音乐对驾驶行为的影响：驾驶时听音乐的后果

摘要

本文介绍了一种在模拟驾驶环境中评估跟随车辆行驶时驾驶行为的实验方案。该方案用于比较不同听觉背景对驾驶行为的影响。

摘要

在现代社会中，驾车是许多人的日常活动。驾驶员在驾驶时常会听音乐。本文介绍的方法旨在研究听音乐如何影响驾驶行为。本研究选用驾驶模拟实验，因为它既能提供高度受控的实验环境，又具有较好的生态效度。驾驶行为通过跟车任务进行评估。具体而言，要求参与者像在真实驾驶中一样跟随前方车辆行驶。前方车辆的速度随时间变化，参与者需持续调整自身车速以保持安全距离。采用车距时间（inter-vehicular time）作为评估驾驶行为的指标。此外，还采集了参与者的主观情绪状态和生理唤醒水平，以补充对驾驶行为的分析。因此，通过该方法获得的结果能够同时反映个体在跟车任务中的内部状态（即主观情绪和生理唤醒水平）以及驾驶行为表现。

引言

近几十年来，驾驶汽车的活动迅速增加，如今已成为现代社会中许多人的日常活动。随着这一趋势的发展，驾驶行为已成为人因研究领域的一个热门研究课题¹。

无论考虑何种人群或历史时期，通常定义人类文明的主要文化活动都极为有限²。音乐便是其中之一，与工具使用及支撑语言能力的符号推理并列³。因此，演奏和聆听音乐是一项重要的个体与社会活动。Schäfer 等人⁴基于全面的文献综述，发现与音乐聆听相关的非冗余功能约有130种，并据此归纳出三大音乐聆听元功能：（1）唤醒与情绪调节，（2）自我意识实现，（3）社会关联表达。因此，人们经常在各种情境和场所中聆听音乐⁵。其中，驾驶时聆听音乐极为普遍，有研究显示驾驶员约在四分之三的驾驶时间内报告正在听音乐⁶。

已知音乐聆听会影响听者的情绪状态⁷，因此在多种情境和研究领域中可诱发情绪变化⁸。根据情绪一致性理论，个体的行为与其情绪相关⁹，该结论已从神经影像学¹⁰和行为实验¹¹中获得证据支持。基于这一逻辑，聆听音乐可以改变驾驶员的情绪，进而影响其驾驶行为。

驾驶过程中由音乐引发的情绪变化在某些条件下可改善驾驶表现，而在其他条件下则可能导致表现下降。一方面，在复杂且高要求的驾驶环境中，舒缓的音乐被发现能够调节情绪状态：  它可缓解负面情绪，降低压力水平，并提升驾驶员的放松感与平静感¹²。研究表明，与渐进式音乐变化相比，突变式音乐变化所产生的放松效果更为显著¹³。另一方面，当通过音乐和引导性意象诱发愤怒情绪后，驾驶员在驾驶场景中识别危险的反应速度较之中性情绪状态下的表现更慢¹⁴。驾驶时聆听令人愉快的音乐也被发现会损害车辆横向控制的效率，而悲伤音乐对车辆的横向控制则无显著影响¹⁵。简言之，驾驶员的情绪对驾驶表现的影响可能截然相反，具体取决于所播放的音乐类型、诱发的情绪状态以及具体的驾驶情境。

本文所报告方法的目的是提供一种实验上高度可控的驾驶情境，以研究聆听音乐对驾驶行为的影响。为确保驾驶情境的可重复性，本研究采用基于驾驶模拟的方法。乍看之下，驾驶模拟可能被视为真实驾驶研究的一种降级版本。然而实际情况更为复杂，不能绝对地认为某种特定的实验设置就是最佳的实验方案。相反，最佳的实验设计应最准确地满足具体研究的需求¹⁶。尽管真实车辆驾驶最能还原日常生活中的驾驶情境，但也存在一些缺点：实验操控可能带来的驾驶员安全风险、驾驶表现可能受到损害，以及对驾驶环境（包括交通状况、天气条件、光照条件、环境噪声水平等）的控制存在困难。相反，尽管驾驶模拟器在真实感上不及实际车辆，但其实验条件和操控可以被严格控制并重复实施¹⁷。因此，不同参与者可暴露于完全相同的实验条件下。此外，由于仅涉及虚拟安全（而非实际安全），那些可能影响驾驶表现的实验操控也得以实现。综上所述，驾驶模拟在保持驾驶活动自然性（即外部效度）与实现严格实验控制（即内部效度）之间提供了极佳的平衡。

