2.4GHz無(wú)線附件在聽(tīng)障兒童康復(fù)中的應(yīng)用

趙航 陶仁霞 周文苑 胡永福 徐之佳 倪天宏

1 問(wèn)題提出

在康復(fù)訓(xùn)練實(shí)踐中，聽(tīng)障兒童經(jīng)常需要在聲源和助聽(tīng)設(shè)備存在一定距離的噪聲環(huán)境中接收聲音信號(hào)。在這種場(chǎng)景中，其言語(yǔ)識(shí)別率急劇下降，在學(xué)習(xí)和活動(dòng)過(guò)程中接收指令和反饋能力遲鈍?？祻?fù)師在面對(duì)上述情況時(shí)只能通過(guò)提高音量解決問(wèn)題，可能造成康復(fù)師的嗓音疲勞，如果使用擴(kuò)聲器，又會(huì)產(chǎn)生二次失真，影響聽(tīng)障兒童的聆聽(tīng)效果。為解決因距離、噪聲和混響帶來(lái)的低信噪比影響，除了改造聲學(xué)環(huán)境和加設(shè)擴(kuò)聲系統(tǒng)兩種解決思路，應(yīng)用無(wú)線音頻傳輸技術(shù)是更靈活的解決方案。例如常見(jiàn)的電磁感應(yīng)線圈和無(wú)線調(diào)頻（frequency modulation，F(xiàn)M）系統(tǒng)，均屬于無(wú)線音頻傳輸技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中能顯著提升信噪比[1]。FM系統(tǒng)傳輸距離遠(yuǎn)，音質(zhì)好，但需要助聽(tīng)器適配音靴等中繼裝置，早期FM產(chǎn)品的信號(hào)容易受其他信號(hào)干擾；電磁感應(yīng)線圈系統(tǒng)通過(guò)助聽(tīng)器的T檔即可進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的傳輸，不用通過(guò)中繼，無(wú)使用成本，但信號(hào)容易受干擾，且環(huán)境需提前鋪設(shè)電感線圈，應(yīng)用場(chǎng)景受限。隨著助聽(tīng)器及人工耳蝸使用者對(duì)產(chǎn)品便捷性、連通性和自由程度需求的不斷升級(jí)，新一代無(wú)線傳輸技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于聽(tīng)力行業(yè)。應(yīng)用2.4 GHz、無(wú)線動(dòng)態(tài)調(diào)頻（wireless dynamic，WD）、藍(lán)牙（bluetooth）、近場(chǎng)磁感應(yīng)（near field magnetic induction，NFMI）等無(wú)線傳輸技術(shù)所研發(fā)的相關(guān)無(wú)線附件層出不窮，各種技術(shù)各有其特色和優(yōu)點(diǎn)，呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)。

2.4 GHz技術(shù)是一種在2.4 GHz頻段（2400～2483.5 MHz）下工作的短距離無(wú)線傳輸開(kāi)源技術(shù)，廣泛應(yīng)用于家用及商用領(lǐng)域，如常見(jiàn)的無(wú)線鼠標(biāo)、無(wú)線鍵盤(pán)、無(wú)線寬帶路由和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等。目前應(yīng)用2.4 GHz無(wú)線技術(shù)的無(wú)線附件產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始在成人聽(tīng)障人群中進(jìn)行使用，但該技術(shù)在聽(tīng)障兒童康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用還比較少見(jiàn)，并且未見(jiàn)相關(guān)研究。本研究分析比較在噪聲環(huán)境中，助聽(tīng)器和人工耳蝸兒童應(yīng)用2.4 GHz無(wú)線附件時(shí)，能否提高信噪比，改善其言語(yǔ)識(shí)別能力，并探討該技術(shù)特點(diǎn)在聽(tīng)障兒童康復(fù)中的應(yīng)用場(chǎng)景。

