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面部表情分析系統助力城市聲音景觀研究
2019-8-27 閱讀(1894)
隨著社會生活的發展，人們對生活居住環境的要求也越來越高。噪音會影響人們的生活質量，但僅僅關注噪音是遠遠不夠的。所以，聲音景觀(Soundscape)簡稱聲景，開始日益受到關注。那么聲景是什么呢？
所謂聲景，標準將其定義為：個體、群體或社區所感知的在給定場景下的聲環境。它是研究人、聽覺、聲環境與社會之間的相互關系，是營造健康、良好居住環境的重要因素之一。這里要指出的是，它與傳統的噪音控制是有差異的。聲景注重的是人的感知和積極和諧的聲音，并非只側重噪音。
研究聲景并進行有規劃的相關設計，可以從整體上了解人們對聲音的感受，從而能夠真正為人們營造舒適、的聲音生態環境。已經有大量的研究人員針對聲音景觀進行了研究，如城市街道、公園、學校、公交站與自然聲、噪聲(如飛機、鐵路、道路等)，但這些研究基本上是以主觀問卷調查為主，為了得出更客觀的數據結果，需要更客觀的研究工具。
面部表情分析系統是一款專業用于測量和分析面部表情的軟件，應用領域極其廣泛，如心理學研究、游戲研究、消費者行為研究、感官測試研究、測謊研究等，但在城市聲景研究領域卻很少使用。為此，哈爾濱工業大學和倫敦大學學院的學者們就做了一項關于城市聲音景觀的研究。
該研究采用主觀問卷調查與面部表情分析系統(FaceReader)相結合，研究目標是：一、對比問卷調查結果與面部表情分析結果，探討面部表情分析系統是否能夠應用于聲景觀研究；二、分析不同聲音景觀對面部表情的影響。
該研究對城市的8個不同地點進行了錄音，如下圖1所示：
圖1
其中P1:濱水區公共活動場所，P2:主干道附近的停車場，P3:橋下公共活動區域，P4:主干道附近的歷史建筑區，P5:城市主干道，P6:濱水廣場,P7:公園聚會場地，P8: 公交站附近。
測試是在特定的實驗場景進行，如圖2所示：
圖2
被試在測試時坐在固定的座位上，座位前方配有與電腦連接的攝像頭，聆聽錄音時，會在大熒幕上給被試展示錄音所在地的全景。數據分析主要分為主觀問卷和面部表情分析兩個階段。
一、主觀問卷
被試在聽完錄音后會填一份問卷，主要內容如表2所示，主要包括一些個人基本信息、對聲環境舒適性的評價和聲音的主要組成。
圖3
P1,P3,P6處的錄音主要由大自然的聲音為主,P2, P4, P5處的錄音主要由交通噪音構成，P7, P8主要由人為音構成。圖3是被試對8個不同地點聲景環境舒適性的評價結果。從圖3可以看出：被試對P1,P3,P6和P7的聲環境舒適性評價較高，P8次之，然后是P2,P4,評價低的是P5。
二、面部表情分析
面部表情分析系統可分析中性、高興、悲傷、驚訝、恐懼和厭惡等基本情緒和效價，在人的基本表情種，高興和悲傷變化為明顯，積極和消極情緒的也體現在情緒效價上，所以該研究主要關注高興、悲傷和情緒效價，圖4,5為面部表情分析結果。
圖4
P1,P3,P6處的錄音主要由大自然的聲音為主，P8位于一條非常安靜的街道上，伴有間歇式的交通噪音，同時還有音樂、對話聲音等。從圖4可以看出：
• 被試聽P1,P3,P6,P8處錄音時，情緒效價趨勢得到提高;
• P1處以水聲為主，被試的情緒效價先上升后保持平穩,表明水聲可促使情緒保持穩定；
• P3處以鳥叫聲為主，被試的情緒效價呈波動式上升，表明鳥叫聲對情緒效價的影響隨著時間的增加而上升；
• 聲音對情緒的影響是波動變化的(P3,P6)。
圖5
從圖5可以得出：
• 從總趨勢來看,P2,P4,P5,P7處的錄音,對被試的情緒效價有消極影響;
• P2處并非是持續的交通噪音，所以情緒效價會有階段式的上升(前半段比較安靜，音樂聲也比較明顯),后半段交通噪音和機器聲比較顯著，所以情緒效價降低；
• P4,P5錄音開始時,被試情緒效價降低，錄音結束后,被試情緒效價基本恢復到初狀態；
• P5處被試情緒效價下降比P4處更明顯，因為P5是主干道,而P4離主干道較遠一些，噪音也小很多。
三、結論
•表情數據結果與問卷結果基本保持一致,證實了面部表情分析系統可以用于城市聲音景觀研究;
• 問卷調查結果中,被試對與大自然的聲音評價比較積極,對與交通噪音等相關的評價比較低；
• 大自然的聲音能夠提高被試的情緒效價,以水聲為主的會使被試保持穩定的情緒狀態,以鳥叫聲為主的,被試的情緒效價會隨著時間的增加而上升；
• 交通、機器噪音對被試的情緒有消極影響,錄音播放結束后，被試的情緒效價會恢復到初的狀態;
• 聲級比較低的噪音對被試情緒可能存在一定的積極影響。
