The Cumulative Restorative Effects of Repeated Listening to Natural Sounds Indoors

Abstract

Tässä väitöskirjassa tutkittiin kokeellisesti, mikäli ja millä tavoin sisätiloissa toistuvan luonnonäänien kuuntelun elvyttävät vaikutukset kertyvät ajan myötä. Elvyttävällä vaikutuksella tarkoitetaan psykologisten, fysiologisten ja sosiaalisten resurssien palautumista. Sen mekanismeja selittävät tarkkaavuuden elpymisen teoria (attention restoration theory, ART), stressin vähenemisen teoria (stress reduction theory, SRT) sekä mielikuvitukseen perustuva elvyttävä kokemus. Vaikka kiinnostus elvyttäviin luonnonääniin on lisääntynyt 2010-luvulta lähtien, kaksi keskeistä käsitteellistä aukkoa on säilynyt. Ensinnäkin tutkimus on painottunut luonnonäänien koettuun elvyttävään potentiaaliin eikä kuuntelun tuottamiin elvyttäviin lopputuloksiin. Toiseksi elvyttävien vaikutusten kumuloitumista toistuvan kuuntelun myötä ei ole aiemmin tarkasteltu. Tämä väitöskirja vastasi näihin aukkoihin kolmella alkuperäistutkimuksella ja samalla ylitti kuusi aiemmassa kirjallisuudessa tunnistettua metodologista rajoitetta.

Tutkimus I toteutettiin toistetun mittauksen kvasikokeena neljällä kirurgilla, jotka työskentelivät stressaavissa ja vaativissa olosuhteissa. Kukin kirurgi piti päivittäin leikkauksen jälkeisiä taukoja joko luonnonääniä kuunnellen (neljä kertaa) tai ilman luonnonääniä (kaksi kertaa). Tutkimus II oli seitsemän päivän verkkovälitteinen koe (<i>N</i> = 166), jossa yliopisto-opiskelijat satunnaistettiin neljään ryhmään: luonnonäänien kuuntelu, hiljaa istuminen, verkkouutisten lukeminen tai kontrolliryhmä ilman interventioita. Tutkimus III oli 14 päivän ristikkäiskoe (<i>N</i> = 69), jossa osallistujat kuuntelivat päivittäin luonnonääniä seitsemän peräkkäisen päivän ajan ja lempimusiikkiaan seitsemän peräkkäisen päivän ajan vastapainotetussa järjestyksessä. Kaikissa kolmessa tutkimuksessa päivittäinen interventio kesti 10 minuuttia, ja elvyttäviä vaikutuksia mitattiin itsearvioiduilla elvyttävillä lopputuloksilla Restoration Outcomes Scale -mittarilla (ROS) ennen ja jälkeen kunkin istunnon. Lisäksi käytettiin täydentäviä mittareita: ihon sähkönjohtavuutta (skin conductance level, SCL) fysiologisena indikaattorina (tutkimus I) sekä kokonaismielialaa ja haastatteluja (tutkimus I), viikoittaista koettua stressiä (tutkimukset II ja III) ja viikoittaista tietoisen läsnäolon tasoa (tutkimus II) psykologisina mittareina. Ryhmän sisäiset ja ryhmien väliset vaikutukset ja niiden yhdysvaikutukset estimoitiin lineaarisilla sekamalleilla (linear mixed-effects models, LMM) sekä muilla tavanomaisilla tilastollisilla testeillä (esim. parittaiset t-testit, yksisuuntainen ANCOVA). Yhtenäinen interventioaika ja analyysitapa mahdollistivat itsearvioitujen elvyttävien lopputulosten vaikutuskokojen vertailun tutkimusten välillä.

Tutkimusten I–III tulokset osoittivat johdonmukaisesti, että luonnonäänien kuuntelu oli elvyttävämpää kuin vertailuolosuhteet. Kun kunkin tutkimuksen kaikki istunnot yhdistettiin interventiotyypeittäin, luonnonäänien kuuntelun elvyttävä vaikutus oli tilastollisesti merkitsevästi positiivinen kaikissa kolmessa tutkimuksessa: suurimmat vaikutuskoot havaittiin tutkimuksessa I, ja pitkälti samankaltaiset, pienemmät vaikutuskoot havaittiin tutkimuksissa II ja III. Tulokset viittaavat siihen, että tämä sisätiloissa toteutettava elvyttävä toiminta on tehokasta myös ilman välitöntä stressialtistusta, mutta erityisen vaikuttavaa stressaavien tai vaativien tehtävien jälkeen. Lisäksi tutkimus II osoitti luonnonäänien päivittäisten elvyttävien vaikutusten kumuloituvan viikon aikana, joskin päivittäiset lisähyödyt hieman heikkenivät. Tutkimus III osoitti, että luonnonäänet olivat elvyttävämpiä kuin lempimusiikki sekä yhteenlaskettujen että kumulatiivisten elvyttävien vaikutusten osalta ainakin niiden osallistujien keskuudessa, jotka eivät tyypillisesti käytä musiikkia mielialan säätelyyn. Lisäindikaattorit tukivat näitä havaintoja: luonnonäänien kuuntelu vähensi kielteistä mielialaa (tutkimus I) ja viikoittaista koettua stressiä (tutkimukset II ja III) sekä lisäsi viikoittaista tietoisen läsnäolon tasoa (tutkimus II). Poikkeuksena havaittiin, että vähemmän kokeneiden kirurgien ihon sähkönjohtavuuden lasku oli pienempi (eli sympaattisen hermoston aktiivisuus vaimeni vähemmän) tauoilla, joilla kuunneltiin luonnonääniä verrattuna taukoihin ilman luonnonääniä (tutkimus I), mikä haastattelutulosten perusteella saattoi heijastaa leikkauksiin liittyvää vatvomista.

