双耳不对称性方向性策略对助听器使用者空间言语识别能力的提升△

郗昕 庞安然 胡永福

助听器使用者最常见的问题是在噪声中言语理解能力不佳,Kochkin[1]在2010年的助听器使用情况满意度调查中发现，仅有37%的助听器使用者在噪声环境下对助听器感到满意。如何提高听力损失患者在噪声环境下的言语识别率，一直困扰着助听器技术的发展；助听器的方向性技术已被证实能在嘈杂环境中提高使用者的言语理解能力，但要想其发挥应有的效益，有一定的环境要求[2]，首先，感兴趣的信号声必须与噪声源在空间上分开并位于定向波束内；此外，信号声距离听者两米以内。在实验室条件下能很容易地体现出方向性技术的优势，然而在真正的聆听场景中，声学环境、感兴趣的声音及干扰噪音的类型和位置都是不可预测的。随着听者注意力的转移，前一刻还是感兴趣的声信号，下一刻可能就是干扰噪音，在此情况下，传统的方向性技术就不能很好地发挥作用。现代数字助听器多采用双麦克风模式，并且随着双侧无线与网络通讯技术在数字助听器中的运用，使方向性技术有了新的发展；各大主流助听器厂家均已开发出连通双耳助听器的无线技术[3]。本研究比较助听器的两种方向性策略是：①双耳波束成型方向性：这是一种用于双侧连通助听器窄化波束的方向性麦克风算法，将输入信号进行联合分析，精确监测和分类空间声音[4]。②双耳不对称性方向性：这是一种创新的方向性技术，双耳助听器的四个麦克风收集周围环境中各种声音，通过双耳助听器的核心算法对声音进行分析并用2.4 GHz无线通讯技术进行双侧数据交换，根据双耳助听器的参数设定，对每侧所使用的方向性技术进行调整和优化[5]。听力师可根据患者的听力情况(听损程度，言语分辨能力等)将其方向性设置为双侧全向性、双侧方向性和一侧全向性、另一侧方向性，以满足不同聆听场景下的需求。为了比较以上两种策略的优劣，本研究在声场中模拟日常嘈杂环境，当言语声来自前、侧、后方时，评估患者使用不同方向性策略助听器的言语识别阈的差异。

1 资料与方法

1.1研究对象 研究对象为18例双侧对称性中度到中重度感音性听力损失者，年龄47～85岁。0.5、1、2、4 kHz平均听阈左耳为60 dB HL，右耳为63 dB HL(图1)。耳机条件下的单音节最大识别率≥40%，日常以普通话交流，佩戴助听器后都能胜任噪声下中文BKB短句测试。

1.2助听器选择与设置 受测助听器为一对采用不对称方向性策略的瑞声达聆客3代系列大功率耳背式助听器(RS)；另选用传统波束成型方向性技术的大功率耳背式助听器(HA1、HA2)各一对作为对照，配备不同型号耳塞、导声管等配件以适应患者不同的外耳特征；在Noah4.8助听器调配软件平台下运行上述三个助听器品牌最新的验配软件模块及Otometrics公司的OTOsuite功能模块，完成助听器的参数调试并在Otometrics公司助听器测试箱(hearing instrument tester, HIT；中文音译为海特箱)中进行三对助听器增益频响曲线的调节匹配。

三对助听器选用NAL-NL2验配公式确立的目标增益以尽可能实现相同的补偿增益，并采用每一厂家验配模块针对嘈杂环境下的使用而默认设置的降噪参数组合。受试者纯音听阈图输入NOAH 4.8验配平台，首先调配瑞声达产品；在瑞声达SmartFit验配模块中，采用“通用程序”中默认的NAL-NL2处方公式，根据受试者的主观感受来调试增益-频率响应，直到受试者确认其主观感觉响度舒适为止；方向性设置为：右耳为自然方向性II-聚焦耳；左耳为自然方向性II-监测耳；其它功能使用默认设置。接着调节HA1、HA2款助听器，在HA1款助听器的验配模块中选定“首次用户”并开启“极度嘈杂中的言语”模式，关闭“双轨高频重塑”功能；在HA2款助听器的验配模块中选择“新用户”，并将对应于“噪声环境”的降噪参数组合设定为第二个程序；其它功能使用默认设置。

使用海特箱，以65 dB SPL的国际言语测试信号(international speech test signal，ISTS)，实测相同侧别的三款助听器的实际增益并将实测差值控制在±2 dB内。实际测试中，以RS助听器实际增益作为基准值，分别调节HA1和HA2；完成增益匹配后，为每台助听器匹配合适的导声管和耳塞，并将三对助听器放入三个外观相同的包装盒中，以备单盲测试之用。

