声音帝国主义”[9]——WSP旨在引起人们对这些变化的关注,并倡导更自觉的聆听和声音设计方式[2]。Schafer将声景广泛定义为“任何声学研究领域”,涵盖音乐作品、广播节目和声环境[6]。由作曲家和研究者如Hildegard Westerkamp和Barry Truax组成的WSP团队,进行了详细研究,特别是对温哥华声景的研究[1],并发展出一种理解声音环境的社会和文化方法[2]。他们倡导诸如“耳朵清洁”(专注聆听练习)和“声景漫步”(引导式聆听游览)等实践,以对抗习惯性的不聆听并提升意识[10]。他们的工作还强调记录和保护独特且濒危声景的重要性,尤其是传统和自然的声景[6]。

声景概念的出现代表了从噪声控制中纯粹消极和简化论观点的重大范式转变[10]。到20世纪90年代,环境噪声管理的研究者和从业者开始认识到仅降低分贝水平的局限性[2]。尽管技术和法规在某些地区降低了平均声级,但噪声投诉往往持续上升,表明像Leq(等效连续声级)这样的物理指标不足以捕捉听觉体验的整体质量或准确预测人类反应[2]。声景方法提供了更全面的视角,将声音视为潜在的“资源”——可以对环境和人类体验产生积极贡献的元素,而不仅仅是需要消除的“废物”[13]。这一转变将聆听者及其感知置于研究的中心[2]。

Schafer的工作和WSP也被广泛认为是声学生态学领域的奠基之作,声学生态学被定义为通过声音媒介研究人类(及其他生物)与其环境之间关系的一门学科[8]。声学生态学考察环境中的声音(地声、生物声、人为声)以及它们如何相互作用并塑造生态过程和人类文化[9]。1993年,在Schafer的参与下成立的世界声学生态学论坛(WFAE)使这一领域制度化,汇聚了关注声音社会、文化和生态方面的国际社区[9]。由WFAE出版的《声景》期刊成为这一跨学科领域交流的关键平台[2]。虽然密切相关,但一些研究者区分了声学生态学(可能更关注特定物种或自然系统)与声景生态学(通常采取更广泛的景观层面视角,涵盖所有声源,包括人为声)[17]。

另一个关键相关领域是心理声学,即对声音感知的科学研究——物理声音刺激如何被听觉系统处理并由大脑解释[15]。心理声学研究物理声音属性(如频率、强度、时间结构)与主观感觉(如音高、响度、音色、粗糙度)之间的关系[21]。该领域为理解声景的感知成分提供了基本工具和概念,架起了客观声环境与主观体验之间的桥梁[13]。它在开发超越简单SPL的指标方面发挥了重要作用,这些指标更好地反映了人类听觉感知,并有助于对声音环境进行更细致的评估[15]。

从关注物理减量的噪声控制,经过Schafer和WSP在文化和生态学上的丰富探索,到如今广泛采纳的以感知为中心的定义,这一历史轨迹揭示了环境质量理解的根本转变。它反映了环境科学和城市研究中更广泛的趋势,越来越认识到主观体验、感知和人类福祉与客观物理测量同等重要。这一演变凸显了纯粹技术解决方案对于涉及人类感知的复杂环境问题的不足,并强调了需要整体的、情境依赖的方法。

C. 成熟与标准化(1990年代至今)

继20世纪70年代和80年代的奠基性工作之后,1990年代见证了声景研究的国际扩展和多样化。全球范围内涌现出多项举措,包括法国将声学、建筑和城市规划结合起来的开创性研究,以及在Schafer的学生鸟越惠子(Keiko Torigoe)领导下成立的日本声景协会[2]。1993年世界声学生态学论坛(WFAE)的成立进一步巩固了一个关注声音社会、文化和生态维度的国际社区[2]。这些努力日益强调定性方法以及跨学科合作的需求,以理解人们在其声环境中的多样化体验[2]。

2000年代标志着声景研究领域的整合和学术认可不断增强的时期。声景专题成为主要声学会议的常规内容,学术期刊中也出现了专门的特刊[2]。一个独特的科学社区逐渐形成,尤其在欧洲、亚洲和北美表现活跃[2]。重要的推动力来自诸如欧洲COST Action TD0804“欧洲城市与景观声景”(2009-2013年活跃)等项目,促进了跨学科网络和研究[2]。

一个关键的发展是2008年国际标准化组织(ISO)技术委员会工作组ISO/TC 43/SC 1/WG 54的成立,其任务是标准化声景概念和方法[1]。这促成了ISO 12913系列的发布,这是首个专门针对声景的国际标准[1]。

ISO 12913-1:2014(《声学——声景——第1部分:定义和概念框架》)提供了国际公认的声景定义(“在特定情境中,一个人或一群人感知或体验和/或理解的声环境”),并建立了概念框架[1]。至关重要的是,它正式区分了作为物理现象的声环境与作为受情境影响的感知构建的声景[1]。该标准旨在为跨学科交流提供共同语言和概念基础[30]。

ISO/TS 12913-2:2018(《声学——声景——第2部分:数据收集和报告要求》)是一份技术规范(TS),概述了收集声景数据的方法,特别是来自个体的主观数据[1]。它包括问卷调查、声景漫步和访谈的协议(方法A、B、C)以及报告要求[27]。认识到方法的多样性,该标准推荐使用多种方法(三角测量)而非规定单一参考方法[3]。

ISO/TS 12913-3:2019(《声学——声景——第3部分:数据分析》)为根据第2部分收集的数据提供分析指导和要求,包括分析愉悦感和事件感等感知属性的方法[1]。

这些标准的制定,以及诸如“城市之声”(Sounds in the City)合作等大型国际项目[2],反映了该领域的成熟。自2010年代以来,全球范围内的声景出版物和研究活动显著增加[2]。该领域持续演变,面临感知、情境的复杂性以及将研究转化为有效实践的挑战[2]。

声景研究的跨学科本质是其显著特征,涵盖声学、心理学、社会学、城市规划、地理学和生态学等多个领域[2]。虽然这带来了丰富性和多样化的视角,但也因不同认识论、方法论和专业词汇的差异而带来了挑战[38]。ISO 12913等标准化努力旨在促进共同基础[30],但跨学科边界的有效沟通和整合对于该领域的持续进步和实际影响仍然至关重要[38]。因此,进入该领域的新研究者必须做好准备,接触多样化的文献,拥抱跨学科合作,并应对这些沟通挑战。理解历史背景——从噪声控制的转变、声学生态学的影响、关键概念的发展到标准化的推动——为欣赏城市声景研究的当前状态和未来潜力提供了重要基础。

