人工耳蝸植入者音樂感知研究現(xiàn)狀

屈歌　楊仕明　于萍　李佳楠解放軍總醫(yī)院 解放軍醫(yī)學(xué)院 耳鼻咽喉頭頸外科 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉研究所

·臨床研究·

人工耳蝸植入者音樂感知研究現(xiàn)狀

屈歌1楊仕明于萍李佳楠
解放軍總醫(yī)院 解放軍醫(yī)學(xué)院 耳鼻咽喉頭頸外科 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉研究所

對(duì)人工耳蝸植入者各層面音樂感知能力進(jìn)行合理檢測(cè)與評(píng)估，是了解其音樂感知特征、探索其感知規(guī)律、進(jìn)而提升其感知能力的前提。本文以音樂自身特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的物理屬性為線索，對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外有關(guān)人工耳蝸植入者音樂感知能力評(píng)估的相關(guān)研究加以梳理與總結(jié)。在現(xiàn)行評(píng)估體系簡介、測(cè)試材料制作、與樂音屬性（音高、音色、時(shí)長）相關(guān)的研究成果等幾方面加以闡述，分析了當(dāng)前研究的成功經(jīng)驗(yàn)與不足之處，并在此基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前研究所存在的問題提出進(jìn)一步研究設(shè)想。

人工耳蝸；音樂感知；音高；音色；音程；和聲

對(duì)人工耳蝸植入者（Cochlear Implantees，CI）音樂感知狀況進(jìn)行合理評(píng)估，是促使其獲得良好音樂感知與音樂欣賞愉悅感的首要前提。在當(dāng)前人工耳蝸技術(shù)可基本滿足言語交流的情況下，對(duì)音樂感知與欣賞的要求越發(fā)突出，這也是提升CI者生活質(zhì)量的重要方面。

從物理意義上，音樂是一種包括聲音頻率、振幅、時(shí)長與頻譜特征于一體的聲學(xué)屬性綜合體；從音樂結(jié)構(gòu)形態(tài)上講，更是包括音高、音色、時(shí)值、強(qiáng)弱、音程、和聲、調(diào)式、調(diào)性、節(jié)奏、節(jié)拍、旋律形態(tài)、音樂風(fēng)格、演奏形式與欣賞環(huán)境等；從CI者的角度，有設(shè)備品牌型號(hào)、電極設(shè)計(jì)、處理策略、植入時(shí)間等不同條件，還有知識(shí)儲(chǔ)備、個(gè)人喜好、音樂背景、欣賞習(xí)慣等方面的影響因素。因此，真正對(duì)音樂感知情況進(jìn)行非常全面、客觀評(píng)估是一件非常困難的事。但上述因素中，最為重要的基礎(chǔ)音樂元素應(yīng)為音高、音色、時(shí)長與強(qiáng)度四種，這也是和樂音四種屬性相對(duì)應(yīng)的。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在CI者音樂感知測(cè)試材料與評(píng)估方法上做了很多各具特色的工作，這些研究多以音高、音色與時(shí)長為主要測(cè)評(píng)內(nèi)容。其中，和音高相對(duì)應(yīng)的評(píng)估項(xiàng)目大致包括：音高方向辨別、旋律包絡(luò)類型辨別、熟悉旋律識(shí)別；和音色相關(guān)的評(píng)估項(xiàng)目主要是：不同樂器音色辨別，樂器音色的多維評(píng)價(jià)等；和時(shí)長相關(guān)的評(píng)估項(xiàng)目主要有：節(jié)奏線索對(duì)旋律識(shí)別的影響、節(jié)奏類型辨別、節(jié)拍同步性測(cè)試等。

