移頻技術(shù)_助聽器學(xué)

5.4.2　移頻技術(shù)

1.移頻技術(shù)的定義

移頻技術(shù)是指將無高頻殘余聽力或高頻殘余聽力較差的助聽器佩戴者無法通過普通助聽器聽到的且重要的高頻言語信息轉(zhuǎn)移至其仍存有較好殘余聽力的低頻頻段。因此,移頻技術(shù)是將言語信號(hào)的帶寬盡可能地匹配至助聽器佩戴者仍較敏感的殘余聽覺動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi),并非企圖使缺失或不復(fù)存在的(耳蝸死區(qū))高頻毛細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng)。

2.移頻技術(shù)的歷史

移頻概念的提出可追溯到20世紀(jì)五六十年代,當(dāng)時(shí)Bennet、Byers和Beasley試圖應(yīng)用頻率降低技術(shù)進(jìn)行助聽和語訓(xùn),然而鑒于早期技術(shù)的局限性以及相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)和助聽器調(diào)試靈活度的缺乏,在很大程度上影響了移頻技術(shù)在當(dāng)時(shí)的臨床應(yīng)用和推廣。

然而，移頻技術(shù)的發(fā)展并未就此停滯不前,按比例移頻壓縮技術(shù)和不按比例移頻壓縮技術(shù)相繼出現(xiàn),盡管很多時(shí)候最初的移頻技術(shù)并沒有運(yùn)用于可佩戴的助聽裝置或語訓(xùn)工具,其中以變調(diào)裝置最具代表性。變調(diào)裝置是通過恒定的頻率移動(dòng)形成言語信號(hào)的變化,但是由于其所采用的不按比例的頻率轉(zhuǎn)換方法無法確保言語信號(hào)中語素間相對(duì)關(guān)系的穩(wěn)定,導(dǎo)致了語言聲變化的極不自然,因此不按比例的移頻不僅對(duì)語言理解沒有幫助,反而干擾了正常的聽覺功能。

20世紀(jì)末期,盡管助聽技術(shù)已能夠越來越好地滿足聽障人士的需求,但是澳大利亞國家聽力實(shí)驗(yàn)室的DavisPenn和Ross(1993)依然認(rèn)為,助聽器移頻技術(shù)這類能夠避開增益限制及無用聽力頻段的信號(hào)處理策略仍是填補(bǔ)普通助聽器與電子耳蝸間空白領(lǐng)域的最佳方案。國內(nèi)外部分研究同樣顯示,移頻助聽裝置較非移頻助聽器能夠顯著地提高高頻聽力嚴(yán)重?fù)p失者的言語理解能力。

美國聽力言語學(xué)會(huì)2003年發(fā)布的嬰幼兒助聽器驗(yàn)配指導(dǎo)方案中也明確指出：對(duì)于重度及重度以上的高頻聽力損失者而言,當(dāng)選配傳統(tǒng)助聽器無法聽到關(guān)鍵語音時(shí),移頻助聽器將會(huì)是一個(gè)很好的選擇。

3.移頻技術(shù)的分類

目前的助聽器移頻技術(shù)可按不同的信號(hào)壓縮處理模式大致分成三類：按比例移頻壓縮技術(shù)、線性移頻壓縮技術(shù)和非線性移頻壓縮技術(shù)。其中按比例移頻壓縮技術(shù)屬于早期助聽器移頻技術(shù),而線性移頻壓縮技術(shù)和非線性移頻壓縮技術(shù)則是新近發(fā)展的助聽器移頻技術(shù),以丹麥唯聽公司的Inteo系列助聽器和瑞士峰力公司的“美人魚”特大功率助聽器為代表。

