人耳听力评测软件的设计与实现

庞剑飞，廖新华

1.中国人民解放军第117医院 医学工程科，浙江 杭州 310013；2.中国人解放军第三军医大学 生物医学工程学院，重庆 400038

人耳听力评测软件的设计与实现

庞剑飞1，廖新华2

1.中国人民解放军第117医院 医学工程科，浙江 杭州 310013；2.中国人解放军第三军医大学 生物医学工程学院，重庆 400038

本文阐述了一款人耳听力评测软件的设计及实现过程。该软件主要由听力评测模块与评测管理模块组成，可在计算机上运行，并通过计算机产生评测信号、控制信号的强弱以及产生掩蔽，能够较准确地评估被评测者的听力状况，还可配合气导耳机或骨导耳机进行气导听阈或者骨导听阈的检测，得到听阈曲线，并能够通过产生不同频率的纯音评测受试者的听觉范围。此外，应用该软件还能够对耳鸣患者进行耳鸣的音调及响度匹配评测。实际评测结果表明，该系统实现了听力评测与评测结果的管理，具有较强的可行性与实用性。

听力评测；气导听阈；骨导听阈；纯音信号

0 前言

使被评测者可以对自身的听力状况进行评估与管理，有利于听力损失的早期发现。

据第二次全国残疾人抽样调查最新数据公报[1]显示，中国听力残疾人数已经达到2004万人次，听力损失已经严重影响了人们的学习、工作、生活，而听力损失的早期发现对于听力保护与治疗具有重要意义。听力评测可确定受试者有无听力障碍、听力损失的程度、听力障碍的性质或部位。临床上用于听力评测的仪器主要有纯音听力计，可确定人耳听觉频率范围的听敏度，从而准确判定患者的听力状况。目前进行听力评测需评测者前往医院等具有评测仪器的场所，但听力障碍的早期表现不明显，许多人对此不够重视，不能及时在听力损失早期进行检查、治疗，最终导致听力损失达到较严重的地步，错失治疗良机。此外，由于对被评测者不同时间的听力评测结果不能进行统一管理，因此无法对其一定时间内的听力状况进行分析。鉴于此，本研究设计了一款可以在计算机上运行的听力评测软件，

1 听力评测原理

人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。一般来说响度随着声强的增大而增加，但二者并不是简单的线性关系，还与频率有关，当不同频率的声波在人耳中引起相等的响度时，它们的声强（或声强级）并不相等[2-3]。以频率为横坐标，声强级为纵坐标，可绘出不同频率的声音与1000 Hz的标准声音等响时的声强级与频率的关系曲线即等响曲线。引起听觉的声音在频率（20～20000 Hz）和声强上都有一定范围，声强必须达到某一数值才能引起人耳听觉，能引起听觉的最小声强叫做听阈，听阈曲线即为响度级为0昉的等响曲线。纯音测听检查包括最基础的骨导听阈评测和气导听阈评测[4]两个方面，即测听系统纯音的给声形式有两种：气导（AC）和骨导（BC）。评测信号经耳机给声，经气导途径来检测听力图称为气导纯音测听法；评测信号经骨振器给声，经骨导途径来检测听力图称为骨导纯音测听法。

2 软件设计

听力评测软件的结构框图，见图1。该软件主要分为听力评测与评测管理两个模块：听力评测模块通过纯音信号产生与掩蔽功能可实现气导听阈测定、骨导听阈测定、听觉频率范围测定及耳鸣的音调及响度匹配测定等功能；评测管理模块可实现用户管理与结果查询两项功能；评测数据保存在本地数据库中，便于查询。为实现上述功能，软件首先需产生不同频率的纯音信号，且信号强度可调，调节范围在0～120 dB；其次，为对被评测者的左右耳分别完成评测，信号声道需单独控制并能够加入指定强度的掩蔽信号；第三，在软件评测过程中能够对被评测者进行语音或文字提示，帮助其正确完成评测；最后，软件应在完成听力评测后对被评测者的评测结果进行图形化显示、保存并给出初步结论与意见。

图1 听力评测软件的结构框图

临床上，纯音听力评测方法受到听力计的限制，声强调节比较粗糙，为提高评测的准确性，该软件在确定某一频率的听阈时增加了声强调节范围及精度（-100～100 dB）。

该软件的听力大致评测流程，见图2。评测开始后，被评测者登录系统，之后选择评测项目，当其熟悉评测内容后，开始进行评测，评测完成后给出评测结果。其中，评测某一频率的过程为：开始评测时，受试者自主调节声强，直至受试耳不再听到为止；反复评测3次，将3次测量的中位数确定为受试耳的听阈；继续评测其他频率。最后复测1000 Hz，若复测的结果与评测的结果相差＜5 dB，则可进行另一耳的评测，否则需要进行重测。