1　評(píng)估體系

當(dāng)前，各國針對(duì)CI者音樂感知能力或愉悅感的評(píng)價(jià)問題開發(fā)了一系列程序或測(cè)試組，其中以評(píng)估CI者各層面音樂感知能力為主要內(nèi)容的測(cè)試，以華盛頓大學(xué)的“音樂感知臨床評(píng)估測(cè)試”（the Clinical Assessment of Music Perception Test，CAMP）較為典型。CAMP以標(biāo)準(zhǔn)化的臨床實(shí)踐方式，用電腦在音高方向識(shí)別、旋律識(shí)別與音色識(shí)別三個(gè)層面對(duì)CI者的感知能力加以評(píng)估，測(cè)試使用合成音作為測(cè)試材料制作的音源，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)CAMP在各測(cè)試項(xiàng)目均具有較寬的感知范圍，具有一定的臨床實(shí)用性［1-3］；韓國研究人員在此基礎(chǔ)上，經(jīng)調(diào)整部分測(cè)試內(nèi)容，開發(fā)了韓語版K-CAMP［4］；國內(nèi)研究者平利川等人開發(fā)的“音樂感知評(píng)估平臺(tái)”，也是在借鑒CAMP的基礎(chǔ)上制作而成的［5］。另一個(gè)使用較多的測(cè)試系統(tǒng)為“人工耳蝸植入者音樂聲感知測(cè)試”（the Musical Sounds in Cochlear Implants Perception Test，MuSIC），測(cè)試包括6個(gè)客觀、2個(gè)主觀測(cè)試模塊，評(píng)估范圍涉及音高、旋律、和弦、音色與樂器識(shí)別等多項(xiàng)內(nèi)容。Brockmeier等人研究認(rèn)為，MuSIC測(cè)試適用于CI者和聽力正常者（Normal Hearing，NH）音樂感知能力的評(píng)價(jià)，不論是深度調(diào)查音樂感知的某一方面，亦或是開展音樂感知普查，它都是一種有價(jià)值的工具［6］。此外，Gefeller等改編的測(cè)試組“音樂聽覺的基礎(chǔ)檢測(cè)”（Primary Measures of Music Audiation，PMMA）［7］、開發(fā)的“音樂片段識(shí)別測(cè)試”（Musical Excerpt Recognition Test）［8］，分別把評(píng)測(cè)重點(diǎn)放在CI者對(duì)音樂音調(diào)、節(jié)奏與旋律片段的識(shí)別上［9］。

學(xué)者Spitzer等人開發(fā)“人工耳蝸使用者的音樂欣賞測(cè)試”（Appreciation of music in cochlear implantees，AMICI）的測(cè)試［10，11］，評(píng)測(cè)CI者區(qū)分音樂聲與噪聲、識(shí)別樂器、識(shí)別音樂風(fēng)格與辨別個(gè)別音樂作品的能力，Min-Yu Cheng等檢驗(yàn)后認(rèn)為此測(cè)試具有較高的重測(cè)信度，性能穩(wěn)定可靠。Lily N.C.Law與Marcel Zentner合作開發(fā)了“音樂感知能力簡況”（Profile of Music Perception Skills，PROMS）［12］，在多種范圍內(nèi)對(duì)音樂感知技能進(jìn)行測(cè)評(píng)，包括調(diào)、音質(zhì)、時(shí)閾與動(dòng)態(tài)（響度）。此外，還有把評(píng)估失歌癥者的測(cè)試“蒙特利爾失歌癥評(píng)估測(cè)試組”（Montreal Battery for Evaluation of Amusia，MBEA）運(yùn)用到對(duì)CI者音樂感知評(píng)估上的嘗試［13］。

總之，現(xiàn)有CI者音樂感知測(cè)試系統(tǒng)，為CI者音樂感知能力測(cè)量與評(píng)價(jià)做出了可貴嘗試，積累了一些有益經(jīng)驗(yàn)。這些測(cè)試系統(tǒng)各具特色與優(yōu)勢(shì)，但總體尚處于研究的初級(jí)階段，當(dāng)前仍沒有一套測(cè)試體系在國際上得到大范圍的臨床應(yīng)用。這些測(cè)試，在功能上多側(cè)重于音樂的某一個(gè)或幾個(gè)層面，無法全面考察CI者音樂感知能力；在測(cè)試材料上，大多采用電子合成聲音制作測(cè)試材料，且都是以西洋樂器音色為測(cè)試音色，這樣既與真實(shí)樂器有差距又不適用我國CI者應(yīng)用；在音樂層面上，測(cè)試的音樂內(nèi)容較為簡單、籠統(tǒng)，無法深入、精細(xì)考察CI者在各音樂層面的精確感知情況，更不利于對(duì)CI者音樂感知的機(jī)制問題的進(jìn)一步研究。

