頻率降低技術(shù)在助聽器驗配中的應(yīng)用

黃運甜段吉茸

·技術(shù)與方法·

頻率降低技術(shù)在助聽器驗配中的應(yīng)用

黃運甜1△段吉茸1

很多感音神經(jīng)性聽力損失（sensorineural hearing loss，SNHL）患者的聽力圖呈下降型，而言語中大部分關(guān)鍵信息恰恰體現(xiàn)在高頻，如：英語中的擦音／s／、／z／、／θ／、／e／、／f／、／v／、／∫／、／?／，塞擦音／?／、／?／，塞音／t／、／d／；漢語中聲母／s／和／sh／等。有些聽力損失患者即便選配了助聽設(shè)備也無法從聲放大中獲益；如果高頻聽力損失為極重度的陡降型聽力損失患者通常無法從傳統(tǒng)聲放大技術(shù)中獲得對中等強度言語聲的可聽度。很多原因會導致此現(xiàn)象的出現(xiàn)，如助聽器聲反饋、增益不足和患者存在耳蝸死區(qū)；前兩種原因可以通過提升助聽器的反饋抑制技術(shù)和功率來解決，而后一種原因來源于聽力損失患者本身［1］，通過傳統(tǒng)的助聽器放大技術(shù)不但不能改善該類患者的語言理解力和分辨力，反而可能產(chǎn)生無謂的失真、不適及反饋等副作用；因此，在這種情況下可使用助聽器的頻率降低（frequency lowering，F(xiàn)L）技術(shù)，以避免耳蝸死區(qū)頻率的聲放大。另外，部分使用傳統(tǒng)放大技術(shù)的高頻聽力損失患者，由于高頻可聽度的強度和帶寬不足，即使高頻聽力損失是輕度至中度，患者的言語感知力也沒有提高，此情況下也可以使用頻率降低技術(shù)。本文就頻率降低技術(shù)在助聽器驗配中的應(yīng)用進行概述。

1 頻率降低技術(shù)的概念和研究現(xiàn)狀

頻率降低技術(shù)又稱為移頻技術(shù)，起源于半個世紀以前［2］，主要適用對象是高頻聽力損失的SNHL患者，將其無法接收的高頻聲信號移轉(zhuǎn)至殘余聽力較好的中低頻區(qū)域。

一項關(guān)于FL技術(shù)的最新研究結(jié)論顯示，該技術(shù)對言語識別的獲益主要體現(xiàn)在擦音的識別方面［3］，如／f／、／s／、／∫／。兒童或女性發(fā)／s／的共振峰頻率為6 300～8 300 Hz［4］，聲強為57～68 dB［5］，高頻陡降型聽力損失患者無法從傳統(tǒng)助聽器放大技術(shù)中獲得高頻言語聲的可聽度。高頻聽力損失嚴重的患者，尤其是處于聽覺語言發(fā)展關(guān)鍵期的兒童，能聽到這些輔音非常重要［6］。Moeller等［7］對10名12個月大的嬰兒進行了長達1年的縱向跟蹤，這些兒童出生即被診斷為感音神經(jīng)性聽力損失（SNHL）并選配了適合的助聽器（平均5月齡），經(jīng)探管麥克風測試確保助聽器輸出與DSL v4.1公式目標值匹配；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管進行了早期干預，這些兒童仍然很難正確發(fā)出擦音和塞擦音，這10例患兒中有6例8 k Hz聽閾≤65 d B HL，提示即使是輕度至中度聽力損失，高頻聽障患兒從常規(guī)放大技術(shù)中獲得的可聽

度仍然很有限。相同條件下，聽障兒童的言語識別力比成人差很多，因為成人可以利用語言學及上下文來彌補缺失的信息，而聽障兒童則沒有此優(yōu)勢，且噪聲環(huán)境下聆聽言語需要更高的信噪比［8］；因此，聽障兒童比成人更需要FL技術(shù)，但不能說聽障兒童比成人更適合FL技術(shù)。已有研究證明FL技術(shù)對聽障成人的益處［9，10］，但既包含兒童也包含成人受試者的研究不多，各研究結(jié)果間尚缺乏一致性。Glista等［11］在對陡降型高頻中重度至極重度SNHL的兒童和成人的比較中，發(fā)現(xiàn)在復數(shù)詞（擦音）識別上使用FL技術(shù)的兒童進步更大，但同時作者也提到，無法明確此差異是由于發(fā)育的差異還是由于DSL公式多補償?shù)?～10 dB增益。Kopun等（2012）在對輕度至重度SNHL的成人和兒童的研究中發(fā)現(xiàn)，使用FL技術(shù)的兒童和成人的單音節(jié)詞識別率都顯著提高，而兒童和成人之間并無明顯差異。

