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【摘要】从人机工程学角度探讨了驾驶环境收听音乐的选取问题，结论说明在驾驶环境应选取频率低于5000Hz的音乐较为适宜，且音乐的节奏及不同人群对音乐类型的喜好均对驾驶疲劳的唤醒具有重要影响。
【关键词】驾驶疲劳；听阈；音频；唤醒
引言
汽车驾驶已经成为当今人们生活中不可或缺的一部分，持续长时间的驾驶会使人产生困倦导致驾驶警觉性下降，极易发生交通事故，实际人连续开车两小时左右就会产生脑力疲劳，尤其在单一路况下。然而车载音乐的出现对疲劳驾驶的缓解具有一定影响，1908年Yerkes和Dodson提出了唤醒理论（arousal theory），认为音乐有利于维持警觉，可帮助驾驶员活跃意识，改善情绪，使其处于最佳唤醒水平来达到最好行为绩效。但听音乐的过程中很有可能由于乐曲的风格、频率、响度等因素导致汽车性能的反馈和听觉警告信号被掩盖增加驾驶风险，所以该如何利用音乐的唤醒效果来促进驾驶警觉并规避分心，是一个十分复杂且重要的研究课题。
一、驾驶音乐的听阈
（一）管弦乐听阈范围
驾驶时噪音对音乐的播放质量干扰很大，因此首先需考虑如何使驾驶员清楚地欣赏音乐，再来减轻疲劳、维持警觉。从人机工程学的角度来看，人对声音的感知具有一定的区域限制，正常人可听声频范围约为20-50000Hz，在这个听阈范围内，管弦乐的频率范围在50-15000Hz之间，其声强范围约为，人与人对话的听阈范围包含于其中[1]。在声学上通常采用公式[2]表达声强与声强级之间的关系，（式中Li为声强级，单位为分贝（dB）；I为该声音的声强，单位为瓦/米2（）；Io是1000Hz纯音的听阈声强，为10-12。）
由此转化出管弦乐的声强级范围：
驾驶音乐的选取应在管弦乐的听阈范围内，即频率为50-15000Hz，声强为30-100dB。
（二）声音的方向敏感度
人的耳朵对不同频率的声音接收敏感度有所不同：对于频率为200Hz的声音，其入射角最小，敏感度方向是360。，即该频率声音在任何方向上均可听到；500Hz、2500Hz、5000Hz频率的声音敏感范围依次越来越小；且频率越高，相应对于方向的依赖程度越大[1]。
由于车内扬声器的数量有限，驾驶音乐收听时的清晰感及驾驶员的生理舒适感受到听觉方向敏感干扰。一般扬声器位置为前后车门附近或座位上方，频率5000Hz的纯音不完全在驾驶员右耳的敏感方向内，所以驾驶音乐选取频率范围应低于5000Hz，且从生理角度来讲，这类音乐长时收听更加舒适且对人耳损伤小。
（三）噪音干扰
声音具有“掩蔽效应”，指一个声音成分使人耳对另一个声音成分的感受性降低的现象，在与外界杂音相同强度时，高频音容易被低频音掩盖，所以为避免发动机等噪音（车外噪音频率：1000-2500Hz）及发动机震动引起的车内共鸣（车内噪音频率：30-200Hz），驾驶音乐频率范围应选在200-5000Hz、声强级在30-100dB之间，为排除重合频率段（1000-2500Hz）内的掩蔽干扰，驾驶员可适当增大声强，但美国职业安全卫生管理局（OSHA）规定人而最大可承受85dB的声音强度连续8小时无负面影响，所以播放音乐的声强级最大不应超过85dB，否则对健康有害，且容易干扰驾驶警觉，造成事故。
二、音乐的选取及检验
（一）实验材料选取
采用MusicScope音乐频率监测器，全程监测整首歌曲的频率，从50首中低频音乐中筛选出三首频率在200-5000Hz范围内不同类型的音乐：慢速纯音乐《沉睡大地》、快速纯音乐《克罗地亚狂想曲》、乡村摇滚音乐《Hotel California》，另加选一首高频摇滚歌曲《Highway to hell》。
（二）实验设计及结果
将这四首歌制作成光盘分别放在20个被试车上，其中13男7女，年龄分别为25-35岁11位，35-55岁9位，当被试连续驾驶两小时之后开始播放，并采用事后访谈法对其进行访谈。
