王曉力 吳凱寧 康曉璐 騰白玉 李紅濤

兒童助聽(tīng)器驗(yàn)配中方向性模式選擇分為全向性和方向性2種，全向性是指助聽(tīng)器麥克風(fēng)對(duì)來(lái)自各個(gè)方向的聲信號(hào)靈敏度一致，沒(méi)有明顯的臨近效應(yīng)；方向性是指助聽(tīng)器麥克風(fēng)對(duì)某個(gè)方位（通常是正前方）聲信號(hào)靈敏度更高。驗(yàn)配師根據(jù)患者需求進(jìn)行選擇。在選擇兒童公式時(shí)一般會(huì)默認(rèn)為全向性。據(jù)報(bào)道，全向性模式（omnidirectional，OMNI）較方向性模式能夠提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)[1，2]。當(dāng)助聽(tīng)器程序選擇為全向性模式時(shí)，存在少量競(jìng)爭(zhēng)的說(shuō)話者情況下，言語(yǔ)噪聲是否影響言語(yǔ)識(shí)別是一個(gè)值得思考和研究的問(wèn)題，尤其在課堂環(huán)境中使用自適應(yīng)方向性時(shí)，環(huán)境中語(yǔ)音衰減是值得關(guān)注的問(wèn)題。

本研究目的是評(píng)估一種完全自適應(yīng)定向降噪技術(shù)的助聽(tīng)器算法在競(jìng)爭(zhēng)噪聲和競(jìng)爭(zhēng)語(yǔ)音中對(duì)兒童語(yǔ)音識(shí)別的效果，以期驗(yàn)證使用方向性和降噪相結(jié)合的算法，在以下兩種情況是否比全向性麥克風(fēng)算法獲得更好的言語(yǔ)識(shí)別能力：（1）背景聲為合成的言語(yǔ)波形噪聲（speech-shaped noise，SSN）；（2）背景聲為兩個(gè)真實(shí)的言語(yǔ)聲錄音。在參與者沒(méi)有直接面對(duì)目標(biāo)聲源，以及當(dāng)背景中存在兩個(gè)語(yǔ)音的情況下，兩種助聽(tīng)器設(shè)置是否會(huì)產(chǎn)生相似的言語(yǔ)識(shí)別率表現(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取14名聽(tīng)障兒童參與實(shí)驗(yàn)。所有受試者的平均純音聽(tīng)閾（PTA）為輕度到重度。年齡5～14歲，平均年齡10.7±2.3歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：①雙側(cè)感音性/神經(jīng)性聽(tīng)力損失；②采用雙側(cè)放大方案；③母語(yǔ)為漢語(yǔ)；④無(wú)已知慢性中耳炎病史。聽(tīng)障兒童純音閾值見(jiàn)表1。

表1 聽(tīng)障兒童純音閾值表

1.2 助聽(tīng)器程序及設(shè)置

1.2.1 完全自適應(yīng)方向性程序 本研究評(píng)估集成化方向性麥克風(fēng)及降噪算法，奧迪康的完全自適應(yīng)方向性程序，AI全聲景領(lǐng)航系統(tǒng)（more sound intelligence，MSI）。該算法是全自動(dòng)方向性及快速降噪技術(shù)的組合。MSI使用雙麥克風(fēng)，一個(gè)全向性麥克風(fēng)進(jìn)行聲音捕捉響應(yīng)，后置心形麥克風(fēng)確定環(huán)境中的噪聲源和語(yǔ)音源的水平、空間位置。之后由深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)收集到的聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理，輸出精準(zhǔn)降噪后的聲學(xué)信號(hào)。MSI技術(shù)的既定目標(biāo)之一就是在分析不同競(jìng)爭(zhēng)性聲音來(lái)源后應(yīng)用方向性和降噪[3]。