2 方法

2.1 研究對(duì)象

選取上海某康復(fù)中心的15名學(xué)前聽(tīng)障兒童作為受試者，年齡3～6歲，平均年齡4.54±1.07歲；納入標(biāo)準(zhǔn)：診斷為先天性雙側(cè)感音神經(jīng)性聽(tīng)力損失兒童；已配戴助聽(tīng)器（HA）或植入人工耳蝸(CI)，其中7例為雙耳配戴助聽(tīng)器（HA/HA），8例為雙耳雙模式配戴（CI/HA）；補(bǔ)償（或重建）聽(tīng)閾250，500，1000，2000，4000 Hz均在言語(yǔ)香蕉圖范圍內(nèi)，助聽(tīng)設(shè)備補(bǔ)償效果為最適狀態(tài)；所有患兒在第一次驗(yàn)配助聽(tīng)器或植入人工耳蝸后即開(kāi)始聽(tīng)覺(jué)言語(yǔ)康復(fù)訓(xùn)練；智商及認(rèn)知能力正常，希-內(nèi)學(xué)習(xí)能力評(píng)估測(cè)試，學(xué)習(xí)能力商平均得分107.36±9.18，均處于正常范圍內(nèi)。

2.2 測(cè)試材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

測(cè)試材料采用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)聽(tīng)材料：漢語(yǔ)普通話版噪聲下言語(yǔ)測(cè)試（兒童版）[2]，該測(cè)聽(tīng)材料可以有效測(cè)試兒童在漢語(yǔ)言環(huán)境下的言語(yǔ)識(shí)別率。本研究采用其中3項(xiàng)分測(cè)試：聲母、韻母以及雙音節(jié)詞。每個(gè)分測(cè)試有12個(gè)測(cè)試項(xiàng)，總共36個(gè)測(cè)試項(xiàng)，每個(gè)測(cè)試項(xiàng)都以圖片方式呈現(xiàn)，受試者聽(tīng)到目標(biāo)音后，予以指認(rèn)。測(cè)試前需測(cè)試者帶領(lǐng)受試者對(duì)測(cè)試表中的圖片進(jìn)行逐一識(shí)別，確保受試者能夠識(shí)別所有圖片后，開(kāi)始正式測(cè)試。

本研究采用兩因素重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，組內(nèi)變量分別為麥克風(fēng)模式（助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)/無(wú)線附件麥克風(fēng)）與環(huán)境信噪比（-5 dB/5 dB）。每名受試者將接受4種條件下的言語(yǔ)識(shí)別率測(cè)試。為平衡練習(xí)效應(yīng)，將每名受試者4組測(cè)試的順序進(jìn)行隨機(jī)化處理。

2.3 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試在安靜的康復(fù)教室中進(jìn)行，本底噪聲低于40 dB(A)。測(cè)試場(chǎng)地中設(shè)置3個(gè)揚(yáng)聲器，分別設(shè)置在受試者兒童的左側(cè)、右側(cè)以及正前方，且距離均為1 m，同時(shí)揚(yáng)聲器的中心點(diǎn)高度與受試者兒童的耳朵平齊以保證聲源與受試者的距離相同。2.4 GHz音頻轉(zhuǎn)換器（無(wú)線附件）置于正前方揚(yáng)聲器10 cm處。

左右側(cè)揚(yáng)聲器均播放與測(cè)試材料頻譜接近的言語(yǔ)譜噪聲(speech spectrum-shaped noise，SSN)，播放強(qiáng)度為65 dB SPL。處于受試者正前方的揚(yáng)聲器則播放言語(yǔ)測(cè)聽(tīng)信號(hào)，測(cè)試強(qiáng)度分別為60 dB SPL（信噪比=-5 dB）和70 dB SPL（信噪比=5 dB），分別模擬在康復(fù)教學(xué)過(guò)程中，康復(fù)教師柔和與大聲兩種說(shuō)話方式的聲音強(qiáng)度。各聲源的聲音強(qiáng)度均單獨(dú)通過(guò)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定。