目前，全世界有一半以上的主流助聽器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)FL助聽器［3］，但關(guān)于FL助聽器的適用人群和獲益度仍然存在較大爭議，主要有兩點原因：第一，有關(guān)現(xiàn)代FL助聽器的研究報道有限；第二，各研究結(jié)果間缺乏一致性，有時即使是同一項研究，由于FL參數(shù)的設(shè)置不同，受試者的獲益度亦不同［12］。因此，研究人員必須找到“金標準”來評估FL技術(shù)的獲益度，驗配師應(yīng)明確FL技術(shù)的原理、適用人群以及軟件操作，使得FL技術(shù)為患者帶來最大的收益。

2 頻率降低技術(shù)分類

目前，助聽器FL技術(shù)主要有三類：線性頻率移轉(zhuǎn)、頻率壓縮和頻率平移，其中頻率壓縮又包括線性頻率壓縮和非線性頻率壓縮。無論哪種FL技術(shù)，都離不開以下幾個術(shù)語：①源區(qū)域：FL的原始頻域；②目標區(qū)域：FL的目標頻域；③起始頻率：源區(qū)域的最低頻率。圖1代表了幾種不同的FL技術(shù)，圖1a代表頻率分布，紅色代表低頻，粉色代表高頻，即從1 Hz（紅色）至8 000 Hz（粉色）；這里假設(shè)中頻區(qū)域（綠色）以上不可聽。

2.1 線性頻率移轉(zhuǎn)（linear frequency transposition，LFT） 線性頻率移轉(zhuǎn)技術(shù)可將部分源區(qū)域的高頻信號降低至低頻目標區(qū)域。這種算法持續(xù)搜索源區(qū)域是否存在最強的峰值信息，若存在，復制該信息并將其頻率降低至二分之一原始頻率處，即降低一個倍頻程，如圖2所示。為了避免影響低頻信息感知，系統(tǒng)只選擇部分信號進行處理。線性（linear）是指不改變被降低頻段內(nèi)容的頻譜分布，因頻譜內(nèi)容只是被移轉(zhuǎn)而并未被壓縮，所以移轉(zhuǎn)后言語相關(guān)頻譜間的特征依然被保留。但是，被降低的頻譜內(nèi)容會與原始信號的部分頻譜內(nèi)容相互重疊，所以言語特征會發(fā)生改變，重疊的高、低頻信息可能會導致低頻言語信息被轉(zhuǎn)移過來的高頻信息所掩蔽。如圖1d所示，原始頻段中最大的峰值與鄰近的部分被轉(zhuǎn)移至目標區(qū)域后，目標區(qū)域既包含原始頻段的峰值，也包含原始聲［12］，只有最重要的頻譜信息被降低（紅色峰值）。

2.2 頻率壓縮（frequency compression，F(xiàn)C） 頻率壓縮技術(shù)可以比喻成幅值壓縮技術(shù)。頻率壓縮的起始頻率好比幅值壓縮的壓縮拐點，頻率壓縮發(fā)生在起始頻率以上，起始頻率以下的信號不受影響。與幅值壓縮后動態(tài)范圍縮小類似，頻率壓縮后源信號帶寬也被縮小，壓縮后目標區(qū)域的頻率范圍只限于起始頻率以上。頻率壓縮分為線性頻率壓縮和非線性頻率壓縮，二者的區(qū)別在于起始頻率的位置。如圖1a所示，線性頻率壓縮始于最低頻率（1 Hz），而非線性頻率壓縮的起始頻率要更高，仍保留一部分低頻區(qū)不變，另一部分中高頻區(qū)頻率被壓縮，如圖1b所示。

2.2.1 線性頻率壓縮（linear frequency compression，LFC） 線性頻率壓縮如圖1b所示，壓縮后的頻率與壓縮前的頻率成簡單的線性函數(shù)關(guān)系：f輸出＝α（f輸入），其中f輸入代表FL前的頻率，f輸出代表FL后的頻率，α為一值為0.2～0.5的分數(shù)。如果用線性或?qū)?shù)坐標表示，輸入-輸出關(guān)系是一條直線，其斜率為α。

