林珊珊 蘇俊 王航

低通濾波言語(low-pass filtered speech, LPFS)測試是指讓受試者聆聽經(jīng)過低通濾波處理過的言語材料后還原語音信息，得出言語識(shí)別率并分析其言語能力。言語具有一定的冗余度，冗余度是指在語音信息識(shí)別和理解過程中未起作用的多余信息[1]；LPFS測試過濾了言語材料中的一些信息，降低了言語冗余度，考察在冗余度減少的情況下受試者還原和聽清言語的能力，以反映聽覺中樞對(duì)語音信息的處理能力。

1954年，Bocca等[2]首次發(fā)現(xiàn)使用濾波言語增加測試難度后，更容易發(fā)現(xiàn)聽中樞的聽覺處理障礙，隨后濾波言語材料開始被應(yīng)用于中樞病變的診斷。多年來LPFS測試在國外取得了較大進(jìn)步，已廣泛應(yīng)用于臨床，目前國內(nèi)研究較少。隨著國內(nèi)外對(duì)聽中樞處理障礙疾病的越來越重視，亟需開展此類測試的系統(tǒng)研究，故本研究選取郗昕等[3]編制的漢語普通話單音節(jié)測試詞表作為語音材料進(jìn)行低通濾波處理，對(duì)聽力正常青年人行LPFS測試，分析低通濾波測試中的言語識(shí)別能力特性，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1測試對(duì)象 聽力正常青年人40例(80耳)，其中男20例，女20例，年齡19～21歲，平均20.55±0.71歲。受試者均為大學(xué)本科學(xué)歷，均為右利手；日常交流方式為普通話，既往無耳科疾病、精神以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史，身體健康；耳鏡檢查正常，純音聽閾在正常范圍(雙耳0.25、0.5、1、2和4 kHz氣導(dǎo)閾值≤20 dB HL)，鼓室導(dǎo)抗圖均為A型，聲反射閾均可引出；最大舒適級(jí)(maximum comfortable level, MCL)處的漢語普通話單音節(jié)詞表[3]言語識(shí)別率為96%～100%。

1.2測試材料的制作 選取漢語普通話單音節(jié)測試詞表22張[3]，應(yīng)用MATLAB語言編寫最優(yōu)化等波紋有限沖激響應(yīng)(finite impulse response, FIR)濾波器程序處理音頻。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，低通濾波處理后得到截止頻率分別為0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、4、6、8 kHz的濾波材料，一個(gè)截止頻率對(duì)應(yīng)處理兩張?jiān)~表，濾波斜率為100 dB/倍頻程。處理后運(yùn)用Adobe Audition CS6音頻處理軟件將所有測試材料的聲音文件進(jìn)行強(qiáng)度歸一化處理，處理前后的單音節(jié)詞頻譜圖見圖1。

圖1 0.25、1.25及8 kHz截止頻率下過濾單音節(jié)詞的頻譜特性比較圖

1.3測試儀器和環(huán)境 使用Bell inventis純音聽力計(jì)，在本底噪聲小于30 dB A且符合國家標(biāo)準(zhǔn)的隔聲室中進(jìn)行測試。測試前用校準(zhǔn)音進(jìn)行校準(zhǔn)，通過調(diào)節(jié)電平，使電平旋鈕達(dá)到VU表0 dB處，言語材料通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)聲卡輸入聽力計(jì)的Channel1中，完成測試準(zhǔn)備。測試時(shí)，受試者舒適地坐于隔聲室內(nèi)，佩戴TDH-39氣導(dǎo)耳機(jī)進(jìn)行測試。

1.4測試方法 測試前首先獲得受試者的MCL，而后以MCL為給聲強(qiáng)度進(jìn)行未經(jīng)濾波處理的單音節(jié)詞表測試，記錄受試者的言語識(shí)別率，當(dāng)識(shí)別率達(dá)96%～100%時(shí)，進(jìn)行LPFS測試。測試前告知受試者規(guī)則：“測試開始時(shí)，你將從一側(cè)耳機(jī)內(nèi)聽見一系列單音節(jié)詞，22張?jiān)~表中每個(gè)詞間隔4秒。復(fù)述你聽見的單音節(jié)詞，即使聽不清該詞，也盡力模仿所聽見的發(fā)音”。每張?jiān)~表有25個(gè)單音節(jié)詞，每側(cè)耳分別測試13個(gè)詞表；給聲強(qiáng)度定為受試者M(jìn)CL，隨機(jī)播放低通濾波言語材料；測試完一側(cè)耳后，休息5分鐘，再進(jìn)行另一側(cè)耳的測試；由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員進(jìn)行評(píng)分，計(jì)算受試者每張?jiān)~表的言語識(shí)別率：言語識(shí)別率=(正確單音節(jié)詞數(shù)/總單音節(jié)詞數(shù))×100%。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用Pearson相關(guān)分析探討不同截止頻率與言語識(shí)別率的相關(guān)性，Wilcoxon秩檢驗(yàn)兩兩比較相鄰的兩個(gè)截止頻率之間總體言語識(shí)別率的差異性；采用Mann-Whitney檢驗(yàn)對(duì)左、右耳和男、女受試者之間的言語識(shí)別率差異進(jìn)行分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