2.4 助聽(tīng)設(shè)備及無(wú)線附件的選用

為確保助聽(tīng)設(shè)備能夠與無(wú)線附件連接，所有受試者的助聽(tīng)器型號(hào)統(tǒng)一為瑞聲達(dá)恩佐二代助聽(tīng)器（EN988-DW），并由專(zhuān)業(yè)聽(tīng)力師按照受試者原有助聽(tīng)器的增益方案進(jìn)行調(diào)試并進(jìn)行聲場(chǎng)測(cè)聽(tīng)驗(yàn)證；人工耳蝸植入受試者選取使用澳大利亞Cochlear N6型；2.4 GHz無(wú)線附件采用瑞聲達(dá)多功能迷你音頻轉(zhuǎn)換器。測(cè)試前對(duì)助聽(tīng)設(shè)備與無(wú)線附件進(jìn)行配對(duì)連接。

2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析以及配對(duì)樣本卡方檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 不同噪聲環(huán)境與拾音方式下的言語(yǔ)識(shí)別率

聽(tīng)障兒童在兩種信噪比條件下分別使用2.4 GHz無(wú)線附件和助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)的言語(yǔ)識(shí)別得分如圖1所示。通過(guò)兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析可知，麥克風(fēng)模式的主效應(yīng)極顯著F（1，14）=60.59，P＜0.001，η2=0.812，使用2.4 GHz無(wú)線附件時(shí)，兒童噪聲下言語(yǔ)識(shí)別成績(jī)顯著高于僅使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)；環(huán)境信噪比主效應(yīng)極顯著F（1，14）=73，01，P＜0.001，η2=0.839，當(dāng)信噪比為5 dB時(shí)，兒童的言語(yǔ)識(shí)別率顯著高于信噪比為-5 dB的情況；交互作用極顯著F（1，14）=48.87，P＜0.001，η2=0.781，當(dāng)信噪比為-5 dB時(shí)，使用2.4GHz無(wú)線附件對(duì)言語(yǔ)識(shí)別的提升幅度（平均言語(yǔ)識(shí)別得分提升了51.43%），遠(yuǎn)優(yōu)于信噪比為5 dB時(shí)的提升幅度（平均言語(yǔ)識(shí)別得分提升了23.55%）。

從個(gè)體獲益比例看，當(dāng)信噪比為5 dB，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)拾音時(shí)，僅有26.67%的受試者言語(yǔ)識(shí)別率在80%以上，在使用2.4 GHz無(wú)線附件后，86.67%的兒童平均言語(yǔ)識(shí)別率高于80%，通過(guò)配對(duì)樣本卡方檢驗(yàn)（McNemar Test）可知，獲益?zhèn)€體比例提升達(dá)到極顯著水平（χ2=9.00，P=0.003），且有36.36%的兒童識(shí)別率達(dá)到100%；當(dāng)信噪比為-5 dB，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)拾音時(shí)，僅有1名兒童（6.67%）的言語(yǔ)識(shí)別率高于80%，在使用2.4 GHz無(wú)線附件拾音后，有60.00%的兒童言語(yǔ)識(shí)別率超過(guò)80%，通過(guò)配對(duì)樣本卡方檢驗(yàn)可知，獲益?zhèn)€體比例的提升達(dá)到極顯著水平（χ2=8.00，P=0.005）。

3.2 2.4 GHz無(wú)線附件對(duì)于不同助聽(tīng)模式的影響

統(tǒng)計(jì)不同助聽(tīng)模式兒童在不同拾音方式下的言語(yǔ)識(shí)別識(shí)別率如表1所示，可以看出雙側(cè)配戴助聽(tīng)器的兒童，在信噪比為5 dB時(shí)，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)時(shí)平均言語(yǔ)識(shí)別率為52.06%±21.29%，使用2.4 GHz無(wú)線附件拾音后受試者個(gè)人得分平均提升了28.50%±20.20%；在信噪比為-5dB時(shí)，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)時(shí)平均言語(yǔ)識(shí)別率僅為11.90%±21.13%，使用2.4 GHz無(wú)線附件拾音后受試者個(gè)人得分平均提升了61.12%±20.00%。

