2.4GHz无线附件在听障儿童康复中的应用

赵航 陶仁霞 周文苑 胡永福 徐之佳 倪天宏

1 问题提出

在康复训练实践中，听障儿童经常需要在声源和助听设备存在一定距离的噪声环境中接收声音信号。在这种场景中，其言语识别率急剧下降，在学习和活动过程中接收指令和反馈能力迟钝。康复师在面对上述情况时只能通过提高音量解决问题，可能造成康复师的嗓音疲劳，如果使用扩声器，又会产生二次失真，影响听障儿童的聆听效果。为解决因距离、噪声和混响带来的低信噪比影响，除了改造声学环境和加设扩声系统两种解决思路，应用无线音频传输技术是更灵活的解决方案。例如常见的电磁感应线圈和无线调频（frequency modulation，FM）系统，均属于无线音频传输技术，在实际应用中能显著提升信噪比[1]。FM系统传输距离远，音质好，但需要助听器适配音靴等中继装置，早期FM产品的信号容易受其他信号干扰；电磁感应线圈系统通过助听器的T档即可进行无线信号的传输，不用通过中继，无使用成本，但信号容易受干扰，且环境需提前铺设电感线圈，应用场景受限。随着助听器及人工耳蜗使用者对产品便捷性、连通性和自由程度需求的不断升级，新一代无线传输技术开始应用于听力行业。应用2.4 GHz、无线动态调频（wireless dynamic，WD）、蓝牙（bluetooth）、近场磁感应（near field magnetic induction，NFMI）等无线传输技术所研发的相关无线附件层出不穷，各种技术各有其特色和优点，呈现出百花齐放的态势。

2.4 GHz技术是一种在2.4 GHz频段（2400～2483.5 MHz）下工作的短距离无线传输开源技术，广泛应用于家用及商用领域，如常见的无线鼠标、无线键盘、无线宽带路由和无线网络建设等。目前应用2.4 GHz无线技术的无线附件产品已经开始在成人听障人群中进行使用，但该技术在听障儿童康复训练中的应用还比较少见，并且未见相关研究。本研究分析比较在噪声环境中，助听器和人工耳蜗儿童应用2.4 GHz无线附件时，能否提高信噪比，改善其言语识别能力，并探讨该技术特点在听障儿童康复中的应用场景。

2 方法

2.1 研究对象

选取上海某康复中心的15名学前听障儿童作为受试者，年龄3～6岁，平均年龄4.54±1.07岁；纳入标准：诊断为先天性双侧感音神经性听力损失儿童；已配戴助听器（HA）或植入人工耳蜗(CI)，其中7例为双耳配戴助听器（HA/HA），8例为双耳双模式配戴（CI/HA）；补偿（或重建）听阈250，500，1000，2000，4000 Hz均在言语香蕉图范围内，助听设备补偿效果为最适状态；所有患儿在第一次验配助听器或植入人工耳蜗后即开始听觉言语康复训练；智商及认知能力正常，希-内学习能力评估测试，学习能力商平均得分107.36±9.18，均处于正常范围内。

2.2 测试材料及实验设计

测试材料采用标准化的测听材料：汉语普通话版噪声下言语测试（儿童版）[2]，该测听材料可以有效测试儿童在汉语言环境下的言语识别率。本研究采用其中3项分测试：声母、韵母以及双音节词。每个分测试有12个测试项，总共36个测试项，每个测试项都以图片方式呈现，受试者听到目标音后，予以指认。测试前需测试者带领受试者对测试表中的图片进行逐一识别，确保受试者能够识别所有图片后，开始正式测试。

本研究采用两因素重复测量实验设计，组内变量分别为麦克风模式（助听设备麦克风/无线附件麦克风）与环境信噪比（-5 dB/5 dB）。每名受试者将接受4种条件下的言语识别率测试。为平衡练习效应，将每名受试者4组测试的顺序进行随机化处理。

2.3 测试环境

测试在安静的康复教室中进行，本底噪声低于40 dB(A)。测试场地中设置3个扬声器，分别设置在受试者儿童的左侧、右侧以及正前方，且距离均为1 m，同时扬声器的中心点高度与受试者儿童的耳朵平齐以保证声源与受试者的距离相同。2.4 GHz音频转换器（无线附件）置于正前方扬声器10 cm处。