另外,美國EMILY公司至今一直在使用一類特殊的移頻裝置,該裝置是以1000～2000Hz內(nèi)的聲譜信息是獲取語言信息至關(guān)重要的影響因素這一理論為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)研發(fā)的。在聲音信號(hào)的處理過程中,EMILY移頻裝置首先探知拾音范圍內(nèi)的所有音素和能量的構(gòu)成,將低于1000Hz或高于2000Hz的頻帶范圍進(jìn)行移動(dòng)復(fù)制,從而使移動(dòng)頻率范圍內(nèi)的音素得以實(shí)時(shí)加強(qiáng),使聲音特性更易被覺察。然而由于該移頻裝置的臨床使用數(shù)據(jù)有限,盡管該移頻裝置能夠被助聽設(shè)備所應(yīng)用,但截至目前仍未能實(shí)質(zhì)性地改變聽障人士的聆聽效果。

(1)按比例移頻壓縮技術(shù)

早期的移頻技術(shù)是一類采用“慢放”的壓縮移頻技術(shù)(1994)。該類移頻壓縮技術(shù)類似于錄音機(jī)的慢放功能,是通過電子磁帶裝置將語言信號(hào)幾乎“實(shí)時(shí)”的按比例移動(dòng)和壓縮,以確保語言信號(hào)中各語素間相應(yīng)頻譜位置關(guān)系的穩(wěn)定,同時(shí)對(duì)高頻部分微弱的輔音信息作為輔音推動(dòng),最大限度地將有用的高頻信號(hào)移至可以利用的低頻區(qū)域。

(曲線分別表示輔音/sh/和/s/的典型頻譜,陰影區(qū)為助聽器頻響范圍)

將助聽器的清輔音移頻壓縮(FCVR)參數(shù)設(shè)置為2.25,（a）中的原始信號(hào)被低頻區(qū)域壓縮,得（b）中的/sh/和/s/頻譜曲線,即經(jīng)助聽器放大的聲音信號(hào)被壓縮到一個(gè)助聽器佩戴者仍存有較好殘余聽力，同時(shí)又處于助聽器有效增益范圍內(nèi)的頻段(陰影區(qū))。如按比例壓縮改變的僅僅是能量峰的絕對(duì)頻率,保證了不同聲音信號(hào)間能量關(guān)系的穩(wěn)定,因此就理論而言,無高頻殘余聽力或高頻殘余聽力較差的助聽器佩戴者是能夠通過助聽器識(shí)別和分辨這些壓縮后的高頻清輔音的。

1)按比例移頻壓縮技術(shù)的原理

按比例頻率壓縮是一類通過選擇的方式處理聲音信號(hào)的壓縮技術(shù),即動(dòng)態(tài)言語再編碼處理程序。其首先分析判定言語的聲學(xué)特性,隨后選定需壓縮頻率的聲音信號(hào),并將之壓縮移向臨近的低頻區(qū)域,而經(jīng)分析被選定不需壓縮頻率的聲音信號(hào)則保持不變。

①“she”中/sh/的能量集中在500～3500Hz。

②“she”中/e/保持原位,前后音素間轉(zhuǎn)換不受影響,即動(dòng)態(tài)言語再編碼處理的選擇性。

③“sinks”中第一個(gè)/s/的能量集中在1100～3700Hz。

2)按比例移頻壓縮助聽器

海德助聽器公司的ImpaCt和Logicom助聽器就屬于按比例移頻壓縮助聽器,其清輔音的頻率壓縮控制范圍分別為1.5～5.0倍,每0.25為一檔,共15檔。

這兩款助聽器可根據(jù)輸入的言語信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字分析,對(duì)言語的頻率、振幅和時(shí)間特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控,即在傳統(tǒng)振幅壓縮放大策略助聽器的基礎(chǔ)上,采用特有的類似于電子耳蝸語言編碼的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)言語重新編碼、動(dòng)態(tài)輔音推動(dòng)、頻率壓縮數(shù)字處理技術(shù),以及大量標(biāo)準(zhǔn)的可編程選配參數(shù)，改善對(duì)言語理解至關(guān)重要的語言辨別能力。而對(duì)于低頻音信號(hào)則采用自動(dòng)增益控制(AGC)處理,促使其保持在最適閾(MCL),同時(shí)通過內(nèi)置的數(shù)字音素分析器跟隨言語的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行DSR調(diào)控,當(dāng)言語中的高頻輔音一旦被識(shí)別,DSR功能立即啟動(dòng),將高頻輔音信號(hào)推動(dòng)到佩戴者殘存的聽覺動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)。當(dāng)然較多的頻率壓縮雖然可提高言語的覺察力，但會(huì)降低言語的辨別力,因此ImpaCt和Logicom采用了動(dòng)態(tài)輔音推動(dòng)（DCB）與頻率壓縮(FC)技術(shù)以期平衡言語覺察力與辨別力間的關(guān)系。

