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2008年10月22日 星期三

[摘要]A Sensitive Period for the Development of the Central Auditory System in Children with Cochlear Implants: Implications for Age of Implantation

1 意見

撰稿人:張秀雯(Hsiuwen Chang)

陽明大學醫學工程研究所聽語工程實驗室博士班學生,亦任職於振興醫院聽覺醫學中心,擔任臨床聽力檢查師。專長為幼兒聽力評估、成人及幼兒聽覺輔具選配、人工電子耳調圖。研究興趣是發展臨床檢測工具以提昇嬰幼兒聽力評估的正確性與效率。

文章原始出處:
篇名:A Sensitive Period for the Development of the Central Auditory System in Children with Cochlear Implants: Implications for Age of Implantation
作者:Anu Sharma, Michael F. Dorman, and Anthony J. Spahr
出處: Ear and Hearing, 23(6): 532-539
出版年份: 2002

研究動機:
檢視植入人工電子耳的年齡對中樞聽覺系統的影響。

研究方法:
由於大腦皮質聽覺誘發反應(cortical auditory evoked potential)的P1波在潛時值(latency)的部份會隨著年齡的增長而有所變化,因此P1波可用來評估中樞聽覺通道的成熟度。研究者找來136位正常聽力者(年齡介於0.1歲至20歲之間)以及107位人工電子耳的使用者(年齡介於2.3歲至35歲),以合成的語音/ba/作為刺激音來誘發P1的反應。聽障組的實驗進行時間為人工電子耳開頻六個月後。


結果:
研究者將正常組所量測到的P1波潛時值與年齡間的關係製成一迴歸曲線並繪出95%的信賴區間。聽障組以植入年齡分為三組:早期植入組(3.5歲前)、中期植入組(3.6~6.5歲)、晚期植入組(7歲後)。結果顯示在愈晚植入電子耳的受測者頭皮上所記錄到的P1波有絕大多數落於正常範圍之外,而三歲半之前即植入電子耳的幼童則在開頻後6個月就顯示出與同儕類似的誘發反應。

討論:
此研究以三組使用電子耳的期間相同但是在不同年齡植入電子耳的兒童為對象,將所測得的P1潛時值與正常組做比較。研究結果顯示,愈早植入電子耳的兒童在中樞聽覺的發展愈接近正常聽力的同儕,也就是說,在3.5歲之前,聽覺區的可塑性是較高的。

個人心得:
「何時是植入電子耳的黃金期?」這個議題一直為聽損兒的家長、耳科醫師以及聽力師所關心。在這篇研究報告中,研究者嘗試從大腦皮質聽覺誘發反應的角度來找尋答案。與前人的研究一致的是,在愈早植入電子耳的兒童身上可觀察到較成熟發展的聽覺通道。本篇報告有價值之處在於研究者整理出P1波的正常範圍,然而若能加入受試者的語言測驗分數,比較P1潛時值與語言能力的相關性,將更有助於說服讀者P1可當作聽知覺發展的參考指標。

本篇報告中並未詳細提供聽障組在手術前的聽力損失程度。依據筆者的臨床觀察, 只要在術前仍有殘存聽力並持續接受聽能訓練中期及晚期植入電子耳的聽損兒亦可能達到良好的成效(此研究結果將發表於2008年台灣耳鼻喉科醫學會學術研討會)。

2008年9月20日 星期六

[摘要]Practitioners give high marks for user benefit to open-canal mini-BTEs

2 意見

撰稿人:曾雪靜 (科林聽力保健中心/聽力師)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處:
作者: Earl E. Johnson
篇名: Practitioners give high marks for user benefit to open-canal mini-BTEs
出處: The Hearing Journal, 61(3): 19-28
出版年份: 2008

文章內容摘要:
自GN ReSound於2003年推出全球首款開放式(open-canal, OC)選配的助聽器ReSound AIR之後,開放式選配的迷你型耳掛機(OC mini-BTEs)已成為各家助聽器製造商必推的產品,且銷售比率逐年提高。在本文中,作者透過電子郵件調查了目前OC mini-BTEs的銷售狀況,以及使用者對不同形式OC mini-BTEs的偏好,茲將相關資訊整理如下,如欲獲得更詳細的說明,請參照原文(按此連結)。


助聽器的型式很多,但愈來愈多的聽力師或選配師選擇OC mini-BTEs去選配客戶的助聽器,在這些專業人員的經驗中,選配OC mini-BTEs的機率平均高達41.6%,平均數為40%,標準差為25.4%,選配機率自0%到95%之間。

這些受訪的專業人員中,有些人覺得OC mini-BTEs有以下這些優點:
  1. 這些耳掛型助聽器作得愈來愈小、愈來愈多的顏色及形狀可供選擇,對於有外觀考量的人的接收度提高
  2. 可以解決聽損者配戴助聽器後的閉塞感
  3. 聽損者覺得戴起來比較舒服
  4. 適用低頻接近正常而高頻有聽損的患者
  5. 可以快速選配
  6. 試聽與選配可以同時完成
  7. 聽損者在配戴後可以走出戶外
這些受訪的專業人員中,有些人覺得OC mini-BTEs有以下這些缺點:
  1. 僅適用於特定聽損者,選配空間不足
  2. 不容易置入耳內
  3. 固定效果不佳
  4. 聽損者不易自行保養
  5. 聽損者在接聽電話時有困難
  6. 價格貴
  7. 沒有線圈功能
但在這些受訪者的經驗當中,OC mini-BTEs相較於其他型而言,配戴者的滿意度高達83.4%,相同的佔13.8%,只有低於3%的聽損者不滿意開放式的耳掛型助聽器。OC mini-BTEs相較於其他型助聽器表現之比較,如下表所示:


目前OC mini-BTEs有兩種主要的型式:喇叭在耳內(receiver in the ear, RITE)與喇叭在助聽器內(receiver in the aid, RITA)。在2007年,RITA的選配比率約佔全部OC mini-BTEs的66.2%(標準差34.8%)。有差異的是,選配師選配的OC mini-BTEs有78.6%為RITA,聽力師選配的OC mini-BTEs僅有60.7%為RITA。RITA與RITE在表現上的比較整理如下表所示:


先前提過聽力師選配OC mini-BTEs的機率超過40%,然而根據助聽器製造商協會所做的統計,2007年耳掛機佔全部助聽器的51.5%,但只有37.2%的耳掛機使用312或10號電池,會使用這些較小電池的通常為迷你耳掛型助聽器。助聽器製造商協會推估迷你耳掛型助聽器僅佔全部助聽器的20%。

為何OC mini-BTEs的成長率會這麼高?這是因為對於適用的助聽器使用者來說,OC mini-BTEs相較其它助聽器而言,可以為使用者帶來更多的好處與滿意度。這也是OC mini-BTEs雖然推出僅僅幾年,但卻有約97%的聽力師與選配師願意使用的原因。

個人心得:
助聽器採取開放式耳道選配最大優點就是少了悶塞感、音質較自然,這是所有耳內型助聽器無法做到的。但是,最大的缺點是增益量不足與回饋音(feedback)的問題。

在選配助聽器的時候要考量的是聽損者的聽損程度、溝通需求、其他(外型考量、音質、配戴的舒適度…..)。

1. 聽損程度:一般來說此類助聽器建議的聽損程度最好在60分貝以內,否則不是可聽度(audibility)不夠就是回饋音(feedback)問題。不過也有例外,例如年紀大的人,為了避免環境噪音造成配戴的不適,增益量普遍偏低。此外,有些聽損程度較重的人,因無法接受一般傳統塞耳式助聽器所造成的悶塞感,也會使用此類助聽器。

2. 溝通需求:需考量一般與人溝通的狀況為何?是否有特殊需求?例如遠距離的交談(開會),可能會因為增益量不足而效果較差。另外,聽電話也是有待解決的一個問題,因為除非是使用免持聽筒或感音線圈(telecoil)的方式,否則這類的耳機在接聽電話時可能會有回饋音的問題,當然如果聽損者的聽損不嚴重仍然可仰賴裸耳的聽力,或是購買電話擴音器來輔助。

3. 其他:使用上要注意的是助聽器的音孔很小,如果有耳垢塞住,就會影響聽取的效果,耳掛機比較要注意的是流汗受潮的問題,助聽器需勤保養及乾燥;助聽器愈小固定效果較差,特別是戴眼鏡的人,可能在取下眼鏡時要特別注意,避免拉扯到助聽器的耳管。

2008年3月3日 星期一

[摘要]Development and evaluation of Mandarin disyllabic materials for speech audiometry in China

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撰稿人:姚讚峰 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處
主題:Development and evaluation of Mandarin disyllabic materials for speech audiometry in China
作者:Shuo Wang, Robert Mannell, Philip Newall, Hua Zhang, Demin Han
期刊:International Journal of Audiology, Volume 46, Issue 12,p.719~p.731
出版年份:2007

