多户住宅中低频丰富的撞击噪声的多模态反应：烦恼感、自主神经反应与脑电网络模式

《Building and Environment》：Multimodal responses to low-frequency-enriched floor-impact noise in multi-family housing: annoyance, autonomic responses, and EEG network patterns

　　

地板撞击噪音的低频成分可增加居民负担，但其自主神经与脑电图（EEG）网络相关机制仍不明确。本研究考察了三种地板撞击噪音播放配置（Ball1、Ball4和Running）在25–50 Hz频段内于-12、0和+12 dB条件下的源内低频富集效应。45名成年人完成了一项重复测量听觉实验；基于皮肤电导活动（EDA）/血压搏动（BVP）的心率变异性（HRV）分析与EEG分析分别包含36名和37名参与者。目标频段的增益操控在低频敏感、宽带及响度相关描述符上产生了协调差异，使得所交付的声学条件得以在主观、自主神经和EEG结果间进行考察。富集处理增加了所有声源的烦躁感。源平均HRV指标随富集增强而下降，而相位性EDA反应因声源而异，在Ball1中表现出最明显的上升趋势。较高的烦躁感与后部alpha波组织减弱、alpha频段图论层面整合降低以及解剖学支持的岛叶相关theta波增强估计相关。传感器ROI可视化在不同声源和声学条件下也有所变化，其中Ball1的theta波在全局效率和平均节点强度上表现出FDR显著增加。噪音敏感性整体上增加了负担水平，探索性AI基准测试则区分了严格泛化能力与分布内性能。总体而言，研究结果表明低频富集的地板撞击噪音在感知、自主神经和神经层面均有表现，并支持建立以居民为中心的多模态评估框架。

引言

在多层住宅中，地板撞击噪音始终是室内环境噪音问题中最持久的挑战之一。重型地板撞击声尤其难以控制，因其含有强烈的低频成分，并可能引发显著居民不适与投诉[[1], [2], [3], [4], [5]]。居民对地板撞击噪音的反应不仅由总体声压级决定，还受声学因素（如声源类型、频谱平衡和低频含量）以及非声学因素（如噪音敏感性和居住情境）的共同影响[3,6]。因此，地板撞击噪音评估不应局限于声学隔声性能或传统声级描述符，还应考虑以居民为中心的结果，包括烦躁感、自主神经反应和神经生理负担。

地板撞击噪音评估中的一个关键问题是，传统单数量指标可能无法充分代表标准评估范围以下的低频成分。Lee等人（2026）为应对这一局限提供了重要基础，他们开发了一套听觉测试刺激集，在钢筋混凝土多层住宅建筑中系统操控了重型撞击声在25、31.5和40 Hz三分之一倍频程带的低频成分。在该研究中，传统单数量指标L′iA,Fmax（在50–630 Hz范围内计算）对低于50 Hz的变化相对不敏感，而烦躁感随低于50 Hz能量的增加而单调上升。扩展频段指标L′iA,Fmax,25–630与烦躁感的相关性比传统评级更强。这些发现表明，低于50 Hz的成分可能是解释重型地板撞击噪音导致的居民负担的关键。这一局限之所以重要，是因为重型地板撞击声可能由板共振和低于传统评估下限的结构传播低频能量主导。此外，低频噪音并不总能由A计权声级充分代表，因为A计权显著降低了可能在感知上仍然显著且令人烦恼的低频能量[7,8]。然而，以往研究主要关注声学指标与听觉测试烦躁感之间的关系，并未探讨相同的低频操控如何表现在自主神经反应或脑电图（EEG）网络组织中。

国际评级框架已认识到扩展频段评估的价值。ISO 717-2:2020包含了频谱适应和扩展频段程序，将撞击声评估延伸至50 Hz[9]。本研究通过考察25、31.5和40 Hz频段的定向富集，并将所交付的播放条件与以居民为中心的主观、自主神经和神经反应相关联，补充了这些标准化方法。