图2 软件听力大致评测流程图

3 模块实现

评测软件采用Microsoft Visual Studio2008 C#开发工具设计，运行在.NET Framework3.5平台；采用Matlab编写生成纯音信号的函数文件，将其编译为动态链接库（DLL）文件，以供C#调用；数据库采用Access实现。

3.1 评测信号的合成

由于在评测过程中需要播放不同频率、不同强度的纯音信号，因此需在评测时合成对应的纯音信号，本文利用Matlab合成语音信号。其中，50 Hz时域信号及其频谱分析结果，见图3～4，核心代码如下：

Fs=48100；％采样

bits=16；

duration=5；％时长

f=50；％纯音信号频率

t=0：duration/（fs*duration）：duration；％生成时间序列

y=sin（2*pi*f*t）；％生成纯音信号

sound（y,fs,bits）％播放。

图3 50 Hz纯音信号时域波形

图4 50 Hz纯音信号频谱分析结果

3.2 掩蔽

掩蔽是指某一个频率的听阈因另一个掩蔽声音的存在而上升的现象，可能导致评测结果不准确。当有掩蔽现象时应通过掩蔽法评测纯音听力。掩蔽法[5]即在对侧耳使用声音使其听觉感受器忙于应付而无法接受来自被测一侧的声音信号。使用掩蔽法评测听力时应考虑两侧气导听阈的差别、患者的听力水平等，一般情况下两侧气导听阈相差≥40 dB或双耳骨导听阈值相差≥15 dB时在评测听力较差耳时考虑给以窄带噪声掩蔽。

产生掩蔽的信号一般采用窄带噪声，在对单侧耳进行评测时，可选择是否在对侧耳进行掩蔽，产生窄带噪声的Matlab核心代码如下：

Y=wgn（1,length（t）,5）；％产生5 dBW的高斯白噪声

h=fdesign.bandpass（Fstop1, Fpass1, Fpass2, Fstop2, Astop1, Apass, Astop2, Fs）；％设计带通滤波器

Hd=design（h, 'butter', 'MatchExactly', match）；y=filter（Hd,Y）；％生成窄带噪声。

3.3 气导听阈和骨导听阈测定

依据临床纯音听力的检测方法，可通过佩戴气导耳机或骨导耳机对评测者特定频率的听敏度进行评测，绘制听力曲线，以此来评估评测者的听力水平。

在被评测者熟悉实验后，将1000 Hz的评测音（强度40 dB）给予被试耳，当被评测者听到声音并能正确做出反应后，即可进行正式评测。

气导听阈阈值测定涉及整个听觉系统，包括传导部分的外耳及中耳、感音神经部分的耳蜗及听神经功能的完整性，是听力学评定的最基本部分。临床上测听频率的顺序为：1000、2000、4000、8000、250、500、1000 Hz，若相邻频率之间的阈值超过15 dB，则应补测中间频率（3000、6000 Hz），一般先测较佳耳或健耳，若两次1000 Hz阈值差别≥5 dB，则应重新进行评测，如两个倍频频率的阈值相差≥20 dB，则应做半倍频频率阈值测定。给声时间持续1～2 s，间隔时间不短于给声时间，且给声时间及间隔时间不规则。具体评测流程图，见图5。

图5 听力具体评测流程图

骨导听阈评测的目的是直接了解耳蜗的听敏度，使用刺激声绕过外耳及中耳直接作用于耳蜗，从而与气导阈值进行比较，以确定听力损失类型。评测频率通常仅作250～4000 Hz倍频，评测顺序为1000、2000、4000、500、1000 Hz。首先评测气导阈较佳耳，采用与气导听阈相同的评测手法及步骤，分别在不加掩蔽噪声和加掩蔽噪声情况下测出各频率的骨导听阈。

3.4 听觉频率范围测定

不同人的听敏度不同，通过检测被评测者对不同频率的响应，可以得到其听觉频率范围。

3.5 耳鸣的音调及响度匹配

首先测出被评测者的纯音听力听阈曲线，然后向耳鸣侧或对侧耳发出听阈上10 dB的纯音，先从1000 Hz开始，令被评测者比较此纯音音调及耳鸣音调，若评测音调高于耳鸣音调，则减低纯音频率；反之，则增高纯音频率至被评测者感到纯音音调与对侧耳的耳鸣音调相同或相似时，则确定此纯音音调即为病人耳鸣的主调。