研究動機
除了純音的聽力檢測外,語音的聽力測試也常用於聽力檢測中,在測試中受測者會受到測試語料的語言熟悉度以及上下文所影響,而此特性是純音聽力檢測所沒有的。在英語的聽力檢測中,英語語料的聽力檢測已經在臨床實行一段時間,並發展出許多可使用的測試語料。華語目前為世界最多人所使用的語言,華語由單字而構成,而單字主要由聲母、韻母以及四種聲調所組成,兩個相同聲、韻母所組成的單字若為不同音調,則可能會有不同的意義表示。在一般日常所使用華語語句,大多數由雙字詞所組成。因此在此篇論文中,作者希望能發展出華語的雙字詞語音測試語料(Mandarin speech test material,MSTMs),使其在未來可應用於華語的臨床聽力檢測中。


研究方法
首先作者在兩本文獻中做華語雙字詞的挑選,兩本參考的文獻各為The Frequency Dictionary of the Modern Chinese Language(Wang&Chang,1985)以及The common Words of the Modern Chinese Language(National Language and Literature Committee,1988),其中有1263個常用的華語雙字詞,這些字彙在日常使用中佔了96.65%。完成字彙的挑選後便接著做詞表的音素、音調平衡,可歸納出10個詞表,每一個詞表各有50個華語雙字詞。在挑選雙字詞需要注意一些事項,例如兩個雙字詞皆為第三個音調時便不予採用,因為雙字詞兩個都是第三音調的字所構成時,第一個字會轉變成第二音調,如此便會影響到詞表的音調平衡。另外如果雙字詞中第一個字為”一”或是”不”也不採用,因為此類的字會隨著後面第二個字的讀音而有所改變,也會影響到詞表的音調平衡。

歸納出10個詞表單後便開始做語料錄製的工作,錄製的地點為標準的錄音室,其環境噪音須低於25 dB(A),錄製者為30歲左右的有經驗男性廣播員,錄製的過程要求聲音乾淨以及自然,並維持大致相同的聲音強度。

接著找尋受測者做詞表的可信度測試,受測者為100位年齡在18~25歲間的正常聽力者,他們的日常用語須為華語且學歷要求為大專以上。聽力閾值於500~2000 Hz須在10 dBHL以下,250、4000、8000 Hz的聽力閾值則須在20 dBHL以下,且不能曾經有過服用聽力相關藥物的經驗,在測試時會以聽力較好的單側耳做測試。

將篩選後的100位受測者分組並做詞表測試實驗,將其分成為65人以及35人兩組,其分組測試的實驗流程如下表。第一組65位測試者做詞表等效性的分析實驗,受測者如果聽到字詞時,需要大聲複誦聽到的字詞,整個流程大約需耗時45分鐘,中途可以休息。第二組35位測試者做詞表performance-intensity(PI) function的分析實驗。


另外尋找40位輕中度聽損者(23位男性、17位女性)做詞表的performance-intensity(PI) function分析實驗,其年齡範圍在20~78歲之間(均值mean為58歲),聽力閾值在500、1000、2000 Hz時為28~60 dBHL,其均值(mean)為44.6 dBHL。首先如同上述第一組的步驟,以MAST程序找出辨識率在40~60%之間的測試音量,將此測試音量+15 dB、+10 dB、+5 dB、+0 dB、-5 dB、-10 dB做為六種不同的測試音量,接著做詞表的performance-intensity(PI) function分析實驗。

研究結果與討論
我們可將上列三個分組的結果分別顯示並做討論,第一組為60位正常聽力者的詞表等效性測試,第二組為30位正常聽力者的PI function分析,第三組為35位聽損者的PI function分析。
第一組的辨識率結果如下表:


另外,ANOVA的significant值為0.004(<0.05),因此可知各詞表間是有相異性的。而由上表可以看出第五張詞表有別於其他九張詞表,作者在此提出幾種可能,首先可能是RMS的強度與其他幾張詞表不同,例如較長的母音其RMS強度便會比短母音還要大,另外此詞表可能有一些字詞為現今日常生活中較少碰到的詞彙(例如:方針、兇惡),而現今日常生活中常用的詞彙(例如:電腦)則未收錄於詞表語料所參考的兩本書籍。

第二組的分析結果可以知道在辨識率以及測試音量強度上為高度相關(r=0.9996),測試音量每上升1 dB辨識率便升高5.6%。另外,測試音量在26.4 dBSPL(6.4 dBHL)時辨識率在50%,而此30位受測者的聽力閾值均值(mean)為5.8dBHL,因此我們可以得知測試音量以及受測者聽力閾值有非常好的一致性。

第三組的分析結果也可以知道在辨識率以及測試音量強度上為高度相關(r=0.997),測試音量每上升1 dB辨識率便升高2.7%。35位受測者的平均聽力閾值在500、1000、2000、4000Hz下為44.6 dBHL,測試音量經過先前實驗後則定為43.7 dBHL,因此我們可以得知測試音量以及受測者聽力閾值有非常好的一致性。

個人心得
語言的測試語料相較於純音檢測,對受測者而言更加熟悉且容易接受,在發展語言語料時需要考慮當地的語系、發音甚至文化,也因此語言的測試語料在不同語系以及區域間不能相互使用。此篇論文為北京的聽力相關學者所發表的華語雙字詞測試語料,其詞表皆用簡體字表示,雖然台灣與中國大陸皆為華語語系地區,但是其中一些字詞便因為兩地的文化習慣不同而有所差異,例如在此篇論文所發展的雙字詞測試語料中有”同志”一詞,此雙字詞在中國大陸地區是為日常用語,但是在台灣卻並非如此。而我們實驗室在發展華語語料方面也一直不遺餘力,經過學長姐的長期努力,至今也發展出幾套適用於台灣的華語語料,相信假以時日便能將華語各種測試語料發展的更趨完善。

2008年2月18日 星期一

[摘要]Evaluation of the Desired Sensational Level [i/o] Algorithm for Adults with Hearing Loss: The Acceptable Range for Amplified Conversational Speech

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撰稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處:
篇名: Evaluation of the Desired Sensational Level [i/o] Algorithm for Adults with Hearing Loss: The Acceptable Range for Amplified Conversational Speech
作者:Jenstad L. M., et al
出處:Ear and Hearing, 28, 793-811
出版年份:2007

研究動機:
Desired Sensational Level (DSL) 的研究團隊一直以來致力於發展適合聽損嬰幼兒的助聽器補償處方,期能讓這些嬰幼兒在舒服的音量下完整接收環境中的語音,進而學習口語與外界溝通。在本篇文章中,研究者評估DSL [i/o]版助聽器補償處方在成年人聽損族群的適用性。本研究有二大目標:一是以主觀及客觀的方法,找出成人耳道內經擴音後的「最佳」(optimal)語音量。另一研究目標則是驗證DSL [i/o]所建議的助聽器補償處方是否落於成年人的最佳聆聽帶;是否需要進一步的修正;所需的修正量是否與聽損閾值及聽力圖形(audiometric configuration)有關。本研究假設實驗中所量測到的最佳頻率反應曲線應會低於DSL [i/o]所提出的建議值。


研究方法:
  • 受試者 – 23位習語後失聰的成年人(6男、17女;年齡介於58至83歲之間)。
  • 聽力損失程度 – 輕度至中重度感覺神經性聽力損失。
  • 助聽器 – Siemens Signia,助聽器內所有的語音處理功能均關閉。
  • 實驗流程 – 實驗分為兩階段。在第一階段中,受試者先接受完整的聽力評估、取耳型、RECD測量以及原有的助聽器聲電功能分析。在第二階段實驗正式進行。受試者以單耳聆聽的狀況(非測試耳以泡綿耳塞封住)接受測試。研究者先將DSL [i/o]原始的建議值分成低頻帶(315 ~ 1000 Hz)及高頻帶(1250 ~ 4000 Hz),分別上下調整4.5分貝,得到20種不同的頻率反應曲線(nominally different frequency responses)讓受試者依序聆聽。測試時研究者播放一段語音(The Rainbow passage)讓受試者聆聽前15秒的片段,接著請受試者填寫關於聲音響度及音質的量表。「最佳聲音響度範圍」定義為受試者聆聽後,圈選量表中「舒服的音量」或是前後二個等級。「最佳的音質」定義為受試者聆聽不同的助聽器設定後,在音質層面的所有給分經平均後與所有受試者中給予的最高分相比,應落於百分之十的範圍內。另外,研究者亦以子音辨識測驗(採用"Distinctive Features Differences Test, DFD")施測。最佳的表現界定為得分75%以上。
結論:
1. 在子音辨識測驗中,數種頻率反應曲線均可測得最佳的表現。
2. 受試者在所有的測量中,最佳的表現出現在低頻帶與高頻帶上下平均10分貝的範圍。
3. 最佳化頻率反應曲線的範圍大小與聽損程度、聽力圖形或先前的助聽器使用經驗無關。
4. 研究結果亦顯示不同的助聽器補償處方雖然建議不等的放大目標值,但均可能達到最佳的效果。因此,數個目標值可能會比單一目標值更合適於設定助聽器的頻率-增益特性(frequency-gain characteristics)。
5. 成年人的最佳助聽後頻率反應曲線可由 DSL [i/o]所提出的建議量來預估。語音清晰度、音質、聲音響度可經由調降總增益量(下修5分貝)及調降低頻帶增益量(下修5分貝)來達到最佳的效果。