2　測(cè)試材料音源選用與制作

總的來說，用來制作上述測(cè)試所用測(cè)試材料的聲音來源主要有三種：1）電子合成音，2）CI模擬聲［14］，3）真實(shí)樂器聲［15］。

合成音是指以某種樂器聲為基礎(chǔ)，采用特定算法選取與基頻、諧頻相符的快速傅里葉變換（FFT）成分，提取其聲音的頻譜包絡(luò)特征，并盡力消除任何可能呈現(xiàn)的時(shí)閾線索。然后這樣制作出的正弦波疊加起來，以指數(shù)起始與線性衰減的方式最終生成具有統(tǒng)一時(shí)閾包絡(luò)的、具有一定音高的、一定時(shí)長的合成復(fù)合測(cè)試音。這種合成聲音方法的最大優(yōu)點(diǎn)是：明了測(cè)試聲音材料的聲學(xué)屬性，對(duì)聲音材料的控制極為方便；其主要弊端是：這樣制作的聲音，只是一種數(shù)理上的近似模擬，與真實(shí)樂器聲的音色與動(dòng)態(tài)屬性具有較大不同。但即使如此，Nimmons、Gfeller等人在其研究中，可能鑒于合成音在制作與控制上相對(duì)真實(shí)樂器聲測(cè)試材料制作的便利性，仍使用了電子合成的聲音樣本。

模擬聲是指正常聲音信號(hào)通過CI模擬設(shè)備或軟件播放出來的聲音，一般簡稱為CIsim（Cochlear Implant Simulation），研究者用這種方法模擬出CI者聽到的聲音，以對(duì)照評(píng)估其與真正CI者之間感知表現(xiàn)的異同。Wright與Uchanski在運(yùn)用MBEA作為測(cè)試組的研究中，把原始的（未經(jīng)處理的）與用CI模擬軟件處理的音樂刺激，分別播放給CI使用者與20名NH（CIsim），使用7點(diǎn)評(píng)級(jí)標(biāo)尺與設(shè)定的音樂感知測(cè)試評(píng)價(jià)這些音樂片段。變量分析用評(píng)估評(píng)級(jí)、感知得分與聽者的調(diào)查問卷數(shù)據(jù)作為因子，每一個(gè)音樂測(cè)試音樂評(píng)估評(píng)級(jí)與感知得分之間的關(guān)系由計(jì)算得出。研究最終得出結(jié)論，NH成人通過CIsim模擬聽音樂時(shí)所產(chǎn)生的愉悅感，比CI者要差，兩者數(shù)據(jù)具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這種評(píng)價(jià)方法對(duì)于音樂愉悅度的評(píng)價(jià)并不適用。Cooper等運(yùn)用MBEA測(cè)試組，播放CI模擬聲音，在音階、包絡(luò)、音程、節(jié)奏、小節(jié)與旋律記憶六個(gè)方面對(duì)CI者與NH加以評(píng)測(cè)。

盡管很多研究由于利于操控的優(yōu)點(diǎn)而選用合成聲音制作測(cè)試材料，但也有很多研究者逐漸認(rèn)識(shí)到這種合成音與真實(shí)樂器聲間存在很大差異，建立在以合成音為測(cè)試材料的研究結(jié)論與實(shí)際音樂欣賞存在很多不同，這導(dǎo)致前者研究成果難于很好應(yīng)用于真實(shí)音樂環(huán)境。而且Gfeller在研究中發(fā)現(xiàn)，即使經(jīng)受訓(xùn)練的音樂家也難于正確分辨來自于孤立的合成音呈現(xiàn)的樂器聲。于是Gfeller等在研究中使用真實(shí)樂器錄制標(biāo)準(zhǔn)化的旋律序列作為聲刺激信號(hào)，并認(rèn)為這樣制作的刺激，包含了瞬間的而又非常重要的識(shí)別線索，而這些線索同時(shí)也是合成聲音材料所丟失的重要感知信息?；谶@種考慮，Gfeller等對(duì)語后聾CI者，以四族類（銅管、木管、擊弦、拉弦）、八件樂器、三個(gè)頻率范圍內(nèi)加以測(cè)量研究，隨后他們又用真實(shí)的歌唱聲片段為材料開展了相關(guān)研究［16］；同時(shí)還有Hartmut Meister等以真實(shí)圓號(hào)聲為音源制作測(cè)試材料［17］，Thomas Lu等對(duì)真實(shí)吉他聲進(jìn)行的研究工作［18］。