实验结果如下：20个被试均表示歌曲收听基本清晰，并在疲倦时收听音乐对保持警惕起到了一定的作用，甚至被完全唤醒，但有无歌词影响不大，主要与音乐旋律有关。其中有19位表示高频摇滚《Highway to hell》会使其听觉不适甚至情绪躁动，只有1位表示无明显不适；11人表示《Hotel California》唤醒效果最好，能达到警醒效果，7人认为《克罗地亚狂想曲》唤醒效果最好，另两人认为这两首歌曲唤醒效果一样；且有17位表示《沉睡大地》节奏过慢对疲劳并无改善甚至会加速睡眠。
三、讨论
（一）音频对驾驶疲劳的影响
在音乐素材的四首歌曲中，高频音乐《Highway to hell》普遍被认为长时收听会产生不适感，甚至使驾驶员情绪躁动，而其他三首歌曲并无不适，这说明200-5000Hz频率范围内的音乐更适合驾驶环境收听，高频音乐对驾驶员的情绪及生理有负面影响。
（二）节奏对驾驶疲劳的影响
《沉睡大地》与《克罗地亚狂想曲》均为无歌词纯音乐，但多数被试者表示《克罗地亚狂想曲》有唤醒效果，《沉睡大地》并无影响甚至有负影响，这说明音乐节奏快慢的唤醒作用并不相同，是一个重要的影响因素。
（三）音乐的喜好对驾驶疲劳的影响
有人认为《Hotel California》的唤醒效果好，也有人认为《克罗地亚狂想曲》更有效，说明不同人群对音乐的喜好不同，疲劳时对不同类型的音乐敏感程度则不同，这是另一个音乐唤醒疲劳的重要影响因素。
四、结论
音乐对驾驶疲劳唤醒作用的大小由许多因素决定，如人们对音乐类型的喜好、音乐节奏的快慢、音乐频率的高低等都对唤醒程度及有无产生很大影响，可以确定的是驾驶环境下选择频率范围200-5000Hz的音乐使驾驶员处于更加舒适的状态，并在此基础上清晰的欣赏音乐达到警醒目的，而音乐节奏及喜好的影响值得更加深入具体的研究。
参考文献
[1]丁玉兰.人机工程学（第四版）[M].北京：北京理工大学出版社，2011.
[2]赵江洪.人机工程学[M].高等教育出版社，2006.
作者简介：杨子婧（1990—），女，陕西咸阳人，陕西科技大学，学生，2013级硕士，研究方向：设计学；乔现玲（1976—），女，陕西蒲城人，陕西科技大学，硕士生导师，硕士，研究方向：应用人机工程学、工业设计创新服务平台；王文蕾（1990—），女，陕西兴平人，陕西科技大学，硕士研究生，2013级硕士研究方向：设计学。
【关键词】驾驶疲劳；听阈；音频；唤醒
引言
汽车驾驶已经成为当今人们生活中不可或缺的一部分，持续长时间的驾驶会使人产生困倦导致驾驶警觉性下降，极易发生交通事故，实际人连续开车两小时左右就会产生脑力疲劳，尤其在单一路况下。然而车载音乐的出现对疲劳驾驶的缓解具有一定影响，1908年Yerkes和Dodson提出了唤醒理论（arousal theory），认为音乐有利于维持警觉，可帮助驾驶员活跃意识，改善情绪，使其处于最佳唤醒水平来达到最好行为绩效。但听音乐的过程中很有可能由于乐曲的风格、频率、响度等因素导致汽车性能的反馈和听觉警告信号被掩盖增加驾驶风险，所以该如何利用音乐的唤醒效果来促进驾驶警觉并规避分心，是一个十分复杂且重要的研究课题。
一、驾驶音乐的听阈
（一）管弦乐听阈范围
驾驶时噪音对音乐的播放质量干扰很大，因此首先需考虑如何使驾驶员清楚地欣赏音乐，再来减轻疲劳、维持警觉。从人机工程学的角度来看，人对声音的感知具有一定的区域限制，正常人可听声频范围约为20-50000Hz，在这个听阈范围内，管弦乐的频率范围在50-15000Hz之间，其声强范围约为，人与人对话的听阈范围包含于其中[1]。在声学上通常采用公式[2]表达声强与声强级之间的关系，（式中Li为声强级，单位为分贝（dB）；I为该声音的声强，单位为瓦/米2（）；Io是1000Hz纯音的听阈声强，为10-12。）
由此转化出管弦乐的声强级范围：
驾驶音乐的选取应在管弦乐的听阈范围内，即频率为50-15000Hz，声强为30-100dB。
（二）声音的方向敏感度
人的耳朵对不同频率的声音接收敏感度有所不同：对于频率为200Hz的声音，其入射角最小，敏感度方向是360。，即该频率声音在任何方向上均可听到；500Hz、2500Hz、5000Hz频率的声音敏感范围依次越来越小；且频率越高，相应对于方向的依赖程度越大[1]。
