Hintergrundschall stört kognitive Leistung

Transkript

1 Hintergrundschall stört kognitive Leistung Grundlagenwissenschaftliche und anwendungsbezogene Aspekte Catholic University of Eichstaett-Ingolstadt Work, Environmental and Health Psychology, Eichstätt 1

2 Denk- Räume Bibliothek Ulmer Hof 2

3 Bibliothek Ulmer Hof Kognitive Leistung unter Hintergrundschall Anwendungsbezogene Perspektive Grundlagenwissenschaftliche Perspektive 3

4 Kognitive Leistung unter Hintergrundschall: Überblick 1. Anwendungsbezogene Perspektive: Hintergrundsprache als vorherrschendes Lärmproblem in offenen Büroumwelten Experimentelle Evaluierung akustischer Optimierungsmaßnahmen 2. Grundlagenwissenschaftliche Perspektive: Warum helfen manche Maßnahmen? Der Irrelevant Sound Effect (ISE) und seine Modellierung Interference-by-Process Principle 3. zurück in die Anwendung Starting Point Everybody wants to work in silence, but 4

5 Starting Point In Germany ~ 50% of all employees work in offices or at office-like workplaces (Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, 2005) ~ 50% of these workplaces are in offices with at least three workstations (bso-studie, 2011) on average ~ 60% of working time are spent on silent, concentrated work (Olson, 2002) Background Interviews with office employees in shared-room and open-plan offices reveal: Complaints are most frequently related to noise (e.g. Banbury & Berry 2005, Haapakangas et al., 2008). OFFICE NOISE In particular background speech (a) is reported to be disturbing (e.g. Liebl et al., 2011) and (b) reduces cognitive performance in fact (e.g. Jahncke et al. 2013; for a summary see Hellbrück & Liebl, 2008). 5

6 Der Akustik wird höchster Handlungsbedarf attestiert, selbst bei normgerechter Gestaltung (Schlittmeier & Liebl, 2012, vgl. Liebl et al., 2011) Fighting background speech on its way to the listener 6

7 Fighting background speech on its way to the listener 2 Experiments on the effects of different noise abatement measures on cognitive performance and subjectively perceived disturbance reducing background speech level reducing speech intelligibility even more noise (sound masking) (Schlittmeier, Thaden, Vorländer & Hellbrück, 2008; Schlittmeier & Hellbrück, 2009) Experiment 1: Reducing level and/or speech intelligibility (n=20; Schlittmeier, Hellbrück, Thaden & Vorländer, 2008) 50% 40% Cognitive Performance * 41% 39% * 35dB_low 35dB_high Error Rates 30% 20% 33% 29% 10% 0% 55 db high 35 db high 35 db low speech intelligibility Silence Abbildung 1: Standard- Schallpegeldifferenz der beiden verwendeten Bausituationen. 7

8 Experiment 1: Reducing level and/or speech intelligibility (n=20; Schlittmeier, Hellbrück, Thaden & Vorländer, 2008) Hearing Field 35dB_low 35dB_high Abbildung 1: Standard- Schallpegeldifferenz der beiden verwendeten Bausituationen Experiment 1: Reducing level and/or speech intelligibility (n=20; Schlittmeier, Hellbrück, Thaden & Vorländer, 2008) Error Rates 50% 40% 30% 20% 10% 0% Cognitive Performance 41% * * 39% 33% 29% 55 db 35 db 35 db Silence high high low speech intelligibility Perceived Disturbance 3,4 2,2 1,9 55 db high 35 db high 35 db low speech intelligibility 0,2 Silence extremely fairly moderate little not at all 8

9 Sound-Masking Systems: Fighting noise by noise gängige Bedenken (in D): Bürolärm + partieller Maskierer = = noch mehr Lärm (vgl. Arousal) geringe Akzeptanz für kontinuierliches Rauschen Frage Gibt es andere partielle Maskierer mit positiven Leistungseffekten und dabei hoher Akzeptanz? funktionale Gesamtschallsituation Experiment 2: Welcher Maskierer hilft? (n=30; Schlittmeier & Hellbrück, 2009) Arbeitsgedächtnisleistung Beurteilte Störung * * kaum ziemlich außer-. gar mittelmäßiordent- nicht lich 9

10 Experiment 2: Präferenzurteile (n=30; Schlittmeier & Hellbrück, 2009) Wenn Sie die Wahl hätten, würden Sie lieber mit oder ohne Maskierer arbeiten? Wenn ein Maskierer auf jeden Fall eingespielt würde welchen würden Sie präferieren? Alternative Maskierer zu Rauschen? [RUHE bevorzugt] Kontinuierliche, natürliche Maskierer subjektiv bevorzugt (vgl. auch Haapakangas et al., 2011) Vorsicht bei diskontinuierlichen Maskierern (z.b. Kittel et al., 2012; Park et al.; 2013): sehr gute, aber sehr lästige Sprachmaskierer Design funktionaler Musik 10

11 Zwischenstopp 1. Set value: Lowest possible sound level with a bad intelligibility of background speech at the same time 2. Best practice: Combining different noise abatement measures push and exploit transmission loss by sound-absorbing and sound-insulation measures, apply in particular frequency-specific measures play-back a soft but effective masking sound 3. Pay attention: Subjective assessements and objective performance measures can differ and none of them should be neglected. Kognitive Leistung unter Hintergrundschall: Überblick 1. Anwendungsbezogene Perspektive: Hintergrundsprache als vorherrschendes Lärmproblem in offenen Büroumwelten Experimentelle Evaluierung akustischer Optimierungsmaßnahmen 2. Grundlagenwissenschaftliche Perspektive: Warum helfen manche Maßnahmen? Der Irrelevant Sound Effect (ISE) und seine Modellierung Interference-by-Process Principle 3. zurück in die Anwendung 11