未來研究:
1. 由受試者自由調整助聽器參數的狀況下進行實驗,以驗證實驗結果的再現性(repeatability)。
2. 實驗參與的受試者可延伸至重度或極重度的聽損族群,或是傳導性、混合性的聽損類型。
3. 納入兒童的受試者以檢視成人與兒童所需音量的差異處。
4. 在不同的輸入音量下,找出每種音量的最佳頻率反應曲線。

個人心得:
本篇文章報導DSL研究團隊如何修訂嬰幼兒專用的助聽器補償處方以擴大應用於聽損成年人的族群。其研究結果亦為許多有嬰幼兒助聽器選配經驗的聽力師們解答了一直以來的疑惑 – 是否要將助聽器調整至選配處方所建議的放大量,才能讓聽損嬰幼兒聽得最清楚?在本研究中,成人的實驗結果告訴我們其實所謂的最佳反應可以發生在一個範圍內,並不是一個絕對的點。因此,當聽損嬰幼兒的助聽器受限於最大增益量或是回饋音的問題而無法達到補償處方的建議量時,聽力師們可以稍微放心的讓助聽器增益量減少幾分貝了!

閱讀完本篇文章後需注意的是,實驗結果是以單耳聆聽的方式測得。因此,在將實驗所得的修訂值應用於助聽器選配時需輔以主觀與客觀的評量測驗。

2008年2月11日 星期一

[摘要]Comparison of Transient Noise Reduction Systems

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撰稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處:

篇名:Comparison of Transient Noise Reduction Systems
作者:Josef Chalupper, PhD; and Eric Branda, AuD
出處:Hearing Review, January
出版年份:2008

研究動機:
數位式助聽器以往所使用的雜訊消除(noise reduction)技術主要有兩種:一種依據的是訊號的調變(modulation-based);另一種則為補強其不足而發展的「快速消除雜訊濾波器」(fast-acting noise reduction filter)。以上兩種雜訊消除技術可有效降低一般的噪音問題,然而卻無法刪除突發性的短暫雜訊。在本篇文章中介紹一款從頻域與時域的向度來偵測瞬間雜訊的演算法,此技術可在不影響語音的狀況下有效降低非語音的瞬間雜訊。西門子公司在2006年發表此項新技術,並稱之為「瞬噪追蹤」 (SoundSmoothing)。隨後其他二家助聽器製造商亦發表類似產品。本研究的動機即是檢視此兩款技術在功能上是否呈現差異。


研究方法:
在進行正式研究前,本文的作者們先以試驗式的研究(pilot study)比較其他兩家製造商所研發的演算法,結果顯示此兩家的演算法幾近相同。因此在本研究中只比較「瞬噪追蹤」與其中一家製造商所研發的演算法。實驗設計如下:
  • 助聽器廠牌及型號 - Siemens Centra Life與他廠的高階助聽器。
  • 助聽器參數設定 - 聽損程度設定為中度陡峭型聽損;增益量採用製造商的初始值設定;設定為開放式耳道功能;開啟瞬間雜訊刪除功能;開啟一般雜訊消除功能;Central Life助聽器之頻率反應曲線經調整後等同於欲測試的他廠助聽器。
  • 測試訊號 - 各式真實世界中的瞬間雜訊,如鎚擊聲、碗盤碰撞聲等,以及電腦合成的聲音。研究中以各種音量及長度不同的瞬間雜訊進行測試。所有測量均在助聽器配戴於KEMAR假人的狀況下進行。
本研究比較兩款演算法在下列狀況中的表現:
(1)在安靜及動態背景噪音的情境下,對瞬間雜訊的刪減程度 - 以一秒為單位切割測試訊號,在瞬間雜訊刪除功能關閉及開啟為不同強度(小-中-大)時,計算各種狀況下最大振幅在音壓上的差異,總刪減程度則為所有片段的平均值。
(2)偵測瞬間雜訊的正確率 - 比較兩款演算法在啟動及關閉的狀態時瞬間雜訊的存在與否。
(3)固定及適性(adaptive)的解除時間(release time)在處理瞬間雜訊後所產生的誤差。「瞬噪追蹤」演算法採用適性的解除時間(10 ms至150 ms),以應付不同長度的瞬間雜訊。他廠的解除時間則是固定的(60 ms)。

結論:
(1)對瞬間雜訊的刪減程度如下表所示:


(2) 偵測瞬間雜訊的正確率: 「瞬噪追蹤」演算法在啟動及關閉狀態下呈現明顯的差異,而他廠的演算法則並無顯著不同。
(3)固定及適性解除時間的表現:適性的解除時間快速刪除短暫的雜訊而不降低語音的增 益量。 固定的解除時間在刪除短暫的瞬間雜訊後會降低其他訊號的增益量,而對於為 時較長的瞬間雜訊,則又無法有效的將之刪除。

在本研究中,他廠的演算法與「瞬噪追蹤」演算法在技術上呈現顯著差異,因此以「瞬噪追蹤」 演算法所測得的聽知覺效益並不適合全面類推至他廠的產品上。在未來的研究中,本文的作者們將比較兩種演算法如何影響助聽器在實際使用時的效益。

個人心得:
本篇文章可供選配助聽器的聽力師們參考,以瞭解在花俏的廣告文宣背後,助聽器是否達到廠商所宣稱的功能。 在閱讀本篇文章後,我在網路上搜尋具備瞬間雜訊刪除功能的助聽器, 在製造商的網站上可立即體驗功能開啟前後的聆聽品質,有趣的是,每一家廠商的產品均展示出令人滿意的效果。

本篇研究報導「瞬噪追蹤」演算法對刪減瞬間雜訊的成果。然而在細讀其實驗設計後,可發現本文所描述的效果並無法類推至真實的使用情境中。在實驗中,研究者將聽損程度設定為中度陡峭型聽損,因此將助聽器為開放式耳道功能。然而為了能獲得一致性的聲學測量結果,在測試時將KEMAR假人的耳道處完全塞住。在實際的使用狀況下,聽損者在配戴開放式耳道的助聽器後,瞬間產生的雜訊亦可能從耳道進入而造成聽損者的不適,在這種狀況下,助聽器內部刪除瞬間雜訊的功能則無用武之地了。

2008年2月6日 星期三

[摘要]A method is devised to make acoustically configured, individually tuned earmolds

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撰稿人:朱佑昇 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處:

篇名:A method is devised to make acoustically configured, individually tuned earmolds
作者:Chester Pirzanski
出處: The Hearing Journal, 60(7), pp: 26-30.
出版年份: 2007

研究動機:
本文首先討論耳模的聲學效應,包括耳模管尺寸、耳模管長度、是否使用聲學阻尼器(damper)、出聲口(sound bore)型式與通氣孔大小等,都會影響助聽器放大後聲音的頻率響應特性,甚至影響聲音品質。傳統手工製作的耳模很難去評估這些性質,往往需要讓患者配戴,並經過患者,感覺調整後,才能得到比較滿意的結果。所以此篇文章是想要透過電腦輔助設計(CAD)/電腦輔助製作(CAM)的技術來製造出不同於一般手工塑造的耳模,使耳模變成一種客製化的技術,透過電腦模擬耳道的大小來製造出符合使用者耳道內的共振效應,讓使用者在使用耳模上不會有因為細部的製作失誤而產生不舒適的感覺。


研究方法:
本實驗使用CAD/CAM的技術來創建出一個從助聽器接收器延伸到鼓膜聲音路徑的耳道模型,其模型被視為是一組圓柱體,每一個圓柱體都有其所代表元素的聲音路徑。在聽力師取得患者的耳型(impression)後,首先用電射掃瞄耳型,來取得耳朵的數位影像。並將其做成模型,來確定耳模的大小以及耳模管的長度。

根據上面所形成的耳朵模型,可據此建立一個相對應的聲音路徑模型。聲音路徑模型是用不同長度和不同半徑的圓柱體所構成,在模型中的長度半徑則是由以下的條件來決定:(1)接收器套管(receiver tube);(2)耳鉤(earhook);(3)耳模管(earmold tube);(4)出聲口(sound bore);(5)耳道殘餘容積(non-occluded ear canal)與(6)通氣孔(ventilation channel)。