方案

本文所述所有方法均经里昂第二大学心理学系伦理委员会批准，并已获得所有参与者的知情同意。

注意：通过在当地社区及大学内张贴通知的方式招募参与者。

1. 参与者

1. 确保参与者持有驾驶执照且具备至少两年的驾驶经验。
2. 确保参与者具有正常或矫正至正常的视力和听力。
3. 确保参与者无精神疾病（例如精神分裂症）。
4. 招募数量相近的女性和男性参与者。
5. 为参与者配备与手表连接的心率带，以监测心率。
6. 要求参与者自由选择自己偏好的音乐曲目（参与者选择示例：Mark Ronson 与 Bruno Mars 合作的 Uptown Funk，或 OMI 的 Cheerleader）。请参与者将所选音乐曲目提供在 U 盘上。使用该曲目为实验创建不同的音乐背景（见第 3 节）。

2. 驾驶模拟

注意：以下步骤基于舍布鲁克大学开发的一种新型驾驶模拟器BB_Sim进行描述，该模拟器包含一台计算机、三块屏幕，以及用于驾驶控制的方向盘、油门和刹车踏板。最初的研究使用了另一种基于开源OpenSD2S软件的驾驶模拟器¹⁸。

1. 将驾驶模拟器的驾驶噪声（即被驾驶车辆的发动机噪声）设置为 ± 25dB。
2. 让受试者坐在模拟器前方，距离屏幕约 60 cm（三块屏幕位于受试者正前方， 每块屏幕尺寸为 48 cm x 30 cm， 在水平轴上共覆盖 137.52° 的视觉角度，在垂直轴上覆盖 28.65° 的视觉角度），座椅采用改装的汽车座椅。
3. 让受试者通过座椅下方的调节手柄调整座椅与踏板之间的距离。
4. 当受试者处于舒适位置后，向其说明模拟器各项功能的使用方法（例如，如何操作加速踏板、制动踏板和方向盘）。
5. 告知受试者可能会出现模拟器晕动症的情况，并明确告知如有需要可随时终止模拟实验。
6. 使用一条乡村道路场景，该道路每个方向各有一条车道，包含五个左弯和五个右弯，且无任何交通车辆。

3. 音乐背景

1. 使用软件调整音乐的节奏，但不改变音调。
2. 为每位参与者创建四种听觉背景：（1）无音乐，不播放任何附加音乐；（2）音乐，播放每位参与者偏好的音乐曲目且不做任何修改；（3）音乐+10，播放每位参与者偏好的音乐曲目，但节奏加快，加快幅度为原始节奏的10%；（4）音乐-10，播放每位参与者偏好的音乐曲目，但节奏减慢，减慢幅度为原始节奏的10%。
3. 控制音乐的强度。已知音乐强度会影响驾驶表现¹⁹。除“无音乐”条件外，所有听觉背景的音乐强度均设定为75 dB。
4. 使用软件在每次驾驶全程播放四种音乐背景之一。通过位于参与者左右两侧的两个有源监听扬声器播放音乐。

4. 模拟跟车任务

1. 说明任务要求："请像在真实生活情境中一样驾驶。您的目标是以较近但安全且恒定的距离跟随前方车辆，就像在一条不熟悉的路线上跟随一位朋友。" 告知参与者路径上没有交通车辆或障碍物。
2. 以训练阶段开始模拟，使参与者熟悉驾驶模拟器、模拟环境、车辆控制装置以及跟车任务。当参与者感到适应后，结束训练阶段。
3. 开始正式实验驾驶。启动模拟跟车任务及四种背景音乐之一。
4. 在每次模拟跟车任务开始时同步记录心率数据，并在该次驾驶任务结束时停止记录。
5. 在模拟驾驶任务中，驾驶员首先行驶50米，然后在"停车"标志处停下。当参与者的车辆完全停止后，一辆先导车辆出现在交叉路口左侧的道路上。指示参与者跟随该车辆。在初始阶段，先导车辆静止并设定速度为20 kph，以便被驾驶车辆能够接近；随后，在每60秒为一个周期的时间内，其速度在45 kph至70 kph之间呈正弦变化，持续3分钟。之后，要求参与者停止驾驶。
6. 在跟车任务中，使用一条双向两车道道路。为提供逼真的驾驶环境，道路路段应包含数量均衡的左弯（n = 5）和右弯（n = 5），曲率半径范围为45 m至300 m。此外，在道路边缘添加树木、护栏、田野和地形等视觉元素。
7. 对四种不同的背景音乐依次重复进行跟车任务。每次跟车任务总时长约4分钟（包括3分钟的实际跟车阶段以及驾驶模拟的起始和结束阶段）。
   注：如有需要，可延长跟车任务的持续时间。
8. 每次跟车任务之间安排5分钟的休息时间，以减少任务间的延续效应。
9. 采用拉丁方设计，在不同参与者之间对四种背景音乐的呈现顺序进行平衡。