以往研究表明，地板撞击噪音不仅会增加主观烦躁感，还可能改变心理生理反应。在一项使用标准撞击球和实际生活撞击声的实验室实验中，地板撞击噪音级的增加伴随着烦躁感和注意度的提升，以及皮肤电导活动（EDA）、心率和呼吸频率等生理反应的变化[10]。基于现场的研究也表明，居民对地板撞击噪音的反应受声学和非声学因素（包括噪音敏感性）的共同影响[3]。然而，这些研究主要关注总体声级差异或不同声源类型之间的比较。在同一声源背景下系统低频增强如何表现在自主神经反应和EEG网络组织中，仍缺乏明确阐释。

低频地板撞击声可能不仅被体验为听觉事件，也可能被体验为具有身体显著性的刺激。低频和次声感知涉及声与振动紧密耦合的频率范围，内感受身体信号可影响感知、情绪、认知和行为[8,11]。因此，EDA和HRV对于评估居民负担的生理表现尤为相关。EDA反映相位性和张力性交感神经唤起，而HRV提供关于心脏自主调节和压力相关变异性变化的信息[[12], [13], [14]]。这些指标可补充自报烦躁感，捕捉可能无法完全由主观评级代表的身体反应。

声源真实性是另一个重要考量。标准撞击声源提供可重复的声学条件，但可能无法完全捕捉真实生活噪音情境，如儿童奔跑、跳跃或其他活动相关的结构传播声。近期关于住宅和儿童相关公寓噪音的综述强调，标准撞击声源在重现真实儿童生活噪音方面存在局限，需要整合声学、个体和情境因素的多维框架[5,15]。因此，除标准撞击球声源外纳入Running声源，使得低频增强效应可在更具生态熟悉度的声源背景下进行评估。

EEG在建筑声学和住宅噪音研究中的使用逐渐增多。Frescura等人（2023）分析了高层木结构住宅中邻居声音的alpha频段EEG反应，显示alpha EEG可随声音条件和非声学因素变化，即使在住宅噪音情境中亦是如此。源空间EEG功能连接分析也被提出作为获取超越传感器层面反应、具有解剖学可解释性的皮层相互作用的有用方法[17]。然而，这些方法主要应用于邻居噪音感知、声景恢复或更广泛的听觉环境情境。关于地板撞击噪音的低频增强如何在源ROI和传感器ROI层面的EEG频段功率、基于相位滞后指数的连接性以及图论层面网络组织中表现，直接证据仍然有限。因此，尽管低频增强增加烦躁感的能力已相对充分记录，但其自主神经和EEG网络相关机制仍缺乏充分解释。

在此背景下，地板撞击噪音的低频增强可能并非简单被处理为更响的声学刺激，而是被处理为具有更高显著性和身体相关性的刺激。岛叶和前扣带皮层已被认为是显著性检测、内感受以及在内部与外部导向加工状态间切换的核心区域[18]，而听觉皮层可与涉及岛叶、扣带皮层和楔前叶的情绪相关网络相互作用[19]。低频噪音也被报告可干扰表现和心理状态，支持低频暴露可能产生超越即时听觉烦躁感后果的观点[20]。相应地，低频增强的地板撞击噪音可能不仅表现为频谱幅度变化，还可能表现为自主神经反应和EEG网络组织的变化。

最后，近期工作开始考察是否可使用机器学习或深度学习模型预测对环境噪音的生理和神经生理反应。使用EEG和EDA的建筑噪音研究已展示了多模态生理建模在烦躁感或压力评估中的潜力[21,22]。然而，基于EEG的分类性能可能高度敏感于数据集特征、标签构建和数据划分策略，过于宽松的监督方案可能夸大表观性能[23]。因此，在本研究中，基于AI的情感分类被作为次要探索性基准，而非主要机制性贡献。

