鸟类鸣声声学参数及其人类感知愉悦度的分析

《Frontiers in Bird Science》：Analyzing the acoustic parameters of bird vocalizations and their perceived pleasantness by humans

　　

部分鸟鸣相较其他鸟鸣被感知为更愉悦且具有恢复作用。特定声学参数与人类愉悦声体验的关联，以及该关联如何与观鸟专业化程度及听者对鸟类的珍视程度相关，尚待研究。研究人员就此在实验室研究中邀请德国成年听者，对123种欧洲鸟类的鸟鸣声愉悦度进行评分，进一步测量频率、振幅与带宽并将其与感知声愉悦度关联，同时考察声愉悦度是否与声样中元素总数及声复杂度相关。结果显示，具有较高低频与峰值频率、较低振幅与高频、较窄带宽的鸟鸣被感知为更愉悦；此外，复杂度更高的声音与更高愉悦度评分相关；最后，越珍视鸟类的参与者对声音评分越高，而观鸟专业化程度与感知愉悦度无关，表明该指标不依赖于鸟类知识或相关活动。研究揭示了人类感知中与声愉悦度相关的物种特征，有助于评估、维持和提升自然空间的游憩价值。

研究背景与立项依据：鸟鸣作为自然声景核心组分，其多样性邻近人类生活，但鸟鸣并非为人类愉悦而演化。已有研究证实自然声景尤其是鸟鸣具有较高心理恢复（psychological restoration）潜力，而愉悦度（pleasantness）作为主观感知指标受声学属性与听者特征共同影响。既往研究多聚焦单一客观声学特征（如基频），尚未系统考察多声学参数联合作用，也未阐明听者观鸟专业化（birding specialization）与对鸟态度（perception of birds）如何调节该关系。为此，研究人员在《Frontiers in Bird Science》报道一项受图宾根大学伦理委员会批准的研究，旨在以123种德国分布野生鸟类鸣声为刺激，量化频率、振幅、带宽及复杂度等客观参数，并关联德国成人实验室听评数据，以揭示声学属性与主观愉悦度的多维关系。

主要技术方法：研究分两阶段（2022年11月至2023年1月N=37；2025年5月N=47）招募84名德国成人（19–81岁，平均33.88±15.22），在安静实验室通过平板与固定音量耳机随机播放15秒鸟鸣（源自Bergmann等2020商业DVD，排除非鸣声），采用1–5分自评愉悦度；同时用问卷采集年龄、性别、观鸟专业化（识别种数×技能自评，Cronbach’s α=0.857）与对鸟珍视度（3题均值，α=0.724）。声学分析于Raven Pro中以Hann窗（512样本，124 Hz带宽）手动标注元素，提取低频、高频、峰值频率、90%带宽（kHz）及最小/最大/峰值振幅（kU），并以元素类型数代理声复杂度（sound complexity）、15秒元素总数代理呼叫率。统计于SPSS 29中进行：物种层愉悦度取听者均值，先以并行分析辅助PCA提取三主成分（振幅、频率、带宽/高频），再以多元回归分别检验PCA分数与复杂度/元素数对愉悦度的预测，并以GLM检验人口学与态度变量效应，最后与Ratcliffe等2016年21种重叠物种的恢复潜力（Perceived Restorative Potential, PRP）做Spearman相关。

研究结果：

3.1 人口学方面：GLM显示对鸟的珍视度显著正向预测愉悦度（F=2.66, p=0.028；r_s=0.42, p<0.001），而观鸟专业化、年龄、性别、测试年份均无显著影响（p>0.1），说明声愉悦度不依赖鸟类专业知识。

3.2 声学参数：PCA（平行分析留三成分）中振幅类载于成分1，低频+峰值频率载于成分2，高频+带宽载于成分3。多元回归（N=123, R²=0.468）表明三成分均显著：频率成分β=0.519、振幅成分β=-0.241、带宽/高频成分β=-0.375。即较高低频与峰值频率、较低振幅、较窄带宽与高频对应更高愉悦度。另模回归中声复杂度β=0.315（p<0.001）显著正向，元素总数不显著（p=0.301），全模型控制PCA后复杂度仍独立显著（p=0.037），证实元素类型多样性（非单纯数量）提升愉悦度。

3.3 声愉悦度与PRP：21种共有物种中愉快度与Ratcliffe等2016的PRP呈正相关（r_s=0.542, p=0.011），提示愉悦度与恢复潜力为关联构念。

讨论总结：研究人员指出，高频偏低频愉悦符合听觉阈值曲线（2.4–5.5 kHz敏感带之外更悦耳），与既往Kumar等2008及Ratcliffe等2020基频上升恢复潜力增加一致；振幅结果受商业录音条件异质性限制须谨慎，但方向与“过响降低恢复感”吻合；复杂度以元素类型数代理仅捕获单维，未来应纳入冗余、熵等。个体层性别比失衡（女67.6%）或掩盖细微差异。文化局限（仅德国听者+德国鸟）限制外推，后续需用混合效应模型跨文化与跨种群验证。结论部分译文如下：结果表明主观（对鸟珍视度）与客观（声学参数）测量均与鸟鸣感知愉悦度相关；除拓展人类声感知理解外，结果为声景管理与恢复环境设计提供实践启示。特定声学特征（较高低频、适中振幅、窄带宽、更高鸣声复杂度）关联更正向感知，故声景质量评估宜考虑鸟类群落声学构成而非仅物种丰富度。鉴于愉快度与Ratcliffe等2016恢复潜力正相关，支持声悦耳鸟种驻留或可增强城市绿地恢复性声环境，但需进一步研究确认其能否转化为可测健康收益。此外声特征或可成为野生动物魅度（charisma）新维度，选旗舰种时兼顾声愉悦与视觉吸引有助保护传播与人自然联结。