1.3噪声下言语识别能力的测试

1.3.1中文噪声下言语识别阈测试材料 采用“心爱飞扬”中文言语测听平台[6]下的“噪声下言语识别阈”模块，以人机互动自适应方式获得受试者能答对50%时的言语识别阈(SNR50)作为噪声下言语识别能力的指标。“心爱飞扬”选用正常4岁儿童就能理解并复述的语句，例如“洗完澡，再玩小汽车”，构建中文BKB语句表；所附4人交谈语噪声与每一BKB语句在时间上严格匹配，语句播放完毕0.5秒后噪声即停止[7]。而三款助听器均具备自动诊测周边声学场景的智能模式，为了保证助听器始终处于“噪声下听取”的模式，受试者左、右及后方的扬声器额外持续播放国际长时平均言语谱(international long term average speech spectrum，ILTASS)噪声。

1.3.2声场搭建 在符合GB/T 16296.3-2017的3 m×3 m的声场(本底噪声小于20 dB A)中进行噪声下言语测听。用B&K2250声级计进行本底噪声测量和参考测试点的声级校准，目标言语的强度为65 dB SPL,言语谱噪声的强度为45 dB SPL。受试者坐于参考测试点位置，其前、后、左、右1.2 m处安置4台M-AUDIO BX5a有源扬声器(与受试者坐姿耳部等高)播放中文BKB短句、4人交谈噪声及ILTASS稳态噪声；经数字调音台确定三种输入与输出的组合关系，构建如图2所示的三个嘈杂环境聆听场景：①场景一：目标言语声来自受试者正前方，左方及后方为噪声；②场景二：目标言语声来自受试者左方，前方及后方为噪声；③场景三：目标言语声来自受试者后方，前方及左方为噪声。

1.3.3SNR50测试过程 在“心爱飞扬”系统中选取9张等价句表进行噪声下语句识别阈测试，测试前先向受试者讲解所涉及的噪声与语句的特点，要求尽可能完整地复述所听到的语句，鼓励受试者即使只听到个别词语也要大胆地猜。根据受试者入组时的言语识别率给予合适的起始信噪比，以自适应的方式获得SNR50[6]。测试过程如下：①熟悉阶段：先用二张练习表让受试者熟悉测试环境和流程，确保其正确理解规则并配合；②正式测试阶段：分别测试三对助听器在目标言语声来自前方、左侧、后方三个方位下的SNR50(每名受试者共需测试9个场景)。中途视受试者的状态或需求，安排适当休息。

1.4实验设计 采用拉丁方实验设计(表1)，使得18名受试者在三对产品、三个方位场景及使用的“心爱飞扬”系统中9张等价表的测试顺序上实现均衡，以减少序贯效应造成的偏倚。

表1 拉丁方实验方案

注：A、B、C、D、E、F、G、H、I分别为9个句表的序号；受试者按照招募顺序编号后，以随机方式确定测试的前后顺序；每一受试者按照黄、蓝、白色块来确定佩戴三款助听器进行测试的顺序；每一款助听器按照所对应的句表字母排序来确定三个方位场景的测试顺序

1.5统计学方法 用SPSS 24.0软件对实验数据进行重复测量的方差分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

受试者佩戴三款助听器(RS、HA1、HA2)在三种场景噪声(语句来自前、左、后方)下的言语识别阈(SNR50)的统计学分析结果如图3所示。

当目标言语声来自受试者的前方时，相比于佩戴RS与HA2，受试者佩戴HA1测得的SNR50为-1.2 dB SNR，稍占优势(P=0.005)，佩戴RS(SNR50为0.1 dB)与HA2(SNR50为0.9 dB)之间差异无统计学意义(P=0.165)。受试者佩戴三种助听器测得的SNR50之间差距不大，在一定程度上说明在嘈杂环境中，当面对来自前方的言语声时，三款助听器的方向性技术都能很好地提取目标言语声，帮助用户更好地聆听。

当目标言语声来自受试者的左侧时，结果显示佩戴 RS测得的SNR50(SNR50=-0.7 dB)优于HA1(SNR50=4.0 dB)(P<0.001)，同时HA1优于HA2(SNR50=6.4 dB)(P=0.006)；相较于HA2，佩戴RS测得的的SNR50显著改善了7.1 dB。

