自適應(yīng)非線性頻率壓縮技術(shù)在兒童助聽器驗(yàn)配中的有效性初探

劉媛媛 戴瑞邦 楊欣怡 編譯

助聽器的非線性頻率壓縮（non-linear frequency compression，NLFC）技術(shù)通過壓縮高頻聲學(xué)信號(hào)，并移到較低頻率區(qū)域，可幫助無法通過傳統(tǒng)助聽器放大技術(shù)獲得足夠補(bǔ)償?shù)母哳l聽力損失患者獲得并提高言語信號(hào)的高頻可聽度[1，2]。NLFC可幫助高頻聽力損失患者通過助聽器獲得并分辨高頻言語聲，如/f/、/s/、/sh/等對(duì)兒童言語識(shí)別和語言習(xí)得有重要意義的摩擦音[3]。

多項(xiàng)研究表明，經(jīng)真耳驗(yàn)證并調(diào)試合適的NLFC助聽器可改善聽力損失兒童的言語識(shí)別[1～6]，但頻率壓縮強(qiáng)度過高（如高壓縮比和低截止頻率）可使言語信號(hào)失真，導(dǎo)致言語識(shí)別下降[7]。

鑒于NLFC在使用中存在不足，繼而開發(fā)出自適應(yīng)非線性頻率壓縮技術(shù)，也稱NLFC-2。與NLFC不同的是，NLFC-2采用非靜態(tài)算法，可根據(jù)輸入聲的能量分布進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；該技術(shù)引入第2個(gè)截止頻率，可更好地“保護(hù)”低頻聲，如元音、濁輔音。在NLFC-2的處理架構(gòu)中，當(dāng)輸入聲頻率低于較低的截止頻率時(shí)不啟動(dòng)頻率壓縮；高于較高的截止頻率時(shí)啟動(dòng)頻率壓縮；而介于兩個(gè)截止頻率之間時(shí)，則根據(jù)瞬間的能量分布進(jìn)行自適應(yīng)處理。即輸入聲在此頻率段內(nèi)，助聽器通過自適應(yīng)，瞬時(shí)決定是否激活頻率壓縮。

如果NLFC-2的上限截止頻率設(shè)置合適，其下限截止頻率可設(shè)置到低于1500 Hz，突破了原有NLFC的技術(shù)限制。采用自適應(yīng)算法，只有在輸入聲的中高頻成分顯著高于低頻成分時(shí)，才對(duì)中高頻進(jìn)行壓縮，進(jìn)而減輕對(duì)元音共振峰關(guān)系的不利影響。使用更低的截止頻率和壓縮比，可減少中高頻音素和環(huán)境聲音的頻譜形狀改變。

本研究以NLFC-1表示非線性頻率壓縮技術(shù)，并以NLFC-2表示自適應(yīng)非線性頻率壓縮技術(shù)，通過觀察和比較兒童在使用兩種NLFC時(shí)的助聽效果和獲益情況，旨在探討自適應(yīng)NLFC應(yīng)用于兒童的有效性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取14例低頻輕度到中度、而高頻重度到極重度的聽力損失兒童。年齡6～17歲，平均11歲6個(gè)月。納入標(biāo)準(zhǔn)：配戴助聽器并使用NLFC-1；母語為英語；與年齡相關(guān)的常模相比，其接受性和表達(dá)性口語能力均在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)；可配合完成音素察覺的封閉式言語識(shí)別問卷測(cè)試。排除標(biāo)準(zhǔn)：患聽神經(jīng)譜系障礙、蝸后病變、認(rèn)知/神經(jīng)障礙和讀寫障礙的聽力損失兒童。

1.2 助聽器驗(yàn)配流程

為所有受試兒童雙耳選配相同品牌和型號(hào)的耳背式助聽器，且該助聽器具有多種非線性頻率壓縮算法。助聽器增益放大采用DSL v5處方公式，在關(guān)閉NLFC的情況下，通過真耳分析（REM）中的真耳耦合腔差值（RECD）測(cè)試進(jìn)行效果驗(yàn)證和精細(xì)調(diào)試。在進(jìn)行真耳分析前，將所有受試兒童的助聽器開啟反饋消除功能，并進(jìn)行聲反饋校準(zhǔn)和評(píng)估測(cè)試。分別采用聲強(qiáng)為55、65、75 dB SPL的輸入聲進(jìn)行RECD測(cè)試，并使助聽器輸出與目標(biāo)曲線相匹配（差值≤±2 dB）。