雙耳雙模式配戴的兒童，在信噪比為5 dB時(shí)，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)時(shí)言語(yǔ)識(shí)別率為78.47%±15.20%，使用2.4 GHz無(wú)線附件拾音后受試者個(gè)人得分平均提升了17.71%±14.60%；在信噪比為-5 dB時(shí)，使用助聽(tīng)設(shè)備麥克風(fēng)時(shí)言語(yǔ)識(shí)別率為41.93%±22.35%，使用2.4 GHz無(wú)線附件拾音后受試者個(gè)人得分平均提升了43.48%±22.20%。

結(jié)果顯示，相比雙模式助聽(tīng)器兒童，雙側(cè)助聽(tīng)器兒童更多地獲益于使用2.4 GHz無(wú)線附件。無(wú)論何種助聽(tīng)模式，2.4 GHz無(wú)線附件的使用均能幫助聽(tīng)障兒童顯著提升噪聲下的言語(yǔ)識(shí)別能力。

4 討論與建議

4.1 2.4 GHz無(wú)線附件對(duì)信噪比的改善

有研究比較了藍(lán)牙技術(shù)和FM無(wú)線調(diào)頻技術(shù)，結(jié)果顯示均具有良好的聽(tīng)覺(jué)輔助作用[3]。本研究結(jié)果表明，2.4 GHz無(wú)線附件同樣能夠顯著改善信噪比，大幅提升聽(tīng)障兒童在噪聲下的言語(yǔ)識(shí)別能力。聆聽(tīng)環(huán)境的信噪比條件越差，使用無(wú)線附件的言語(yǔ)識(shí)別率提升幅度越大。對(duì)于個(gè)體獲益來(lái)說(shuō)，使用無(wú)線附件獲益的受試者比例較高，說(shuō)明本測(cè)試結(jié)果具有一定的普遍性。在低信噪比聆聽(tīng)環(huán)境下，聽(tīng)障兒童從無(wú)法識(shí)別言語(yǔ)聲，提高為能夠識(shí)別大部分言語(yǔ)聲，其效果與梁爽等對(duì)FM無(wú)線附件的研究結(jié)果基本一致[4～6]。本研究的受試者為雙側(cè)助聽(tīng)器與雙耳雙模式兩種助聽(tīng)模式，雙側(cè)助聽(tīng)器兒童由于補(bǔ)償效果普遍弱于雙模式配戴兒童，因此噪聲下言語(yǔ)識(shí)別能力更差，同時(shí)也意味著使用無(wú)線附件對(duì)其言語(yǔ)識(shí)別能力的提升也更大。此外，言語(yǔ)康復(fù)師日常工作中用嗓壓力較大，尤其在集體課時(shí)，康復(fù)師常常需要提高音量才能讓聽(tīng)障兒童聽(tīng)清楚自己的指令，長(zhǎng)此以往可能造成嗓音疲勞。2.4 GHz無(wú)線附件的使用，除了有利于提升聽(tīng)障兒童在低信噪比下的言語(yǔ)識(shí)別能力，同時(shí)還有利于康復(fù)師在上課時(shí)使用柔和的言語(yǔ)聲進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，起到保護(hù)嗓音的效果。