線性頻率壓縮并不是一直發(fā)生，如果總是處于壓縮狀態(tài)，言語聲聽起來就會不真實且不易理解。由于共振峰的重要性，大多數(shù)情況下只對2 500 Hz以上的高頻聲進行FL。所以，線性頻率壓縮技術(shù)要么對全頻聲信號進行壓縮，要么不啟動。而非線性頻率則一直處于頻率壓縮狀態(tài)。

2.2.2 非線性頻率壓縮（non-linear frequency compression，NLFC） 非線性頻率壓縮將高頻頻譜內(nèi)容壓縮至低頻區(qū)域，如圖1c所示。非線性頻率壓縮的輸入-輸出關(guān)系為：f輸出＝（f輸入）α，α代表“壓縮比”或“CR”。如果用線性坐標（Hz）表示，輸入-輸出關(guān)系為一指數(shù)曲線，若用對數(shù)坐標表示，輸入-輸出關(guān)系即為一直線：log（f輸出）＝α×log（f輸入）。耳蝸的頻率分布關(guān)系也是對數(shù)關(guān)系。在某頻率以下的內(nèi)容不會受影響，此頻率為F小，F(xiàn)小以下的信息被完好地保留，F(xiàn)小以上的信息被壓縮且被降低至低頻范圍，信號壓縮改變了F小的言語相關(guān)頻譜特征的比值。通過壓縮助聽器高頻通道的能量到低頻去，高頻信息被移至低頻，最高的頻率被移轉(zhuǎn)并壓縮至最

大程度，而較低的頻率信息移轉(zhuǎn)程度較小。

與LFT不同的是，NLFC不會影響預設(shè)截止頻率以下的頻率內(nèi)容，而截止頻率以上的全部高頻信息將被壓縮至降低的低頻范圍內(nèi)。該壓縮行為不會影響重要的共振峰頻譜，元音信息與音質(zhì)會被保留。在優(yōu)化頻率降低技術(shù)的放大目標時，截止頻率若降至含有共振峰信息的區(qū)域內(nèi)，可能會損失原本和諧的頻譜關(guān)系，降低言語音質(zhì)。如圖3所示，NLFC選擇原始區(qū)域的若干最高峰值進行頻率壓縮。但應(yīng)注意，只有最重要的頻譜信息被降低（紅色峰值）。

這兩種FL技術(shù)均將信號的高頻部分移動至低頻。對于那些使用傳統(tǒng)放大技術(shù)刺激耳蝸高頻區(qū)而產(chǎn)生不適的患者來說，這種刺激不會對耳蝸產(chǎn)生傷害［13～17］。然而，頻率壓縮策略是以犧牲高頻信號帶寬和／或影響低、中頻信號為代價，患者聽到的聲音與之前所習慣的聲音存在一定區(qū)別，需要一段時間適應(yīng)。

2.3 頻率平移（frequency translation／spectral envelope warping） 頻率平移（frequency translation）又稱為“spectral envelope warping”或“spectral iQ”，與LFT的原理類似，不同的是它只將一部分高頻信息移至低頻，如圖1e所示。頻率平移是一種自適應(yīng)算法，該算法只在探測到輸入信號中存在突出的高頻言語信息時才啟動。它靠頻譜特征識別（spectral feature identification）這一過程來監(jiān)測助聽器的輸入聲信號。頻譜特征識別對聲信號的高頻聲進行識別并分類，系統(tǒng)一旦探測到符合要求的高頻特征，頻譜平移便采用一種復雜處理技術(shù)（調(diào)整源頻譜包絡(luò)）將高頻特征復制（或平移）到低頻可聽頻率范圍內(nèi)，并保留原有高頻信號。若輸入聲中不存在高頻信號，系統(tǒng)不會激活頻率平移，直到探測到符合要求的高頻聲才激活［18］。

圖1 各種FL技術(shù)比較［12］

圖2 線性頻率移轉(zhuǎn)