1.3 研究設(shè)計(jì)

本研究分為3個(gè)階段，分別持續(xù)4～6周的時(shí)間。受試兒童在不同測(cè)試階段共使用3種類型的NLFC，分別是NLFC-1、NLFC-2A和NLFC-2B。鑒于所有受試兒童均為有佩戴經(jīng)驗(yàn)的NLFC-1用戶，因此，將助聽器使用NLFC-1的階段作為完全適應(yīng)期；并根據(jù)使用NLFC-2的聽覺表現(xiàn)測(cè)量分為起始期和完成期（4～6周）。

1.3.1 NLFC-1階段 將所有受試兒童的初始NLFC-1設(shè)置為與其參與研究前的已有助聽器一致。本研究采用Glista等[2]發(fā)布的驗(yàn)證和調(diào)節(jié)協(xié)議對(duì)初始NLFC-1進(jìn)行設(shè)置，并通過真耳分析確保初始NLFC-1設(shè)置，在65 dB SPL時(shí)，女性/s/音是可聽的（即壓縮信號(hào)在目標(biāo)頻率匹配或超過DSL v5.0目標(biāo)值）。如果/s/音不可聽，則對(duì)NLFC-1的壓縮強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。

本研究采用兩種NLFC-2設(shè)置（即NLFC-2A和NLFC-2B），并將其使用效果與NLFC-1進(jìn)行對(duì)比。

1.3.2 NLFC-2A階段 NLFC-2A的設(shè)置依據(jù)是參考每位受試兒童的聽力曲線，激活NLFC-2后的最高輸出頻率由受試兒童的聽閾和NLFC關(guān)閉時(shí)助聽器最大聲輸出的交叉點(diǎn)決定。 此外，將80 dB SPL言語聲與聽閾的交叉點(diǎn)用于確定上限截止頻率。以確保每位參與兒童均通過NLFC-2處理方式，盡可能獲得最寬頻的言語范圍。

1.3.3 NLFC-2B階段 NLFC-2B的設(shè)置介于NLFC-1和NLFC-2A之間。將每位受試兒童的NLFC-2B最高輸出頻率與NLFC-1設(shè)置保持一致。相較于NLFC-2A的下限截止頻率設(shè)置更高（壓縮比更強(qiáng)），而上限截止頻率設(shè)置更低，因此更接近NLFC-1的可聽頻寬。此設(shè)置使壓縮音質(zhì)更接近參與兒童所慣用的NLFC-1技術(shù)，以調(diào)查受試兒童更偏好使用哪種NLFC。

1.4 結(jié)果測(cè)試

對(duì)本研究不同階段的受試兒童，分別采用西安大略大學(xué)（the university of western ontario，UWO）復(fù)數(shù)測(cè)試[1]、輔-核-輔（the consonant-nucleusconsonant，CNC）單音節(jié)詞識(shí)別測(cè)試[8]和峰力音素感知測(cè)試（phonak phoneme perception test，PPT）[9]評(píng)估安靜環(huán)境下的言語識(shí)別率。

2 結(jié)果

2.1 UWO復(fù)數(shù)測(cè)試結(jié)果

本研究選擇5個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)受試兒童進(jìn)行UWO復(fù)數(shù)測(cè)試，并記錄正確率，結(jié)果顯示采用NLFC-2B設(shè)置的正確率（在驗(yàn)配4～6周后）高于NLFC-1（P＜0.05），見圖1。

