移頻助聽技術

“移頻”（frequency shifting techniques）的概念出自已久，早在上個世紀五六十年代就有研究人員試圖套用“頻率降低技術”（ frequency lowering techniques） 進行。

基本介紹

• 中文名：移頻助聽技術
• 外文名：Frequency Transposition Algorithm in Hearing Instruments
• 提出時間：二十世紀五六十年代
• 統計原理：基於1000-2000HZ的聲譜信息

產生背景

助聽器工業正一如既往的為聽力障礙的人們發展能改善其聽力的各種各樣的助聽器。聽力學家和用戶所面臨的技術發展是令人吃驚的：數位訊號處理助聽器，多麥克風助聽器，集成於助聽器內部的調頻接收器，一次性的助聽器等。選配人員不禁要問：什麼技術能最好地改善病人的聽力？什麼技術能最好地改善病人的生活質量？怎樣評價助聽器的效果？聽力障礙的病人們能在噪音環境下聽的更清楚嗎？數字助聽器真的比模擬助聽器更好嗎？對病人來講更容易理解言語是最重要的嗎？

雖然上述一系列科技進步的確改善了病人的舒適度，但仍然不能解決在所有聽覺環境都能理解語言的問題（FM例外）。有了這些先進技術，為什麼改善言語理解仍然是一個挑戰？為什麼為重度以上聽力障礙者選配助聽裝置一直是一個挑戰？為什麼測試病人的助聽效果仍如此困難？

傳統的助聽器調控信號的振幅，使各頻率的振幅變大，這種理念滿足了部分病人的需求。但有研究認為當高頻聽力損失大於60dB時，放大這些頻段的聲音不但不能改善言語的識別，反而有事實上的負面影響。

產生以上結果的原因是：

①非移頻助聽器均採用傳統的振幅壓縮放大原理，其振幅放大量和頻頻寬度受到麥克風和揚聲器性能的限制，使其在高頻尤其是2 kHz以上的增益效果有限。按經典的1/2補償原則，僅採用振幅壓縮放大原理的助聽器的助聽效果不足以補償高頻聽力損失超過60 dB的病人對增益的需求。

②與語言中輔音的聲學物理特性有關。其中清輔音中絕大部分中心頻率位於4 kHz以上，而在大部分的日常會話聲譜中的聲強範圍主要在5~40 dB HL之間，平均為30 dB。因此，一旦患者在4 000 Hz以上的聽力損失超過60 dB時，按1/3補償原則只有當其至少可以獲得20 dB以上的高頻增益時才有可能感知高頻輔音。而非移頻助聽器在4 kHz以上頻率很難產生20 dB的增益，所以對於重度及其以上聽力損失的病人來說非移頻助聽器在清輔音的感知方面幫助不大。因為超過35%的重要言語信息分布在2千赫茲以上，即使助聽器可以補償病人高頻聽力損失所需的增益量，如果病人的聽覺系統不能得益於這些放大信號，聽力康復專家又怎樣使他的用戶（助聽器使用者）改進言語理解呢？。

③與聲學上的上擴散掩蔽特性有關，這種特性決定了低頻聲音對高頻聲有更多的掩蔽性。鑒於此，現在已有很多助聽器都採用了降低低頻增益的方法來降低助聽器的噪聲。語言音素中元音的聲譜多分布在低頻，而輔音的聲譜多分布在高頻，如果助聽器在中低頻段有足夠的增益而高頻增益不足，就會產生放大聲音中元音對輔音的掩蔽。這也正是國外許多研究證明的當病人的高頻聽力損失超過60 dB時，傳統的助聽器對病人的言語辨別力不但沒有作用，反而有負面影響的原因所在。

④感音神經性聾病人需要更多更好的信噪此才能達到正常人在日常信噪比狀況下的言語辨別力。所以需要一種助聽裝置在傳統降噪的基礎上使語言中對言語辨別和理解至關重要的輔音音素的信噪比有了進一步的提高。而且，在繁忙的日常工作中又怎樣才能快速評價眾多用戶的助聽器效果呢？

正是因為傳統助聽器的種種缺陷，已經滿足不了聽障患者的諸多需求，以致於各國聽力學專家致力於研究新的解決方案。就在這時，“移頻”(frequency shifting techniques)概念被提出。

技術產生

早在20世紀五六十年代就有研究人員試圖用套用“頻率降低技術”(frequency lowering techniques)進行助聽器和語訓（Ben net and Byers,1967;Beasley et al,1976）我國著名科學家張家璐教授也於1998年發表過有關探討移頻技術的文章，當時的構想就是將語言信號的頻寬匹配到病人具有較好敏感殘餘聽覺動態範圍之內而不是企圖使不復存在的高頻聽力有反應。有許多方法可以用來進行不按比例和按比例的頻率轉換，然而它們在很多時間內沒有被用於可以佩戴的裝置或語訓工具。例如變頻裝置就是一種不按比例頻率轉換的方法，它是通過恆定的頻率移動導致語言聲不自然的變化，它對語言理解沒有幫助。因為不按比例頻率轉換的方法不能保護語言信號中語素之間的相應關係，所以反而干擾了聽覺。按比例移頻類似於錄音機的慢放，即先按正常速度錄音然後以較慢速度播放，因此這種方法保持了語言中各語素之間的相應頻譜位置關係。