完整的聲音路徑模型需輸入助聽器接收器的頻率響應,耳膜阻抗對頻率的轉移函數,以及所使用聲學阻尼器的歐姆值,如果沒有可用的鼓膜或接收器資料訊,則會使用預設值。最後此模型的轉移函數會被計算出來,這是描述模型如何對刺激聲音進行反應的一個數學式。

接著,電腦軟體將會根據使用者的聽損和耳掛式助聽器來決定(1)出聲口的型式,以及(2)通氣孔的尺寸與型式是否足夠大到消除閉塞感且又不至於有回饋音產生。若是狹小耳道的耳模想要開大的通氣孔,則通氣孔可以使用兩個不同長度與孔徑來組成,較小直徑的部份是連結在耳模耳道處的末端,而較大直徑的部份則是連結在耳模的較大那側的表面端

此研究提出一個分析模型,希望能提供下列資訊供耳模製作使用:出聲口最理想的長度與直徑、通氣孔最理想的長度與直徑、聲學阻尼器的數值,甚至包括助聽器參數的建議設定值。

結論:
這個新的方法將能使耳掛式助聽器所使用的耳模有最好的物理與聲學效果。耳模配戴將會變的更舒服且不會有回饋音跟閉塞感。此方法的另一個優勢是聲音性質的選擇將不會受到臨床人員個人的判斷或經驗所影響,而是由實驗室中客觀的軟體來做選擇。

個人心得:
這個方式是可以藉由電腦模擬的方式來調整出聲口的大小和通氣孔的大小,這樣就可以直接計算出需要調整的大小,而不須要讓使用者實際的做測試調整,而其想要展現的成果也與以往用人工方式測量的成果一樣。這也使得臨床人員所需要做的工作更加的容易。往後如果能將電腦模擬的部份更加強化,那在使用者選配一整套助聽器時就可以更加方便,不會因為人工的失誤而需要再回到助聽器公司做相關的修正。

2008年2月5日 星期二

[摘要]Experimental evaluation of different methods of limiting the maximum output of hearing aids

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撰稿人:吳政融 (台北護理學院聽語所/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處:
篇名:Experimental evaluation of different methods of limiting the maximum output of hearing aids
作者:Inge Savage, Harvey Dillon, Denis Byrne, Herbert Bachler
出處:Ear & Hearing (2006), vol. 27, No. 5, pp550-562

研究動機:
所有助聽器於設計時,皆會運用不同限制輸出的方式,以避免聲音過度增益導致使用者不舒適,甚至對其殘存聽力造成傷害。本研究旨在瞭解助聽器使用者對於不同最大輸出限制(maximum output limiting)方法的喜好,並希望能藉由本研究找出於臨床選配助聽器時如何決定採用何種最大輸出限制的準則。


研究方法:
受測者為19名中度到重度感音神經性(sensorineural)或混合性(mixed)聽力損失者。年齡範圍從24歲到76歲,平均年齡為59歲。實驗所採用助聽器為Phonak NAL 13-EF或NAL 675-CI實驗用耳掛式助聽器,此兩款助聽器在最大輸出限制上,有尖峰消除、快速臨界壓縮與慢速臨界壓縮等三種供選擇,可單獨使用亦可將任兩者合併採用。為瞭解實際助聽器使用者對於各種輸出限制技術的喜好,作者採用配對比較(paired comparison)方式,將本研究分為以下三部分:實驗一、請受測者於日常生活中比較尖峰消除(peak clipping)與臨界壓縮(compression limiting)的不同。實驗二、於實驗室中用75dB SPL與80dB SPL語音混合噪音為刺激音,請受測者比較尖峰消除、臨界壓縮與尖峰消除結合臨界壓縮三種之間差異。實驗三、於實驗室中用75dB SPL與80dB SPL語音混合衝擊性噪音為刺激音,請受測者比較尖峰消除、快速臨界壓縮與尖峰消除結合快速臨界壓縮三者,是否結合慢速臨界壓縮的差異。

研究結果與討論:
於日常生活情境中,受測者對於尖峰消除與快速臨界壓縮兩種設定的喜好未達顯著差異。在實驗室中,受測者主觀喜好在快速臨界壓縮與尖峰消除結合快速臨界壓縮兩種上,均優於單獨使用尖峰消除。值得注意的是,在配對比較實驗中慢速臨界壓縮無論與快速臨界壓縮或尖峰消除結合,在受測者的喜好均表現明顯差異。因此,根據本實驗數據顯示對於中度到重度聽損者而言,慢速臨界壓縮應為較理想的輸出限制方式。雖然在尖峰消除、快速臨界壓縮與兩者合併時的比較無顯著差異,但受測者整體呈現喜好尖峰消除比例最少的輸出限制方式。

個人心得:
雖然此研究所採用助聽器為線性放大,而非目前市面主流動態範圍壓縮(wide dynamic range compression)。因此,如將本研究結果應用於非線性助聽器,其最大輸出限制的設定改變對於使用者影響應較不明顯,但其結果對於臨床選配仍具一定參考價值。

2008年1月29日 星期二

[摘要]Just Noticeable and Objectionable Group Delays in Digital Hearing aids

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撰稿人:賴穎暉 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處
篇名:Just Noticeable and Objectionable Group Delays in Digital Hearing aids.
作者:Jeremy Agnew, Jeffrey M. Thornton.
出處:Journal of the American Academy of Audiology (JAAA), Vol.11, No. 6
出版年份:2000/June

研究動機
數位式助聽器的群體延遲現象就如同助聽器配載者聽見自己聲音的回音一樣,然而此現象將會造成助聽器配載者產生言語認知上的混亂,因此本研究主要希望藉由實驗了解人類對於數位式助聽器所產生的群體延遲時間(Group delay)所能查覺及容忍的時間範圍,進而對現今數位式助聽器於電路運算時間上提供設計的考量。



研究方法
作者共找18位男性受測者參與實驗,年紀由25~51歲(平均年紀:36.6歲),每位實驗受測者均可對於此數位式助聽器做群體延遲時間調整,每次調整的時間解析度為0.0006 毫秒(ms),受測者使用正常的語調及音量持續的說話,並調動其群體延遲時間參數,自己感覺是否有群體延遲時間的情況發生。當受測者「查覺到」有其現象發生時,將主動反應及給予記錄,並持續說話及調整延遲時間參數,直到受測者己「無法接受」此延遲時間時,才將實驗停止並再次記錄此時間參數。每位受測者以相同的實驗方法重複實驗3次,進而再將其18位受測者的實驗結果進行統計分析。

研究結果與討論
實驗結果指出當群體延遲時間為3~5毫秒時,有76%的受測者可以察覺其時間延遲的情況發生,但仍可以接受此延遲感覺。但隨著群體延遲時間調整,當群體延遲時間大於10毫秒時就有90%的受測者感到聲音不自然而無法接受此延遲情況的發生。因此作者建議對於數位式助聽器的群體延遲時間須謹慎的考量,不應超過10毫秒,否則將容易使助聽器使用者產生言語認知上的混亂。

個人心得
群體延遲時間的長短對於語音理解上必然會產生相當程度的影響,就如同與朋友使用網路視訊時,影像與聲音不同步時,必然會造成雙方間產生溝通不良,因此如何給予聽損者有更好的助聽器,想必其群體延遲時間也是一個重要的考量點。

2008年1月7日 星期一

[摘要]Speech Preservation in Noise Management Strategies

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撰稿人:何承諭 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章出處
篇名:Speech Preservation in Noise Management Strategies
作者:Francis Kuk, PhD, & Heidi Peeters, MA
出處:The Hearing Review
期號:December
出版年份:2007

摘要
助聽器技術日新月異,儘管如此,助聽器在噪音的處理上仍然是助聽器配戴者最不滿意的一部分。本文討論一些助聽器噪音的處理方法,希望在助聽器噪音處理上有所幫助。



噪音處理演算法的準則改善噪音下的噪音消除
每個配戴者在噪音下對噪音的忍受度不同,其中,大多是以增加語音理解度為準則,有的則是希望增加聆聽舒適度或是增加噪音容忍度。另一方面,在噪音環境使用方向性麥克風會有很大的改善,例如:方向性麥克風對開放式選配(open-fitting)助聽器能提高2-3 dB的訊噪比(SNR);對堵耳式選配(occluded fitting)助聽器能提高4-6 dB的訊噪比。

噪音處理演算法的準則-保持可聽度及語音理解度
不適當的降低增益值或當語音來自旁邊或後面時,可能影響語音理解度。所以噪音消除系統需以不傷害聲音本質及不降低語音理解度為原則。

保持語音理解度-噪音管理
為確保最大的語音理解度,有三個要點:(1)正確的區分「噪音」與「非噪音」,以避免將「非噪音」信號的增益量降低。(2)適當的啟動閾值與增益量降低。由於在噪音環境下,噪音和語音同時存在,某些時候可能無法正確的區分噪音或語音。一般來說,噪音管理技術僅會針對過大的聲音(約為60 dB SPL,即所謂的啟動閾值)做處理,如此聲音僅會被降低音量,而不至於讓語音完全聽不見。(3)對不同頻帶給予不同的增益量降低,亦即對語音理解度貢獻較多的頻帶給予較少的增益量降低。一般來說,噪音管理技術降低增益量最多僅有10到12 dB,以避免聲音完全聽不見。