Yhteenvetona tutkimusten I–III tulokset eivät ainoastaan tue ART:ta ja SRT:ta sekä mielikuvitukseen perustuvan elvyttävän kokemuksen näkökulmaa, vaan myös täydentävät niitä. Erityisesti tutkimuksissa II ja III havaitut luonnonäänien kumulatiiviset elvyttävät vaikutukset viittaavat mahdollisiin pitkittäisiin mekanismeihin, kuten väheneviin rajahyötyihin ja odotuksiin perustuvaan positiiviseen palautesilmukkaan. Lisäksi tutkimusten II ja III lisäindikaattorien tulokset saattavat täydentää ART:n ja SRT:n teoreettisia viitekehyksiä, sillä viikkotasoisia tietoiseen läsnäoloon ja stressiin liittyviä vasteita ei voida täysin selittää tarkkaavuuden palautumisella (ART) tai alkuvaiheen affektiivisilla vasteilla (SRT). Näin ollen väitöskirja luo perustaa uusille teoreettisille näkökulmille ja vahvistaa luonnonäänien kuuntelun käytännöllistä arvoa kustannustehokkaana ja omatoimisesti toteutettavana elpymiskeinona sisätiloissa.

This thesis experimentally investigated whether and how the restorative effects of repeated listening to natural sounds indoors accumulate over time. Restorative effect refers to the replenishment of depleted psychological, physiological, and social resources, and its mechanism is explained by two established theories and one complementary perspective: attention restoration theory (ART), stress reduction theory (SRT), and imagination-based restorative experience. Although interest in restorative natural sounds has flourished since the 2010s, two notable conceptual gaps have persisted. First, empirical research has largely focused on the perceived restorative potential of such sounds rather than on the restorative outcomes that individuals may derive from listening. Second, no prior study has examined whether restorative outcomes (i.e., restorative effects) accumulate through repeated listening. The present thesis bridged these two conceptual gaps through three original studies that also overcame six methodological limitations identified in earlier work.

Study I employed a repeated-measures quasi-experiment with four surgeons, representing professionals working in stressful and demanding settings. Each surgeon took post-operation breaks daily, either with exposure to natural sounds (four times) or without natural sounds (twice). Study II used a seven-day online experiment with 166 university students randomly assigned to one of four groups: listening to natural sounds, sitting in silence, reading news online, or a no-intervention control. Study III extended this design to a 14-day crossover experiment (<i>N</i> = 69), in which participants listened daily to natural sounds for seven consecutive days and to their favorite music for seven consecutive days, with the order counterbalanced. Across all three studies, each daily session included a 10-min intervention period, and the primary measure of restorative effects was self-reported restorative outcomes assessed by the Restoration Outcomes Scale (ROS) before and after each session. Complementary measures were also included: skin conductance levels (SCLs) as a physiological indicator (Study I), and total mood disturbance (Study I), interviews (Study I), weekly assessed perceived stress (Studies II and III), and weekly measured mindfulness levels (Study II) as psychological measures. Linear mixed-effects models (LMMs) and other standard statistical tests (e.g., paired t tests, one-way ANCOVA) were used to estimate within- and between-group effects and their interactions. One strength of this thesis is the comparability of the effect sizes (particularly LMM parameter estimates) for self-reported restorative outcomes across all three studies owing to the consistent intervention duration (10 min) and analytical approach.

The results from Studies I–III consistently showed that listening to natural sounds was more restorative than alternative conditions. When data were aggregated across all sessions for each intervention type in each study, the restorative effect of listening to natural sounds was significantly positive in all three studies, with the largest effect size estimated in Study I and largely similar, smaller effect sizes estimated in Studies II and III. These results suggest that this restorative indoor activity remains effective even when individuals do not necessarily have prior stress exposure, although it may truly excel after individuals undergo stressful or demanding tasks. Moreover, Study II demonstrated the cumulative restorative effects of listening daily to natural sounds over one week, although daily gains attenuated slightly over time. Study III further revealed that natural sounds outperformed favorite music in terms of both aggregated restorative effects and cumulative restorative effects, at least among individuals less inclined to use music for mood regulation. Complementary indicators supported these findings: listening to natural sounds decreased total mood disturbance (Study I) and weekly perceived stress (Studies II and III), and raised weekly mindfulness levels (Study II), except that less experienced surgeons’ SCL reduction was smaller (i.e., less attenuation of sympathetic nervous system activity) during breaks with natural sounds (vs. without natural sounds) (Study I)—which may have reflected their surgery-related rumination, as indicated by the interview results.

Taken together, the findings from Studies I–III not only corroborate ART, SRT, and the perspective of imagination-based restorative experience, but also complement them. In particular, the cumulative restorative effects of natural sounds identified in Studies II and III point to potential longitudinal mechanisms, such as diminishing returns and expectation-driven positive feedback loop. Furthermore, the results of the complementary indicators in Studies II and III may further inform the theoretical frameworks of ART and SRT insofar as week-level mindfulness- and stress-related outcomes cannot be fully ascribed to attentional recovery (ART) or initial affective responses (SRT). In this way, the present thesis both lays the groundwork for the development of novel theoretical perspectives and affirms the practical value of listening to natural sounds as a cost-effective, independently implementable means of indoor restoration.