左右侧扬声器均播放与测试材料频谱接近的言语谱噪声(speech spectrum-shaped noise，SSN)，播放强度为65 dB SPL。处于受试者正前方的扬声器则播放言语测听信号，测试强度分别为60 dB SPL（信噪比=-5 dB）和70 dB SPL（信噪比=5 dB），分别模拟在康复教学过程中，康复教师柔和与大声两种说话方式的声音强度。各声源的声音强度均单独通过声级计进行校准标定。

2.4 助听设备及无线附件的选用

为确保助听设备能够与无线附件连接，所有受试者的助听器型号统一为瑞声达恩佐二代助听器（EN988-DW），并由专业听力师按照受试者原有助听器的增益方案进行调试并进行声场测听验证；人工耳蜗植入受试者选取使用澳大利亚Cochlear N6型；2.4 GHz无线附件采用瑞声达多功能迷你音频转换器。测试前对助听设备与无线附件进行配对连接。

2.5 统计学方法

采用两因素重复测量方差分析以及配对样本卡方检验。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

3 结果

3.1 不同噪声环境与拾音方式下的言语识别率

听障儿童在两种信噪比条件下分别使用2.4 GHz无线附件和助听设备麦克风的言语识别得分如图1所示。通过两因素重复测量方差分析可知，麦克风模式的主效应极显著F（1，14）=60.59，P＜0.001，η2=0.812，使用2.4 GHz无线附件时，儿童噪声下言语识别成绩显著高于仅使用助听设备麦克风；环境信噪比主效应极显著F（1，14）=73，01，P＜0.001，η2=0.839，当信噪比为5 dB时，儿童的言语识别率显著高于信噪比为-5 dB的情况；交互作用极显著F（1，14）=48.87，P＜0.001，η2=0.781，当信噪比为-5 dB时，使用2.4GHz无线附件对言语识别的提升幅度（平均言语识别得分提升了51.43%），远优于信噪比为5 dB时的提升幅度（平均言语识别得分提升了23.55%）。

从个体获益比例看，当信噪比为5 dB，使用助听设备麦克风拾音时，仅有26.67%的受试者言语识别率在80%以上，在使用2.4 GHz无线附件后，86.67%的儿童平均言语识别率高于80%，通过配对样本卡方检验（McNemar Test）可知，获益个体比例提升达到极显著水平（χ2=9.00，P=0.003），且有36.36%的儿童识别率达到100%；当信噪比为-5 dB，使用助听设备麦克风拾音时，仅有1名儿童（6.67%）的言语识别率高于80%，在使用2.4 GHz无线附件拾音后，有60.00%的儿童言语识别率超过80%，通过配对样本卡方检验可知，获益个体比例的提升达到极显著水平（χ2=8.00，P=0.005）。

3.2 2.4 GHz无线附件对于不同助听模式的影响

统计不同助听模式儿童在不同拾音方式下的言语识别识别率如表1所示，可以看出双侧配戴助听器的儿童，在信噪比为5 dB时，使用助听设备麦克风时平均言语识别率为52.06%±21.29%，使用2.4 GHz无线附件拾音后受试者个人得分平均提升了28.50%±20.20%；在信噪比为-5dB时，使用助听设备麦克风时平均言语识别率仅为11.90%±21.13%，使用2.4 GHz无线附件拾音后受试者个人得分平均提升了61.12%±20.00%。

双耳双模式配戴的儿童，在信噪比为5 dB时，使用助听设备麦克风时言语识别率为78.47%±15.20%，使用2.4 GHz无线附件拾音后受试者个人得分平均提升了17.71%±14.60%；在信噪比为-5 dB时，使用助听设备麦克风时言语识别率为41.93%±22.35%，使用2.4 GHz无线附件拾音后受试者个人得分平均提升了43.48%±22.20%。

