健听儿童在不同测试环境下声源定位能力初步研究

周文培 彭美俊 曾湾 刘丹丹

声源定位能力（sound localization，SL）指辨别听觉物体所处的位置，是听觉系统的重要功能之一，准确定位声源有助于人们对环境信息进行瞬时和全方位感知[1～4]。声源定位主要包括水平方位定位和垂直方位定位。其中，水平方位定位主要取决于声源信号到达两只耳朵的时间差（interaural time differences，ITDs)和强度差（interaural level differences，ILDs)；而垂直方位定位则取决于声音信号绕过头部和耳廓所产生的特殊波谱[5]。目前，对听障患者接受听辅干预后声源定位能力评估的基础研究和临床应用较少，且测试方法不尽相同[6，7]。本文旨在初步探究4～11岁健听儿童的水平方位测试方法，进而为听障儿童声源定位能力的康复评估研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选择11例4～14岁健听儿童，以汉语普通话为主要交流方式，无任何发育障碍，均能进行正常交流，能配合测试者的指令完成相关操作。所有儿童测试前均完成耳窥镜和声导抗检查，显示双耳听力正常，外耳道干净，裸耳听阈均≤20 dB HL。

1.2 测试设备、环境和材料

测试设备为sound sources 102声源定位系统，以16声道按同一水平面布置在标准隔音室内，本地噪声低于30 dB (A)。测试材料为音乐、纯音和言语3种信号类型。

1.3 声源定位测试方法

声源定位能力评估主要包括听觉量表评估及声源定位行为学测试，本研究采用声源定位行为学测试方法该方法主要包括方位辨认测试（source azimuth discrimination）（角度辨别阈值）和方位识别测试（source azimuth identification）（角度偏差）。角度辨别阈值主要测试受试者对声源的空间分辨能力，即可分辨的最小角度（minimum audible angle，MAA）；角度偏差主要考察受试者的定位精确度，要求受试者精确地确定声源的准确位置[8]。采用3种信号类型（言语、纯音和音乐）、4种信号强度（0、5、10 dB信噪比及安静环境）和5种测试方位（0o、±30o、±60o）考察儿童的声源定位能力，计算不同测试条件下的平均角度偏差与角度识别准确率。

1.3.1 安静环境下的声源定位能力测试 扬声器摆放位置以受试者为圆心、半径1.5 m的半圆形同一水平方位放置13个扬声器，以15°为间隔，从左至右，依次放置13个扬声器。其中，0°、±30°、±60°为5个测试方位，±15°、±45°、±75°、±90°为8个干扰项，不播放测试音（如图1）。

图1 安静环境下声源定位能力测试测听室布局

被试端坐于测试点，双耳高度与扬声器中心一致，给声强度为65 dB SPL，主试坐于被试侧后方，记录被试反应。测试前，主试向被试说明要求，直至被试理解并能做出正确的反馈后开始正式测试。播放测试信号时，要求被试面向0°扬声器，5个测试扬声器随机各播放测试音3次，共播放15次。待每次测试音播放完，要求被试指认给声的扬声器。言语、纯音和音乐3种信号的测试顺序在被试间实现平衡。为避免被试疲劳，测试分多次完成。

1.3.2 噪声环境下的声源定位能力测试 在安静环境下扬声器摆放位置的基础上，增设3个扬声器，分别对应+135°、-135°和180°（如图2）。

图2 噪声环境下声源定位能力测试测听室布局

测试前，使用声级计标定信噪比10、5和0 dB的测试信号强度与噪声信号强度，分别保存相应的场景。其中0o、±45o、±90o、±135o、180o对应扬声器播放环绕白噪声信号（0o扬声器可同时播放噪声和刺激声）；±15o、±75o为干扰项扬声器，不播任何声音；0o、±30o、±60o对应扬声器播放测试信号。测试方法同安静环境下声源定位能力测试。

1.4 计算方法

测试角度偏差值记录为给声方位角度与被试指向方位角度差值的绝对值，即角度偏差=[给声方位-指向方位]，如给声扬声器为-60o，受试者指向+30o，则此次角度偏差为[-60o-30o]=90o；平均角度偏差为每个刺激方位3次测试结果的平均值，即平均角度偏差=3次角度偏差值总和/3。角度识别准确率为每个刺激方位3次测试结果的平均识别正确率，识别正确率=正确数/总数*100%，如3次结果中2次正确，1次错误，正确识别率为2/3*100%=66.6%。

1.5 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件对数据进行分析，运用斯皮尔曼相关计算给声信号强度与声源定位能力的相关系数，分析不同信号强度对声源定位能力的影响；运用重复变量方差分析各测试给声信号类型下声源定位的能力是否具有显著差异，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

声源定位结果的记录采用角度偏差及正确率的方式，见表1，表2。

表2 各给声信号在不同给声强度下的声源定位正确率

2.1 信号强度对声源定位能力的影响

给声为言语时，以角度偏差和正确率记录结果相同，不同信号强度在30o方位麦克风的记录结果，信号强度与声源定位能力成正弱相关，相关系数为0.363（P＜0.05），其他角度均无显著差异（P＞0.05）。给声为音乐时，以角度偏差和正确率记录结果相同，不同强度与声源定位能力均无相关性。说明改变言语给声强度时，30o的声源定位角度偏差随着信噪比的改变而改变，并成正相关关系改变，言语信噪比越大，声源定位能力越好。