保持語音理解度-方向性麥克風
方向性麥克風搭配低壓縮閾值(compression threshold)設定可以使小聲音有較大的增益量,進而提升語音理解度。而全自動調適性的方向性麥克風技術可以根據設定啟動閾值切換全方向性(omnidirectional)麥克風與方向性(directioanl)麥克風,低於啟動閾值(一般設定在50到55 dB)時使用全方向性麥克風,高於啟動閾值則使用方向性麥克風。這些技術都可以使小聲音更容易被聽見。

新噪音處理演算法
Widex公司提出一個新的整合信號處理(Integrated Signal Processing, ISP)技術,藉以加強噪音消除與調適性方向性麥克風系統,即是語音增強(Speech Enhancer, SE)噪音消除演算法。SE演算法針對各種不同聽損程度的聽損者,在噪音環境下對語音理解度提供最大的語音理解度。不同於傳統噪音消除,在不造成回饋音和聲音不舒適度的前提下,SE演算法會自動增加在噪音中的增益值以增加語音理解度指標(Speech Intelligibility Index, SII)。

多頻道方向性(multichannel directionality)技術
傳統的方向性麥克風技術對不同頻帶都給予相同的極向圖(polar pattern)設定,就像單頻道助聽器對各頻帶給予相同的增益量一樣。但新的多頻道方向性技術則可以對不同的頻帶設定不同的極向圖,例如500 Hz的頻道設定為全方向性,1000 Hz的頻道設定為超心型的極向圖。如此可保持聲音的可聽度。

實驗設計與實驗結果
全方向性麥克風加上SE演算法與適應性方向性麥克風加上SE演算法,進行噪音下語音的實驗,7個中重度平坦型聽損(平均約70 dB HL)的成年受測者,配戴助聽器年數3到43年,平均年齡66歲(46到86歲),使用Hearing in Noise Test(HINT)測試法,連續語音加權式噪音(continuous HINT speech-shaped noise)的音量為75 dB SPL,分別在兩個測試條件下施測:(1)3個來自側面與後方的噪音源(90度、180度、270度)和4個來自前方、側面與後方的噪音源(0度、90度、180度、270度)。實驗結果顯示,在3個方向噪音源時單獨使用SE演算法可提升1.5 dB的SNR,搭配方向性麥克風可提升7 dB的SNR;在4個方向噪音源時單獨使用SE演算法可提升2.3 dB的SNR,而搭配方向性麥克風可提升4 dB的SNR。實驗結果顯示,適應性方向性麥克風加上SE演算法可以有效地增加訊雜比。在噪音處理演算法上,新的ISP技術可以維持語音理解度與有效地進行噪音消除。

個人心得
噪音處理在助聽器驗證上往往是配戴者最大的不滿意處,如何從聲音中分辨語音與噪音又不影響語音理解度往往是助聽器噪音消除上重要的技術。Widex依據語音理解度指標(SII)來設計新的SE演算法,但目前的語音理解度指標是以英語為設計參考,若華語與英語間有不同的語音理解度指標,那麼或許可據此設計針對華語的噪音消除演算法。

2007年12月27日 星期四

[摘要]Influence of music and music preference on acceptable noise levels in listeners with normal hearing

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撰稿人:何承諭 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:張慧珊 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士研究生)

文章出處:
篇名:Influence of music and music preference on acceptable noise levels in listeners with normal hearing
作者:Gordon-Hickey S, & Moore RE.
出處:Journal of the American Academy of Audiology (JAAA), Volume 18, Number 5, 417-427
出版年份:2007

研究動機:
這篇文章主要研究音樂背景噪音中的ANL (可接受噪音等級)和人聲背景噪音中ANL的不同,以及各種音樂樣本中的ANL和個人對音樂偏好之間的關聯性。ANL的定義是個人聽取語音時可接受的最大背景噪音值。研究結果證明聽者對音樂背景噪音中的ANL比對聲背景噪音中ANL有更好的接受度;而各種音樂樣本中的ANL和個人的偏好沒有關聯性。因此,音樂背景噪音在聽覺的處理方式上似乎與人聲背景噪音是不同的。



研究方法:
參與者為24個正常聽力的女性成人,年齡範圍從20到29歲,平均年齡23.54歲,參與研究前皆通過聽力篩檢(500、1000、2000及4000 的聽閾值皆低於25 dB HL),全部都是以英語為母語的美國人,而且沒有耳鳴、中耳疾病、神經疾病或言語-語言疾病等疾病史,也無服用中樞神經系統抑制藥物。

所有測試歷時約90分鐘,每次測試之前,會先給予受測者口頭與書面的說明。測試完成後,還會請受測者完成各種音樂樣本中的ANL與個人對音樂偏好的問卷調查。

此研究中所使用的主要語音為男子的連續語音,考慮使用的音樂樣本因研究(Rentfrow and Gosling, 2003; Weisskirch and Murphy, 2004)證實年輕人較喜愛搖滾樂,因此本研究中使用的六個音樂樣本皆為搖滾樂,而此研究中所使用的人聲背景噪音為twelve-talker babble (TTB)。

ANL測試步驟與先前ANL的相關研究(Nabelek et al., 1991; Rogers et al., 2003; Nabelek, Burchfield, et al., 2004; Freyaldenhoven, Nabelek, et al., 2005; Freyaldenhoven, Thelin, et al., 2005; Nabelek et al., 2006)相同。受測者距離喇叭1.5公尺,與喇叭呈0度角;告知受測者可調整主要的刺激音或是背景噪音的音量。測得最大舒適閾值(MCL)和背景噪音閾值(BNL)後將其相減就可求得可接受噪音閾值(ANL),即 ANL=MCL-BNL。

使用ANL測試中使用的六個音樂樣本中來挑選受測者個人對音樂的偏好,將原始六個音樂樣本兩兩配對後產生30組音樂樣本,此30組音樂樣本皆會測試兩次以增加可信度。

研究結果與討論:
本篇研究結果顯示音樂背景噪音中的ANL平均值(6.25分貝)比人聲背景噪音中的ANL平均值(9.92分貝)來得低,換句話說,以音樂為背景噪音時,受測者的接受度較人聲噪音時高。而在各種音樂樣本中的ANL值和個人對音樂偏好之間沒有顯著相關,因本研究只選擇一種類型的音樂樣本(搖滾樂),猜測可能因選擇音樂樣本種類太少有關,因此建議後續研究時應選取多種類型的音樂樣本。

個人心得:
這篇文章主要探討當聽語音時,遇到音樂背景噪音與人聲噪音,即音樂背景噪音中的ANL (可接受噪音等級)和人聲背景噪音中ANL的不同,以及各種音樂樣本中的ANL和個人對音樂偏好之間的關聯性。一般來說,人們說話時,放音樂與旁邊有其他人說話,後者比較容易使對話受到干擾;而如果音樂是否為喜歡的音樂,並沒有很大的差異;語音的處理優先度大於音樂。

[摘要]Fitting Options for Adults with Unilateral Hearing Loss

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撰稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)
審稿人:張慧珊 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士研究生)

文章原始出處:
作者: Michael Valente
篇名: Fitting Options for Adults with Unilateral Hearing Loss
出處: The Hearing Journal, 60(8): 10-18
出版年份: 2007

文章內容摘要:
針對單側聽損者,一般認為以好耳側來收聽語音,或是選擇「適當的座位」(preferential seating)就足以改善聽取聲音上的困擾。然而本文的作者認為單側聽損者隨時隨地需如同雷達般偵測環境中的語音訊號是相當困難且疲累的。作者對於單側聽損的定義是好耳側聽力正常(聽閾值小於20dB HL),壞耳的聽力損失程度嚴重到已無法經由助聽器獲得幫助,亦即是所謂的〝unaidable hearing〞。

單側聽損者在接收聲音時所面臨的困難包括無法辨別聲音的來源、難以理解壞耳側的語音以及在噪音環境下語音辨別的能力較差等。在本文中作者詳細介紹了數種適合單側聽損者的聽覺輔具,整理如下表一。