1.2.2 助聽(tīng)器驗(yàn)配及驗(yàn)證 測(cè)試前，聽(tīng)障兒童兩側(cè)使用奧迪康More RITE助聽(tīng)器。受試兒童共14名，女5男9，測(cè)試年齡平均10.7±2.3歲，范圍5.8～13.4，助聽(tīng)器使用時(shí)間平均6.7±2.5年，范圍5.1～11.4年。65 dB SPL輸入下助聽(tīng)后語(yǔ)音可懂度指數(shù)SII，左耳平均77.9%±9.9%，范圍62%～90%，右耳平均77.8%±11.7%，范圍57%～87%。65 dB SPL輸入下最大可聽(tīng)頻率，左耳平均6000±1709 Hz，范圍3000～8000 Hz，右耳平均6321±1835 Hz，范圍3500～8000 Hz。所有受試者均使用奧迪康6～10 mm耳塞。助聽(tīng)器的驗(yàn)配和驗(yàn)證由1名聽(tīng)力師使用Audioscan Verifit (version 2.0)完成。驗(yàn)配目標(biāo)值是基于聽(tīng)障兒童個(gè)人的聽(tīng)閾和真耳耦合腔差異所得，使用公式DSL [i/o]v5.0 (desired sensation level [i/o]v5.0)。利用真耳設(shè)備的探測(cè)麥克風(fēng)確保助聽(tīng)器的增益和最大輸出水平。通過(guò)微調(diào)使增益盡可能接近規(guī)定目標(biāo)，之后復(fù)制助聽(tīng)器程序，以創(chuàng)建具有相同增益和最大輸出水平的第2個(gè)程序。一個(gè)程序設(shè)置為全向性，另一個(gè)程序設(shè)置為MSI，將兩種程序視作兩組助聽(tīng)器設(shè)置。MSI設(shè)置中，自動(dòng)方向性和降噪設(shè)置都被激活。使用制造商專有的助聽(tīng)器配套軟件將MSI調(diào)整到最強(qiáng)設(shè)置。在全向性設(shè)置中降噪未被激活，選擇“耳郭全向性”作為方向性設(shè)置。兩程序中其他功能和設(shè)置均相同。反饋系統(tǒng)、移頻技術(shù)未激活，音量控制被禁用。

1.3 刺激材料和環(huán)境

目標(biāo)刺激材料為普通話兒童詞匯相鄰性單音節(jié)詞表[4]，為標(biāo)準(zhǔn)普通話男聲錄制。掩蔽聲為兩段獨(dú)立的語(yǔ)音，或是兩段不同的SSN樣本在測(cè)試過(guò)程中不斷播放。兩段獨(dú)立語(yǔ)音為《太陽(yáng)與東風(fēng)》片段。保證所錄語(yǔ)音中沉默間隔不超過(guò)300 ms，若存在超過(guò)300 ms的空白將被識(shí)別并手動(dòng)編輯到大約100 ms。創(chuàng)建兩個(gè)不同的SSN樣本，對(duì)應(yīng)每個(gè)掩蔽揚(yáng)聲器記錄的長(zhǎng)時(shí)功率頻譜。

聽(tīng)障兒童測(cè)試時(shí)坐在聲場(chǎng)中心，距離4個(gè)球型揚(yáng)聲器（Elipson planet M）1.2米。揚(yáng)聲器分別位于聽(tīng)力障礙兒童0°、135°、225°和300°方向。聽(tīng)障兒童始終面向0°方向。SSN或掩蔽語(yǔ)音總是從聲入射方位角為135°和225°的揚(yáng)聲器中發(fā)出。聽(tīng)障兒童在以下3種聆聽(tīng)環(huán)境下接受測(cè)試。

