自适应非线性频率压缩技术在儿童助听器验配中的有效性初探

刘媛媛 戴瑞邦 杨欣怡 编译

助听器的非线性频率压缩（non-linear frequency compression，NLFC）技术通过压缩高频声学信号，并移到较低频率区域，可帮助无法通过传统助听器放大技术获得足够补偿的高频听力损失患者获得并提高言语信号的高频可听度[1，2]。NLFC可帮助高频听力损失患者通过助听器获得并分辨高频言语声，如/f/、/s/、/sh/等对儿童言语识别和语言习得有重要意义的摩擦音[3]。

多项研究表明，经真耳验证并调试合适的NLFC助听器可改善听力损失儿童的言语识别[1～6]，但频率压缩强度过高（如高压缩比和低截止频率）可使言语信号失真，导致言语识别下降[7]。

鉴于NLFC在使用中存在不足，继而开发出自适应非线性频率压缩技术，也称NLFC-2。与NLFC不同的是，NLFC-2采用非静态算法，可根据输入声的能量分布进行自适应调整；该技术引入第2个截止频率，可更好地“保护”低频声，如元音、浊辅音。在NLFC-2的处理架构中，当输入声频率低于较低的截止频率时不启动频率压缩；高于较高的截止频率时启动频率压缩；而介于两个截止频率之间时，则根据瞬间的能量分布进行自适应处理。即输入声在此频率段内，助听器通过自适应，瞬时决定是否激活频率压缩。

如果NLFC-2的上限截止频率设置合适，其下限截止频率可设置到低于1500 Hz，突破了原有NLFC的技术限制。采用自适应算法，只有在输入声的中高频成分显著高于低频成分时，才对中高频进行压缩，进而减轻对元音共振峰关系的不利影响。使用更低的截止频率和压缩比，可减少中高频音素和环境声音的频谱形状改变。

本研究以NLFC-1表示非线性频率压缩技术，并以NLFC-2表示自适应非线性频率压缩技术，通过观察和比较儿童在使用两种NLFC时的助听效果和获益情况，旨在探讨自适应NLFC应用于儿童的有效性。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取14例低频轻度到中度、而高频重度到极重度的听力损失儿童。年龄6～17岁，平均11岁6个月。纳入标准：配戴助听器并使用NLFC-1；母语为英语；与年龄相关的常模相比，其接受性和表达性口语能力均在两个标准差内；可配合完成音素察觉的封闭式言语识别问卷测试。排除标准：患听神经谱系障碍、蜗后病变、认知/神经障碍和读写障碍的听力损失儿童。

1.2 助听器验配流程

为所有受试儿童双耳选配相同品牌和型号的耳背式助听器，且该助听器具有多种非线性频率压缩算法。助听器增益放大采用DSL v5处方公式，在关闭NLFC的情况下，通过真耳分析（REM）中的真耳耦合腔差值（RECD）测试进行效果验证和精细调试。在进行真耳分析前，将所有受试儿童的助听器开启反馈消除功能，并进行声反馈校准和评估测试。分别采用声强为55、65、75 dB SPL的输入声进行RECD测试，并使助听器输出与目标曲线相匹配（差值≤±2 dB）。

1.3 研究设计

本研究分为3个阶段，分别持续4～6周的时间。受试儿童在不同测试阶段共使用3种类型的NLFC，分别是NLFC-1、NLFC-2A和NLFC-2B。鉴于所有受试儿童均为有佩戴经验的NLFC-1用户，因此，将助听器使用NLFC-1的阶段作为完全适应期；并根据使用NLFC-2的听觉表现测量分为起始期和完成期（4～6周）。

1.3.1 NLFC-1阶段 将所有受试儿童的初始NLFC-1设置为与其参与研究前的已有助听器一致。本研究采用Glista等[2]发布的验证和调节协议对初始NLFC-1进行设置，并通过真耳分析确保初始NLFC-1设置，在65 dB SPL时，女性/s/音是可听的（即压缩信号在目标频率匹配或超过DSL v5.0目标值）。如果/s/音不可听，则对NLFC-1的压缩强度进行调整。

本研究采用两种NLFC-2设置（即NLFC-2A和NLFC-2B），并将其使用效果与NLFC-1进行对比。

1.3.2 NLFC-2A阶段 NLFC-2A的设置依据是参考每位受试儿童的听力曲线，激活NLFC-2后的最高输出频率由受试儿童的听阈和NLFC关闭时助听器最大声输出的交叉点决定。 此外，将80 dB SPL言语声与听阈的交叉点用于确定上限截止频率。以确保每位参与儿童均通过NLFC-2处理方式，尽可能获得最宽频的言语范围。