表一、適合單側聽損者的聽覺輔具


作者並不建議使用傳統式對側傳導助聽器(conventional CROS)。當語音訊號在好耳側而雜訊在壞耳側時,使用傳統式對側傳導助聽器反而會將雜訊傳至好耳,使得原本沒有困難的收聽狀況變差。這也是大多數單側聽損者對傳統式對側傳導助聽器不甚滿意的原因之一。作者指出,若能使用雙耳式對側傳導助聽器(BICROS),在壞耳側的助聽器加裝音量控制鈕,當壞耳側傳來雜訊時,供使用者自行調降音量;好耳側則使用「開放式耳模」(open earmold),進一步降低壞耳側所傳來的雜訊。在另一方面,作者亦希望能有產品以數位訊號處理的方式來刪除噪音。也就是說,壞耳側的助聽器能在一偵測到雜訊時即自動關閉,如此一來就可以改善壞耳側接收雜訊而影響配戴者收聽能力的缺點了。目前,市面上最新的對側傳導助聽器不需線路來連接兩耳間的輔具,但是發射器與接收器間的距離需在6.5英吋內(大約16.5公分)。每增加半英吋,增益量會減弱3至4分貝。無法調整頻率反應,以提供適當的增益量亦是此種輔具的缺點之一。

作者與其研究團隊在1995年曾提出一份「半跨顱式對側傳導助聽器」的研究報告,報導12名單側聽損者對於壞耳側配戴強力輸出型耳內助聽器(ITE)的接受度。其中有一半的受試者在研究結束後繼續使用此種輔具,其餘的受試者則覺得無明顯的改善,因而選擇不戴助聽器或是使用自己的助聽器。病人拒絕配戴的原因包括回饋音及助聽器在耳道內產生震動感。有趣的是,繼續使用此種助聽器的患者均為雙耳跨傳值最小的個案。作者亦建議使用真耳測量法來選配此類輔具 (Valente et al.,1995; Valente, 1995)。測量的方式描述如下:將探管麥克風(probe microphone)置於壞耳內,量測250Hz至8000Hz的「跨顱閾值」(transcranial threshold),其單位為「音壓分貝」(dB SPL)。所量測到的跨顱閾值即為壞耳側配上助聽器後的最低真耳助聽後反應(real ear aided response, REAR),此音量足以跨傳至好耳,因此可視為選配時的目標增益量(prescriptive target)。早期的類比式助聽器往往受限於回饋音而無法將增益量調高至跨顱閾值之上,因此未能成功選配於單側聽損者身上。而最新一代的數位訊號處理技術能大幅改善回饋音的問題。

作者將「真正跨顱式對側傳導助聽器」分為三種:
(1)傳統式骨導助聽器 - 在壞耳側的顳骨上放一骨導震動器將聲音訊號傳至好耳之耳蝸收聽。眼鏡式骨導助聽器或髮圈式骨導助聽器(有口袋型與耳掛型)均是這類的輔具。其優點是所需的音量極少,因骨導的雙耳跨傳閾值為0分貝之故。
(2)骨導植入式助聽器(Bone-Anchored Hearing Aid, BAHA) – 需透過手術在顳骨上安裝一裝置以擺放骨導震動器。
(3)耳內型骨導助聽器(TransEar,由Ear Technology公司生產) - 在壞耳側配戴一外型如耳掛型助聽器結合耳內型助聽器之輔具,震動器安裝於耳內機的耳道處。聲音由耳掛機接收後,傳至耳內震動器,透過震動的方式將訊號傳至好耳的耳蝸收聽。

使用此種助聽輔具時,好耳的骨導閾值愈接近0分貝(250 Hz至4000 Hz),選配的成功率愈高。

透過此篇文章,作者希望能將以下的觀念傳遞給讀者:
(1)單側聽損的確會造成溝通上的困擾。
(2)轉向音源處或是使用對側傳導式助聽器(CROS)不應是單側聽損者唯一的復健方式。
(3)有許多聽覺輔具可以改善單側聽損所帶來的困擾。
(4)建議多嘗試採用無線式對側傳導助聽器、耳內型骨導助聽器、骨導植入式助聽器、半跨顱式對側傳導助聽器或真正跨顱式對側傳導助聽器。

個人心得:
作者以其豐富的助聽器選配經驗向讀者介紹單側聽損成人的各類聽覺輔具選擇,在閱讀後著實獲益良多。有趣的是,本文作者並未將個人化調頻系統(personal FM system)列入建議的輔具之一。然而在上一期Page 10的文章中,Tharpe博士回顧文獻中對於單側聽損學童的研究,得到的結論是個人化調頻系統對於語音辨識的幫助最大。若能讓單側聽損的兒童嘗試本文所提及的聽覺輔具,再與調頻系統比較,應是個有趣的議題。

2007年11月26日 星期一

[摘要]Speech signal modification to increase intelligibility in noisy environments

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撰稿人:賴穎暉 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處:
篇名:Speech signal modification to increase intelligibility in noisy environments
作者:Sungyub D. Yoo, J. Robert Boston, Amro El-Jaroudi, Ching-Chung Li, John D. Durrant, Kristie Kovacyk, and Susan Shaiman
出處: J. Acoust. Soc. Am., 122(2), pp: 1138-1149.
出版年份: 2007

研究動機:
此篇文章的研究動機主要想找出一個新的演算法,來提高語音於噪音環境下之語音理解度,並將此演算法實際運用於聲音處理裝置,讓使用者能於噪音環境中有更佳的語音溝通效果。



研究方法:
對於一段語音來說,可以將其分解成兩個成份,其分別為:穩定成份 (quasi–steady-state, QSS)及轉變成份 (transition component),作者基於此理論,將語音利用圖1.1之訊號處理方法分解出穩定成份與轉變成份。


(圖1.1) 轉變成份=語音訊息-穩定成份



接著把分解出之”轉變成份”乘上放大係數K值產生修改語音,其修正後之語音為:

S修正語音(t) = m*(S原始語音(t)+K*S轉變成份(t))


再利用Mackersie於1999年提出之單字監聽測驗進行實驗,每次使用六個不同的短音節字透過此演算法處理後配合TDH-39耳機於六個不同的SNRs (-25,-20,-15,-10,-5,0)噪音環境下進行播音測驗,藉此觀察出修正後之語音的效果。

研究結果與討論:
經過此演算法處理後,將分解出之穩定成份及轉變成份各別進行語音理解度實驗,發現到穩定成份雖然為一段語音下主要的能量,卻為一個低語音理解成份;然而轉變成份雖只有較少的能量,但卻是一個高語音理解成份。經過字詞測驗證明,轉變成份對於一段語音辨識上來說是非常重要的。圖1.2為此實驗結果,可以看見轉變成份之語音理解度只有輕微的低於原始語音,而穩定成份之語音理解度卻遠低於原始語音。

(圖1.2)實驗結果



(圖1.3)實線-原始語音,虛線-修正後語音



作者再將修改語音置於不同的SNR環境中做字詞測驗,發現在較低SNR (-25,-20,-15)之語音環境下,透過此演算法的修改,可以增加語音理解度,改善語音於噪音環境下的語音理解度,其實驗結果如圖1.3,橫軸表示SNR的改變、縱軸表示語音辨識正確率。因此作者認為,在較低SNRs環境中,對轉變成份做適當放大,有助於提高語音理解度,得到更佳的語音溝通效果。

個人心得:
此篇文獻主要想找出一個新的演算法,能使語音於較低的SNR環境中,也能有較佳的語音辨識度。經過實驗後,發現對於語音辨識來說,轉變成份是一個非常重要的因素,對此成份做合適的放大,會讓語音於噪音環境中的辨識度增加;基於此結果,讓我覺得或許能將此運用於許多的語音播放裝置中(如:手機、助聽器等),使其聲音接收者能於噪音環境中,有較高的語音理解度,使溝通更有效率。

[摘要]Unilateral hearing loss in children: A mountain or a molehill?

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撰稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處:
篇名:Unilateral hearing loss in children: A mountain or a molehill?
作者:Anne Marie Tharpe
出處: The Hearing Journal, 60(7), pp: 10-16.
出版年份: 2007

文章內容摘要:
這是一篇回顧性的文章,作者Anne Marie Tharpe透過淺顯的文字敘述,以問答的方式為讀者說明單側聽損對於兒童的影響。在文章中,作者整理了歷年來學術界中對於此一主題的研究結果,摘要如下:



1. 單側聽損兒童在學校被留級的機率是聽常兒童的10倍,其中又有35%需要學業資源的協助(Bess et al, 1986)。
2. 單側聽損兒童中有20%有行為上的問題。
3. 有一些單側聽損兒童呈現學習上的困難,但是有一些卻沒有。有研究報告發現單側聽損發生在右耳時較容易導致學業上的困難(Bess et al, 1986; Hartving, et al, 1989)。另外,聽損的嚴重度亦是影響因素之一。有學者亦指出,導致單側聽損的病灶可能是造成學業成績低落的主因,例如,「巨細胞病毒」(cytomegalovirus, CMV),在美國是造成習語前兒童單側聽損的主要原因之一,亦會導致神經系統的缺陷,進而造成學習上的障礙(Nance, 2007)。
4. 在出生時單耳未通過聽力篩檢的嬰幼兒中有40%後續發展為雙耳聽損(Neault, 2005)。
5. 相較於聽常兒童,一般認為單側聽損兒童在吵雜環境中呈現聽取上的困難,對於音源的辨位能力較差。然而,有研究指出,即使是語音來自於好耳側、噪音在壞耳側的狀況下,單側聽損兒童仍有聽取上的困難(Tharpe, 1986)。此研究結果點出了一般建議單側聽損兒童在教室中的座位安排(preferential classroom seating)並非真正的有幫助。