12 Der kognitionspsychologische Informationsverarbeitungsansatz Bestimmte Schalle stören bestimmte Funktionen 12

13 Zentrale Stellung des Arbeitsgedächtnisses Zentrale Schnittstelle zwischen Umwelt und Organismus, zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft umfasst Speicherfunktion + Prozesse, die auf den gespeicherten Inhalten agieren (vgl. z.b. Oberauer et al. 2003) korreliert mit Maßen der fluiden Intelligenz (z.b. Shelton et al., 2010) und damit mit einer weiten Palette der kognitiven Leistungsfähigkeit beteiligt an einer Vielzahl kognitiver Leistungen (z.b. Textverstehen, Schlussfolgerungsund Problemlöseprozesse, Spracherwerb ) Irrelevant Sound Effect (ISE). Das Arbeitsgedächtnis wird von sog. changing-state Schallen gestört, i.e. Stakkato-Musik (a) Schall ist perzeptiv segmentierbar und (b) aufeinander folgende Wahrnehmungseinheiten unterscheiden sich voneinander. Für die Höhe der Störwirkung sind (relativ) unerheblich der semantische Gehalt der Pegel die Expositionsdauer (keine Habituation) ob Sprache oder Nicht-Sprache Legato-Musik 13

14 Vorhersage der Störwirkung (ISE) Datenbasis zur Modellierung: 70 behaviorale Messungen (Leistungsdaten) unter 40 Hintergrundschallen Sprache Musik Bürolärm Verkehrslärm Rosa Rauschen Tierlaute Tonsequenzen etc. Kooperationsprojekt zusammen mit Hugo Fastl, Stefan Kerber und Tobias Weißgerber (TU München) (Schlittmeier, Weißgerber, Kerber, Fastl & Hellbrück, 2012) 14

15 Modeling a background sound s impact from its fluctuation strength (F) Fluctuation strength (F) psycho-acoustical hearing sensation F is at its maximum for f mod = 4 Hz syllable frequence of narration instrumental measure (taken from Fastl & Zwicker, 2007, p. 254) 15

16 . (Schlittmeier, Weißgerber, Kerber, Fastl & Hellbrück, 2012, APP) 16

17 Neurophysiological correlates of behavioral effects Changing-state speech (3 token) compared to steady-state (1 token) speech and non-speech Irrelevant sound effects on target ERPs, induced target-related oscillatory power and oscillatory activity in the silent retention period (Schlittmeier, Weisz & Bertrand, 2011, Psychophysiology; cp. also Weisz & Schlittmeier, 2006, Cerebral Cortex) Neurophysiological correlates of behavioral effects BUT the detrimental effect of changing-state speech compared to steady-state speech is exclusively mirrowed by a significant reduction of gamma activation (50 60 Hz, ms poststimulus; induced target-related osc. power) (Schlittmeier, Weisz & Bertrand, 2011, Psychophysiology; cp. also Weisz & Schlittmeier, 2006, Cerebral Cortex) 17

18 But why does a reduction of background speech intelligibility help performance? Reduced temporal-spectral variations due to frequency-specific measures and/or partial masking 1. reduced auditory-perceptive variations (short-term memory) 2. reduced semantic content (semantic processes) reduced interference with tasks which rely on semantic processing = Interference-by-process principle (e.g. Macken et al., 1999). Interference-by-process principle (Macken et al. 1999) Beispiel: Semantik Automatische Verarbeitung des Hintergrundschalls Kognitive Prozesse und Funktionen bei der Aufgabenbearbeitung Muttersprache stört mehr als Fremdsprache oder rückwärts abgespielte Sprache (z.b. Jones et al., ; Martin et al., 1988; Sörqvist et al., 2012) in ihrer Sprachverständlichkeit reduzierte Sprache (Haka et al., 2009; Knez & Hygge, 2002; Venetjoki et al., 2006) bei semantikbasierten Aufgaben: Leseverständnis Texterinnern Textproduktion Korrekturlesen lexikalische Zugriffsaufgaben 18

19 Kognitive Leistung unter Hintergrundschall: Überblick 1. Anwendungsbezogene Perspektive: Hintergrundsprache als vorherrschendes Lärmproblem in offenen Büroumwelten Experimentelle Evaluierung akustischer Optimierungsmaßnahmen 2. Grundlagenwissenschaftliche Perspektive: Warum helfen manche Maßnahmen? Der Irrelevant Sound Effect (ISE) und seine Modellierung Interference-by-Process Principle 3. zurück in die Anwendung Notwendige Fähigkeiten an Büroarbeitsplätzen um die Arbeitsaufgaben zu bewältigen Merkfähigkeit Fähigkeit sich schriftlich und mündlich auszudrücken Verständnis schriftlicher und mündlicher Informationen Induktives und deduktives Schlussfolgern Mathematische Fähigkeiten und math. Schlussfolgern räumliches Vorstellungsvermögen (vgl. Fleishmann & Reilly, 2001) 19

20 ISO (2012): Radius of distraction, r D ISO : Acoustics Measurement of room acoustic parameters Part 3: Open plan offices (2012) r D : spatial decay of background speech intelligibility (distance at which Speech Transmission Index STI <.50) vs. DIN (1990) and VDI 2569 (1990): primary focus on optimal speech intelligibility Summary Optimizing Office acoustics: Low level and poor intelligibility of irrelevant background speech Lowering intelligibility of background speech reduces its temporal-spetral variability and its semantic content beneficial effects for tasks relying on short-term memory and/or semantic processing Don t forget: 1. Certain sounds impair certain cognitive functions 2. Objective performance subjective evaluations Aktuelle Forschungsfragen, Eichstätt

21 Thank you for your attention 21