第一種，目標(biāo)詞的聲入射方位角為0°，掩蔽聲是兩個(gè)不同的SSN樣本。一個(gè)SSN樣本的聲入射方位角為135°，另一個(gè)樣本的聲入射方位角為225°。第二種，目標(biāo)詞的聲入射方位角為300°，而掩蔽語(yǔ)音則是第一種環(huán)境下使用的SSN樣本。一個(gè)SSN樣本的聲入射方位角為135°，另一個(gè)為225°。第三種，目標(biāo)詞的聲入射方位角為0°，而掩蔽聲為連續(xù)的語(yǔ)音。聲入射方位角為135°的揚(yáng)聲器播放一段語(yǔ)音，聲入射方位角225°的揚(yáng)聲器播放另一段語(yǔ)音。這3種聆聽(tīng)環(huán)境分別被標(biāo)記為A-在掩蔽噪聲下面對(duì)目標(biāo)言語(yǔ)、B-在掩蔽噪聲下聽(tīng)遠(yuǎn)處（側(cè)方）目標(biāo)言語(yǔ)和C-在掩蔽言語(yǔ)下面對(duì)目標(biāo)言語(yǔ)。

1.4 測(cè)試流程

該測(cè)試在聲場(chǎng)下完成，被試在標(biāo)準(zhǔn)隔音室中完成測(cè)試，環(huán)境噪聲水平24.4 dBA。測(cè)試中佩戴耳機(jī)麥克風(fēng)(Shure Microflex MX153)，房間外的測(cè)試人員通過(guò)耳機(jī)聽(tīng)到被試反應(yīng)，并實(shí)時(shí)記錄。測(cè)試過(guò)程中使用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)記錄被試反應(yīng)一臺(tái)監(jiān)控和觀察受試者狀態(tài)。如果被試對(duì)聽(tīng)到的單詞不確定，將對(duì)被試鼓勵(lì)其進(jìn)行猜測(cè)回答。如果被試在目標(biāo)詞出現(xiàn)后約5秒內(nèi)沒(méi)有做出反應(yīng)，測(cè)試者判為不正確。

目標(biāo)詞以65 dB SPL的固定水平呈現(xiàn)。在每次測(cè)試前隨機(jī)替換目標(biāo)詞。使用“一上一下”規(guī)則[5]改變掩蔽聲水平，并測(cè)量50%正確單詞識(shí)別時(shí)對(duì)應(yīng)的信噪比。在所有聆聽(tīng)環(huán)境下，掩蔽聲的起始水平在第一次測(cè)試時(shí)為45 dB SPL。對(duì)于每個(gè)環(huán)境下的第二次測(cè)試，掩蔽聲的起始級(jí)別比第一次測(cè)試時(shí)估計(jì)的閾值低10 dB。自適應(yīng)增減掩蔽聲初始步距為4 dB，第二次增減軌跡變動(dòng)后減小為2 dB。每次測(cè)試得到8個(gè)軌跡變動(dòng)，閾值計(jì)算為最后6個(gè)變動(dòng)中掩蔽聲的平均水平。

對(duì)于每種聆聽(tīng)環(huán)境均進(jìn)行兩次測(cè)試。如兩次閾值差值＜5 dB，取平均值；如差值＞5 dB，則測(cè)試第三次并取三次平均值。聽(tīng)障兒童在完成第一組助聽(tīng)器設(shè)置的所有測(cè)試環(huán)境后，開(kāi)始第二組助聽(tīng)器設(shè)置測(cè)試。

2 結(jié)果

在MSI和OMNI設(shè)置，使用雙向復(fù)測(cè)量方差分析(rmANOVA)比較噪聲中的言語(yǔ)及混合言語(yǔ)識(shí)別性能，如圖1所示，包括助聽(tīng)器設(shè)置的內(nèi)部因素以及聆聽(tīng)環(huán)境的影響因素。Mauchly球度檢驗(yàn)結(jié)果不太顯著，χ2(2)=2.39，P=0.32。助聽(tīng)器設(shè)置作為主要影響參數(shù)，F(xiàn)(1，13)=14.06，P<0.05，ηp2=0.520；聆聽(tīng)環(huán)境作為主要影響參數(shù)，F(xiàn)(2，26)=39.65，P<0.001，ηp2=0.753，兩種因素的檢驗(yàn)效果顯著。在這兩個(gè)因素相互作用的情況下，差異很明顯，說(shuō)明在3種情況下，MSI的收益并不相同。