5. 数据采集

1. 在每种实验条件下，使用已在法语中验证的简式情绪内省量表（Brief Mood Introspection Scale, BMIS）²⁰收集参与者的主观情绪^21,22。该问卷可提供参与者在四个情绪维度上的数据：愉快/不愉快、兴奋/平静、积极/疲倦、消极/放松。
2. 收集生理指标。利用心率监测手表以每秒一个样本的频率记录的数据，计算每种实验条件下整个驾驶过程中的平均心率和心率变异性。实际操作中，通过平均每种实验条件下收集的所有数据来计算平均心率，并通过计算相同数据的标准差来获得心率变异性。
3. 通过平均车头时距和车头时距变异性来测量客观驾驶行为。以60 Hz的采样频率在每个时间步记录被跟随车辆和前方引导车辆的位置与速度。
   1. 在每个时间步，计算车头时距，即假设前方引导车辆位置固定且被跟随车辆速度不变时，被跟随车辆到达前方引导车辆当前位置所需的时间。
   2. 对一次驾驶过程中收集的所有车头时距值取平均，得到平均车头时距，并计算这些值的标准差以获得车头时距变异性。
      注：可计算多个变量以描述跟车任务中的驾驶行为。车头时距尤为适用，因其能够反映驾驶员选择的被跟随车辆与前方车辆之间的安全距离。

结果

主要比较基于以下实验条件。第一个实验条件为无音乐与有音乐的对比，即通过配对t检验，比较无音乐背景与个体偏好的音乐背景之间的差异。这些分析旨在评估聆听偏好音乐相较于无音乐对照条件的影响。第二个实验条件为四种不同的音乐背景，即通过重复测量方差分析，比较无音乐、音乐、音乐+10和音乐-10四种条件，其中后三者代表相对于对照条件（无音乐）的音乐节奏操控。

与无音乐条件相比，音乐在简式情绪自评量表四个维度中的三个维度上对主观情绪产生了显著影响（图1）。在愉悦-不愉悦维度（t(23) = -2.75；p < 0.01）、唤醒-平静维度（t(23) = -2.67；p < 0.01）以及积极-疲倦维度（t(23) = 3.54；p < 0.001）上均发现了显著差异。而在消极-放松维度上未观察到显著差异（t(23) = 1.05；p = 0.153）。

...

讨论

该方法非常适合用于认知工效学研究，因为它在实验控制性与生态效度之间提供了极佳的平衡¹⁶。虽然严格的实验控制对于确保所收集的结果与实验操纵相关至关重要，但如果结果仅局限于实验条件，则其实际意义有限。事实上，只有当科学结果能够推广到现实生活情境时，才具有研究价值。这些观点并非意味着只有真实生活中的实验才有价值，而是强调一种方法的生态效度取决于研究的具体目标¹⁶。本研究所述方法更适合那些关注现实生活中人类认知与行为（例如汽车驾驶）并需要良好实验控制的研究人员。当然，该方法并不能完全复现现实生活中的驾驶情境，在真实驾驶中，各种声音或噪声可能干扰音乐对驾驶行为的影响。在真实的驾驶情境中，由于驾驶员自身安全受到威胁，这也可能影响实验结果。然而，通过此处提出的方法，驾驶任务并未被分解，驾驶员可以在模拟环境中像平时一样驾驶，且事件（例如前车速度变化）能够在不同实验条件之间以及不同参与者之间被精确地重复呈现。该方法也存在局限性。驾驶是一项复杂的活动，此处复现的跟车任务只是众多可能驾驶任务中的一种。在跟车任务中，研究重点在于速度控制，而对横向控制以及涉及不同层次...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
音频编辑软件 Audacity	Audacity	开源软件	https://www.audacityteam.org
驾驶模拟器	Université de Sherbrooke	BB sim
带心率监测功能的 Polar 手表	Polar	RC3	https://www.polar.com/fr
扬声器	Yamaha	MSP3
方向盘和踏板	Logitech	G27