II. 声景研究中的基础概念与术语

对核心概念和术语的清晰理解对于探索城市声景研究领域至关重要。这些术语随着领域的发展而演变,反映了从定性的生态描述到标准化、以感知为中心的框架的转变。

A. Schafer的基础分类法(WSP)

R. Murray Schafer 和世界声景项目(WSP)引入了一种极具影响力的分类法,用于分析声环境的组成部分,强调其生态和文化意义[6]。这些术语对于定性描述和理解某一地点的特性仍然具有重要价值:

  • 基调声音(Keynote Sounds):这些是无处不在的背景声音,虽然常常未被有意识地感知,但作为声景的“锚点或基本音调”[6]。它们塑造了整体特性并且无处不在,类似音乐作品中的主调[41]。在城市环境中,持续的交通噪音常被视为基调声音,尽管Schafer认为这是不健康的[6]。其他例子可能包括特定地点的风声或远处的工业声音。基调声音提供了其他声音被听到的背景[42]。
  • 声音信号(Sound Signals):与基调声音相反,声音信号是前景声音,通常被有意识地聆听,并传递特定信息或要求注意[6]。它们常作为警告或呼唤。城市中的例子包括警笛、警报、喇叭、哨声和召唤信徒的教堂钟声[6]。
  • 声音地标(Soundmarks):类似于视觉地标,声音地标是某一特定地点或社区独特且具代表性的声音[6]。它们具有文化意义,使该社区的声学生活独具特色[6]。一个作为信号的声音(例如钟声)如果对社区具有特殊意义,可能演变为声音地标,例如伦敦标志性的大本钟钟声[6]。Schafer认为声音地标因其在定义声学身份中的作用而值得保护[6]。声音地标独特性的关键特征可能包括其在时间和地点上的可识别性[43]。
  • 声事件(Sound Event):该术语指声景中单个可识别的声音事件,通常具有明显的开始和结束[42]。声事件可以是前景或背景元素,常常是感知分析或聆听练习的焦点[11]。例子包括短暂的鸟鸣或汽车经过,以及更长时间的事件,如对话、建筑活动或音乐表演[11]。

B. 感知维度与属性(ISO框架及相关概念)

随着该领域向标准化和量化感知的更大关注发展,源自心理学和心理声学的概念变得至关重要,特别是在ISO 12913框架内。

  • 声环境 vs. 声景:ISO框架的核心在于区分声环境——由所有声源发出的声音总和并受环境影响(一种物理现象)——与声景——在特定情境中人们感知或体验和/或理解的声环境(一种感知构建)[1]。这种区分强调了人类对声音的体验受到感知和情境的调节。
  • 情感感知质量(Perceived Affective Quality, PAQ):这指的是声景引发的情感或情感反应。研究试图识别这些反应的基本维度。
  • 环形模型(Circumplex Model):一个广泛采用的PAQ表示模型是环形模型,改编自Russell的情感模型[45]。它通常沿着两个主要的、正交的维度组织情感反应[30]:
    • 愉悦感(Pleasantness, Valence):该维度捕捉体验的享乐基调,从积极(愉快、平静、放松)到消极(不愉快、恼人、压力大)[30]。研究一致表明,自然声(如水声、鸟鸣)往往被感知为愉快,而技术声音(如交通、工业噪声)常被视为不愉快[47]。
    • 事件感(Eventfulness, Arousal):该维度反映声景中感知到的活动、动态或刺激水平[30]。它从高活动(有事件感的、充满活力的、热闹的、兴奋的、混乱的)到低活动(无事件感的、枯燥的、平静的)不等。事件感的解释可能有所不同;例如,在某些文化中,充满活力的声景可能与人类活动相关,而在其他文化中则可能与自然声相关[47]。 这两个维度定义了一个二维空间,可以映射不同的声景特性。例如,平静的声景通常在愉悦感上高而在事件感上低,而混乱的声景则在愉悦感上低而在事件感上高[30]。
  • ISO 12913 属性:基于支撑环形模型的实证研究[49],ISO/TS 12913-2 和 -3 推荐使用八个特定的感知属性(PAQs)进行评估,通常使用李克特量表评分[34]:愉快、恼人、有事件感的、无事件感的、充满活力的、枯燥的、平静的、混乱的[30]。这些属性被认为代表愉悦感-事件感环形模型的关键点[30]。
  • 声舒适(Acoustic Comfort):该术语涉及声环境被感知为可接受或满意的程度,通常意味着无干扰和愉悦感的存在[4]。虽然与愉悦感密切相关,但一些研究者将其与更广泛的声景评估区分开来,认为舒适可能是积极声景体验的前提或组成部分,但并非全部[36]。它代表了一个超越简单噪声减少的目标,旨在实现积极或令人满意的声学条件[30]。
  • 其他相关概念:虽然愉悦感和事件感占主导地位,但有时也会讨论或测量其他感知维度,包括:
    • 熟悉度(Familiarity):声景或其组成部分被感知为平常或常见的程度[4]。
    • 声景适宜性/一致性(Appropriateness/Congruence):声景与地点、活动、期望或视觉情境的感知适合性或一致性[4]。
    • 信息容量(Informational Capacity):声景提供有用或有意义信息的程度[30]。

从Schafer的生态基础术语到以感知为中心的ISO维度的演变反映了该领域的必要进展。Schafer的分类法提供了丰富的描述能力,对于理解特定声景中蕴含的独特特性和文化意义至关重要[6]。然而,其定性性质使得跨不同情境的量化和比较具有挑战性。ISO框架植根于情感的心理学模型,提供了标准化的维度(愉悦感、事件感)和可通过验证量表测量的属性[30]。这种标准化促进了定量分析、建模、跨研究的比较,并最终整合到政策和规划过程中[1]。然而,这种标准化和可比性的提升可能以牺牲早期更定性方法所捕捉的复杂性和细微差别为代价[6]。研究者必须注意这种权衡,根据其具体研究问题选择合适的术语和框架,无论是专注于深入的定性理解还是更广泛的定量比较和预测。

C. 批判与细节辨析

尽管围绕ISO框架的共识日益增加,但“声景”概念本身并非毫无争议,相关讨论仍在持续。例如,人类学家Tim Ingold就对“声景”(soundscape)这一类比术语提出了批评,指出声音在本质上比“景观”(landscape)所暗示的静态视觉场景更具动态、时间性和身体性[6]。他提出,相比于观察固定的地理环境,声音的体验更类似于感受天气——沉浸式且不断变化[6]。

此外,“声景”一词在众多学科中的广泛应用导致了不同的使用方式,其中一些偏离了ISO以感知为中心的定义[20]。例如,在生态学或水下声学领域,“声景”有时被用作“声环境”的同义词,着重于声源集合(如生物声音、生境声音及人工元素声音)本身,而非在特定情境下人类(或动物)的感知经验[17]。这种差异凸显了ISO所界定的以人为中心的方法与更广泛的生态学或物理声学视角之间持续存在的张力。

此外,尽管愉悦感-事件感模型提供了一个有用的框架,但将人类对声环境的复杂、多层次体验简化为两个主要维度可能存在过于简单化的问题[55]。其他因素,如感知控制感(perceived control)、含义(meaning)、记忆(memory)与文化意义(cultural significance)等,同样发挥着重要作用,但可能无法完全通过该模型单独加以捕捉。

D. 概念与术语的启示和意义

声景研究领域所使用的术语反映了该领域的发展历程与核心原则。其中至关重要的是对于“声环境”(物理层面的声音波动)与“声景”(特定情境下对这些声音波动的感知体验)的根本区分[1]。这一区分构成了整个声景研究范式的基础,使研究从单纯的物理噪声控制测量转向对主观人类体验的关注。因此,研究中需要同时使用客观方法(以描述声环境)与主观方法(以评估声景),并推动旨在理解两者之间复杂关系的研究[13]。对于进入该领域的任何研究者而言,清晰理解这一核心区分都是至关重要的。

Schafer的定性术语(如基调声音、声音信号、声音地标)与ISO框架的定量维度(愉悦感、事件感)的共存,凸显了声景研究领域中的一项关键动态:即描述性丰富性与可量化标准化之间的平衡。新的研究者应当清楚认识到这两种方法各自的价值,并根据自身研究目标选择合适的概念工具。