3　與音高相關(guān)的研究

音高是形成音樂最為重要的基本聲音屬性之一。與音高屬性相關(guān)的音樂層面很多，如音高方向、音高差別閾限、旋律輪廓、音程和聲等，針對(duì)音高感知的研究也是研究者最為關(guān)注的內(nèi)容。Nimmons等人在音高方向識(shí)別測(cè)試中使用強(qiáng)迫2選法，最小音程為1個(gè)半音，最大音程為12個(gè)半音，分別選用頻率為185Hz（F#3）、262Hz（C4）、330Hz（E4）、391Hz（G4）四個(gè)音作為基礎(chǔ)頻率，音高最小差別閾限的測(cè)試結(jié)果分別為：185Hz時(shí)最小1個(gè)半音至9.1半音，262Hz時(shí)1-11.5個(gè)半音，330Hz時(shí)1-9.0個(gè)半音，394Hz時(shí)1-6.5個(gè)半音。對(duì)于CI者最小音高識(shí)別閾限的研究，可能由于測(cè)試材料與參試對(duì)象個(gè)體差異與樣本量等原因，其結(jié)論的一致性相對(duì)較差。Fujita研究認(rèn)為，CI者可以識(shí)別4個(gè)半音以上的音高變化，但有些人甚至1個(gè)八度的變換都無法識(shí)別；也有人研究認(rèn)為，對(duì)于6個(gè)半音的音高變化條件，CI者的平均正確得分為62%，而在1個(gè)半音音高變化的條件下，CI者平均正確得分仍可達(dá)到49%。Gfeller等人對(duì)141名CI者的研究中觀察到，當(dāng)分別以131Hz與831Hz為基礎(chǔ)頻率時(shí)，CI者判斷音高的正確率有著顯著不同，說明音高感知任務(wù)有可能依賴于測(cè)試材料的頻率范圍。

Nimmons等要求聽者從12首普通旋律的閉集測(cè)試中，確認(rèn)所聽到的旋律，旋律音也是由合成音色演奏，音長500ms，速度60/m，每個(gè)音的強(qiáng)度在±4dB浮動(dòng)，試前錄制5個(gè)不同版本旋律，實(shí)驗(yàn)時(shí)隨機(jī)選擇播放，所有旋律均縮短至8秒，以避免歌曲長度所帶來的潛在線索。為消除旋律識(shí)別的節(jié)奏線索，實(shí)驗(yàn)旋律均采用長度相同的8分音符組成，產(chǎn)生出同步等長的旋律。旋律識(shí)別的得分范圍6%-81%，平均23%，SD=23%，參試者認(rèn)為此環(huán)節(jié)難度較大。

國內(nèi)外關(guān)注上述音高層面的研究很多，理論成果也很豐富。但音樂往往不是以單旋律（一件樂器）呈現(xiàn)，而是基本上都是由多件樂器以重奏、合奏、競(jìng)奏的形式進(jìn)行。當(dāng)一件樂器兩個(gè)音或多個(gè)音、兩件樂器兩個(gè)音或多個(gè)音同時(shí)發(fā)響時(shí)，就產(chǎn)生一種最為普遍的音樂現(xiàn)象——和聲。當(dāng)前，在國內(nèi)外針對(duì)CI者音樂感知的研究中，尚未發(fā)現(xiàn)針對(duì)和聲感知、乃至和弦感知（三個(gè)或三個(gè)以上的音同時(shí)發(fā)響）的研究工作。

4　與音色相關(guān)的研究

對(duì)音色的研究也是CI者音樂感知測(cè)試的熱點(diǎn)內(nèi)容，而音色研究的核心內(nèi)容是測(cè)試材料制作與測(cè)試方法問題。之前的研究雖多以合成音為測(cè)試材料的制作音源，但這些合成音仍是以某些真實(shí)樂器的聲音為基礎(chǔ)制作的，學(xué)者們?cè)谘芯窟^程發(fā)現(xiàn)不同族類樂器具有不同的聲學(xué)屬性，這些屬性的不同帶來CI者音樂感知的不同表現(xiàn)。