当目标言语声来自受试者后方时，相较于来自前方和左侧的言语声，受试者佩戴三种助听器的言语识别能力都有所降低，这与人耳廓的构造也有关系。但是相比HA1(SNR50=10.0 dB)和HA2(SNR50=10.2 dB)，RS(SNR50=4.9 dB)优势明显(P<0.001)，受试者佩戴HA1与HA2测得的SMR50之间差异无统计学意义(P=0.687)，而与HA2相比，受试者佩戴RS测得的SNR50显著改善了5.3 dB。

综合三个场景的结果，可得出如下结论：在噪声环境中，当目标言语声来自侧方和后方时，采用不对称方向性策略相比于双耳波束成型策略对双侧助听器使用者的言语识别能力的改善更为显著。

3 讨论

早期的助听器方向性技术主要放大来自前方的声音，而相应衰减其它方位的声音，能显著提高在嘈杂环境中来自前方目标声的信噪比[9]。但实际生活场景的复杂性使得助听器佩戴者需要聆听来自其它固定方位甚至是动态的声源。现代方向性技术想要借助于各种算法以及双侧无线传输来判断聆听者感兴趣的声音而自动调整方向性，例如：双侧波束成型方向性技术，然而，再智能的算法也会对目标声源产生失判。事实上，在嘈杂环境中聆听者想要聆听的内容是依靠最有代表性的耳侧，因此出现了不对称方向性技术。本研究采用这两种技术的助听器在声场环境中进行了对比，在一定程度上反映了三款助听器在噪声环境中的言语处理能力。

噪声下的言语测听是评估助听器效果的重要手段[8],尤其适用于本研究中作为麦克风的方向性策略的评估指标。由于正常人在4人同时交谈时仍可以自如地实现选择性的听取，因此，本研究除采用4岁以上儿童可胜任的中文BKB短句作为测试材料之外，还采用更能模拟日常社交聚会情景[10]的4人Babble作为噪声，借助了数字调音台及有源音箱等设备实现噪声和目标言语声的分离。实验过程中充分考虑到受试者的熟悉、配合程度和疲劳等因素可能对研究结果产生的影响,因而，采用拉丁方设计方案对上述因素给予了均衡化处理。对每例受试者先行练习，让其熟悉测试流程，同时测听期间密切关注受试者的精神状态，对每一次应答都给予适当的鼓励，并适时安排休息。拉丁方设计方案，还针对三款助听器和三个方位场景做了均衡化处理，排除掉三款助听器佩戴顺序、三种方位场景测试顺序对于患者造成的影响。

文中结果显示，当目标言语声来自于正前方时，两种方向性策略并没有显著性差异。Cord等[11]的研究表明，当目标声来自前方时，不对称方向性能够提供和双侧波束方向性等同的方向性效益。据一项研究调查[12]显示，人们在日常生活中有约32%的时间在关注非前方的声音，因此，评估目标言语声来自其它方位角时的言语识别能力也很重要。本研究结果显示受试者在噪声下的言语识别能力在当目标言语声来自于左侧和后方时，采用双耳不对称方向性策略要显著优于采用双耳波束成型方向性策略。从以往学者的研究中也许能够探寻形成本研究结果的原因，Brimijoin等[13]支持的观点是，方向性技术会干扰自然的声源定位；其结果显示，佩戴方向性麦克风的参与者不仅需要更长时间在嘈杂环境中定位说话者，而且他们还表现出更大的头部运动，甚至可能会导致更多的新目标信号的丢失。Best等[14]在实验室条件下对比了传统方向性与双耳波束成型方向性在不同噪声环境中的言语识别能力、空间感知能力，其研究结果显示双耳波束成型方向性对于正前方的目标表现出较好的性能，但是在涉及动态声源目标时相比于传统方向性减少了大约15%的言语可懂度。双耳波束成型技术对噪声环境中改善语音理解的帮助因现实生活中聆听需求的不可预测性和复杂性而变得复杂，并且实际上可能会因具体情况而变得有害[15]；而双耳不对称方向性策略中一侧全向性一侧方向性的设置，可以让助听器用户自主选择言语声进行聆听[4]。

限于客观条件，本研究还存在一些不足；由于双侧对称性听力下降多为老年性聋，因此，本研究对象平均年龄较大；助听器及方向性技术受声学环境的影响非常大，比如信号与噪声的位置、听者与信号的距离、回响等[16]；尽管本研究模拟了日常交流环境，然而实际生活场景会更加复杂。未来研究可让受试者到实际生活场景中感受，并进行APHAB问卷等主观评估。

综上所述，本研究结果显示，采用双耳不对称方向性策略，相比于双耳波束成型方向性技术，能够显著提高嘈杂环境中目标言语声来自侧方及后方时的言语识别能力。

[本实验得到瑞声达听力设备贸易(上海)有限公司和尔听美公司的设备协助。]