III. 声景评估与分析的客观方法

尽管声景的定义强调感知体验,但对声环境物理特征的理解仍然至关重要[1]。客观方法旨在量化声环境的物理特性,为感知过程提供输入数据,并作为主观声景评价或描述符的潜在预测指标[13]。其目标往往在于建立预测模型,从而能够根据声环境的可测量特性预测人们可能的感知反应,进而在无需每次情境都进行大规模主观调查的情况下,为设计与规划提供支持[13]。

A. 传统声学参数(基于能量的参数)

这些参数源于传统声学和噪声控制领域,主要用于测量声音的能量属性。

  • 声压级(Sound Pressure Level, SPL):声压级是描述声音振幅的基本指标,通常以分贝(dB)为单位,相对于参考声压(20 µPa,即人类听觉的近似阈值)表示[59]。由于可听声压范围极广,因此使用对数分贝尺度[59]。
  • 等效连续声级(Equivalent Continuous Sound Level, Leq):这是环境噪声评估中最常用的指标,表示在某一测量时段(T)内,实际波动声音具有的总能量相当于恒定声音所对应的声压级[14]。本质上是时间平均的有效值(RMS)声压级[61]。计算方法为在时间T内对声压平方积分,并进行标准化处理[62]。
  • A计权声级(LAeq):由于人耳听觉敏感度随频率而变化,通常使用A计权滤波器进行调整,得到以dB(A)表示的LAeq[60],该滤波器降低了较低频率和极高频率声音的权重。
  • 应用领域:LAeq在噪声法规和标准(如ISO 1996[64])中被广泛使用,通常针对特定时段计算,如LAeq,16h(日间)或LAeq,8h(工作时间或夜间)[14]。
  • 在声景研究中的局限性:Leq的一个主要缺点在于,其对时间波动的平均处理忽略了声音的频谱内容[14]。两个声环境即便具有完全相同的LAeq数值,也可能在听觉感受和主观感知反应方面存在巨大差异(例如,稳定的交通噪声与间歇性鸟鸣声)[25]。因此,Leq与主观烦恼感或愉悦感之间的相关性通常较弱,尤其在中低声级或具有明显时间或频谱特征的声音情境中尤为明显[14]。
  • 昼-晚-夜声级(Day-Evening-Night Level, Lden)与昼-夜声级(Day-Night Level, Ldn):这两种基于24小时Leq的指标旨在考虑人类在晚间和夜间对噪声的敏感性增加[14]。
    • Lden:计算全天A计权Leq,但对晚间时段(通常为19:00-23:00)增加5 dB的修正,对夜间时段(通常为23:00-07:00)增加10 dB修正[60]。欧洲环境噪声指令(END)要求使用该指标进行战略性噪声地图绘制[68]。
    • Ldn:与Lden类似,但仅对夜间声级增加10 dB修正[60],在美国广泛使用[68]。
    • 在声景研究中的局限性:尽管考虑了不同时间段对噪声敏感性的差异,但Lden和Ldn仍然具有Leq的根本限制,即作为能量平均指标无法捕捉声音的感知细节或声源特征[14]。
  • 百分位声级(Percentile Levels, Ln):这些统计指标描述测量时间内声级超过特定百分比(n%)的情况[60]。常用指标包括L10(超过10%时间的声级,通常与较大、间歇性事件有关)、L50(中位声级)和L90(超过90%时间的声级,通常代表背景噪声)[60]。
    • 在声景研究中的局限性:百分位声级能够提供有关噪声水平统计分布及其波动情况的信息,但仍缺乏与声音品质直接相关的感知意义。

上述基于能量的传统声学指标无法全面捕捉人类对声环境的实际体验,这是推动声景研究方法发展的主要动因之一。尽管它们对于法规遵守以及总体噪声暴露的描述是必不可少的,但仍不足以深入理解或预测声景的感知质量。

B. 心理声学参数(基于感知)

心理声学参数通过定义一系列量化特定听觉感受的指标,架起了物理声音与主观感知之间的桥梁[13]。相比单纯的声能级测量,这些参数更贴近人类实际感受,它们通过整合人耳听觉处理机制(如频率掩蔽、临界频带和时间整合)实现了与人类主观体验更好的相关性[15]。

  • 响度(Loudness,单位:sone):量化了声音的感知强度或“音量”[22]。与单纯的声压级(SPL)不同,响度考虑了人耳随频率变化的听觉敏感性(如等响度曲线所示)与掩蔽效应(即一个声音可能抑制另一个声音的可听性)[22]。常见的计算方法(如Zwicker/ISO 532-1标准[22]、Moore/Glasberg模型)通过分析声音频谱的临界频带(近似耳朵的频率分辨能力)及应用掩蔽模型实现[22]。“sone”这一单位的设计考虑了感知的线性关系,即2 sone在主观感觉上是1 sone响度的两倍[71]。而随时间变化的响度模型则可捕捉声音响度的动态变化[71]。一般而言,响度指标与实际感知的音量之间的相关性明显优于纯粹的声压级[23]。
  • 尖锐度(Sharpness,单位:acum):衡量声音中高频成分引起的“尖锐”或“刺耳”感受[22]。其计算依据临界频带中特定响度的分布,高频成分被赋予更高权重(如DIN 45692方法)[22]。较高的尖锐度通常会增加烦恼感[15]。
  • 粗糙度(Roughness,单位:asper):量化由快速(通常为15-300 Hz)幅度或频率调制引起的“粗糙”、“沙哑”或“嗡嗡”感知特征[23],这一参数对于评估某些机械噪声或发声声音具有重要意义。
  • 波动强度(Fluctuation Strength,单位:vacil):衡量较慢速(小于20 Hz)的幅度或频率调制引起的“波动”或“起伏”感受[23]。
  • 音调性(Tonality):表征声音中明显音调成分的存在及其突出程度[58]。即使在较低总体声级下,音调成分也经常与较高的烦恼感相关[15]。
  • 脉冲性(Impulsivity):涉及短暂、高能的声音事件(如撞击声、爆裂声等)[14],此类声音也可能增加烦恼感。

心理声学参数通过更细致地描述声环境,捕捉了传统Leq指标所无法体现的感知相关特征[15]。这些参数有助于解释为何能量水平相似的声音却会产生不同的感受,并可能与主观评价指标(如愉悦感、事件感或烦恼感)表现出更好的相关性[58]。这些参数构成了“心理声学地图”(psychoacoustic mapping)的基础,后者旨在可视化展示感知声音品质的空间分布,而不仅仅局限于噪声水平[15]。

C. 频谱分析技术

对于频谱(频率内容)的分析是传统声学及心理声学评估的基础。

  • 频率分析:了解声音能量如何分布于不同频率范围内至关重要,因为人耳听觉及感知特性具有显著的频率依赖性[14]。
  • 倍频程和1/3倍频程分析:此类分析方法是标准化的频率分析手段,将可听频率范围划分为相邻频带(每个频带的宽度分别为一倍频程或三分之一倍频程宽度),并测量各频带内的声级[15]。这提供了声音的频谱特征,通常也是进一步计算心理声学参数(例如响度)的第一步[22]。
  • 频谱图(Spectrogram):频谱图是一种有效的可视化工具,以颜色或灰度展示声音强度随频率(y轴)和时间(x轴)的分布情况[75]。频谱图有助于视觉识别声音事件、持续时长、频率特征(如纯音或宽频带噪声)以及时间模式。频谱图在生物声学领域已广泛应用,近年来也越来越多地作为声景分析中机器学习模型的输入特征[75]。

