1、人因工程学人因工程学北京理工大学第五章第五章 听觉特性及听觉显示器设计听觉特性及听觉显示器设计听觉的形成听觉特性听觉显示器设计听觉的形成听觉的形成听觉听觉听觉的形成听觉的形成在一家小型制造公司里，一名工人正在因为工作场所里的噪音变得越来越沮丧，而且这是一项无趣且压力很大的工作。这些噪音还让她每天回家后都会感觉到耳鸣和头疼。她的心情变得越来越沮丧，尤其是有一天，她差点漏听了设备的警报声，险些酿成事故。当她的丈夫问她为什么不戴上耳塞以屏蔽噪音时，她回答说：“那东西戴着不舒服。而且戴上后我就更难听到警报声了，和相邻机器的操作员谈话也会很困难，可谈话是我在工作中仅有的乐趣之一。”几天后，职业安全和健康
2、委员会（OSHA）来到这家工厂，对她提出的诉求进行评估之后，这些问题终于得到了解决。听觉的形成听觉的形成三种声音三种声音噪音-不喜欢的，不愉快的乐音-用于警报语音-用于交流听觉的形成听觉的形成听觉的形成听觉的形成听觉系统主要包括耳、传导神听觉系统主要包括耳、传导神经与大脑皮层听区等三个部分。经与大脑皮层听区等三个部分。听觉器官可分为听觉器官可分为外耳、中耳、外耳、中耳、内耳三部分内耳三部分耳朵感受的物理刺激耳朵感受的物理刺激-声音振动。声音振动。三个要素：三个要素： 波长、速度、频率波长、速度、频率前庭蜗器（耳）：前庭蜗器（耳）：外耳（声波传导装置）外耳（声波传导装置）中耳（声波传导装置）中耳
3、（声波传导装置）内耳（接受声波和位觉刺激）内耳（接受声波和位觉刺激）外耳外耳中耳中耳内耳内耳听觉的形成听觉的形成听觉的形成听觉的形成 将空气中的声波转变为机械振动将空气中的声波转变为机械振动 耳耳廓将收集到的外界声波，经外耳道传至鼓廓将收集到的外界声波，经外耳道传至鼓膜引起鼓膜与之发生同步振动。膜引起鼓膜与之发生同步振动。 将液体波动转变为神经冲动将液体波动转变为神经冲动 耳耳蜗内淋巴液的波动引起基底膜的蜗内淋巴液的波动引起基底膜的振动，这种振动在毛细胞内产生振动，这种振动在毛细胞内产生神经冲动，经传入神经传至大脑神经冲动，经传入神经传至大脑听觉中枢，产生听觉。听觉中枢，产生听觉。 将机械振动
4、转变为液体振动将机械振动转变为液体振动鼓膜的振动推动中耳内起杠杆作鼓膜的振动推动中耳内起杠杆作用的听骨链，经放大后通过卵圆用的听骨链，经放大后通过卵圆窗进入内耳，引起耳蜗内淋巴液窗进入内耳，引起耳蜗内淋巴液的波动。的波动。听觉的形成听觉的形成声音的种类声音的种类 声音分为纯音和复合音。声音分为纯音和复合音。纯音为单一频率的声音纯音为单一频率的声音。 复合音又可分为音乐、语言和噪声。复合音又可分为音乐、语言和噪声。 噪声噪声指指所属所属各纯各纯音音间的间的频频率不率不成整成整倍倍数关数关系系，其，其波形波形是是非周期的声音，泛指人们不需要的声音。非周期的声音，泛指人们不需要的声音。 噪声具有相对
5、噪声具有相对性性既具有物理含义，又具社会意义。既具有物理含义，又具社会意义。人因工程学人因工程学北京理工大学听觉显示器的设计听觉显示器的设计在某些类型的环境中，在某些类型的环境中，听觉显示器优于视觉显示器听觉显示器优于视觉显示器：听觉显示器听觉显示器 当信号源本身就是一个声音时。 当信息简短时。 当信息以后不会再被提及时。 当信息处理的是及时性事件时。 当警告已经发出，或者信息要求立即行动时。 当出现某些类型的持续改变的信息时，如飞机、无线电，或者航线信息。 当视觉系统已经超负荷时。 当言语通道已经完全被占用时. 当照明条件有限时 当信息接受者从一个地方移动到另外一个地方时 当要求口头反馈时听
6、觉显示器的设计听觉显示器的设计听觉显示接收时人的功能听觉显示接收时人的功能探测探测（确定是否出现了既（确定是否出现了既定的信号，如警告信号）定的信号，如警告信号）相对分辨相对分辨（在两个或者（在两个或者多个相近信号之间做出多个相近信号之间做出区分）区分）定位定位（确定信号来（确定信号来源的方向）源的方向）绝对识别绝对识别（当只有一（当只有一个信号出现时，鉴别个信号出现时，鉴别出它属于哪一类别的出它属于哪一类别的一个特定信号）一个特定信号）听觉显示器的设计听觉显示器的设计定位研究举例：定位研究举例：Caelli和和Porter（1980）提供了一个声音定位研究的实践操作的例子，）提供了一个声音定
