基于诱发电位的声感觉评价方法研究

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人体舒适性与建筑物理环境息息相关,声环境舒适性是评估室内环境的重要环节,影响人们的工作效率、情绪变化和身体健康。人脑中存在着生物电,即脑电波。自然界的万物皆遵守能量守恒定律,大脑的中枢神经电场也遵守能量守恒规律。当人脑受到外界环境的声音刺激时,神经细胞内外产生神经冲动,神经冲动在神经传导通路中形成脑电流。脑干听觉诱发电位(Brainstem auditory evoked potential,BAEP)是由声刺激引起的神经电位活动客观指标,利用该客观指标反映人体的主观声感受,是客观评价声环境舒适性的一种新研究思路。本文从人体声舒适问题出发,以脑干听觉诱发电位为客观指标,运用小波变换的能量分析方法,结合声感觉评价的主观问卷调查,得到基于BAEP能量系数的声感觉舒适区间,为评价人体声舒适提出新的研究思路和方法。首先,设计噪音环境下声感觉实验,通过控制背景噪音声压级、频率的变化,对受试者的主观声感觉评价进行调查。同时,利用听觉诱发电位仪,对受试者进行脑干听觉诱发脑电的测试实验,记录客观脑电数据。其次,对测得的脑干听觉诱发电位波形曲线的潜伏期、幅值进行分析,研究人体听觉传导通路。最后,运用小波变换能量分析方法,结合声环境舒适度的主观调查问卷,进一步研究人体声舒适机理,得到人体声感觉的舒适评价区间。基于上述研究,本文主要结论如下:(1)主刺激声不变,背景噪音声压级、频率对主观声感觉评价有影响。随着背景噪音声压级的增大,环境响度增强,减弱了刺激感,使人体综合舒适度提高。当背景噪音声压级为高强度时,频率升高,使得刺激感减弱,综合舒适度提高。(2)主刺激声不变,背景噪音声压级、频率对脑干听觉诱发电位潜伏期、幅值有影响。背景噪音声压级增大,诱发电位的Ⅴ波潜伏期延长,诱发电位Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ波幅值变化趋势均减小。背景噪音频率增大,诱发电位的Ⅰ波潜伏期提前,Ⅲ、Ⅴ波潜伏期延长,诱发电位的Ⅴ波幅值减小。(3)主刺激声不变,人体的主观声感觉使脑干听觉诱发电位潜伏期、幅值发生变化。环境响度的增大会延长Ⅴ波潜伏期,使Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ波幅值降低。人体刺激感的增强会缩短Ⅴ波潜伏期,使Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ波幅值增大。人体综合舒适度的提升会延长Ⅴ波潜伏期,使Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ波幅值降低。(4)运用小波变换能量分析方法计算“BAEP能量系数”,可对人体声舒适进行客观评价。这种处理方法反映了人耳在接受某声压级下的声音刺激后,大脑皮层神经元突触后电位总和的波动程度。用此方法对声音刺激程度和人体舒适性进行评价,从听觉产生的原理上具有可行性。(5)背景噪音声压级和频率的变化,对“BAEP能量系数”有显著影响。背景噪音声压级不断增大,脑干听觉诱发电位测试中的主声音刺激信号的声压级保持不变,此时信噪比不断降低。随着信噪比的降低,BAEP能量系数不断减小,听觉诱发电位信号的能量减小,大脑听觉神经消耗的能量减少。背景噪音频率的增大也会使BAEP能量系数不断减小,即听觉诱发电位信号的能量减小,大脑听觉神经消耗的能量减少。(6)结合背景噪音声压级、“BAEP能量系数”与人体的主观声感觉评价,得到人体声感觉舒适评价区间。根据能量守恒,人脑的做功转化为了生物电能,人脑做功越多,产生的脑电波就越强,对应的听觉诱发电位的能量就越高。相反的,人脑做功越少,产生的脑电波就越弱,对应的听觉诱发电位的能量就越低。由此可见,利用脑电能量分析的方法遵循人体舒适低能耗的规律。
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