為重度以上聽力障礙者選配助聽裝置，一直是一個挑戰，普通助聽器不但沒能解決這些問題，反而導致新問題的出現。解決這一挑戰的候選技術或裝置為“移頻”技術和電子耳蝸。澳大利亞國家聽力實驗室的Davis Penn和Ross（1993）認為“移頻”助聽填補了普通助聽器與電子耳蝸之間的空白領域。 “移頻”助聽裝置是一種避開增益限制和無用聽力的信號處理策略即按比例的頻率壓縮（Proportional Frequency Compression）。按比例的頻率壓縮可以讓選配師將關鍵的高頻言語信息“移”到具有較好殘餘聽力的低頻區。用此技術有可能“將輸入言語信號的頻寬匹配到患耳最敏感的有限頻帶，而不是企圖使不復存在的高頻聽力有反應。”

工作原理

“移頻”（frequency shifting techniques）的概念出自已久：早在上個世紀五六十年代就有研究人員試圖套用“頻率降低技術”（ frequency lowering techniques） 進行助聽和語訓。（Ben net and Byers，1967；Beasley et al，1976），我國著名科學張家璐教授也於己於1998年發表過有關移頻技術方面的文章。當時的構想就是將語言信號的頻寬匹配到病人具有較好敏感殘餘聽覺動態範圍之內而不是企圖使不復存在的高頻聽力有反應。有許多方法可以用來進行不按比例和按比例的頻率轉換，然而它們沒被用於可以佩戴的裝置或語訓工具。例如變調裝置就是一種不按比例頻率轉換的方法，它是通過恆定的頻率移動導致語言聲不自然的變化，它對語言理解沒有幫助。因為不按比例頻率轉換的方法不能保護語言信號中語素之間的相應關係，所以反而干擾了聽覺。

按比例移頻類似於錄音機的慢放，即先按正常速度錄音然後以較慢速度播放，因此這種方法保持了語言中各語素之間的相應頻譜位置關係。然而將一架錄音機變成一個可以佩戴裝置並實時進行錄音和慢放，是不現實的。

美國EMILY一直在使用一種“移頻”裝置，該裝置統計的原理是基於1000----2000HZ範圍內的聲譜信息對於語言接受至關重要。EMILY裝置可探知此範圍的音素和能量構成，然後將在較高或較低的頻帶範圍內進行移動複製，從而使其聲音特性更易被覺查。這一頻率移動可使所選擇的音素實時地得以增加。雖然這一技術可以用於可佩戴裝置上，並且為廣泛範圍聽力損失的病人展示了希望。但有關的臨床數據有限。早期海德公司生產的移頻助聽器是一種利用“慢放” 移頻技術的特大功率助聽器（1994年），為了克服傳統助聽器的限制，它套用了按比例的“慢放”頻率壓縮，通過利用電子磁帶裝置，它將語言信號幾乎“實時”地按比例移動並壓縮，它也對高頻弱小的輔音信息進行輔音推動，它儘量將有用的高頻信號移到可以利用的低頻區。從理論上講，將病人不可能聽到的高頻輔音信號移到可以聽到的低頻區應該克服了普通助聽器對無或少有高頻殘餘聽力的病人無能為力的窘境。

技術發展

近幾年已有數篇文獻提及將按比例的頻率壓縮作為改善聽力的一種方法7-8。雖然有各種各樣的按比例壓縮方案7-9，到目前為止，海德公司是唯一的一家可以生產耳級的具有按比例壓縮功能的助聽器的公司。即ImpaCt和Logicom助聽器。

ImpaCt 是專門為提高高頻聽力損失耳聾人士的言語可懂度而設計製造的,她根據輸入言語信號實時地數字分析對言語的頻率.振幅和時間特性進行動態調控. 即在傳統的振幅壓縮放大策略助聽器的基礎上採用特有的類似於電子耳蝸語言編碼的實時地動態言語重新編碼(Dynamic Speech Re-coding,DSR),動態輔音推動(Dynamic Consonant Boost，DCB) 和頻率壓縮(Proportional Frequency Compression ，FC)數字處理技術以及大量標準的可程式選配參數改善對言語理解至關重要的語言辨別能力.對低頻元音信號進行自動增益控制(AGC) 處理,使其保持在最適閾 (MCL)的同時ImpaCt的數字音素分析器跟隨言語的動態範圍DSR 調控，當言語中的高頻輔音一旦被識破, DSR 功能立即啟動.，將高頻輔音信號推動到病人殘存的聽覺動態範圍之內。 但太多的頻率壓縮雖然可以提高覺察力但會降低言語辨別力.，採用DCB與頻率壓縮(FC)技術有效地平衡了言語覺察力與辨別力兩者之間的關係. 。ImpaCt尤其可以滿足那些低頻聽力正常或輕度損失而高頻聽力嚴重損失患者的需求.這些患者是目前聽障人士中最大的群體.

聽力康復工作者在處理高頻聽力損失的聽力康復過程中應仔細考慮現有的各種選擇。目前的研究結果支持改用具有頻率壓縮功能的“移頻”助聽器。如果我們認識到高頻清輔音的重要性，尤其是英語中帶有很多語法信息的/s/ 音的重要性時，就可以理解改用“移頻”助聽器的重大意義。戴“移頻”助聽器的人可以聽到複數音、所有格、第三人稱單數等。這些聲音對於言語和語言發展、言語理解和言語產生有著重要意義。

選配助聽器，就好象聽力康復工作者與病人在玩“幸運輪”遊戲。如果我們只給病人提供易於聽辨的濁輔音和元音，病人就難以解決言語的理解問題。如果我們提供清輔音，病人“解決問題”的能力大增。當助聽器專業選配人員尋找能給病人提供最完美聲音“圖畫”的技術時，他們有必要重新考慮助聽器是如何放大言語的；放大聲信號是如何傳入聽障耳？以及怎么樣去評價助聽器效果？按比例頻率壓縮是為助聽器專業選配人員設計的用於高頻聽力損失的病人改進言語辨別能力的工具。