(2)線性移頻壓縮技術(shù)

線性移頻壓縮技術(shù)即可聽度擴(kuò)展技術(shù)，是一類線性移頻助聽技術(shù),主要是將無高頻殘余聽力或高頻殘余聽力較差的助聽器佩戴者無法通過普通助聽器聽到的高頻聲音線性移動(dòng)至仍存有一定殘余聽力的低頻區(qū)域。

1)線性移頻壓縮技術(shù)的原理及處理過程

線性移頻壓縮技術(shù)的原理是動(dòng)態(tài)整合(提供佩戴者的個(gè)人信息)助聽器佩戴者的聽力損失信息,判斷需要移動(dòng)頻率的區(qū)域。其中移頻開始的頻率被稱為起始頻率,通常AE是在起始頻率上一個(gè)倍頻程處進(jìn)行移動(dòng)的。

通過言語噪聲跟蹤器分析環(huán)境頻譜,將分析結(jié)果反饋于動(dòng)態(tài)整合系統(tǒng)，隨后AE拾取原始倍頻程區(qū)域內(nèi)的最高強(qiáng)度頻率,進(jìn)行鎖定移動(dòng),若該頻率發(fā)生改變,移動(dòng)頻率也將發(fā)生相應(yīng)的改變。例如,當(dāng)4000Hz處存在最高強(qiáng)度時(shí),4000Hz及其附近的聲音將被線性移動(dòng)一個(gè)倍頻程至2000Hz,而其他頻率也會(huì)相應(yīng)向下移動(dòng)2000Hz,即3000Hz被移至1000Hz,4500Hz被移至2500Hz,移動(dòng)后的信號(hào)將被置于一個(gè)可聽的區(qū)域內(nèi)。同時(shí),為了避免移動(dòng)后的信號(hào)所產(chǎn)生的掩蔽效應(yīng)和其他潛在失真的影響,2000Hz倍頻程外的頻率將被過濾。

移動(dòng)結(jié)束的言語信號(hào)將自動(dòng)經(jīng)AE保存,或通過手動(dòng)微調(diào)對(duì)轉(zhuǎn)換信號(hào)采取相應(yīng)的調(diào)整。而最終的輸出信號(hào)則是線性移動(dòng)信號(hào)與原始信號(hào)在初始頻率下的混合。

2)線性移頻壓縮助聽器

丹麥唯聽(Widex)公司2007年推出的Inteo系列助聽器所采用的即為線性移頻壓縮的可聽度擴(kuò)展(AE)技術(shù)。

(3)非線性移頻壓縮技術(shù)

非線性移頻壓縮技術(shù)同樣是一類將無高頻殘余聽力或高頻殘余聽力較差的助聽器佩戴者無法通過普通助聽器聽到的高頻聲音，選擇性地移動(dòng)至相鄰仍存有一定殘余聽力的低頻區(qū)域并進(jìn)行放大的移頻壓縮技術(shù)。

1）非線性移頻壓縮技術(shù)的原理及處理過程

非線性移頻壓縮技術(shù)區(qū)別于其他移頻技術(shù)的是,非線性移頻壓縮技術(shù)在移動(dòng)前,被選擇的高頻部分將首先通過壓縮環(huán)節(jié),以避免移動(dòng)后的高頻信號(hào)聲與低頻區(qū)域的信號(hào)發(fā)生完全重疊而影響言語的識(shí)別。(橫坐標(biāo)為輸入頻率,縱坐標(biāo)為輸出頻率),通過非線性移頻壓縮技術(shù)處理輸出的聲音信號(hào)的頻率范圍較原始信號(hào)的頻率范圍更窄,而這恰恰是該技術(shù)非線性特性的體現(xiàn)。