由于车内扬声器的数量有限，驾驶音乐收听时的清晰感及驾驶员的生理舒适感受到听觉方向敏感干扰。一般扬声器位置为前后车门附近或座位上方，频率5000Hz的纯音不完全在驾驶员右耳的敏感方向内，所以驾驶音乐选取频率范围应低于5000Hz，且从生理角度来讲，这类音乐长时收听更加舒适且对人耳损伤小。
（三）噪音干扰
声音具有“掩蔽效应”，指一个声音成分使人耳对另一个声音成分的感受性降低的现象，在与外界杂音相同强度时，高频音容易被低频音掩盖，所以为避免发动机等噪音（车外噪音频率：1000-2500Hz）及发动机震动引起的车内共鸣（车内噪音频率：30-200Hz），驾驶音乐频率范围应选在200-5000Hz、声强级在30-100dB之间，为排除重合频率段（1000-2500Hz）内的掩蔽干扰，驾驶员可适当增大声强，但美国职业安全卫生管理局（OSHA）规定人而最大可承受85dB的声音强度连续8小时无负面影响，所以播放音乐的声强级最大不应超过85dB，否则对健康有害，且容易干扰驾驶警觉，造成事故。
二、音乐的选取及检验
（一）实验材料选取
采用MusicScope音乐频率监测器，全程监测整首歌曲的频率，从50首中低频音乐中筛选出三首频率在200-5000Hz范围内不同类型的音乐：慢速纯音乐《沉睡大地》、快速纯音乐《克罗地亚狂想曲》、乡村摇滚音乐《Hotel California》，另加选一首高频摇滚歌曲《Highway to hell》。
（二）实验设计及结果
将这四首歌制作成光盘分别放在20个被试车上，其中13男7女，年龄分别为25-35岁11位，35-55岁9位，当被试连续驾驶两小时之后开始播放，并采用事后访谈法对其进行访谈。
实验结果如下：20个被试均表示歌曲收听基本清晰，并在疲倦时收听音乐对保持警惕起到了一定的作用，甚至被完全唤醒，但有无歌词影响不大，主要与音乐旋律有关。其中有19位表示高频摇滚《Highway to hell》会使其听觉不适甚至情绪躁动，只有1位表示无明显不适；11人表示《Hotel California》唤醒效果最好，能达到警醒效果，7人认为《克罗地亚狂想曲》唤醒效果最好，另两人认为这两首歌曲唤醒效果一样；且有17位表示《沉睡大地》节奏过慢对疲劳并无改善甚至会加速睡眠。
三、讨论
（一）音频对驾驶疲劳的影响
在音乐素材的四首歌曲中，高频音乐《Highway to hell》普遍被认为长时收听会产生不适感，甚至使驾驶员情绪躁动，而其他三首歌曲并无不适，这说明200-5000Hz频率范围内的音乐更适合驾驶环境收听，高频音乐对驾驶员的情绪及生理有负面影响。
（二）节奏对驾驶疲劳的影响
《沉睡大地》与《克罗地亚狂想曲》均为无歌词纯音乐，但多数被试者表示《克罗地亚狂想曲》有唤醒效果，《沉睡大地》并无影响甚至有负影响，这说明音乐节奏快慢的唤醒作用并不相同，是一个重要的影响因素。
（三）音乐的喜好对驾驶疲劳的影响
有人认为《Hotel California》的唤醒效果好，也有人认为《克罗地亚狂想曲》更有效，说明不同人群对音乐的喜好不同，疲劳时对不同类型的音乐敏感程度则不同，这是另一个音乐唤醒疲劳的重要影响因素。
四、结论
音乐对驾驶疲劳唤醒作用的大小由许多因素决定，如人们对音乐类型的喜好、音乐节奏的快慢、音乐频率的高低等都对唤醒程度及有无产生很大影响，可以确定的是驾驶环境下选择频率范围200-5000Hz的音乐使驾驶员处于更加舒适的状态，并在此基础上清晰的欣赏音乐达到警醒目的，而音乐节奏及喜好的影响值得更加深入具体的研究。
参考文献
[1]丁玉兰.人机工程学（第四版）[M].北京：北京理工大学出版社，2011.
[2]赵江洪.人机工程学[M].高等教育出版社，2006.
作者简介：杨子婧（1990—），女，陕西咸阳人，陕西科技大学，学生，2013级硕士，研究方向：设计学；乔现玲（1976—），女，陕西蒲城人，陕西科技大学，硕士生导师，硕士，研究方向：应用人机工程学、工业设计创新服务平台；王文蕾（1990—），女，陕西兴平人，陕西科技大学，硕士研究生，2013级硕士研究方向：设计学。