D. 声源识别与分离技术

由于声音的来源极大地影响人们对声音的感知(例如鸟鸣与交通噪声的差异),识别并量化不同声源的贡献已成为客观声景分析的重要环节[52]。

  • 人工识别(Manual Identification):人类听者可以对录音进行标注,识别声音事件及其来源。这种方法通常用以建立“地面真值”(ground truth)数据,帮助训练自动化系统。但对于大规模数据集而言,这种方式耗时耗力。
  • 声学指数(生态声学领域):生态声学(Ecoacoustics)领域已发展出多种声学指数,例如声学复杂性指数(Acoustic Complexity Index, ACI)、归一化差异声景指数(Normalized Difference Soundscape Index, NDSI)、生物声学指数(Bioacoustic Index, BI)等[69]。这些指数可从录音中计算得出,用于量化声景特征,尤其是声景中生物多样性或生物声音(biophony)与人为声音(anthrophony)之间的平衡。虽然上述指数最初主要用于生态监测,但近年来也有部分研究探讨其在城市环境中与人类感知之间的相关性[67],不过其在复杂城市环境中的有效性仍在探索中[82]。
  • 机器学习(ML)/人工智能(AI)方法:随着长期监测数据与公众科学项目采集声音数据的大量涌现,机器学习和人工智能方法的应用迅速兴起[2]。
    • 声事件检测(Acoustic Event Detection, AED / Sound Event Detection, SED):此项任务旨在自动识别录音中出现哪些声音、何时出现[76]。目前的前沿技术多为深度学习模型,如卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)及其组合形式(如卷积循环神经网络,CRNN)[75]。这些模型一般需利用标注数据进行训练,常用输入特征包括频谱图(spectrogram)或相关特征(如梅尔频率倒谱系数MFCC、梅尔频带能量Mel-band energies)[75]。当前研究中的一个挑战是如何处理“弱标注”(weakly labeled)数据,即只知道声音事件在较长录音片段中的存在与否,而未知事件的确切时间。为此,研究者通常采用多示例学习(Multiple Instance Learning, MIL)等方法予以应对[84]。
    • 声源分离(Source Separation):声源分离技术旨在将包含多个重叠声音的录音计算性地分解为单独的声源信号(例如将语音与背景音乐分离)[75]。传统方法包括独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)和非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization, NMF)等[76]。近年来,基于深度学习的技术,如自编码器(Autoencoder)、U-Net(卷积神经网络的一种)和生成对抗网络(Generative Adversarial Networks, GANs),已越来越广泛地应用于此类任务,通常以频谱图为输入[75]。通过声源分离,可对复杂声景中的各个声音成分进行单独分析[76]。
    • 组合方法:目前也有研究开始探索将声音识别与感知评价结合的人工智能模型,例如直接从录音预测愉悦感(pleasantness)与事件感(eventfulness)评分[83]。

客观方法的发展趋势清晰地表明:传统单一的能量平均方法逐渐被基于感知模型(心理声学)和计算技术(AI/ML)相结合的手段所取代,从而更完整地提取声环境的时域结构、频谱特征与声源组成信息。这种转变的驱动力在于对客观指标的需求,这些指标需与人类对声景的主观体验更具实际意义的相关性。尽管传统指标(如Leq与Lden)由于其标准化程度及计算简单性而在法规层面仍然必不可少,但它们显然不足以捕捉声景质量的细微差异。心理声学参数更贴近感知,而基于人工智能的声源识别与分析则为剖析复杂城市声环境提供了强大的工具。因此,进入该领域的博士研究生应深入理解各类方法的优缺点,并密切关注计算声景分析领域的快速进展。指标的选择应始终由具体研究问题决定,无论是噪声影响评估、感知模型建立,还是干预设计。

IV. 声景评价的主观方法

由于声景本质上由人类在特定场境下的感知与体验所定义[1],因此主观评价方法在声景评估中不可或缺。这些方法直接与听者互动,以捕捉他们对声环境的感受、评价与理解[2]。主观数据提供了声景质量的基本“地面真值”,是客观指标验证和预测模型构建的基准依据[13]。

A. 现场数据采集方法(实地研究)

现场数据采集方法旨在真实的物理和社会情境下评估声景,从而最大程度地保证生态效度。

  • 声景漫步(Soundwalks):声景漫步是声景研究领域的一项重要方法,参与者在特定区域内漫步,并有意识地专注于倾听周围的声环境[10]。通常由主持人引导参与者沿着预先设定的路线行走,并在特定位置停留[34]。参与者在这些停留点进行一段时间的专注倾听(通常约3分钟),随后通过问卷或记录方式描述其感知体验[34]。声景漫步强调获取对场境敏感的数据,充分考虑到真实环境对感知的影响[85]。
  • ISO 12913-2标准协议:该标准明确提出了几种现场数据采集方法[27]:
    • 方法A:在声景漫步的听测点上发放问卷,通常采用5点李克特量表,评估参与者对情感感知质量(PAQ)属性(如愉悦感、烦恼感等)以及声源主导性的评价[34]。
    • 方法B:与方法A类似,但采用连续类别尺度(如滑动条),以“完全没有”到“极其显著”等词汇作为量表锚点[27]。
    • 方法C(叙述访谈法):虽然ISO标准中将其归于数据收集方法,但实际上多为静坐访谈,关注参与者与声音的更广泛体验,而非行进过程(下文另作详细探讨)[27]。
  • 影响因素:声景漫步所选路径本身可能显著影响整体评价结果。例如,从嘈杂区域逐渐步入安静区域的路径,可能比反向路径获得更高的声舒适评价[90]。
  • 优势:生态效度较高,能够捕捉真实环境的丰富背景信息,包括多感官输入与社会互动动态等。
  • 不足:缺乏对环境变量(如天气、突发事件)的实验控制,实施复杂且耗时费力,大规模参与者招募较为困难,精确重复实验较具挑战性[85]。

现场问卷/调查法(Questionnaires/Surveys, In-situ)

问卷调查是获取主观声景数据最常用的工具,通常在声景漫步过程中使用,也可独立地在特定地点开展[4]。

  • 典型内容:声景问卷一般涵盖以下几个领域[34]:
    • 声源识别/主导性:请参与者识别所听到的声音,并评价其显著程度(例如交通噪声、人声、鸟鸣、水声等)[34]。
    • 情感感知质量(PAQ):采用标准化属性(如ISO标准提出的8个维度:愉悦的、烦恼的、有事件感的、无事件感的、生动的、枯燥的、平静的、混乱的)评估情绪反应[30]。
    • 总体评价:包括对声景的总体满意度、质量、适宜性或偏好程度的提问[34]。
    • 声舒适(Acoustic Comfort):直接评价主观感受到的舒适水平[4]。
    • 背景信息:参与者个人信息(如人口统计学特征、噪声敏感性、心理预期、活动类型)以及环境背景(视觉景观、天气条件等)[52]。
  • 量表方法
    • 李克特量表(Likert Scales):广泛应用于ISO方法A,要求参与者对属性陈述的认同程度进行评分(如1=非常不同意,5=非常同意)[34]。然而,一些研究指出该方法可能存在尺度偏差问题(极性相反的属性如“愉悦”与“烦恼”的评分并非完全对称)、任务差异效应(评分“愉悦”可能引导参与者更多关注正面声音,而评分“烦恼”则引导关注负面声音),以及尺度分辨率有限可能掩盖微妙差异[49]。
    • 语义差异量表(Semantic Differential Scales):通常呈现一对对立的形容词(如“嘈杂—平静”、“人工—自然”),要求参与者在量表(通常为5点或7点)上进行评估[4],常用于评价情感感知质量和声舒适感[30]。
    • 自我评估人偶量表(Self-Assessment Manikins, SAM):非语言、图形化量表,用于评价情绪维度,如愉悦度(valence)、唤醒度(arousal)与控制感(dominance)[86]。

