听力正常青年人的低通滤波言语测试研究*

林珊珊 苏俊 王航

低通滤波言语(low-pass filtered speech, LPFS)测试是指让受试者聆听经过低通滤波处理过的言语材料后还原语音信息，得出言语识别率并分析其言语能力。言语具有一定的冗余度，冗余度是指在语音信息识别和理解过程中未起作用的多余信息[1]；LPFS测试过滤了言语材料中的一些信息，降低了言语冗余度，考察在冗余度减少的情况下受试者还原和听清言语的能力，以反映听觉中枢对语音信息的处理能力。

1954年，Bocca等[2]首次发现使用滤波言语增加测试难度后，更容易发现听中枢的听觉处理障碍，随后滤波言语材料开始被应用于中枢病变的诊断。多年来LPFS测试在国外取得了较大进步，已广泛应用于临床，目前国内研究较少。随着国内外对听中枢处理障碍疾病的越来越重视，亟需开展此类测试的系统研究，故本研究选取郗昕等[3]编制的汉语普通话单音节测试词表作为语音材料进行低通滤波处理，对听力正常青年人行LPFS测试，分析低通滤波测试中的言语识别能力特性，为临床应用提供参考。

1 对象与方法

1.1测试对象 听力正常青年人40例(80耳)，其中男20例，女20例，年龄19～21岁，平均20.55±0.71岁。受试者均为大学本科学历，均为右利手；日常交流方式为普通话，既往无耳科疾病、精神以及神经系统疾病病史，身体健康；耳镜检查正常，纯音听阈在正常范围(双耳0.25、0.5、1、2和4 kHz气导阈值≤20 dB HL)，鼓室导抗图均为A型，声反射阈均可引出；最大舒适级(maximum comfortable level, MCL)处的汉语普通话单音节词表[3]言语识别率为96%～100%。

1.2测试材料的制作 选取汉语普通话单音节测试词表22张[3]，应用MATLAB语言编写最优化等波纹有限冲激响应(finite impulse response, FIR)滤波器程序处理音频。经过模数转换，低通滤波处理后得到截止频率分别为0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、4、6、8 kHz的滤波材料，一个截止频率对应处理两张词表，滤波斜率为100 dB/倍频程。处理后运用Adobe Audition CS6音频处理软件将所有测试材料的声音文件进行强度归一化处理，处理前后的单音节词频谱图见图1。

图1 0.25、1.25及8 kHz截止频率下过滤单音节词的频谱特性比较图

1.3测试仪器和环境 使用Bell inventis纯音听力计，在本底噪声小于30 dB A且符合国家标准的隔声室中进行测试。测试前用校准音进行校准，通过调节电平，使电平旋钮达到VU表0 dB处，言语材料通过一台计算机声卡输入听力计的Channel1中，完成测试准备。测试时，受试者舒适地坐于隔声室内，佩戴TDH-39气导耳机进行测试。

1.4测试方法 测试前首先获得受试者的MCL，而后以MCL为给声强度进行未经滤波处理的单音节词表测试，记录受试者的言语识别率，当识别率达96%～100%时，进行LPFS测试。测试前告知受试者规则：“测试开始时，你将从一侧耳机内听见一系列单音节词，22张词表中每个词间隔4秒。复述你听见的单音节词，即使听不清该词，也尽力模仿所听见的发音”。每张词表有25个单音节词，每侧耳分别测试13个词表；给声强度定为受试者MCL，随机播放低通滤波言语材料；测试完一侧耳后，休息5分钟，再进行另一侧耳的测试；由经验丰富的专业人员进行评分，计算受试者每张词表的言语识别率：言语识别率=(正确单音节词数/总单音节词数)×100%。

1.5统计学方法 采用SPSS 19.0统计软件对数据进行分析。使用Pearson相关分析探讨不同截止频率与言语识别率的相关性，Wilcoxon秩检验两两比较相邻的两个截止频率之间总体言语识别率的差异性；采用Mann-Whitney检验对左、右耳和男、女受试者之间的言语识别率差异进行分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

正常青年人0.25～8 kHz低通滤波条件下得出的言语识别率结果见表1。对相邻截止频率的总体言语识别率进行两两比较，可见2.5 kHz与3 kHz、4 kHz与6 kHz这两对截止频率间的言语识别率差异无统计学意义(P<0.05)，其余频率所得言语识别率之间差异均有统计学意义(P<0.05)；采用Pearson相关性分析可知，截止频率与言语识别率呈显著正相关(r=0.765，P<0.05)，随着截止频率从0.25 kHz增加至8 kHz，言语识别率均值也相应的提高，从1.15%增加至98.65%。

表1 不同低通滤波截止频率条件下正常青年人总体及不同耳别、性别言语识别率比较

注：*与相邻较低频率比较，P<0.05；△与右耳相同频率比较，P<0.05；▲与女性同一频率比较，P<0.05

低通滤波条件下的总体言语识别率随截止频率的变化趋势可见图2a，在截止频率为0.25～1 kHz范围内，言语识别率均值低于36.20%；在1～1.5 kHz范围内，言语识别率为36.20%～60.20%；在1.5～2 kHz的范围内，言语识别率为60.20%～81.35%；在2～3 kHz范围内，言语识别率为81.35%～86.80%；在截止频率达到4 kHz以上时，言语识别率高于96%。

