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助聽器科技的新發展~方向性麥克風
 醫師分享劉殿楨 教授

現任台大醫院耳鼻喉科主治醫師、台大醫學院兼任助理教授,專欄內容:認識助聽器、談小耳症及感音性/傳導性聽障...等。

問:戴上助聽器以後,在安靜的環境下覺得很有幫助,但是一旦外在的環境變得吵雜,我反而更聽不清楚。目前或未來有沒有科技或新產品能改善這個問題。換句話說,就是若我在很吵的狀態下也能聽清楚我想要聽的話?

答:長久以來,"噪音"一直是助聽器研發人員所要解決的問題。"噪音"依來源可分成兩類,第一種是助聽器本身所產生的噪音,除了令戴者不適,也會遮蔽了所要聽的聲音。目前品質較好的助璃器都可以將這種內在噪音減至最低。 另一種是外在噪音,也就是環境中的背景噪音。事實上,大部份人們在對話的狀況下都是有某些背景噪音的。比如說馬路上車流的聲音,廚房裡碗盤聲,或餐廳裡其他人說話的聲音等。

理想助聽器應該是能將要聽的聲音選擇出來加以放大,而不放大背景的噪音 ,這在某些狀況下是容易的,但在某些狀況下卻十分困難,比如說背景噪音是其他人講話時,其頻譜音量與要聽的聲音都是相近的。有許多方法已被用來試日增加配戴者在噪音環境下的語音辨識力。如:增加放大頻率的頻寬,使用深耳道式助聽器,儘量配兩耳,使用數位式訊號處理來突顯語音訊號及使用方向性麥克風等。這些方法雖然沒有一種提供百分之百的解決,但都或多或少有幫助,其中最常用的應屬方向性麥克風了。

 

問:什麼是方向性麥克風? 它對於噪音背景下的聽覺有什麼樣的幫助?

答:方向性麥克風(directional microphone)事實上早在二十多年前就有了。只是當時不是很普遍。它的原理很簡單,即是麥克風有兩個聲音的入口(一個向前、一個向後)各自通向不同的空腔中,而此空腔又由另一個隔膜分間。此隔膜就從感受到從前面來和後面來聲音的"差異"。如此可以選擇性地放大從前方來的聲音。特別是在環境噪音大的狀況下,配戴者特別滿意這種設計。後來的研究顯示,在普通背景噪音較小的一般環境中,患者大部分喜歡傳統的多方向性(omnidirectional microphone)的麥克風,而在較嚐雜的環境下(如餐廳中),則偏好方向性麥克風,於是廠商在助聽器上設計了一個選擇開關,使用者可以依環境的需要,選擇麥克風的型式。

方向性麥克風出現了後,沈寂了二十餘年。應用類似的原理,近年來又有新的產品問世。其中一種是雙麥克風系統(dual microphone)。它是安裝了二個步向性麥克風在助聽器上,一個向前,一個向後。這兩個麥克風必須在相位及振幅上完全相符,才能發揮應有的功能。

跟傳導的方向性麥克風比起來,雙麥克風有幾種好處:提供較高的"前、後比",亦即前後的差異較明頗。對於高頻率聲音效果較好。另外雙麥克風系可以使用在BTE及ITE,也可以與數位式助聽器合用。對於噪音環境下的訊雜比(signal to noise ratrion)可以提高七到八分貝。唯一的缺點是噪音的來源必須是來自後方。如果來自其他方向時,效果便未必理想。

另外一種新產品叫D-Mic,也是一種雙麥克風設計,但是將一個步向性麥克風與一方向性麥克風裝在同一個麥克風殼內。而此方向性麥克風還有二種選擇,即普通的平坦頻率曲線麥克風及低音削減(low-cut)式頻率曲線麥克風,使用者可以在步向性麥克風及此二種方向性麥克風中,依環境噪音及個人之喜好隨意選擇。大部份的病人在安靜狀態下仍會選擇步向性麥克風,在嚐雜環境下會選擇方向性雙麥克風系統。

 

問:有沒有未來或正在研發中的麥克風系統對噪音下的聽覺更有幫助呢?

答:目前麥克風的改善正朝向"多麥克風裝置(multiple microphone array)"二方面發展。在研究中有二~十七個麥克風的設計。但結果頗示超過五個麥克風以上,效果並沒有增加。這些麥克風被置於頭帶或頸圈上,分別間隔約二公分,各自不同的方向,經由適當的設計能夠放大面向最前方的訊號而抑制其他方向的訊號,如此可增加訊雜比七十八到十分貝。但可惜的是這樣的裝置戴起來很不方便,美觀上也有問題,患者的接受度如何,不得而知。

 

問:上期提到"數位式訊號處理"也可以增加環境噪音下的聽力,原理和效果如何?

答:數位式科技比傳統類比式科技在訊號處理來得優異,同時也增加了對訊號處理的可塑性(flexibility)。在針對噪音背景下聽覺的改善方面,數位式助聽器是經由以下三種途徑:

1.增強對語音訊號的辨識:利用數位式訊號處理較能辨識語言訊號的頻譜及外型(envelope)。語音與噪音的頻譜不同,因此而可以放大語音而抑制噪音。

2.降低低頻率遮蔽效應:低頻率的噪音或訊號會遮蔽高頻率的訊號。而在語音辨識中最重要的是高頻的訊號。所以為了防止低頻的這種遮蔽效應,數位式助聽器可以在低頻、高頻均有訊號時,選擇性地增加高頻的放大卒而降低低頻的放大率。

3.降低麥克風噪音:數位式助轉器可自動辨識這些噪音而予以消除。雖然有以上的三種作用,但數位式助聽器單獨使用,對於噪音背景的語音辨識力幫助仍有限。如果與其他科技(如方向性麥克風)併用,效果將會更佳。