Gfeller等研究中的刺激樣本涉及銅管、木管、擊撥弦與拉弦四個(gè)樂器族類，在131-1068Hz的頻率范圍內(nèi)劃分三個(gè)不同聲區(qū)，由8位音樂家在錄音室錄制而成；在測(cè)試內(nèi)容上，該研究不僅包括常規(guī)的樂器音色辨別（音色的總體評(píng)價(jià)），還有被試對(duì)每種樂器音色總體愉悅感的測(cè)評(píng)內(nèi)容（音色的三維定性評(píng)價(jià)）。前者的測(cè)試結(jié)果是，CI組與NH組不同變量間具有顯著的交互作用，NH組對(duì)弦樂的感知明顯強(qiáng)于CI組，NH組對(duì)對(duì)低音樂器感知較好，CI組對(duì)低音木管樂器月弦樂器感知更好；后者使用三個(gè)視覺模擬標(biāo)尺在暗淡-明亮、密集-離散、豐滿-空洞三組音色描述形容詞之間做出自己的感知標(biāo)記，結(jié)果顯示，相比NH組，CI組認(rèn)為樂器最高頻率域的聲音聽起來更離散、缺少明亮；在樂器族類的組間不同的三個(gè)評(píng)價(jià)緯度上，CI者均認(rèn)為弦樂器族的音質(zhì)更糟糕。

Nimmons等人采用咨詢專家與借鑒前人研究經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在測(cè)試中選擇包括4個(gè)主要樂器族類的樂器聲：固定音高打擊樂器選用鋼琴為其代表樂器，弦樂選小提琴、大提琴與聲學(xué)吉他，銅管類選用小號(hào)，木管類選用長笛、單簧管與薩克斯。CI者音色識(shí)別得分范圍21%-54%，平均49%，SD=11%。吉他識(shí)別率最高64%（Gfeller認(rèn)為鋼琴的識(shí)別率最高），長笛最低31%；長笛最易被誤認(rèn)為是大提琴；木管樂器組內(nèi)錯(cuò)誤率較高，常被CI誤選為銅管或弦樂器，而不是選擇其他木管樂器。

上述測(cè)試體系不論采用合成音色還是選用真實(shí)樂器，都是以西洋樂器為測(cè)試材料，沒有設(shè)置國人相對(duì)熟悉的民族樂器。對(duì)于國內(nèi)CI者而言，對(duì)樂器音色的熟悉程度顯然很大程度上影響著測(cè)試結(jié)果。即使對(duì)于基本沒有音樂背景的國內(nèi)參與者而言，學(xué)習(xí)識(shí)別西洋樂器與我國民族樂器有無差異，也是一個(gè)值得關(guān)注的有趣問題。

5　與時(shí)長相關(guān)的研究

節(jié)奏線索有助于對(duì)熟悉旋律的識(shí)別，CI者對(duì)節(jié)奏的感知接近于NH，CI使用者在節(jié)奏感知任務(wù)上的表現(xiàn)要遠(yuǎn)高于其音高感知任務(wù)的表現(xiàn)，這些觀點(diǎn)已被大量文獻(xiàn)作為常識(shí)而加以使用。Cooper等在一項(xiàng)運(yùn)用MBEA的研究中，運(yùn)用不改變對(duì)比旋律的音符音高，僅改變相鄰音符時(shí)值，與僅改變旋律的節(jié)奏分組，而不改變小節(jié)或音符數(shù)的方法進(jìn)行節(jié)奏與小節(jié)的測(cè)試。Nimmons、Gfeller、Drennan與平利川等對(duì)于節(jié)奏感知的評(píng)測(cè)主要運(yùn)用在熟悉旋律識(shí)別的任務(wù)中，對(duì)比熟悉旋律節(jié)奏線索抽出與否時(shí)的感知情況，判斷節(jié)奏線索對(duì)感知的作用。