圖1 噪聲中言語(yǔ)以及混合言語(yǔ)識(shí)別性能

通過(guò)兩兩比較，MSI與全向性助聽(tīng)器設(shè)置情況下，測(cè)試助聽(tīng)器在SSN (A、B、C)中的性能，顯示MSI的閾值更好。全向性在掩蔽噪聲下面對(duì)目標(biāo)言語(yǔ)的平均閾值為8.4 dB，信噪比SD=3.9，未面對(duì)目標(biāo)的平均閾值為7.8 dB，信噪比SD=4.3。相反，MSI在掩蔽噪聲下面對(duì)目標(biāo)言語(yǔ)的平均閾值為4.4 dB，信噪比SD=4.1，未面對(duì)目標(biāo)的平均閾值為4.0 dB，信噪比SD=3.9。因此，在同樣噪聲環(huán)境下測(cè)試MSI與全向性助聽(tīng)器設(shè)置，MSI閾值提高約4 dB。

在多個(gè)言語(yǔ) (掩蔽聲為言語(yǔ))環(huán)境下，MSI與全向性助聽(tīng)器設(shè)置沒(méi)有差別。對(duì)于聽(tīng)障兒童，在混合言語(yǔ)中使用全向性設(shè)置的平均閾值為11.5 dB，信噪比SD=4.6，使用MSI設(shè)置的平均閾值為12.1 dB，信噪比SD=3.2。

3 討論

本研究在SSN和競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲情況，MSI和OMNI設(shè)置下，比較了聽(tīng)障兒童言語(yǔ)識(shí)別信噪比。結(jié)果顯示，在群體水平上，MSI提高了噪聲下言語(yǔ)識(shí)別SNR(提升4 dB)。即使兒童沒(méi)有面對(duì)目標(biāo)源，仍然有不錯(cuò)的效果(提升3.8 dB)。當(dāng)背景聲為兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲時(shí)，MSI和OMNI的言語(yǔ)識(shí)別沒(méi)有顯著差異。

3.1 SSN下兒童的言語(yǔ)識(shí)別能力

在SSN背景聲下，不論是否面對(duì)噪聲源，聽(tīng)障兒童言語(yǔ)識(shí)別閾都有提升（MSI＞OMNI）。有研究評(píng)估了噪聲環(huán)境下，方向性技術(shù)對(duì)兒童的益處[6～8]。方向性技術(shù)對(duì)兒童的益處前提在于兒童必須朝向目標(biāo)聲源，且目標(biāo)朝向中沒(méi)有其他干擾噪聲。但兒童常不會(huì)保持面對(duì)講話者[9]。這也是為何在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，并不推薦方向性技術(shù)用于兒童的主要原因。本研究結(jié)果顯示，盡管聽(tīng)障兒童并未面對(duì)目標(biāo)聲源（300°），MSI仍然能為兒童提供額外3.8 dB SNR（相比OMNI），這意味著新算法可以解決以往方向性的弊端。但仍需進(jìn)一步研究，以驗(yàn)證當(dāng)穩(wěn)態(tài)噪聲或言語(yǔ)聲出現(xiàn)在其他不同角度時(shí)，是否可得出相同結(jié)論。