7、位研究的实践操作的例子，即即确定救护车警报器的方向确定救护车警报器的方向。实验对象坐在。实验对象坐在一辆一辆100米外米外的车内听一个的车内听一个2秒秒钟的警笛声钟的警笛声（在救护车的位置处声级是（在救护车的位置处声级是120dBA）。他们）。他们被要求估计它的方被要求估计它的方向和距离向和距离。实验对象。实验对象倾向于过多估计了警笛的距离倾向于过多估计了警笛的距离。也就是说，实验对象认。也就是说，实验对象认为的距离比实际的要远。为的距离比实际的要远。这在现实生活中是一个这在现实生活中是一个危险的错误。就定位而言，实验对象经常偏离方。就定位而言，实验对象经常偏离方向向180。三分之一的测试判断
8、了完全相反的方向。当警笛在驾驶员后面的。三分之一的测试判断了完全相反的方向。当警笛在驾驶员后面的时候，判断得就更差了。有二分之一至三分之二的时候，实验对象认为警笛时候，判断得就更差了。有二分之一至三分之二的时候，实验对象认为警笛在他们前面！当驾驶员一侧的窗户摇下来的时候，窗户一侧耳朵收到的声音在他们前面！当驾驶员一侧的窗户摇下来的时候，窗户一侧耳朵收到的声音强度比乘客一侧的耳朵收到的强度高，即使是声音来自于乘客的一侧也是这强度比乘客一侧的耳朵收到的强度高，即使是声音来自于乘客的一侧也是这样。这会给实验对象错误的定位线索，从而造成较差的定位效果。样。这会给实验对象错误的定位线索，从而造成较差的定
9、位效果。听觉显示器的设计听觉显示器的设计听觉显示器的设计原则听觉显示器的设计原则相容性相容性相似性相似性可分离可分离节制节制不变动不变动如果可能的话，信号维度和解码的选如果可能的话，信号维度和解码的选择应该择应该采用使采用使用者学用者学到的或到的或者者天然天然的关的关系。系。例如，高频率与上升和高相伴，例如，高频率与上升和高相伴，尖啸信尖啸信号与紧号与紧急相关急相关联。联。当展示复合信息时，应该考虑当展示复合信息时，应该考虑二阶段二阶段信号信号。信号阶信号阶段要包段要包括：括：（1） 要注意的信号为了吸引注意力和鉴别信要注意的信号为了吸引注意力和鉴别信息。息。（2） 分配信号：跟据要注意的信号
10、，在第一分配信号：跟据要注意的信号，在第一个信号个信号所指出所指出的总体的总体范畴内范畴内分配准分配准确信息。确信息。听觉信号应该很容易与其他正在进行听觉信号应该很容易与其他正在进行的无线的无线输入相输入相区分（区分（无论是无论是有意义有意义的输的输入还是噪音。入还是噪音。给操作人员的输入信号给操作人员的输入信号不应该提供多不应该提供多余的信余的信息息。同样的信号应该一直传递同样的信息同样的信号应该一直传递同样的信息。铃声铃声汽笛汽笛报警器报警器急警器急警器听觉显示器的设计听觉显示器的设计蜂鸣器蜂鸣器电话电话展示原则0203建立与周围环境噪音建立与周围环境噪音级相对应的强度级相对应的强度应该设
11、置强度级数，使应该设置强度级数，使其不被周围环境的噪音其不被周围环境的噪音级数所遮盖。级数所遮盖。避免极端的听觉维避免极端的听觉维度，度，例如，高强度例如，高强度 01信号会引起惊吓反信号会引起惊吓反应，实际上会扰乱应，实际上会扰乱成效成效不要让听力频道超负荷不要让听力频道超负荷在每一种情况下，应该只使用在每一种情况下，应该只使用几种信号。过多的信号会造成几种信号。过多的信号会造成困扰，使接收者超负荷（困扰，使接收者超负荷（在三在三里岛核事故中，启动了超过里岛核事故中，启动了超过60个不同的听觉警告信号。个不同的听觉警告信号。）04 使用断续的或使用断续的或者变化的信号者变化的信号如果可能，避免使用稳定状态如果可能，避免使用稳定状态的信号，而是的信号，而是用断续的或者变用断续的或者变化的信号化的信号。听觉显示器的设计听觉显示器的设计听觉显示器的展示原则听觉显示器的展示原则