雖然多數(shù)研究認(rèn)為CI者節(jié)奏感知近乎常人，但必須強(qiáng)調(diào)的是，這些研究結(jié)論均在節(jié)奏簡單任務(wù)條件下獲得，這種簡單任務(wù)的敏感性不足以揭示CI者節(jié)奏感知的局限。Kim I與Yang E等在內(nèi)在節(jié)奏時(shí)鐘概念上，設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)CI節(jié)奏感知的任務(wù)，此任務(wù)超越了簡單模式識(shí)別的時(shí)閾處理或速度區(qū)分；他們?cè)谌N不同速度條件下，每小節(jié)用小軍鼓或白噪聲設(shè)置四個(gè)聲音刺激，其中前三個(gè)完全等時(shí)，第四個(gè)或稍快、或合拍、或稍慢，采用三選一的方式，要求被試指出給定刺激的第四拍屬于上述哪種情況，并在統(tǒng)計(jì)所有響應(yīng)后，計(jì)算出被試對(duì)速度細(xì)微變化的感知情況［19，20］。

CI者對(duì)速度變化的感知，理論上也存在一個(gè)最小差別閾限，這也是CI者音樂感知狀況研究重要議題之一。

近年來，國內(nèi)學(xué)者在漢語聲調(diào)感知的基礎(chǔ)上，在CI者音樂感知領(lǐng)域也做出了一些開創(chuàng)性的工作［21］。如對(duì)CI者音樂感知能力的關(guān)注［22-25］，以及建立在相關(guān)音樂感知測(cè)試組上的感知能力測(cè)評(píng)等［26］。此類研究大多借鑒歐美測(cè)試評(píng)估材料與方法，對(duì)我國CI者、尤其是成人語后聾患者的音樂感知能力做出初步評(píng)價(jià)，探索了此類人群音樂感知的總體特征，為繼續(xù)開展此項(xiàng)研究奠定了很好的基礎(chǔ)。但到目前為止，CI者音樂感知測(cè)試材料的本土化（如選用我國傳統(tǒng)樂器與樂曲）、測(cè)試內(nèi)容的模塊化與精細(xì)化程度的不足，仍是我們的短板所在。

簡言之，在當(dāng)前言語交流能夠基本得到保證的情況下，努力在人工耳蝸硬件設(shè)備、處理軟件等方面進(jìn)行積極探索，以讓CI者如正常聽力人群一樣擁有欣賞音樂、享受音樂的權(quán)利為目的，是提升此類人群生活質(zhì)量的重要手段，也是借由音樂欣賞與訓(xùn)練提升CI者言語表達(dá)能力的有益嘗試。對(duì)CI者音樂各層面、各屬性的感知狀況加以測(cè)評(píng)，分析其感知特性點(diǎn)與規(guī)律，則是做好這方面工作的必要前提。

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Contemporary Research on Music Perception in Cochlear Implant Users

QU Ge，YANG Shiming，YU Ping，LI Jianan
Department of Otolaryngology Head&Neck Surgery，Chinese PLA Institute of Otolaryngology，Chinese PLA General Hospital，The people's liberation army general hospital otolaryngology institute，Beijing 100853，China Corresponding author：YANG ShimingEmail：yangsm301@263.com

In cochlear implant users,appropriate evaluation of their perceptive abilities of various aspects of music is an indispensable prerequisite to understand their music perception characteristics,study the rules of their musical awareness,and improve their musical perceptive abilities.Based on the characteristics of music and corresponding physical properties,this paper reviews relevant literatures on music perception related to cochlear implant in the world,including current evaluation systems,test materials,music tone properties(pitch,timbre,duration,etc),and summarizes the success and the deficiencies in current research.On this basis,further studies are proposed in view of current problems.

Cochlear implant；Music perception；Pitch;Timbre；Musical interval；Harmony

R764.5

A

1672-2922（2015）04-646-4

2015-10-22審核人：劉軍）

·聽力語言康復(fù)評(píng)估專輯·

10.3969/j.issn.1672-2922.2015.04.017

軍隊(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BWS14J045）

屈歌，博士，講師，研究方向：音樂感知與認(rèn)知，嗓音障礙康復(fù)

楊仕明，Email：yangsm301@263.com