4.2 無(wú)線傳輸技術(shù)與2.4 GHz無(wú)線附件的優(yōu)劣勢(shì)分析

如問(wèn)題提出部分所述，在解決因距離、噪聲和混響所造成的低信噪比問(wèn)題時(shí)，眾多無(wú)線音頻傳輸技術(shù)各異。但不管何種技術(shù)，都應(yīng)以滿(mǎn)足聽(tīng)障人群的聆聽(tīng)需求以及提升日常使用體驗(yàn)為目標(biāo)。首先，助聽(tīng)設(shè)備的小型化趨勢(shì)受制于電池技術(shù)，因此降低設(shè)備功耗一直是各廠家研發(fā)的重點(diǎn)方向，超低功耗是無(wú)線附件裝置及其適配芯片的最基本要求；其次，傳輸速率是音質(zhì)的保證，例如，2.4 GHz傳輸速率理論值可達(dá)2 Mbps，足以保證語(yǔ)音和音樂(lè)傳輸時(shí)的高保真；再次，傳輸穩(wěn)定性是使用體驗(yàn)的基礎(chǔ)，技術(shù)應(yīng)滿(mǎn)足全雙工模式傳輸，抗干擾性能突出的要求。上述三點(diǎn)為2.4 GHz、無(wú)線動(dòng)態(tài)調(diào)頻、藍(lán)牙、近場(chǎng)磁感應(yīng)等無(wú)線傳輸技術(shù)均滿(mǎn)足的基本技術(shù)特性。除此以外，上述技術(shù)在傳輸距離、連接方式、通用性等方面各有優(yōu)劣，分別適合不同的聽(tīng)力康復(fù)場(chǎng)景。如WD技術(shù)是FM技術(shù)的升級(jí)，解決了早期FM系統(tǒng)只能單向傳輸信號(hào)并且容易受干擾的問(wèn)題；藍(lán)牙技術(shù)通用性強(qiáng)，適合助聽(tīng)設(shè)備與手機(jī)等通用設(shè)備的直連；近場(chǎng)磁感應(yīng)技術(shù)連接時(shí)間最短，并且功耗最小，但是傳輸距離很短，適合雙側(cè)助聽(tīng)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

表1 不同助聽(tīng)模式兒童在不同拾音方式下的言語(yǔ)識(shí)別識(shí)別率%（M±SD）

2.4 GHz無(wú)線技術(shù)相比于其他無(wú)線傳輸技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：（1）傳輸距離約10～25米，適合聽(tīng)障者的大多數(shù)室內(nèi)使用場(chǎng)景；（2）2.4 GHz技術(shù)相對(duì)成熟，集成度高，無(wú)線附件可實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕的超小型化設(shè)計(jì)，可以像迷你麥克風(fēng)一樣別在衣服上；（3）數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，在本研究的整個(gè)測(cè)試過(guò)程中未發(fā)生過(guò)信號(hào)連接中斷的情況；（4）傳輸頻段（2400～2483.5 MHz）為國(guó)際規(guī)定的免授權(quán)費(fèi)頻道，具有較低的使用成本[7]。但同時(shí)也存在一定不足：首先，切換發(fā)射機(jī)的步驟相比FM自動(dòng)刷頻功能略繁瑣，在需頻繁切換發(fā)射機(jī)的場(chǎng)景下使用較為受限；其次，2.4 GHz無(wú)線附件需要助聽(tīng)設(shè)備內(nèi)置芯片支持，目前僅能與瑞聲達(dá)部分助聽(tīng)器和科利耳人工耳蝸進(jìn)行配對(duì)連接，通用性較為受限。

本研究表明，2.4 GHz無(wú)線附件作為聽(tīng)覺(jué)輔助技術(shù)，能夠有效提升聽(tīng)障人群的噪聲下言語(yǔ)識(shí)別能力，其技術(shù)特性在聾校、康復(fù)機(jī)構(gòu)、家庭個(gè)訓(xùn)與集體課堂，以及聽(tīng)障兒童隨班就讀場(chǎng)景有廣泛的應(yīng)用前景。未來(lái)可以進(jìn)行更多關(guān)于無(wú)線傳輸技術(shù)之間的言語(yǔ)識(shí)別成效、穩(wěn)定性和功耗等方面的比較研究。