2.2 CNC單音節(jié)詞識(shí)別測(cè)試結(jié)果

本研究在給聲強(qiáng)度為50 dB（A）與60 dB（A）的條件下，分別選擇5個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)受試兒童進(jìn)行的CNC單音節(jié)詞識(shí)別測(cè)試并記錄識(shí)別率。結(jié)果顯示給聲強(qiáng)度為50 dB（A）（圖2）和60 dB（A）（圖3）時(shí)，NLFC-2A（4～6周）以及NLFC-2B（4～6周）的識(shí)別率均顯著高于NLFC-1（P＜0.01）。

2.3 PPT覺察閾測(cè)試結(jié)果

圖1 不同情況下的UWO復(fù)數(shù)測(cè)試正確率

圖2 聲強(qiáng)為50 dB （A）時(shí)的CNC單音節(jié)詞平均識(shí)別率

圖3 聲強(qiáng)為60 dB（A）時(shí)的CNC單音節(jié)詞平均識(shí)別率

本研究部分受試兒童使用NLFC-2B的PPT察覺閾值較NLFC-1及NLFC-2A平均低4 dB SPL，但不同NLFC設(shè)置條件下的PPT覺察閾無顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 PPT識(shí)別閾測(cè)試結(jié)果

本研究采用4種刺激聲進(jìn)行PPT識(shí)別閾測(cè)試，結(jié)果顯示大部分受試兒童使用NLFC-2B設(shè)置4～6周后，其不同刺激聲測(cè)試的音素識(shí)別閾均降低（更好），但不同NLFC設(shè)置條件下的PPT識(shí)別閾無顯著性差異（P＞0.05），見圖4。

圖4 不同測(cè)試階段的PPT因素識(shí)別閾

3 討論

本研究結(jié)果顯示與聽力損失兒童已有助聽器的NLFC相比，使用自適應(yīng)NLFC不僅未對(duì)言語識(shí)別造成不良影響，并可改善高頻言語聲的察覺和識(shí)別。雖然并非所有測(cè)試結(jié)果都存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但NLFC-2B作為NLFC-2的中間版本，仍呈現(xiàn)出優(yōu)于NLFC-1的趨勢(shì)。討論其主要原因是NLFC-2采用自適應(yīng)功能，并引入第二個(gè)截止頻率，較NLFC-1提供的截止頻率更低。

本研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在不足，主要為：①缺乏噪聲下的評(píng)估。雖然NLFC-2可改善安靜環(huán)境下的言語識(shí)別率，尚不知在噪聲環(huán)境下是否仍具優(yōu)勢(shì)；②本研究所用的自適應(yīng)NLFC設(shè)置基于兒童已有助聽器的NLFC。如果NLFC-2參數(shù)可通過客觀（如真耳分析）與主觀測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化，則可更好地觀察獲益情況。此外，本研究中NLFC-2的適應(yīng)和使用期僅為4～6周，相較于NLFC-1設(shè)置，其優(yōu)勢(shì)可能因使用時(shí)間短而被低估；③缺乏與未使用NLFC的配戴情況進(jìn)行比較。與本組研究對(duì)象聽力損失相似的已有研究結(jié)果顯示，受試兒童使用NLFC與未使用NLFC有相似的表現(xiàn)，但多數(shù)兒童使用NLFC的表現(xiàn)更好[2]。本研究未對(duì)是否使用自適應(yīng)NLFC的情況進(jìn)行直接比較，因此難以明確自適應(yīng)NLFC是否較傳統(tǒng)NLFC更具優(yōu)勢(shì)。

本研究通過對(duì)比兒童使用非線性頻率壓縮（NLFC）和自適應(yīng)NLFC助聽器的可聽度及言語識(shí)別，以探討自適應(yīng)NLFC技術(shù)應(yīng)用于聽力損失兒童的有效性。結(jié)果顯示與NLFC相比，使用自適應(yīng)NLFC可有效改善高頻言語聲和CNC單音節(jié)詞識(shí)別，而不影響言語識(shí)別。此外，長期使用NLFC的助聽用戶更換為自適應(yīng)NLFC助聽器的適應(yīng)性較好，且適應(yīng)期較短。

（本文編譯自：Wolfe J，Duke M，Schafer EC，et al.Preliminary evaluation of a novel non-linear frequency compression scheme for use in children[J].International Journal of Audiology，2017，56（12）：976-988.）