2.2 信号类型对声源定位能力的影响

对被试在安静环境下分别给声3种信号类型测试的声源定位角度偏差进行条形图绘制，见图1。

对被试在安静环境及各信噪比条件下，分别给声音乐及言语测得的声源定位角度偏差进行条形图绘制，见图2。

图1 音乐、言语、纯音给声信号在安静环境下的声源定位角度偏差

图2 音乐、言语给声信号在安静环境下及各信噪比条件下的声源定位角度偏差

从图1、2中可看出，安静环境时，分别给予音乐、言语及纯音信号声，给声纯音信号时，健听儿童的声源定位能力以角度偏差为记录方式结果最差，其次是言语，最好是音乐。在安静及信噪比条件下测得的声源定位能力，给声音乐信号较言语更好。利用SPSS统计软件进行重复测验方差分析可得，在安静环境下，给声纯音、言语、音乐信号，健听儿童的声源定位能力有显著差异（P＜0.05），但改变给声信号音乐、言语，在各信噪比及安静环境下对声源定位能力无显著影响（P＞0.05）。

以正确率为声源定位的结果记录方式时，将结果进行条形图绘制，对被试在安静环境下分别给声音乐、言语、纯音测试测得的声源定位正确率进行绘制，见图3。

对被试在安静环境及各信噪比条件下，分别给声音乐及言语测得的声源定位正确率进行条形图绘制，见图4。

图3 音乐、言语、纯音给声信号在安静环境下的声源定位正确率

从图3、4中可看出，以正确率和与角度偏差为记录方式的结果一致。给声纯音信号时，健听儿童的声源定位能力最差，依次是言语，最好是音乐。

图4 音乐、言语给声信号在安静环境下及各信噪比条件下的声源定位正确率

以上分析可知，在安静环境下，给声纯音、言语、音乐信号，健听儿童的声源定位能力有显著差异（P＜0.05）。改变给声信号（音乐、言语），在各信噪比及安静环境下对声源定位能力无显著影响（P＞0.05）。给声纯音信号，健听儿童的声源定位能力最差，结果有统计学意义（P＜0.05），言语和音乐无法区分难易，结果无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

声源定位能力是人们感知环境的重要方式，在日常生活中，有助于人们在较为嘈杂的环境中追踪会话[1]，及时定位并规避具有潜在风险的刺激事件[9]。人类声源定位能力的心理声学机制已得到充分论证。双耳倾听在声音的空间定位中扮演重要角色。人们通过察觉声音信号到达双耳的耳间时间差（ITDs）和耳间强度差（ILDs）判断声源的空间位置[9]。

目前，国内外大多采用方位辨认测试和方位识别测试两种方法研究测试儿童声源定位的能力。方位识别测试是基于人们听到声音后通过回声寻找声源的本能觅声反射实现，主要计量手段为角度偏差，即声源位置的主观判断与真实声源位置之间的角度差别，是研究声源定位能力绝对精确度的方法[10]。本研究采用方位识别测试，计算声源定位的角度偏差和识别正确率，保证研究方法的科学性。

本研究结果发现，在安静环境下，受试者对纯音信号的定位表现最差，其次是言语信号，而对音乐信号的定位表现最好。这一结果同Jones等[11]近年的研究结果一致，他们发现相较于纯音信号，人们对频谱信息更为复杂的白噪声和元音刺激的声源定位能力表现更好。耳间时间差和耳间强度差同刺激信号的频率信息表现出很强的相关性[12]，言语和音乐信号包含更为丰富的频率范围和高频信息，使得受试者可以更敏捷的捕捉到刺激音到达双耳间细微的时间差和强度差，从而表现出更好的声源定位能力。另外，纯音信号的定位表现差也可能由于纯音信号容易产生耳鸣，使得儿童在辨别过程中更容易出现角度偏差。在噪声环境下，目前实验研究使用的三种信噪比条件（0、5、10 dB）无法精确区分受试儿童对言语和音乐信号的声源定位表现，即在当前信噪比条件下，健听儿童对言语和音乐信号的声源定位表现并无显著性差异（P＞0.05）。今后的研究将细化信噪比的难度梯度，降低信噪比强度，对健听儿童的声源定位能力进行更细致的探究。本研究表明，信号强度同受试者的声源定位能力呈现显著正相关关系（P＜0.05），即信噪比越高，信号越清晰，受试儿童的生源辨认正确率越高，角度偏差越小。这一研究结果与Wu等[13]对声源距离对定位能力影响的结果相一致，声源同受试者距离越近，到达受试者双耳的信号强度越高，越容易觉察到强度差和时间差，进而定位表现越好。表明信号强度显著影响健听儿童的声源定位表现，且信号强度对不同信号类型的影响程度可能也存在差异，这也为进一步细化研究健听儿童对言语和音乐声源定位能力的差异奠定了基础。

总之，信号强度对健听儿童的声源定位能力表现有重要影响；信号类型同样影响受试儿童的声源定位表现，纯音信号的定位最差，音乐信号稍优于言语信号，但两者并没有显著差异。本研究对健听儿童声源定位能力进行初步探索，但还有一定的局限，如受试儿童样本数目较少，年龄跨度较大；对言语和音乐信号的频率信息没有进行控制，但目前的测试信号更贴近日常生活，因而更具测试效度。在今后的研究中，笔者将不断扩大样本量，细化受试儿童的年龄分布，完善实验研究方案，详细记录健听儿童的声源定位能力的发展轨迹，为听障儿童在辅听干预后的效果评估提供参考。