正常青年人0.25～8 kHz低通濾波條件下得出的言語識(shí)別率結(jié)果見表1。對(duì)相鄰截止頻率的總體言語識(shí)別率進(jìn)行兩兩比較，可見2.5 kHz與3 kHz、4 kHz與6 kHz這兩對(duì)截止頻率間的言語識(shí)別率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其余頻率所得言語識(shí)別率之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；采用Pearson相關(guān)性分析可知，截止頻率與言語識(shí)別率呈顯著正相關(guān)(r=0.765，P<0.05)，隨著截止頻率從0.25 kHz增加至8 kHz，言語識(shí)別率均值也相應(yīng)的提高，從1.15%增加至98.65%。

表1 不同低通濾波截止頻率條件下正常青年人總體及不同耳別、性別言語識(shí)別率比較

注：*與相鄰較低頻率比較，P<0.05；△與右耳相同頻率比較，P<0.05；▲與女性同一頻率比較，P<0.05

低通濾波條件下的總體言語識(shí)別率隨截止頻率的變化趨勢可見圖2a，在截止頻率為0.25～1 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率均值低于36.20%；在1～1.5 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為36.20%～60.20%；在1.5～2 kHz的范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為60.20%～81.35%；在2～3 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為81.35%～86.80%；在截止頻率達(dá)到4 kHz以上時(shí)，言語識(shí)別率高于96%。

左、右耳的言語識(shí)別率結(jié)果見表1和圖2b，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz這5個(gè)截止頻率下，左、右耳之間言語識(shí)別率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均為P<0.05)，且除了2.5 kHz的言語識(shí)別率為右耳高于左耳外，其余4個(gè)頻率均為左耳高于右耳。表1及圖2c顯示男、女性的言語識(shí)別率，男、女受試者的言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線幾乎重合，僅在1 kHz處男性高于女性(P<0.05)。

圖2 低通濾波條件下言語識(shí)別率與濾波器截止頻率的關(guān)系 注:與相鄰較低頻率比較,?P<0.05;與右耳比較,△P<0.05;與女性比較,▲P<0.05

3 討論

LPFS測試始于1954年，Bocca等[2]首先使用低通濾波減少言語的冗余度作為聽中樞處理障礙患者的測試材料，得出LPFS測試容易發(fā)現(xiàn)聽中樞處理障礙的結(jié)論。1983年，程錦元等[4]編制了一份LPFS測試詞表，針對(duì)不同人群得出清晰度均值，奠定了國內(nèi)LPFS測試的基礎(chǔ)，但此后國內(nèi)研究較少。目前，LPFS測試在臨床常用來檢查(中樞)聽處理障礙[(central) auditory processing disorder, (C)APD]。由于聽覺系統(tǒng)中神經(jīng)通路的豐富性和語音信息的冗余度，即使語音信號(hào)部分缺失或難以理解時(shí)，正常人也能夠識(shí)別言語[5]；但這種能力在(C)APD患者中經(jīng)常受損，這可能反映了潛在的中樞聽覺神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。因此，LPFS測試結(jié)果的異常提示患者可能患有(C)APD[6,7]。

本研究所得的總體言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線與程錦元等[4]和Chen等[8]的低通濾波單音節(jié)詞識(shí)別率曲線類似，呈現(xiàn)兩端平穩(wěn)、中間較陡的變化趨勢。文中結(jié)果顯示LPFS測試的截止頻率與言語識(shí)別率呈顯著正相關(guān)，隨著截止頻率的增加，言語識(shí)別率隨之上升；當(dāng)截止頻率≤0.75 kHz，言語識(shí)別率隨截止頻率的提高而緩慢增加，在0.75～2 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率隨截止頻率的提高而迅速上升，在1.5 kHz處言語識(shí)別率達(dá)到60.20%，2 kHz之后言語識(shí)別率上升趨勢變緩，最后在4 kHz之后言語識(shí)別率達(dá)到最大值；在2.5 kHz與3 kHz、4 kHz與6 kHz這兩對(duì)截止頻率間的言語識(shí)別率無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明在2.5～3 kHz和4～6 kHz頻率范圍內(nèi)的高頻信息對(duì)本測試材料下的單音節(jié)詞識(shí)別可能具有相同的貢獻(xiàn)。