圖3 非線性頻率壓縮示意圖

圖4 頻率平移示意圖［18］

與其他幾種FL技術(shù)不同的是，這項技術(shù)不會產(chǎn)生高頻滾降（5.7 k Hz以上響應(yīng)幅度降低）。按照源區(qū)域的頻寬，軟件共有7個級別可調(diào)，級數(shù)越高代表患者聽力損失越重；同時可以調(diào)節(jié)增益控制，以改變平移后頻譜的強度。如圖4［18］所示，A代表原始助聽器頻響；B代表識別到高頻言語信息／s／后新產(chǎn)生的／s／；C代表未識別到高頻言語信息時維持原狀。

Alexander對以上幾種FL技術(shù)進行了分類［3］，如圖5所示：橫坐標代表算法激活條件，縱坐標代表技術(shù)特點。頻率壓縮的特點是：①目標區(qū)域包含在源區(qū)域內(nèi)；②源區(qū)域帶寬被縮窄；③起始頻率不改變。頻率移轉(zhuǎn)／平移的特點是：①源區(qū)域和目標區(qū)域的重疊較少；②源區(qū)域帶寬不變；③起始頻率移向低頻，F(xiàn)L信號與非FL信號混合。

圖5 FL技術(shù)的分類［3］

3 影響頻率降低技術(shù)獲益度的相關(guān)因素

FL助聽器的獲益度與許多因素有關(guān)，這些因素大體可以分為兩類：外因和內(nèi)因。外因是指決定聲信號信息量的因素，具體包括：①言語聲和背景噪聲；②FL技術(shù)的種類和參數(shù)設(shè)置；③患者耳蝸死區(qū)情況。內(nèi)因是指影響患者能否適應(yīng)FL后改變了的言語聲的因素，如患者的選配年齡、聽力損失時間、佩戴FL助聽器的經(jīng)驗等?？赡苡绊憘€體從FL技術(shù)中獲益多少的因素如圖6所示。

圖6 影響FL技術(shù)效果的因素

無論是否屬于頻率降低技術(shù)的適用人群，Alexander［3］建議助聽器驗配師首先關(guān)閉FL功能，在對助聽器精細調(diào)節(jié)后利用探管麥克風測試獲取患者最大可聽頻率值；然后激活FL功能，確?？陕爭挷皇蹻L影響的前提下進行調(diào)節(jié)。

4 應(yīng)用頻率降低技術(shù)的幾點建議

頻率降低技術(shù)是現(xiàn)今唯一針對難以從傳統(tǒng)聲放大方法中獲得聽力補償?shù)母哳l極重度聽力損失患者的可行助聽器技術(shù)。因為高頻增益對于成人言語理解、兒童言語理解與言語發(fā)展至關(guān)重要，所以該方法可以大大提高患者的助聽器獲益度與滿意度。

低頻信號對保證言語的自然感知和言語理解至關(guān)重要，而頻率壓縮技術(shù)可以在不損壞低頻信號的前提下很好地利用聽障人士的殘余低頻聽力。過弱的壓縮并不會給言語識別帶來任何真正的益處，而過強的壓縮會導致言語可懂度與音質(zhì)的衰減。

頻率降低技術(shù)能否成功用于助聽器選配的影響因素有：①明確各種算法的原理，掌握其中異同；②根據(jù)患者聽力損失程度、聽力圖分型、使用經(jīng)驗、年齡等因素把握好使用時機；③了解各助聽器廠家頻率降低技術(shù)的參數(shù)和調(diào)節(jié)范圍，找到最佳的參數(shù)設(shè)置，最大程度地平衡言語理解度和音質(zhì)；④采取合理的測試方法和評估方法：如測試耳蝸死區(qū)的TEN測試、測試可聽頻率范圍的探管麥克風測試等；⑤考慮患者的認知能力，適應(yīng)一段時間后及時調(diào)整頻率降低技術(shù)的參數(shù)［19］；⑥需要適應(yīng)和一定的聽覺訓練，頻率降低程度越高，越需要學習適應(yīng)新的聲音。

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（2014-07-24收稿）

（本文編輯 周濤）

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.04.019

時間：2015-3-3 14：40

R764.5

A

1006-7299（2015）04-0405-05

1 西萬拓聽力技術(shù)（蘇州）有限公司（蘇州 215021）

△現(xiàn)在爾聽美醫(yī)療器械（上海）有限公司工作

黃運甜（Email：alps85918@sina.com）

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20150303.1440.038.html