叙述访谈法(Narrative Interviews, ISO方法C)

叙述访谈是一种定性研究方法,通过深入的引导式对话,探讨参与者与声音更广泛的关系及其体验,通常聚焦于其日常生活环境[27]。访谈关注以下主题:对所处声环境的满意度、与声音相关的日常行为、不同声音产生的影响,以及个人应对策略等[27]。虽然叙述访谈法能够提供丰富且细致的洞察,但相比于标准化问卷,这种方法获得的数据标准化程度较低,且通常涉及更小的样本量。

B. 基于实验室的数据采集方法

实验室方法通过牺牲部分生态效度,换取更高的实验控制性、可重复性与数据采集效率。

  • 听觉测试(Listening Tests):参与者在经过严格控制的条件下,对预先录制的声音刺激进行评价[37]。
    • 刺激再现技术:高保真声音再现至关重要。双耳录音技术(使用置于人耳道内或仿真人体头肩模型(Head-and-Torso Simulator,HATS)上的麦克风)旨在捕捉与人类听觉体验接近的声场,保留空间线索[5]。Ambisonics技术也被用于捕获和重现完整的球形声场,通常通过扬声器阵列或经双耳处理后的耳机播放[95]。此外,准确校准回放音量对于实验有效性至关重要[97]。
    • 实验环境:听测一般在声学控制良好的空间内进行,例如安静房间、半消声室或专业听音室,以最大程度减少外界干扰[37]。
    • 测试程序:参与者通过耳机或扬声器聆听声音刺激(通常是较短的声音片段),然后填写问卷进行评价。问卷内容与现场研究中使用的问卷大致类似[37]。实验也可采用分组测试,从而提高数据采集效率[37]。
    • 优势:实现对刺激和环境的高度控制,具备优异的可重复性,能够系统性地操控特定声学变量,数据采集更为高效便捷[37]。
    • 不足:由于缺乏真实场景(视觉、嗅觉、热感、社会互动等真实环境要素),生态效度降低。听觉情境可能显得人为和不自然(例如耳机听音环境),若声音刺激被从原始情境剥离,则评价可能过于依赖参与者的记忆[77]。
  • 虚拟现实(VR)/增强现实(AR)方法:这些沉浸式技术试图在实验室控制性与现场真实感之间搭建桥梁[97]。
    • 技术手段:VR通常使用头戴式显示器(Head-Mounted Displays,HMDs)呈现360度视频或计算机生成的视觉场景,并结合响应头部运动的空间音频(双耳或Ambisonics耳机渲染)[5]。AR则在真实环境基础上叠加虚拟元素。
    • 应用场景:VR技术使研究者能够开展“虚拟声景漫步”(virtual soundwalks)[86],远程评估现有环境,或在设计方案实施前评估其对感知的影响[5]。
    • 生态效度问题:确保VR体验充分复制现实感知至关重要。将VR评估与现场声景漫步进行比较的研究表明,只要视听刺激得到精心录制、校准和渲染,达到较高的沉浸感与真实度,则VR可以是一种有效的研究工具[5]。然而,仍需谨慎解释VR环境下的结果,因为实验室情境可能放大某些效应[97]。
    • 优势:与现场研究相比,VR/AR方法具有更好的实验控制性;与传统实验室听觉测试相比,又提供更高的情境沉浸感。此外,它还能够评估假设情境,对参与者而言可能更具参与感与吸引力[95]。
    • 不足:需要专业设备和技术支持;可能引发虚拟现实晕动症(cybersickness);难以实现完美的视听保真度与一致性;在呈现所有重要的情境因素方面存在挑战[5]。

C. 基于主观评价方法的洞察与启示

在现场与实验室方法之间进行选择,本质上意味着在生态效度与实验控制性之间进行权衡。现场方法(如声景漫步)能够最大程度地捕捉声景体验的真实情境,但易受环境变量干扰且执行复杂[85]。实验室听觉测试则能够精确控制刺激与实验环境,便于重复实验与因果推断,但同时剥离了显著影响真实感知的丰富背景信息[37]。虚拟现实和增强现实技术则有望缓解这一矛盾,通过提供受控的沉浸式体验而兼具两种方法的优势[97],但其有效性验证仍在持续进行中,需要研究者在声音渲染、反射建模等技术细节上进行细致考量[5]。研究者需根据具体研究问题谨慎权衡上述因素,选择最合适的方法,同时清晰认识所选择方法的内在优势与局限性。

尽管ISO 12913-2等标准化工作为声景数据采集提供了重要的理论框架[88],但实践应用中仍存在一些挑战。标准推荐的用于情感感知质量(PAQ)评估的李克特量表(方法A)已被证明可能存在一定的偏差及分辨能力局限性[49]。此外,在将标准化的英文属性翻译至其他语言和社会文化属性下时,需要谨慎验证其概念等效性,因为属性的实际含义可能产生显著变化[28]。再者,标准属性集并非适用于所有场境;例如,城市广场的相关属性可能与安静的自然区域或室内办公环境显著不同[99]。这表明,尽管ISO标准为声景研究提供了重要的可比性框架,但研究者可能需要根据具体情境与研究人群对标准进行适当调整或补充,而已发表研究中完全遵循该标准的情况相对较少[35]。

此外,任何主观评价方法的具体设计——无论是问卷问题的措辞与量表设计、声景漫步听测点位置的先后顺序,还是虚拟现实(VR)模拟中声音刺激的保真度与持续时间——都可能显著影响所获得的研究结果[5]。这凸显了声景研究在方法学方面进行精细规划、预试验验证及研究过程透明报告的重要性。新入门的博士研究生应批判性地评估现有文献中所使用的方法,并谨慎论证自身方法选择的合理性,综合考虑各方法的利弊及可能对研究结果产生的影响。

V. 城市声景与人类健康及福祉

城市声环境对城市居民的身心健康具有深远且广泛记录的影响。传统研究几乎只关注噪声污染(即不需要的干扰性声音)对健康的负面效应[70]。然而,声景视角提出了一种重要的双重性:尽管噪声毫无疑问会损害健康,但积极且受人喜爱的声景则可有效促进福祉、恢复性体验以及整体生活质量[102]。认识声景的这种双重性质,对于超越单纯的噪声控制,进而打造真正支持居民健康的城市环境,具有关键意义[16]。

A. 负面影响:噪声污染与健康

环境噪声,尤其是来自交通(道路、铁路、航空)的噪声,已被公认为严重的公共健康问题。在欧洲,其所导致的环境疾病负担仅次于空气污染[102]。世界卫生组织(WHO)与欧洲环境署(EEA)估计,每年有数百万欧洲人暴露于有害的噪声水平下,由噪声引起的健康问题导致了大量健康生命年的损失(以伤残调整生命年,DALYs衡量)[102]。

心血管系统影响: 大量流行病学证据表明,长期暴露于环境噪声(尤其是使用L_den与L_night等指标评估的交通噪声),会增加罹患主要心血管疾病的风险[105]。研究一致发现噪声与以下疾病存在关联:

  • 高血压(Hypertension): 噪声作为一种压力源,诱发人体分泌肾上腺素、皮质醇等激素,急性提高血压和心率[107]。长期暴露(尤其是夜晚)可能干扰正常的夜间血压下降趋势,并导致持续性高血压[107]。荟萃分析证实道路交通与职业暴露噪声均会增加患病风险,航空噪声的证据则相对较少,且研究结果可能受具体研究设计与人群特征影响[108]。
  • 缺血性心脏病(Ischemic Heart Disease,IHD)/ 心肌梗塞(Myocardial Infarction): 噪声引起的应激反应还会导致血管内皮功能障碍,增加氧化应激、炎症反应,改变血脂与凝血功能,进而促进动脉粥样硬化,提高心肌梗塞的风险[105]。WHO估计,每年欧洲有数万例新增IHD病例及过早死亡与噪声暴露相关[106]。
  • 中风(Stroke): 类似的机制,包括应激反应、高血压以及血管损伤,也将噪声暴露与中风风险增加联系起来[109]。WHO已制定指导值(例如道路交通L_den < 53 dB、夜间L_night < 40-45 dB),旨在预防此类心血管不良后果[108]。

睡眠干扰: 噪声是导致睡眠中断的主要原因之一[105]。即使未达到完全觉醒水平,夜间噪声事件也会引发生理唤醒反应(如心率加快、血压升高、应激激素释放),并改变睡眠结构(减少深度恢复性睡眠和快速眼动(REM)睡眠,增加浅睡眠阶段)[105]。长期睡眠干扰显著增加疾病负担(西欧地区每年超过90万DALYs[107]),并对日间功能产生负面连锁效应,包括疲劳、表现下降及事故风险增加[105]。由于上述睡眠干扰及相关生理压力反应,夜间噪声暴露被认为特别有害于心血管健康[107]。

压力与心理健康: 噪声是一种强效的环境压力源[107]。长期暴露可导致个体生理应激反应增强[14]。在心理层面,噪声与烦躁感(annoyance)密切相关,这是一种包含干扰、烦恼与不满的负性心理感受,会显著降低生活质量[14]。研究还表明,噪声暴露与焦虑、抑郁及一般心理困扰风险增加存在关联[14]。

认知损伤: 噪声暴露(尤其是在学习环境中)已被证实对认知功能产生负面影响,儿童群体尤为明显[105]。表现包括阅读能力受损、注意力缺陷及记忆表现降低[14]。WHO指出,噪声引发的儿童认知损伤带来了显著的疾病负担[107]。

B. 积极影响:恢复性与促健康的声景

与噪声的有害效应形成对比的是,越来越多研究表明积极的声景可主动促进健康与福祉[103]。这与公共卫生领域的促健康(salutogenic)取向相契合,即不仅关注致病因素,也注重促进健康的正向因素。

恢复性潜力: 积极声景的一项关键益处,尤其是富含自然声的声景,在于促进心理恢复,即从精神疲劳与压力中恢复[74]。两种主要理论对此进行了解释:

  • 注意力恢复理论(Attention Restoration Theory,ART): 该理论认为,自然环境具有“软性吸引”(soft fascination,即无需费力的注意力投入),并提供“远离日常”、“延展性”与“兼容性”等特质,从而使个体的定向注意资源得到有效恢复[16]。自然声音对这些特质的贡献尤为显著[116]。
  • 压力恢复理论(Stress Recovery Theory,SRT): 该理论认为,接触无威胁的自然环境会通过进化塑造的固有反应降低生理唤醒水平,从而减轻压力[103]。

实证研究在听觉领域持续支持上述理论。现场实验显示,相比于交通或机械噪声环境,在具有自然声的环境中停留能显著改善注意力水平[116]。实验室研究和荟萃分析也表明,聆听自然声音(相较于静音或城市噪声)能显著改善情绪、提高认知表现(如注意力),降低生理压力指标(心率、血压、皮肤电导)及主观应激和烦躁感[48]。具体的自然声具有不同优势:水声与积极情绪及健康结果显著相关,而鸟鸣则特别有效地降低应激感与烦躁感[48]。声景的愉悦感、宁静感及感知自然度等属性被证实为这些恢复效应的重要中介变量[74]。

整体福祉与生活质量: 除了特定的恢复效应外,积极声景广泛促进了生活质量感知、居住环境满意度及总体福祉[16]。获得安静区域或高品质声景环境的途径,与更高的活力和满意度相关联[115]。“声舒适”概念,即创造令人舒适愉悦且无干扰的环境,是此方面的核心[4]。改善声景质量的干预措施(如城市更新项目中纳入令人愉悦的声音),已证实能够减少负面情绪与感知压力,同时提升使用者的积极情绪[16]。

安全感感知: 声景还影响了城市空间中的安全感[121]。某些声音,特别是非威胁的人类声音(如交谈或脚步声),可以通过创造社会临场感(即附近有人可能提供帮助或抑制犯罪)而提升安全感[121]。在某些场景中,自然声(如水声或鸟鸣)也与安全感增加相关,可能是通过提升环境愉悦感或掩蔽潜在威胁声实现的[121]。相反,沉寂或突发的模糊声音则可能降低安全感。这凸显了声景设计对于减少犯罪恐惧感、提升公共空间(尤其夜间)的使用性具有潜在的重要价值[121]。

C. 有关健康与福祉的深层认识及其启示

现有证据清晰表明,城市声环境对健康具有双向影响:一方面,噪声污染是一种重要的环境健康风险,会引发压力、睡眠障碍并增加心血管疾病风险;另一方面,积极的声景(尤其是包含丰富自然声的声景)则能提供恢复性效益,改善情绪,增强认知功能,并整体提升人的福祉[48]。这种双重性从根本上重塑了声景管理的理念,使其不再只是消极地降低噪声,而同时也主动培育积极且有利于健康的声景[16]。这种观念转变使声景设计从一个相对小众的声学问题,上升为潜在的公共健康策略[102]。

声音与健康结果之间的机制是多维度、多层次的,涉及直接的生理路径与间接的心理过程。噪声通过自主神经系统与内分泌系统诱发生理压力反应,进而造成内皮功能障碍、炎症反应等健康问题[107]。然而,声景感知则主要由认知与情感过程所介导。愉悦感、事件感与感知自然度等声景属性会显著影响个体的情绪状态与认知恢复能力,这一过程已通过注意力恢复理论(ART)和压力恢复理论(SRT)得到解释[74]。安全感的感知则与声景中社会线索的解读密切相关[121]。这种复杂性意味着有效的干预措施必须同时考虑声音的物理特征及声音在特定场境中的感知与解读方式。

大量研究一致发现自然声对健康和福祉的显著益处,为具体的设计策略提供了坚实的证据基础[48]。将水景[122]及可支持鸟类等声音生态的植被[82]等自然元素融入城市设计,不仅具有美学价值,更是一种潜在的健康干预措施。即使在喧嚣的城市公园中,保护现有的自然声景也对提供易于接近的恢复性体验至关重要[48]。博士研究在进一步阐明声音与健康间关系、量化特定声景干预措施在不同人群与场境中的效果,以及开发将声景因素纳入公共健康政策与健康导向城市设计的框架方面,发挥着不可或缺的作用。

VI. 声景感知与评价:理解聆听者的体验

声景概念的核心原则在于感知:声景并非仅存在于物理声波本身,而是存在于“在特定场境下,由个体或群体感知、体验和/或理解”的过程中[1]。这意味着聆听者并非如同被动的麦克风一样简单记录声音强度,而是主动的阐释者,通过听觉输入、场境与个人因素之间复杂的相互作用,构建意义并评价声环境[2]。声景评价(soundscape appraisal)即为这种评价过程[10]。因此,理解个体感知与评价的各种影响因素,是声景研究的核心问题之一。