對於單側聽損兒童是否需要聽覺輔具的協助,作者建議聽力師們採用問卷的方式讓家長填寫,以評估這群兒童在日常生活中的聽取能力,並以問卷結果作為選配輔具與否的依據。可採用的問卷包括CHILD(Children’s Home Inventory for Listening Difficulties)與SIFTER(Screening Inventory for Targeting Educational Risk)。

一般對於單側聽損兒童適合使用何種聽覺輔具有許多的爭議。作者所整理的文獻報告中,以個人化的調頻助聽系統(personal FM system)提供最顯著的成效。例如,Kenworthy與其研究團隊在1990年的報告中比較使用「對側傳導型助聽器」(CROS)、個人化調頻助聽系統、未配戴任何助聽輔具三種情況下所測得的語音理解分數,結果顯示以個人化調頻助聽系統所提供的效果最為顯著。亦有學者比較壞耳側配戴助聽器、使用對側傳導型助聽器、以及個人化調頻助聽系統的差異(Updike, 1994),結論仍為調頻系統提供最佳的語音辨識能力。

作者目前並不建議單側聽損兒童使用骨導植入式助聽器(Bone-Anchored Hearing Aid, BAHA),因為尚未有具體的文獻證據顯示此種輔具對於單側聽損兒童的幫助。

作者最後列舉出幾個有待學術界回答的問題:
1. 單側聽損兒童在教室外是否需要使用助聽器呢?
2. 助聽器對於各種單側聽損程度是否均有幫助呢?
3. 單側聽損耳助聽後是否有雙耳的優勢呢?
4. 如何在一群單側聽損兒童中鑑別出可能影響其學習能力的個案?

個人心得:
在臨床上所觀察到單側聽損的影響似乎也與患者本身適應能力及學習能力呈現相關。有些患者完全不以為意,直到成年接受健康檢查時才發現單耳失聽的狀況。但是也有些患者將單側聽損所造成的影響視為洪水猛獸般,將生活中一切的不順利均歸因於一耳失聽。後者對於聽覺輔具的接受度極高,即使是只有些微的幫助,也願意花錢購買高價的輔具。有趣的是,這些患者本身對於輔具的效益,似乎與時間呈現負相關,從剛開始使用時的高滿意度,經過一段時間後,有些患者就將輔具收在抽屜中不用了。如何鑑別出會持續使用輔具的患者應是一有趣的研究主題。

[摘要]Language Progress of Children Using Advanced Hearing Aids: A Multisite Clinical Research Project Report

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撰稿人:張慧珊 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士研究生)
審稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)

文章原始出處:
篇名:Language Progress of Children Using Advanced Hearing Aids: A Multisite Clinical Research Project Report
作者:Jane Auriemmo, Chi Lau, and Frances Kuk
出處: The Hearing Review, 2007(July)
出版年份: 2007

研究動機:
因為新生兒聽力篩檢的普遍,所以可以早期診斷出聽損嬰幼兒、早期為他們選配助聽器。此外,助聽器科技越來越進步,因此聽力師為他們選配助聽器時也越來越具有挑戰性。助聽器高階的功能包括寬頻動態範圍壓縮(WDRC)、低壓縮閾值(CT)、多頻道與有效的回饋音消除系統等,這些高階功能可以使聽損的嬰幼兒聽得更好;但這些高階功能並沒有被所有的人認同,尤其是嬰幼兒使用噪音消除系統(噪音環境中聽得更舒適)與方向性麥克風系統(噪音環境中聽得更清晰)的議題更是爭論不休,因為學者們認為使用這些功能或許會剝奪孩童們伴隨性的學習(例如:”隨機聽取的能力”的機會);更糟的情況還會影響孩童們的溝通與語言能力的發展。美國聽力學會(AAA)和疾病控制與預防中心-早期聽覺偵查與介入計畫認為這個議題需要一些研究報告,因此他們建議可以評估孩童使用不同助聽器科技(特別是噪音消除系統與方向性麥克風系統)後的語言發展狀況。因此,本文的研究目的即是追蹤49位孩童配戴有噪音消除系統與全自動方向性麥克風之高階助聽器後的語言/言語發展。



研究方法:
2001年,Widex公司執行了嬰幼兒聽覺協助計畫(PHAP),這個計畫即是提供高階助聽器給家庭經濟較貧困的孩童,唯一條件就是需要定期到Widex公司雇用的10個嬰幼兒選配診所追蹤他們的語言/言語發展狀況。一共有49位孩童(25男24女;年齡從2個月到13歲;25位小於5歲,24位大於5歲)參與此計畫,他們所配戴的助聽器分別是Widex Senso Diva SD9M與SD19M(強力款)的耳掛型助聽器,此款助聽器的功能特色為15個獨立頻道、低壓縮閾值 (可能是0 dB HL)與五階段自動壓縮之輸入-輸出功能操作、自全動雙麥克風系統、噪音消除器(大於語音的音量才會啟動)與語音強化系統(speech intensification system, SIS)。小於5歲的孩童每6個月評估一次,而大於5歲的孩童則每一年評估一次。使用的評估工具分別為Receptive Expressive Emergent Language Test (REEL3), Pre-School Language Scale 3, 4 (PLS3, PLS4), Test of Auditory Comprehension of Language, Revised (TACL-R), Comprehensive Assessment of Spoken Language (CASL), Oral & Written Language Scales (OWLS), Goldman Firstoe Test of Articulation 2 (GFTA2), Carolina Picture Vocabulary Test (CPVT), Peabody Picture Vocabulary Test (PPVT III, PPVT III-A and B), Expressive Vocabulary Test (EVT), Expressive One Word Picture Vocabulary Test (EOWPVT),這些工具是用來評估孩童們的語彚接收與表達、語意、語用的語言結構及高階層的語言處理能力。

研究結果與討論:
參與PHAP計畫的聽損孩童在語言接收與語言表達較正常聽力的同儕有較大的進步。小於5歲孩童的進步速度比大於5歲的孩童快。而在選配助聽器6個月後,小於5歲孩童的整體語言成績已經很接近正常聽力的同儕。因此本文研究結果即是:助聽器在噪音環境中可提昇語音清晰度的功能對嬰幼兒的語言發展將不會有負面的影響。

個人心得:
以前在嬰幼兒助聽器選配時,比較不會選擇噪音消除器或方向性麥克風等功能來使用,因為擔心嬰幼兒不會主動尋找聲源而會遺漏掉某些方向來的聲音,或是剝奪了他們"隨機聽取的能力"的機會。但是隨著助聽器科技的日新月異,助聽器的功能越來越方便,也越來越容易使用,例如:自動性方向性麥克風,可以自己尋找語音聲源,壓抑環境噪音;或是當環境中有較大音量的環境噪音出現時,助聽器會自動開啟噪音消除器,使嬰幼兒在噪音環境中聆聽更舒適。當今助聽器有如此多且好的功能可以使用,而且本篇研究也讓大家明白這些功能不會影響嬰幼兒的語言/言語發展,所以建議在選配嬰幼兒的助聽器時,這些較高階的功能應該可以考慮讓他們使用。

2007年11月25日 星期日

[摘要]New algorithm is designed to take the annoyance out of transient noise

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撰稿人:姚讚峰 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:張秀雯 (振興醫院聽覺醫學中心/聽力師)

文章原始出處:
篇名:New algorithm is designed to take the annoyance out of transient noise
作者:Josef Chalupper and Thomas A. Powers
出處:The Hearing Journal, 60(7), pp: 42-48.
出版年份: 2007

研究動機:
背景噪音長久以來在助聽器的處理上都是一個很大的議題,它除了會造成語音理解度的下降外,還有可能對配戴者帶來十分大的困惱,這會讓助聽器配戴者產生不好的經驗,進而將選購的助聽器棄之不用。2007年七月,Hernandez與其研究團隊在The Hearing Review中發表了一篇文章”An Assessment of Everyday Noises and Their Annoyance”,文中對於在真實環境中常發生的噪音種類百分比以及各種噪音種類造成助聽器配戴者的困擾程度做統計,結果顯示環境中的短暫噪音(如碗盤撞擊的喀喀聲)占了環境各式噪音的33%。而各種噪音所造成的困惱程度,從完全沒有困惱到十分困惱可劃分為0~10,11個困惱程度指數,其中短暫噪音的困惱程度指數統計為5.8。依據以上的數據我們可以知道短暫的噪音對於助聽器配戴者會造成一定程度的影響。因此在這篇文章中,西門子的助聽器-CENTRA-提出一個針對短暫噪音處理的新架構,希望在助聽器的噪音處理上能更加改善。