1.3.3 NLFC-2B阶段 NLFC-2B的设置介于NLFC-1和NLFC-2A之间。将每位受试儿童的NLFC-2B最高输出频率与NLFC-1设置保持一致。相较于NLFC-2A的下限截止频率设置更高（压缩比更强），而上限截止频率设置更低，因此更接近NLFC-1的可听频宽。此设置使压缩音质更接近参与儿童所惯用的NLFC-1技术，以调查受试儿童更偏好使用哪种NLFC。

1.4 结果测试

对本研究不同阶段的受试儿童，分别采用西安大略大学（the university of western ontario，UWO）复数测试[1]、辅-核-辅（the consonant-nucleusconsonant，CNC）单音节词识别测试[8]和峰力音素感知测试（phonak phoneme perception test，PPT）[9]评估安静环境下的言语识别率。

2 结果

2.1 UWO复数测试结果

本研究选择5个时间点对受试儿童进行UWO复数测试，并记录正确率，结果显示采用NLFC-2B设置的正确率（在验配4～6周后）高于NLFC-1（P＜0.05），见图1。

2.2 CNC单音节词识别测试结果

本研究在给声强度为50 dB（A）与60 dB（A）的条件下，分别选择5个时间点对受试儿童进行的CNC单音节词识别测试并记录识别率。结果显示给声强度为50 dB（A）（图2）和60 dB（A）（图3）时，NLFC-2A（4～6周）以及NLFC-2B（4～6周）的识别率均显著高于NLFC-1（P＜0.01）。

2.3 PPT觉察阈测试结果

图1 不同情况下的UWO复数测试正确率

图2 声强为50 dB （A）时的CNC单音节词平均识别率

图3 声强为60 dB（A）时的CNC单音节词平均识别率

本研究部分受试儿童使用NLFC-2B的PPT察觉阈值较NLFC-1及NLFC-2A平均低4 dB SPL，但不同NLFC设置条件下的PPT觉察阈无显著性差异（P＞0.05）。

2.4 PPT识别阈测试结果

本研究采用4种刺激声进行PPT识别阈测试，结果显示大部分受试儿童使用NLFC-2B设置4～6周后，其不同刺激声测试的音素识别阈均降低（更好），但不同NLFC设置条件下的PPT识别阈无显著性差异（P＞0.05），见图4。

图4 不同测试阶段的PPT因素识别阈

3 讨论

本研究结果显示与听力损失儿童已有助听器的NLFC相比，使用自适应NLFC不仅未对言语识别造成不良影响，并可改善高频言语声的察觉和识别。虽然并非所有测试结果都存在统计学差异，但NLFC-2B作为NLFC-2的中间版本，仍呈现出优于NLFC-1的趋势。讨论其主要原因是NLFC-2采用自适应功能，并引入第二个截止频率，较NLFC-1提供的截止频率更低。

本研究的实验设计存在不足，主要为：①缺乏噪声下的评估。虽然NLFC-2可改善安静环境下的言语识别率，尚不知在噪声环境下是否仍具优势；②本研究所用的自适应NLFC设置基于儿童已有助听器的NLFC。如果NLFC-2参数可通过客观（如真耳分析）与主观测试进行优化，则可更好地观察获益情况。此外，本研究中NLFC-2的适应和使用期仅为4～6周，相较于NLFC-1设置，其优势可能因使用时间短而被低估；③缺乏与未使用NLFC的配戴情况进行比较。与本组研究对象听力损失相似的已有研究结果显示，受试儿童使用NLFC与未使用NLFC有相似的表现，但多数儿童使用NLFC的表现更好[2]。本研究未对是否使用自适应NLFC的情况进行直接比较，因此难以明确自适应NLFC是否较传统NLFC更具优势。

本研究通过对比儿童使用非线性频率压缩（NLFC）和自适应NLFC助听器的可听度及言语识别，以探讨自适应NLFC技术应用于听力损失儿童的有效性。结果显示与NLFC相比，使用自适应NLFC可有效改善高频言语声和CNC单音节词识别，而不影响言语识别。此外，长期使用NLFC的助听用户更换为自适应NLFC助听器的适应性较好，且适应期较短。

（本文编译自：Wolfe J，Duke M，Schafer EC，et al.Preliminary evaluation of a novel non-linear frequency compression scheme for use in children[J].International Journal of Audiology，2017，56（12）：976-988.）