研究認(rèn)為言語中的高頻成分(輔音)對(duì)語音清晰度十分重要，缺少高頻成分會(huì)導(dǎo)致難以理解言語[9]。既往研究表明，在漢語言語聲中0.5 kHz以上的頻率成分對(duì)言語識(shí)別率的貢獻(xiàn)占95%，特別是在0.5～2 kHz范圍內(nèi)對(duì)言語識(shí)別率的作用占70%[10]。本文結(jié)果顯示，在截止頻率為0.5～2 kHz范圍內(nèi)的言語識(shí)別率為9.6%～81.35%，對(duì)言語識(shí)別率的貢獻(xiàn)接近70%，這一結(jié)果與上述研究一致。孫喜斌等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)0.25～2 kHz的聽力水平進(jìn)入言語香蕉圖時(shí)，其最大言語識(shí)別率能達(dá)到70%，助聽器效果較適合，此時(shí)佩戴者的言語識(shí)別能力較好。以上結(jié)果均表明了0.5～2 kHz范圍內(nèi)的頻率成分對(duì)言語理解是十分重要的。另外，文中結(jié)果顯示，截止頻率為1.5、1.75和2 kHz所對(duì)應(yīng)的言語識(shí)別率達(dá)到了60%以上，分別為60.20%、66.40%和81.35%，提示在臨床上使用助聽設(shè)備時(shí)，主要補(bǔ)償0.5～2 kHz，尤其要補(bǔ)償1.5～2 kHz頻率范圍，對(duì)佩戴者的言語理解十分關(guān)鍵。

Chen等[8]使用普通話材料下的語音平衡(phonetically balanced, PB)單音節(jié)詞對(duì)聽力正常青年人行濾波斜率為60 dB/倍頻程的LPFS測試，將本研究結(jié)果與其結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在截止頻率小于2 kHz時(shí)，其言語識(shí)別率均超出本研究結(jié)果約10%，而2 kHz截止頻率之后的言語識(shí)別率與本研究結(jié)果相吻合；原因可能是本研究的濾波斜率設(shè)置為100 dB/倍頻程，對(duì)言語材料的濾波水平更高，增加了測試難度，因此濾波斜率的設(shè)置也是影響LPFS測試結(jié)果的重要因素。另一方面，對(duì)2 kHz截止頻率前后的結(jié)果對(duì)比差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了2 kHz以下范圍內(nèi)的頻率成分對(duì)言語識(shí)別的重要性。

目前已報(bào)道了在LPFS測試中出現(xiàn)的右半球(RH)/左耳優(yōu)勢(LEA)[12]，從本研究對(duì)比受試者左、右耳的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz截止頻率下，左、右耳的言語識(shí)別率存在差異；2.5、6 kHz截止頻率下的耳間言語識(shí)別率差值小于4%，雖有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但無臨床意義；1.25、1.5、3 kHz截止頻率下的左耳言語識(shí)別率高于右耳，且超過4%，具有顯著差異，提示LPFS測試在某個(gè)截止頻率范圍內(nèi)可能存在左耳優(yōu)勢。此外，文中結(jié)果顯示男、女受試者的言語識(shí)別率僅在1 kHz處存在微小差異，而其余頻率均無差異，說明受試者性別不影響LPFS測試。

綜上所述，本研究顯示，LPFS測試所得言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線呈中部陡峭、兩端平穩(wěn)的S形曲線，言語識(shí)別率隨著截止頻率的增加而明顯上升，在0.75～2 kHz范圍內(nèi)上升迅速，當(dāng)截止頻率達(dá)到1.5 kHz以上時(shí)，言語識(shí)別率≥60.20%；LPFS測試受耳別影響，可能存在左耳優(yōu)勢，而性別對(duì)測試結(jié)果無影響；本研究獲得了正常青年人在不同低通濾波條件下的言語識(shí)別率，得出了本實(shí)驗(yàn)室正常值，可為臨床提供參考。另外，漢語LPFS測試材料的制作要考慮言語材料的選取，以及截止頻率和濾波斜率的設(shè)置，這些有待做進(jìn)一步研究。