因此，本研究考察低频富集播放条件如何在主观、自主神经反应和EEG网络终点上表现，并通过传统描述符和参与者耳侧三分之一倍频程频谱记录所交付的声学概况。

据此，本研究评估了源内低频富集对主观烦躁感、自主神经反应和EEG网络组织的影响。使用了三种声源家族：Ball1和Ball4（源自同一代表性撞击球基础录音的声级和频谱配置[24]），以及Running（代表基于生活噪音的声源，使用相同的低频操控规则进行处理）。以25、31.5和40 Hz为中心的三分之一倍频程带分别调整为-12、0和+12 dB。由于生成的刺激在LAeq和LZeq等总体声学描述符上也存在差异，实验因素被解释为各播放配置内的低频增强，而非对低于50 Hz能量的完全声级等效隔离。在重复测量听觉实验中测量了烦躁感、EDA、HRV和EEG，EEG反应使用频段功率、基于相位滞后指数的功能连接和图论指标在源ROI和传感器ROI层面进行分析。噪音敏感性作为个体差异因素被额外考察，基于EEG的情感分类作为次要探索性分析进行基准测试。EEG作为互补神经生理终点被纳入，以考察主观负担是否伴随振荡活动、功能连接和网络组织的变化。因此，多模态设计旨在捕捉不同但互补的感知、自主神经和神经反应层面。此处解决的未决问题并非是否能从伴随的声学声级变化中隔离出低于50 Hz的成分，而是如何通过匹配的声源/参考和代表性参与者耳侧三分之一倍频程频谱表征的低频富集播放条件，如何在主观、自主神经反应和EEG网络终点上表现。

我们假设低频富集会增加所有三种声源家族的烦躁感；这些感知变化会伴随着与负担一致的自主神经变化，包括HRV相关变异性降低和相位性EDA活动增加；EEG反应不会表现为单一全局激活模式，而是表现为声源依赖的网络重组，涉及后部alpha组织、显著性/内感受源ROI估计和图论层面网络整合。我们进一步预期噪音敏感性会增加总体负担水平，同时将基于AI的分类作为评估预测导向地板撞击噪音反应建模可行性与局限性的次要基准。

分节摘要

参与者与实验设计

本研究以健康成年人为对象进行重复测量听觉实验，参与者为20至30多岁且听力正常。共纳入45名参与者，其中37人获得了适合特征提取的EEG数据。每名参与者在接受随机顺序呈现的九项地板撞击噪音刺激前，进行了1分钟基线静息态记录。每项刺激呈现3分钟，随后进行1分钟休息时间。

结果

本研究共纳入45名参与者，所有参与者均获得原始烦躁感数据（表2）。EDA和HRV数据各来自36名参与者，EEG特征来自37名参与者。由于最终分析样本因模态而异，烦躁感、自主神经、EEG和噪音敏感性分析的样本量分别报告。EEG预处理成功完成所有纳入分析的368个EDF文件，平均……

主要发现

针对25–40 Hz频段的增益操控在低频敏感、宽带及响度相关描述符上产生了协调变化。因此，研究结果相对于该相关描述符集所代表的低频富集声学概况进行解释。本研究主要发现可总结为三点。第一，各声源家族内的低频增强一致增加了Ball1、Ball4和……的烦躁感。

结论

本研究在主观、自主神经和EEG网络层面评估了对低频富集地板撞击噪音的反应。在三种播放配置（Ball1、Ball4和Running）中，25、31.5和40 Hz频段的富集一致增加了烦躁感。选定的自主神经终点表现出部分与负担一致的变化，包括RMSSD、SDNN和总功率的源平均下降以及声源依赖的相位性EDA轨迹，最明显表现为上升趋势……

CRediT作者贡献声明

Haram Lee：写作–审阅与编辑、写作–初稿撰写、可视化、验证、软件、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念化。Changhee Kim：写作–审阅与编辑、验证、软件、调查、形式分析、数据管理。Sungchan Lee：写作–审阅与编辑、验证、监督、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、数据管理、概念化。

Haram Lee | Changhee Kim | Sungchan Lee

韩南大学建筑学院，韩国