A. 个体差异因素

个体对同一声环境的反应因个体特征而异。

噪声敏感性(Noise Sensitivity):这是目前研究最多的个体因素之一。噪声敏感性是一种内在的生理与心理状态,表现为个体对噪声的反应性增加[124]。噪声敏感性是一种稳定的个体特质,在人群中呈现差异,估计12%至40%的人群可能具有较高的噪声敏感性[124]。高噪声敏感个体报告更强的噪声烦躁感,更易发生噪声引起的睡眠干扰,并可能表现出更多负面的心理症状,如焦虑与抑郁[124]。因此,噪声敏感性显著影响声景评价,通常表现为个体对城市声音容忍度较低,更倾向于选择安静或自然环境[52]。噪声敏感性还与人格特质有关,尤其与较高的神经质(neuroticism)与内向性(introversion)相关联[124]。

人格特质(Personality Traits):除噪声敏感性外,更广义的人格维度(如大五人格模型中的神经质、外向性、开放性、宜人性与尽责性)也会影响个体对声环境的反应[124]。例如,内向个体可能比外向个体更容易受复杂或高强度声景影响。然而,目前该领域研究仍在发展中,需要进一步考虑年龄、性别等因素间的交互作用[124]。

人口学因素(Demographic Factors):年龄、性别、教育水平、职业、社会经济地位与居住历史(如城市或乡村背景、居住时长)等因素都与声景感知和偏好存在关联[55]。例如,一些研究显示女性可能报告更高的噪声敏感性或对特定声音的容忍度较低[55];而年龄较大或对某地熟悉度更高的个体可能对该地典型声音更具容忍性[92]。较高教育水平或社会经济地位有时也与更低的噪声容忍度相关[92]。然而,不同研究结果并不完全一致,这提示了不同因素之间的复杂交互作用及具体场境的重要性[55]。长期的声音体验(如家庭居住环境的声环境)也可能显著影响个体对其他空间的声音评价[92]。

期望(Expectations):人们在特定场所对声音的期望会显著塑造其感知与评价[36]。期望建立于先前经验、对场所功能的认知与文化规范之上[93]。一种声音若在场所中符合期望(例如繁忙街道上的交通声),则可能被认为是可接受的;但若声音出乎意料(如图书馆中的响亮音乐),则可能引起强烈的不满[93]。需注意的是,期望声音与喜爱声音并不相同;个体可能预期交通声,但仍觉得它不悦耳[93]。期望还涉及场所中合适的活动类型及对他人行为的预期[93]。这与Barry Truax提出的“声景能力”(soundscape competence)概念相一致,即聆听者根据自身经验和习得的联想,对声音进行诠释的能力[93]。

态度与动机(Attitudes and Motivations):个体对声音来源的态度(如认为施工噪声是否必要)或对声音制造者的态度,会影响声景评价[47]。个体身处特定空间的动机也会影响感知;例如,在公园追求安静放松的个体对声音的评价,会与仅路过或从事主动娱乐活动的人有所不同[125]。

心理状态(Psychological State):暂时的心理状态,如情绪、压力水平或疲劳程度,也会改变声音感知与评价[74]。

听觉多样性与听力水平(Aural Diversity / Hearing Ability):听力能力的差异,包括听力损失或耳鸣等听觉状况,自然会影响声音感知,尽管这一方面在声景研究中有时被忽略[86]。

B. 文化差异

正如个体之间存在差异,不同的文化背景与地理场境也会塑造群体对声景的集体体验与诠释[45]。语言影响人们描述与分类声音的方式[28],文化规范则影响对特定声音与场所的期望及价值判断[47]。

跨文化研究的证据:比较研究揭示了声景评价中显著的文化差异:

维度重要性差异:在比较欧洲与中国参与者的研究中发现,尽管两组参与者均使用“愉悦感”(Pleasantness)和“事件感”(Eventfulness)维度,但中国参与者倾向于更加重视事件感,而欧洲参与者(其中一项研究特别指出克罗地亚参与者)则更强调愉悦感[47]。类似的差异也出现在法国、韩国与瑞典参与者对事件感结构的理解中[128]。

声源感知差异:不同文化背景下,声源与感知质量之间的关系也有所不同。例如,自然声音与愉悦感/宁静感之间的正相关在欧洲参与者身上更为明显[47]。欧洲参与者更多地将充满活力的声景与人声联系起来,而中国参与者则更倾向于将活力感与自然声音联系起来[47]。对具体声音的偏好也存在文化差异,如昆虫鸣叫声或教堂钟声等[47]。

属性诠释差异:不同文化背景下,对情感感知质量(PAQ)属性的含义与评价也可能存在差异。对于ISO声景属性的翻译研究发现,“枯燥的”(monotonous)、“令人兴奋的”(exciting)、“混乱的”(chaotic)或“有事件感的”(eventful)等术语,在法语、韩语、瑞典语、英语、阿拉伯语、日语和越南语等语言中均存在不同的诠释与评分倾向[51]。

挑战:跨文化研究的一个难点在于缺乏标准化的研究方案和经验证的测量工具翻译版本[47]。如“声景属性翻译项目”(Soundscape Attributes Translation Project, SATP)等研究项目,正致力于开发并验证ISO属性在多种语言中的翻译版本,以促进可靠的跨文化研究[28]。

C. 场境依赖性

感知离不开具体的场境(context),同一声学信号在不同情境下可能具有完全不同的诠释。

场所与功能:环境类型(如公园、广场、街道、居住区、办公空间或医院)及其特定功能,显著影响了个体对声景的期望与评价[52]。一项历史街区的研究清晰表明,居住区、商业区与文化/休闲区的主要声源存在明显差异(例如居住/商业区机械噪声较多,文化/休闲区自然声音较多),这些声音对于感知愉悦感和视觉满意度的影响也因区域功能而异[53]。

活动类型:个体正在或计划从事的活动是一项重要的场境因素[91]。适合社交的声音可能会干扰阅读或休息。独自从事活动的个体通常对声景的评价(如偏好程度)与社交互动中的个体存在显著差异[91]。

时间因素:声景在不同时间(如一天之内或一年之中)自然发生变化,个体对声景的感知也相应地随昼夜或季节而改变[52]。

社会情境:其他人的存在及其行为表现,也会显著影响声景及其感知[93]。

D. 视听与多感官交互作用

感知本质上是多感官的过程。视觉、嗅觉甚至触觉都会深刻影响听觉,塑造整体的声景体验。

视听交互作用:视觉与听觉之间的联系尤为紧密,这也是声景研究中研究最为深入的多感官交互领域[54]。

视觉对听觉感知的影响:视觉元素显著调节了声景评价[54]。自然景观(如绿植、水景)能够缓解噪声烦躁感并提升感知愉悦感,甚至可以减轻交通噪声带来的负面感受[54]。建成环境的视觉特征(如建筑密度、街道尺度)也发挥了重要作用[54]。甚至声音源的可视性也会影响个体的烦躁感水平,但这种影响的方向可能因具体情境而有所不同[126]。

视听一致性:视听信息之间的一致性或协调性对于积极的环境感知至关重要[16]。当视听体验和谐统一、声音与视觉场景及期望相匹配(例如喷泉附近的水声),个体的满意度、感知质量与环境恢复性体验均得到显著增强[4]。而视听不一致可能引发困惑或降低愉悦感。