需要注意的是，聲音頻率范圍的改變僅是因?yàn)閷?duì)高于分割頻率的聲音信號(hào)采取頻率壓縮造成的,而壓縮的程度則要保證被壓縮的頻率不影響低于分割頻率的聲音信號(hào),以此最大限度地降低失真。

分割頻率和壓縮比是非線性頻率壓縮技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。其中高分割頻率(3000Hz)和高壓縮比,通常僅影響最高頻率的聲音信號(hào),（a）所示。因此，采用該類壓縮參數(shù)的助聽器適用于低頻聽力損失較輕同時(shí)高頻聽力損失也僅處于中度的聽障人士。而采用低分割頻率(1500Hz)和低壓縮比時(shí),盡管壓縮程度較低,但其影響的頻率范圍較寬,（b）所示。因此，采用該類壓縮參數(shù)的助聽器更適合于聽損頻率較寬的重度聽障人士。

2)非線性移頻壓縮助聽器

瑞士峰力(Phonk)公司2008年度推出的“美人魚”系列助聽器所采用的即是被稱為的非線性移頻壓縮技術(shù)。

4.移頻技術(shù)存在的問題

經(jīng)移頻后,盡管原始聲音信號(hào)波峰和波谷的時(shí)間特性以及各語素間的相對(duì)關(guān)系得到了保持,但是其能量結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生了改變，因此臨床中“聲音不自然”、“有空洞感”、“更難以理解”常常被移頻助聽器佩戴者所表述。同時(shí)對(duì)于多數(shù)成年人而言,若新選配時(shí)就感覺移頻的效果不佳,那么經(jīng)長期訓(xùn)練后即使語言理解力有所提高,其主觀對(duì)移頻技術(shù)也是難以接受的。

移頻助聽器信號(hào)處理功能增強(qiáng),運(yùn)算過程更為復(fù)雜,因此其耗電量大,發(fā)生故障的機(jī)會(huì)可能較多。

模擬信號(hào)處理的局限性,影響佩戴者的語言理解能力，特別是早期的頻率降低技術(shù)僅是簡單的執(zhí)行過程,無法達(dá)到有效的信號(hào)處理結(jié)果。

5.佩戴移頻助聽器需注意的問題

通常情況下,對(duì)于重度聽力損失而言,聆聽經(jīng)移頻處理的語言信號(hào)并非如同正常人習(xí)慣的聽覺感受般舒適,特別是當(dāng)助聽器佩戴者聽到新的或者多年沒聽到的聲音時(shí),人類的大腦會(huì)自動(dòng)將其識(shí)別為噪音而被忽略。而臨床聽力工作者在選配過程中也同樣會(huì)告知移頻助聽器佩戴者,當(dāng)他們佩戴移頻助聽器后,勢必將經(jīng)歷一個(gè)適應(yīng)的過程,通過足夠的聽覺訓(xùn)練,利用人腦強(qiáng)大的適應(yīng)能力和整合能力,熟悉新的聽覺感覺,并將之重新組合至他們的感知系統(tǒng)內(nèi)。

因此,在Inteo系列助聽器投放市場后,丹麥唯聽(Widxe)公司提出了一種被稱為焦點(diǎn)聽力訓(xùn)練的輔助練習(xí)模式,其目的在于促進(jìn)移頻助聽器佩戴者接受新型的可聽度擴(kuò)展運(yùn)算法則,進(jìn)行大腦皮質(zhì)功能重組。練習(xí)的內(nèi)容包括：以高頻清輔音/p/、/t/、/k/、/s/、/f/、/o/、/sh/為目標(biāo),以PC家庭訓(xùn)練項(xiàng)目為基礎(chǔ),包括10天的練習(xí)課程,前7天每天集中訓(xùn)練一個(gè)音素,而剩下的3天則用于復(fù)習(xí)全部的聲音,這些聲音可能是Inteo佩戴者在使用可聽度擴(kuò)展程序之前無法聽到的。