左、右耳的言语识别率结果见表1和图2b，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz这5个截止频率下，左、右耳之间言语识别率差异有统计学意义(均为P<0.05)，且除了2.5 kHz的言语识别率为右耳高于左耳外，其余4个频率均为左耳高于右耳。表1及图2c显示男、女性的言语识别率，男、女受试者的言语识别率随截止频率变化曲线几乎重合，仅在1 kHz处男性高于女性(P<0.05)。

图2 低通滤波条件下言语识别率与滤波器截止频率的关系 注:与相邻较低频率比较,∗P<0.05;与右耳比较,△P<0.05;与女性比较,▲P<0.05

3 讨论

LPFS测试始于1954年，Bocca等[2]首先使用低通滤波减少言语的冗余度作为听中枢处理障碍患者的测试材料，得出LPFS测试容易发现听中枢处理障碍的结论。1983年，程锦元等[4]编制了一份LPFS测试词表，针对不同人群得出清晰度均值，奠定了国内LPFS测试的基础，但此后国内研究较少。目前，LPFS测试在临床常用来检查(中枢)听处理障碍[(central) auditory processing disorder, (C)APD]。由于听觉系统中神经通路的丰富性和语音信息的冗余度，即使语音信号部分缺失或难以理解时，正常人也能够识别言语[5]；但这种能力在(C)APD患者中经常受损，这可能反映了潜在的中枢听觉神经系统功能障碍。因此，LPFS测试结果的异常提示患者可能患有(C)APD[6,7]。

本研究所得的总体言语识别率随截止频率变化曲线与程锦元等[4]和Chen等[8]的低通滤波单音节词识别率曲线类似，呈现两端平稳、中间较陡的变化趋势。文中结果显示LPFS测试的截止频率与言语识别率呈显著正相关，随着截止频率的增加，言语识别率随之上升；当截止频率≤0.75 kHz，言语识别率随截止频率的提高而缓慢增加，在0.75～2 kHz范围内，言语识别率随截止频率的提高而迅速上升，在1.5 kHz处言语识别率达到60.20%，2 kHz之后言语识别率上升趋势变缓，最后在4 kHz之后言语识别率达到最大值；在2.5 kHz与3 kHz、4 kHz与6 kHz这两对截止频率间的言语识别率无统计学差异，说明在2.5～3 kHz和4～6 kHz频率范围内的高频信息对本测试材料下的单音节词识别可能具有相同的贡献。

研究认为言语中的高频成分(辅音)对语音清晰度十分重要，缺少高频成分会导致难以理解言语[9]。既往研究表明，在汉语言语声中0.5 kHz以上的频率成分对言语识别率的贡献占95%，特别是在0.5～2 kHz范围内对言语识别率的作用占70%[10]。本文结果显示，在截止频率为0.5～2 kHz范围内的言语识别率为9.6%～81.35%，对言语识别率的贡献接近70%，这一结果与上述研究一致。孙喜斌等[11]的研究发现，当0.25～2 kHz的听力水平进入言语香蕉图时，其最大言语识别率能达到70%，助听器效果较适合，此时佩戴者的言语识别能力较好。以上结果均表明了0.5～2 kHz范围内的频率成分对言语理解是十分重要的。另外，文中结果显示，截止频率为1.5、1.75和2 kHz所对应的言语识别率达到了60%以上，分别为60.20%、66.40%和81.35%，提示在临床上使用助听设备时，主要补偿0.5～2 kHz，尤其要补偿1.5～2 kHz频率范围，对佩戴者的言语理解十分关键。

Chen等[8]使用普通话材料下的语音平衡(phonetically balanced, PB)单音节词对听力正常青年人行滤波斜率为60 dB/倍频程的LPFS测试，将本研究结果与其结果对比发现，在截止频率小于2 kHz时，其言语识别率均超出本研究结果约10%，而2 kHz截止频率之后的言语识别率与本研究结果相吻合；原因可能是本研究的滤波斜率设置为100 dB/倍频程，对言语材料的滤波水平更高，增加了测试难度，因此滤波斜率的设置也是影响LPFS测试结果的重要因素。另一方面，对2 kHz截止频率前后的结果对比差异，进一步验证了2 kHz以下范围内的频率成分对言语识别的重要性。

目前已报道了在LPFS测试中出现的右半球(RH)/左耳优势(LEA)[12]，从本研究对比受试者左、右耳的结果发现，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz截止频率下，左、右耳的言语识别率存在差异；2.5、6 kHz截止频率下的耳间言语识别率差值小于4%，虽有统计学差异，但无临床意义；1.25、1.5、3 kHz截止频率下的左耳言语识别率高于右耳，且超过4%，具有显著差异，提示LPFS测试在某个截止频率范围内可能存在左耳优势。此外，文中结果显示男、女受试者的言语识别率仅在1 kHz处存在微小差异，而其余频率均无差异，说明受试者性别不影响LPFS测试。

综上所述，本研究显示，LPFS测试所得言语识别率随截止频率变化曲线呈中部陡峭、两端平稳的S形曲线，言语识别率随着截止频率的增加而明显上升，在0.75～2 kHz范围内上升迅速，当截止频率达到1.5 kHz以上时，言语识别率≥60.20%；LPFS测试受耳别影响，可能存在左耳优势，而性别对测试结果无影响；本研究获得了正常青年人在不同低通滤波条件下的言语识别率，得出了本实验室正常值，可为临床提供参考。另外，汉语LPFS测试材料的制作要考虑言语材料的选取，以及截止频率和滤波斜率的设置，这些有待做进一步研究。