研究方法

對於短暫噪音的處理我們可以由上面的架構流程圖來做說明,這種短暫噪音處理的新演算法稱之為SoundSmoothing。首先,把輸入訊號分成頻域以及時域兩種型態,頻域上的分析是希望在做某頻帶的噪音削減時,不會影響到其他頻帶的訊號增益大小,而時域部分則需要有較高的解析度以及小於1毫秒的延遲時間來完成短暫噪音的削減。接著把訊號的尖峰值作封包的動作,得到的封包型態便可以跟語音的形態作比對,藉此將非語音的部分萃取出來,再來就可以在判斷為短暫噪音的頻帶上做增益的修改,最後訊號合成處理完便可以在輸出訊號中得到短暫噪音消除後的訊號。經過以上的處理,短暫噪音可以大幅減少40dB,這將會減少配戴者對於短暫噪音的困擾程度。

這樣的噪音處理並不會與其他種噪音處理功能相衝突。針於穩定的噪音,可以使用數位噪音削減(Digital noise reduction,DNR)來做處理,而在短暫的噪音處理則使用SoundSmoothing。在兩者的合併使用下,助聽器對於噪音的處理功能將會更為強大。

研究結果與討論:
澳洲國家聲學實驗室(Australia´s National Acoustic Laboratories,NAL)、德國的Giessen大學醫院、以及Oldenburg大學對於具有SoundSmoothing效能的西門子助聽器-CENTRA-,分別做實驗室測試以及實際環境的臨床測試,其結果表示在SoundSmoothing功能開啟時,配戴者的困惱程度指標都會比功能關閉時的指標要來的小,此現象在較大聲或較短暫的刺激音下尤其明顯。因此SoundSmoothing的處理對於助聽器配戴者的噪音困惱,的確是有所改善。

個人心得:
噪音處理一直都是個熱門的議題,這方面技術的應用不只在助聽器上,在許多日常生活的電子產品或公司工廠都可以看到噪音削減技術的應用。這篇文章提供了一個更多元的應用角度,讓我們可以不只用一種技術去做噪音削減的處理,而是由多方面來提升噪音削減的功能,我想在未來的噪音處理也會朝著這種方向去進行,讓多種技術可以互相發揮其功能,達到最佳的噪音處理效果。

2007年11月15日 星期四

[摘要]Effects of noise and distortion on speech quality judgments in normal-hearing and hearing-impaired listeners

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撰稿人:李讓 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處:
篇名:Effects of noise and distortion on speech quality judgments in normal-hearing and hearing-impaired listeners
作者:Kathryn H. Arehart, James M. Kates, Melinda C. Anderson, and Lewis O. Harvey, Jr.
出處:J. Acoust. Soc. Am., 122(2), pp: 1150-1164.
出版年份:2007
關鍵字:語音音質判斷(speech quality judgments)

研究動機:
本篇研究論文探討聽常者以及聽損者在不同程度的噪音及失真情況下對聲音品質的感知及預測;希望由此模擬並比較助聽器等成音裝置產生的噪音及失真對語音音質感知的影響。



研究方法:
助聽器的噪音及失真現象可能源自外部環境的噪音、助聽器內部噪音削減等演算法以及收音播音器材的限制等等。本研究以三種信號處理方法,每種狀況分成八級,共24種條件,來模擬及量化助聽器的噪音及失真情形。如下表所示:

兩則句子語料分別經過24種條件的處理後(兩則句子共有24*24=576種組合方式),播放給14名聽力正常以及18名聽損(聽損程度輕重不一)受測者。受測者要選擇其中一則感知上音質較佳的句子語料;全體受測者對於同組語料(共有576組)的選擇結果經累加後可得該組語料的『偏好值』(preferences)。

研究結果與討論:
原始的實驗結果是兩個24*24的二維矩陣,分別記錄14名聽力正常以及18名聽損受測者的偏好值。

原始的實驗結果經過『相同條件內』(兩則句子語料在同一種噪音失真情形但不同程度下)及『相異條件間』(兩則句子語句分別在不同的噪音失真情形下)的變異數分析(ANOVA)可得到六組『偏好計分』(preference scores),分別是:附加噪音、尖峰削波、中心削波在相同條件內變異數分析下的偏好計分以及附加噪音、尖峰削波、中心削波在相異條件間變異數分析下的偏好計分。在三組條件內變異數分析中,聽常者及聽損者兩群體並無明顯差異;暗示兩群體於同類種噪音失真下對音質感知判斷的機制相同;相比之下,在三組條件間變異數分析中,兩群體間存在明顯差異;暗示聽力正常者及聽損者於不同噪音失真下對音質感知判斷的機制不相同。

進一步地,作者對原始資料進行不同噪音失真程度間的一維及多維模型分析(模型分析的詳細作法,請見page1158~1162),得到以下幾點結論:
1. 一維分析結果精確的預測兩群體的音質感知判斷;這暗示可聽度可能是音質感知判斷的因素之一。
2. 當受測者為重度聽損時,預測的精確度降低;這可能源於不完整的模型分析。
3. 語音音質感知也可能受其他額外因素影響。多維度的分析指出,需要若干維度才能較全面的解釋受測者判斷不同噪音失真種類下的模型。

本研究中所提的模型是簡化的。更複雜的周邊聽損模型將更精準的預測。這些更複雜的周邊聽損模型將考慮更多因素,諸如:較寬的聽覺濾波器、遮蔽效應等等。

個人心得:
本研究的實驗方法、實驗流程及原始的結果都非常簡單,然而在結果討論部分,應用了現代的多維度模型分析來解釋數據。讀者在讀本篇原文時,要特別注意不同分析方法之間的差異(如:within conditions、across conditions、across degradation、one dimensional及multi-dimensional等等),以及作者如何解釋分析的結果。有關於模型分析部份,較為抽象,也應用了較為複雜的數學式,雖然不易理解,卻也是本篇研究最富原創精神的所在。讀者若欲分析聽知覺實驗結果,本實驗的分析方法,可以好好參考參考。

[摘要]Amplified Telephones: Past, Present, and Future

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撰稿人:何承諭 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/碩士研究生)
審稿人:蔡昆憲 (陽明大學醫工所聽語工程實驗室/博士候選人)

文章原始出處:
篇名:Amplified Telephones: Past, Present, and Future
作者:Carsten Trads
期刊名:The Hearing Review
期號:July
年份:2007

文章內容摘要:
作者Carsten Trads是Clarity公司的總裁,公司主要專注在為聽損者提供放大電話(amplified telephones)、通報系統(notification systems)、助聽輔具(assistive listening devices)與其它溝通輔具(communication devices)。作者在文章中,簡要回顧了放大電話過去、現在與未來的發展。摘要如下:



1. 聽力損失是年邁的美國人是第二常見的症狀,而且根據研究顯示在年輕一代的美國人中,這個狀況也越來越常見。根據EAR Foundation and Clarity的研究指出,約有一半的美國戰後嬰兒潮世代(現在年齡在43到61歲之間,約有3800萬人)具有某種程度的聽力損失。且這些具有聽損的人中,只有26%的患者有使用某種型式的助聽輔具。助聽器通常是最佳的選擇,但許多有需求的人卻因為助聽器過於昂貴或保險不給付而無法使用。

2. 數位訊號處理(DSP)這項技術在1987年最先被使用,後來在1990年代後期被廣泛的應用在助聽器上,而這項技術降低助聽器的環境噪音與回饋音,進而提升配戴的舒適度。

3. 作者發展DCP(Digital Clarity PowerTM)的技術來消除通話時的背景噪音,內建DCP晶片的電話可以執行許多演算法以改善聆聽環境。例如,有一種演算法可以將冷氣機發出的那種固定的噪音消除,使得溝通更佳方便。

4. 現今放大電話的消費者對電話的功能講求多功能,除了來電顯示、來電等待、聽筒麥克風以及數位答錄系統之外,針對聽損者還需包含高亮度按鍵、視覺性的鈴聲以及頭戴式響鈴(headset alerts)等功能。這些講究人因工程的產品證明了針對聽損者市場的需求。儘管在聲音處理上的改善,放大電話由於成本與獲利上的考量仍然還無法突破無線電話的瓶頸。

5. 未來放大電話將可整合其它溝通裝置,甚至可以配合網路來彼此連結。透過ZigBee技術、無線網路和乙太網路技術的發展,網路產品的應用將可以提供遠端監控與遠端感測的服務。ZigBee可以應用在聽損者的通信與感測,例如,無線網路的居家安全通報、遠端的溫控系統以及火災的感測系統等。

個人心得:
從這篇文章發現將訊號數位化之後,有別於類比訊號,經由數位訊號處理技術可以對訊號作更多改善。DSP(Digital Signal Processer)技術將會在語音處理上扮演更關鍵的角色。