3.2 競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲下兒童的言語(yǔ)識(shí)別能力

當(dāng)背景聲為競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲時(shí)，可見(jiàn)MSI和OMNI對(duì)于聽(tīng)障兒童無(wú)顯著差異。當(dāng)背景掩蔽聲包含大量潛在的有用信息時(shí)（如本實(shí)驗(yàn)使用的兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲），通過(guò)測(cè)試言語(yǔ)識(shí)別閾可以有效評(píng)估兒童是否有能力辨識(shí)聲源的聲波、選擇合適的聽(tīng)覺(jué)目標(biāo)進(jìn)一步處理、并屏蔽無(wú)關(guān)的言語(yǔ)聲聲波（即選擇性注意力）[10]。少有研究討論關(guān)于方向性技術(shù)對(duì)兒童選擇性注意的影響。筆者認(rèn)為，如果兒童持續(xù)面對(duì)目標(biāo)聲源，且干擾聲源明顯在另一角度時(shí)，方向性算法能夠有效提升目標(biāo)聲源的SNR。在這一特定環(huán)境下，方向性算法可能優(yōu)于MSI算法。然而如果兒童并不面對(duì)目標(biāo)聲源，方向性算法的效果可能差于OMNI[11]或MSI算法。本實(shí)驗(yàn)在兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲與一個(gè)目標(biāo)言語(yǔ)聲處于不同方位時(shí)，盡管MSI算法并沒(méi)有提升兒童的言語(yǔ)識(shí)別能力。但MSI并沒(méi)有衰減競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲。說(shuō)明當(dāng)存在數(shù)個(gè)競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲的多聲源環(huán)境中，介于方向性算法與OMNI算法間的MSI算法可能是很好的中和選擇。這一結(jié)果與Ricketts等[12]研究結(jié)論相似，即占半數(shù)以上學(xué)校時(shí)間的動(dòng)態(tài)環(huán)境下，相比方向性麥克風(fēng)算法，OMNI能夠提供更好的信噪比。

3.3 研究局限性與臨床意義

臨床推薦使用OMNI，而不推薦兒童使用方向性麥克風(fēng)，是因?yàn)橐韵略颍海?）兒童往往不面對(duì)目標(biāo)聲源。（2）方向性算法可能會(huì)減少可聽(tīng)度，或無(wú)法提供最優(yōu)SNR。（3）其他方向可能存在潛在的有用信息，因此方向性算法會(huì)減少偶然習(xí)得的機(jī)會(huì)。本研究發(fā)現(xiàn)，盡管聽(tīng)障兒童并未面對(duì)目標(biāo)聲源（300°），MSI算法仍然能提高言語(yǔ)識(shí)別SNR。這意味著使用MSI時(shí)兒童不需要面對(duì)聲源也能獲益。同時(shí)，在更接近兒童真實(shí)生活環(huán)境的實(shí)驗(yàn)條件下，與方向性技術(shù)形成對(duì)照，同樣相比OMNI，方向性技術(shù)已被證實(shí)會(huì)帶來(lái)消極影響[11，13]。這意味著在未來(lái)足夠智能的助聽(tīng)器算法可以取代方向性技術(shù)與OMNI，成為兒童的首選算法。

本研究的局限性在于：①?zèng)]有為每位兒童提供個(gè)性化調(diào)試。雖然使用真耳分析進(jìn)行驗(yàn)證，但仍然只是匹配了目標(biāo)曲線，沒(méi)有進(jìn)一步調(diào)試。②聽(tīng)障兒童短短適應(yīng)助聽(tīng)器僅幾分鐘，就進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)。③研究中僅模擬了兩種環(huán)境，還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)穩(wěn)態(tài)噪聲或言語(yǔ)聲出現(xiàn)在其他不同角度時(shí)，MSI算法是否可得出同樣效果。

4 結(jié)論

本研究主要得出以下結(jié)論：（1）在SSN背景聲下，MSI可以顯著提高兒童的言語(yǔ)識(shí)別能力。即使沒(méi)有面對(duì)目標(biāo)聲源，仍有同樣效果；（2）在競(jìng)爭(zhēng)言語(yǔ)聲背景聲下，MSI與OMNI算法對(duì)兒童的言語(yǔ)識(shí)別能力沒(méi)有顯著差異。