结果显示，相比双模式助听器儿童，双侧助听器儿童更多地获益于使用2.4 GHz无线附件。无论何种助听模式，2.4 GHz无线附件的使用均能帮助听障儿童显著提升噪声下的言语识别能力。

4 讨论与建议

4.1 2.4 GHz无线附件对信噪比的改善

有研究比较了蓝牙技术和FM无线调频技术，结果显示均具有良好的听觉辅助作用[3]。本研究结果表明，2.4 GHz无线附件同样能够显著改善信噪比，大幅提升听障儿童在噪声下的言语识别能力。聆听环境的信噪比条件越差，使用无线附件的言语识别率提升幅度越大。对于个体获益来说，使用无线附件获益的受试者比例较高，说明本测试结果具有一定的普遍性。在低信噪比聆听环境下，听障儿童从无法识别言语声，提高为能够识别大部分言语声，其效果与梁爽等对FM无线附件的研究结果基本一致[4～6]。本研究的受试者为双侧助听器与双耳双模式两种助听模式，双侧助听器儿童由于补偿效果普遍弱于双模式配戴儿童，因此噪声下言语识别能力更差，同时也意味着使用无线附件对其言语识别能力的提升也更大。此外，言语康复师日常工作中用嗓压力较大，尤其在集体课时，康复师常常需要提高音量才能让听障儿童听清楚自己的指令，长此以往可能造成嗓音疲劳。2.4 GHz无线附件的使用，除了有利于提升听障儿童在低信噪比下的言语识别能力，同时还有利于康复师在上课时使用柔和的言语声进行康复训练，起到保护嗓音的效果。

4.2 无线传输技术与2.4 GHz无线附件的优劣势分析

如问题提出部分所述，在解决因距离、噪声和混响所造成的低信噪比问题时，众多无线音频传输技术各异。但不管何种技术，都应以满足听障人群的聆听需求以及提升日常使用体验为目标。首先，助听设备的小型化趋势受制于电池技术，因此降低设备功耗一直是各厂家研发的重点方向，超低功耗是无线附件装置及其适配芯片的最基本要求；其次，传输速率是音质的保证，例如，2.4 GHz传输速率理论值可达2 Mbps，足以保证语音和音乐传输时的高保真；再次，传输稳定性是使用体验的基础，技术应满足全双工模式传输，抗干扰性能突出的要求。上述三点为2.4 GHz、无线动态调频、蓝牙、近场磁感应等无线传输技术均满足的基本技术特性。除此以外，上述技术在传输距离、连接方式、通用性等方面各有优劣，分别适合不同的听力康复场景。如WD技术是FM技术的升级，解决了早期FM系统只能单向传输信号并且容易受干扰的问题；蓝牙技术通用性强，适合助听设备与手机等通用设备的直连；近场磁感应技术连接时间最短，并且功耗最小，但是传输距离很短，适合双侧助听器之间的数据传输。

表1 不同助听模式儿童在不同拾音方式下的言语识别识别率%（M±SD）

2.4 GHz无线技术相比于其他无线传输技术，具有以下特点：（1）传输距离约10～25米，适合听障者的大多数室内使用场景；（2）2.4 GHz技术相对成熟，集成度高，无线附件可实现体积小、重量轻的超小型化设计，可以像迷你麦克风一样别在衣服上；（3）数据传输稳定，在本研究的整个测试过程中未发生过信号连接中断的情况；（4）传输频段（2400～2483.5 MHz）为国际规定的免授权费频道，具有较低的使用成本[7]。但同时也存在一定不足：首先，切换发射机的步骤相比FM自动刷频功能略繁琐，在需频繁切换发射机的场景下使用较为受限；其次，2.4 GHz无线附件需要助听设备内置芯片支持，目前仅能与瑞声达部分助听器和科利耳人工耳蜗进行配对连接，通用性较为受限。

本研究表明，2.4 GHz无线附件作为听觉辅助技术，能够有效提升听障人群的噪声下言语识别能力，其技术特性在聋校、康复机构、家庭个训与集体课堂，以及听障儿童随班就读场景有广泛的应用前景。未来可以进行更多关于无线传输技术之间的言语识别成效、稳定性和功耗等方面的比较研究。