个体差异:个体对视听信息整合的能力存在差异,这可能与注意能力或工作记忆容量等因素相关[126]。

更广泛的多感官研究:考虑到感官体验不仅限于视觉与听觉,新兴研究也开始探索嗅觉(气味)与触觉等其他感官之间的交互作用[2]。例如城市微型绿地空间的研究表明,结合视觉、听觉(自然声音)和嗅觉(植物香气)等多感官刺激,相较于单一感官刺激,更有利于注意力恢复并优化空间感知[135]。具体的声音与气味甚至能引导个体视觉注意力指向环境中相应的特征[135]。这一研究趋势为在城市空间中设计整体性的多感官体验提供了新的启示。

E. 有关感知与评价的深层认识及其启示

关于声景感知的广泛研究为新兴研究者提供了若干关键认识。首先,声景感知无疑是一个复杂的构建过程,远非对物理声音的简单记录[1]。它深受聆听者内在世界的影响,包括心理特质(如噪声敏感性、人格特征)、生理状态、人口学背景、过往经历以及当前期望;同时也受到多维外部场境的塑造,包括物理环境、社会情境、文化规范,以及至关重要的其他感官信息,特别是视觉信息[47]。这种固有的主观性与场境依赖性意味着,单纯的声学方法不足以理解或预测声音环境在实际中的体验方式。

其次,适宜性(appropriateness)或一致性(congruence)的概念成为积极声景评价的重要元素[52]。人们基于声音是否“契合”场所、活动、期望及视觉场景来评价声音[91]。实现声音与场所、声音与活动、声音与视觉之间的和谐感,似乎是成功声景设计追求用户满意度与福祉的关键目标[16]。

第三,尽管个体与文化差异显著,但一些普遍模式依然存在,例如对自然声音的广泛偏好以及对交通噪声的厌恶[48]。然而,这些模式的强度、细微差异及其诠释高度依赖于具体场境[47]。例如,人声在某些情境下可能被积极感知为社会活力与安全感的指标,而在其他情境下则可能被视为烦躁的来源,这在很大程度上取决于具体场境、文化背景及个体聆听者[47]。这表明,尽管某些普遍原则可能适用,但有效的声景评估与设计仍需对每一情境的具体性给予细致关注。

对于博士生而言,这些认识具有重要启示。研究设计必须严谨地考虑感知的多方面影响因素。这包括明确界定研究场境、测量相关的个体与文化变量、采用混合方法以捕捉定量模式与定性细微差异,并在将研究结果推广至不同人群、环境或文化时保持谨慎。探索声音与其他感官之间的交互作用,是未来研究贡献中一个特别丰富且不断扩展的领域。

VII. 将声景原则融入城市规划与设计实践

声景研究的最终目标之一在于为城市规划、设计与管理提供信息并加以改进。将声景原则融入城市规划与设计中,具有创造不仅噪声更低、而且更愉悦、健康、恢复性强、支持更高生活质量的环境的潜力[16]。这要求超越传统的噪声控制——即仅关注降低分贝水平——转向更全面的方法,考虑整个声环境的感知质量,将声音视为一种需要管理和设计的潜在资源[13]。

A. 整合的必要性

将声景理念融入城市实践的必要性源于以下几个因素:

改善健康与福祉:如第五部分所述,城市声景直接影响心血管健康、睡眠质量、压力水平、认知功能、感知安全感以及整体福祉[48]。因此,塑造声环境的规划与设计决策本质上也是公共健康决策。

提升生活质量:愉悦且适宜的声景显著提升了城市空间的体验质量,影响用户满意度、场所依恋感以及城市的整体宜居性[77]。

可持续性:创造可持续的城市环境需要超越传统指标,考虑更广泛的环境质量。声景质量是环境可持续性的重要方面,不仅影响人类体验,还可能对城市生态系统产生影响[48]。

以人为本的设计:声景方法以人类感知和场境中的体验为核心,与更广泛的以人为本的城市设计与规划趋势相一致[16]。

B. 当前状况:研究与实践之间的差距

尽管有令人信服的必要性以及快速增长的学术研究成果,声景原则在日常城市规划与设计实践中的实际应用仍然有限[2]。研究者产生的知识与实践者(如城市规划师、景观设计师、建筑师、政策制定者)的应用之间存在显著差距[38]。导致这一差距的主要障碍包括:

噪声控制范式的主导地位:规划法规和专业实践仍主要关注噪声水平(分贝)及减缓措施,将声音主要视为一种需控制在特定阈值以下的污染物[38]。

缺乏意识与培训:许多实践者缺乏对声景概念的认知或除基本噪声控制外的声学设计原则的具体培训[38]。研究者与实践者之间在术语和概念框架上的差异也阻碍了沟通[38]。

缺乏实用工具与指导:实践者普遍认为缺乏可获取的、实用的工具、明确的设计指南以及专门为其实施声景原则量身定制的令人信服的案例研究[38]。现有工具可能更适用于声学家,而非规划师或设计师[38]。

考虑时机的滞后:声音与声学往往在设计过程的后期才被考虑,此时关于布局和形式的主要决策已完成,限制了有效整合的潜力[38]。

整合挑战:将主观的、定性的感知数据纳入通常优先考虑客观、可量化指标的规划系统中存在困难[39]。

政策与法规框架:规划政策和法规中明确包含声景概念的情况仍然罕见,尽管一些案例正在浮现[39]。

资源限制:规划部门或设计公司内部缺乏时间、预算和专业知识也可能成为障碍[40]。

C. 声景设计原则与策略

整合声景需要采纳特定的原则并运用一系列设计策略:

核心原则:

声音作为资源:将声音不仅视为废弃物,而是一种可以积极塑造体验的元素[13]。

以感知为导向:优先考虑人类在具体场境中的感知与体验[1]。

一致性:追求声景、视觉景观、场所功能以及用户活动/期望之间的和谐[16]。

积极的声音设计:积极设计愉悦且适宜的声音,而不仅仅是消除噪声[102]。

干预策略:

噪声减少/缓解:在噪声水平存在问题的情况下,采用传统技术仍然很重要。这包括使用噪声屏障、优化道路表面、管理交通流量、设计建筑布局以保护敏感区域(创造安静立面),以及确保良好的隔音效果[16]。

引入期望的声音:主动添加或增强被积极感知的声音:

水景元素:喷泉、瀑布、溪流可以有效掩盖交通噪声(效果取决于水景类型和噪声水平),且通常被认为令人愉悦和放松[16]。声音映射有助于确定最佳位置和类型[122]。

自然声音:通过种植和栖息地创造促进生物多样性,可以增加鸟鸣和树叶沙沙声等令人愉悦的声音[16]。战略性地使用植被还可提供一定的声学屏蔽[79]。

声音艺术/音频装置:有目的设计的装置(“音频岛”)可以引入特定声音以塑造感知、增强场所身份感或掩盖不希望听到的噪声[16]。

声音掩盖:利用愉悦或中性的声音(通常是水声或特别设计的声音)来掩盖或减少不太理想的声音(如交通噪声或办公室交谈)的可察觉性[26]。掩盖声音必须与场境相适宜[26]。

声学分区与安静区域管理:识别具有特定声学质量目标的区域,并实施措施保护因宁静感而被重视的区域[69]。这包括根据欧盟《环境噪声指令》(END)的要求,指定和保护“安静区域”,不仅考虑低分贝水平,还要考虑感知质量、可达性及绿色程度[69]。

城市形态与材料:考虑街道、建筑和开放空间的形状、尺寸及布局,以及表面材料的选择如何影响声景。

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