耳鸣的响度评测是在确定耳鸣音调后，在同侧或对侧给予该频率的纯音强度，从听阈值上下反复进行评测，选择相应响度阈值，找到最匹配的响度。

3.6 听力评价

世界卫生组织（WHO）采用500、1000、2000 Hz这3个频率点听力损失的平均值，作为划分听力下降等级的依据[6]（表1）。评测结束后绘制被评测者左右耳气导或骨导听阈曲线，对结果进行归一化处理分析，给出听力等级以及健康建议。

表1 听力损失分级

3.7 评测管理

该模块包括用户管理与结果查询两部分。用户管理包括个人信息的修改与保存、账号密码修改等功能。被评测者的评测结果保存于数据库中，可通过被评测者的ID号，将其不同时间的评测结果进行关联，便于了解其一段时间内的听力状况。

4 应用效果

听力评测软件利用数据库技术与数字信号技术实现了听力评测的自动化；被评测者可在计算机上完成对自身听力水平的评测，操作方便、简单；且通过建立评测数据库，实现了评测结果的保存与查询。

对某健康男性志愿者（24周岁）在安静环境下进行评测，其左耳的听阈曲线见图6。从评测数据来看，该志愿者的听觉频率范围正常，各频率听阈在30 dB左右，听阈稍偏高，可能与评测环境、耳机音质等因素有关[7-8]，可通过与专业听力评测设备进行比对校准。听力评测的准确性受到环境噪声的影响，评测时应选择安静的场所进行，整个评测时间不宜过长（≤20 min）。

图6 某志愿者左耳气导听阈曲线

5 讨论

本文利用信号处理与数控库等技术设计并实现了人耳听力评测软件。实际评测结果表明，该评测软件有一定的实用性，在个人听力评测方面具有较大的应用前景。应用该软件可进行听阈、听觉范围及耳鸣响度匹配的评测，使被评测者能自主评估自身的听力水平，对听力损失进行鉴别；且评测结果可保存于数据库中，便于被评测者了解自己的听力状况。与传统的听视力评测方法相比，该软件具有智能化、成本低、实用性强等特点；且测量过程自动化，易于操作，被评测者能够独立完成，评测地点不受限制。但在听力评价方面，该软件目前仅能给出听力损失等级，下一步研究准备进一步增加评价内容，给出针对性的听觉健康指导意见，以帮助被评测者更好地保护自身听力；另外，评测结果的准确性易受噪声影响，下一步将通过开发对应的算法来降低或消除噪声的影响，保证评测的稳定性。

[1]薛静．第二次全国残疾人抽样调查最新数据公报[J]．中国听力语言康复科学杂志,2007,20（1）：38．

[2]潘志达．医学物理学[M]．北京：科学出版社,2007：42-45．

[3]王朝捷,安薇．听力评测技术及听力计[J]．质控与计量,2004,19（7）：28-29．

[4]GB/T16403-1996,声学测听方法纯音气导和骨导听闭基本测听法[S]．

[5]马强．数字助听器中的算法研究与实现[D]．北京：北京大学,2005．

[6]赵惠利．掩蔽法在纯音侧听中的应用[J]．河南职工医学院学报, 2004,16（4）：416-417．

[7]邹雪飞．头声学散射体及响度模型在双耳助听器系统中的应用研究[D]．北京：北京大学,2009．

[8]郗昕．汉语言语测听材料的新进展[J]．中国眼耳鼻喉科杂志,2008, 8（6）：341-343．

Design and Imp lementation of a Hearing Test Software

PANG Jian-fei1, LIAO Xin-hua2
1.Department of Medical Engineering, the 117thHospital of PLA, Hangzhou Zhejiang 310013, China；2.Institute of Biomedical Engineering, Third M ilitary Medical University, Chongqing 400038, China

A software for hearing test and results management has been designed and introduced in this paper, which can been run on the PC machine. An accurate evaluation of hearing can be got by generating test signal, controlling signal strength and masking. The air conduction threshold or bone conduction threshold is detected by using AC earphone or BC earphone and the threshold audiogram is obtained at the same time. The auditory range is tested by generating pure tone w ith different frequency. The pitch and loudness of tinnitus are matched for patients w ith tinnitus. The test result proves that the scheme is feasible and practical.

hearing test；air conduction threshold；bone conduction threshold；pure tone signal

R764.04；TP31

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.010

1674-1633（2015）10-0037-04

2015-01-14

2015-01-28

廖新华，教授。

通讯作者邮箱：xhLiao@tmmu．edu．cn