古鑫 劉博 劉子夜 亓貝爾 董瑞娟 王碩

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·聽力康復(fù)·

成年人工耳蝸植入者對(duì)音樂音色感知的特點(diǎn)與分析△

古鑫1劉博1劉子夜2亓貝爾1董瑞娟1王碩1

目的 評(píng)價(jià)語后聾成年人工耳蝸植入者對(duì)音樂音色的識(shí)別能力，探討人工耳蝸植入者與聽力正常者在音樂音色感知中的差異及可能的機(jī)制。 方法 實(shí)驗(yàn)組為人工耳蝸植入時(shí)間≥0.5年的成年語后聾患者30例，對(duì)照組為30例聽力正常成人。使用人工耳蝸音樂評(píng)估軟件(Mu.S.I.C)對(duì)兩組受試者進(jìn)行不同音色(包括來自不同樂器家族且具有代表性的六種樂器以及男高音、女高音)識(shí)別能力的測試，記錄并比較兩組的識(shí)別正確率。結(jié)果 ①實(shí)驗(yàn)組音色識(shí)別正確率49.23%±18.93%，對(duì)照組90.23%±12.28%，后者高于前者(P<0.001)；實(shí)驗(yàn)組識(shí)別正確率：男高音(76.7%)最高、鋼琴(73.3%)次之，吉他(23.3%)最低。②實(shí)驗(yàn)組對(duì)每種音色的錯(cuò)選率均高于對(duì)照組，且選擇更為分散，其中將吉他誤選為鋼琴的錯(cuò)選率最高(66.7%)；其次為長笛錯(cuò)選為小號(hào)(33.3%)。結(jié)論 人工耳蝸植入者對(duì)音樂音色的識(shí)別能力低于聽力正常者，并且容易造成弦樂器之間、管樂器之間的混淆。

人工耳蝸植入； 音樂； 音色感知

人工耳蝸植入(cochlear implant, CI)已幫助眾多重度、極重度聽力損失患者重回有聲世界[1]，并獲得了令人滿意的言語交流效果，尤其表現(xiàn)為在安靜環(huán)境下良好的言語識(shí)別；然而由于音樂具有比言語聲更復(fù)雜和豐富的特征，其感知能力與欣賞水平仍與理想水平有一定差距[2～4]。音樂是文化和情感的外延，具有明顯的生理和心理學(xué)以及社會(huì)適應(yīng)等多方面的作用，因此，對(duì)音樂的感知是評(píng)估CI患者術(shù)后康復(fù)效果的一個(gè)指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)生活質(zhì)量的一個(gè)重要方面。研究證明[2～4]，音樂中的音調(diào)、節(jié)奏、旋律和音色是理解和欣賞音樂至關(guān)重要的基本要素，音色是其中內(nèi)涵最為豐富的元素，所謂音色，就是令聆聽者能夠在音調(diào)、節(jié)奏、響度和時(shí)長相同的情況下分辨出兩個(gè)相似聲音的聽覺感知屬性[5]。既往研究發(fā)現(xiàn)[6]講話者言語的韻律感、語氣和情感等可以通過語調(diào)、響度、節(jié)律成分等表達(dá)，言語的音色用于區(qū)分不同個(gè)體的發(fā)聲特征而不影響言語交流的本質(zhì)；而音樂音色則不同，該屬性的存在對(duì)音樂的理解和欣賞起到至關(guān)重要的作用。音色是最難掌握和研究的，在此領(lǐng)域，評(píng)價(jià)音色感知能力的方法較多，本研究選用Fitzgerald等[7]開發(fā)的人工耳蝸音樂評(píng)估軟件(Musical sounds in cochlear implant,Mu.S.I.C)中的樂器識(shí)別測試(Instrument Identification)評(píng)價(jià)受試者的音色感知能力，重點(diǎn)探討人工耳蝸植入者對(duì)音樂音色的感知特征。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象及分組 實(shí)驗(yàn)組：30例語后聾成年人工耳蝸植入者(表1)，男15例，女15例，年齡20～68歲，平均34.2±13.3歲，均為單耳植入人工耳蝸，實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)側(cè)未佩戴助聽器，人工耳蝸使用時(shí)間均≥0.5年，平均使用時(shí)間為2.14±2.78年，無特殊的人工耳蝸品牌要求，無其他醫(yī)學(xué)及心理禁忌癥，并且可以配合完成實(shí)驗(yàn)過程和問卷填寫。

對(duì)照組：聽力正常者30例，男15例，女15例，年齡18～57歲，平均33.6±11.1歲，250～8 000 Hz每倍頻程頻率聽閾值均≤20 dB HL，無耳科疾病病史。

兩組受試者均無專業(yè)音樂培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，均自愿參加本研究。本課題已獲得北京市耳鼻咽喉科研究所與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院的倫理審批。

1.2 音樂音色感知評(píng)估方法

1.2.1 慕尼黑音樂問卷(Munich music questionnaire，MUMU)評(píng)估音樂經(jīng)驗(yàn) 該問卷用于了解成年人工耳蝸植入者在人工耳蝸術(shù)前及術(shù)后聆聽音樂的行為和經(jīng)驗(yàn)[6]。問卷共包括25個(gè)問題，其中針對(duì)人工耳蝸植入者音樂經(jīng)驗(yàn)的問題主要包括“是否經(jīng)常聽音樂？”，“是否經(jīng)常唱歌？”和“是否演奏樂器？”，選用此3個(gè)問題從3個(gè)方面評(píng)價(jià)人工耳蝸植入者音樂經(jīng)驗(yàn)。為使實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的音樂經(jīng)驗(yàn)相匹配，針對(duì)聽力正常受試者，將MUMU問卷中與人工耳蝸和聽力損失相關(guān)的問題與選項(xiàng)刪除，保留21個(gè)問題，含上述3個(gè)關(guān)于音樂經(jīng)驗(yàn)的問題，選取此3個(gè)問題評(píng)估其音樂經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)問題得分標(biāo)準(zhǔn)分為1(很少)至10(經(jīng)常)10個(gè)得分等級(jí)。

MUMU問卷中針對(duì)受試者音色感知能力方面的問題主要包括“您對(duì)哪些樂器的感知較好？”和“您喜歡聽哪些樂器演奏的聲音？”兩個(gè)問題，本研究選用此2個(gè)問題用于統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組對(duì)不同樂器音色的主觀感受，由于答案選項(xiàng)中僅有小提琴、長笛、鋼琴、小號(hào)、大提琴、吉他六種樂器的音色是本研究選取的樂器識(shí)別測試音色，其他選項(xiàng)在樂器識(shí)別測試中未選用，因此，本研究僅選擇問卷選項(xiàng)中這六種樂器音色進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較。

1.2.2 人工耳蝸音樂評(píng)估軟件(Mu.S.I.C)[7]評(píng)估音色感知能力 應(yīng)用Mu.S.I.C軟件中的樂器識(shí)別測試評(píng)價(jià)受試者的音色感知能力。樂器識(shí)別測試(instrument identification)：選取男高音、女高音和不同樂器家族的6種樂器(鍵盤樂器鋼琴，弦樂器吉他、小提琴、大提琴，管樂器小號(hào)、長笛)分別表演兩條音樂曲目(“Baa Baa Black Sheep”和自然音階“Scale”)，測試共16個(gè)條目。測試在經(jīng)校準(zhǔn)的、本底噪聲<20 dB A的標(biāo)準(zhǔn)隔聲室內(nèi)進(jìn)行，揚(yáng)聲器置于受試者前方1 m處，其中心位置與受試者坐姿時(shí)耳部高度保持一致，以零度角正面給聲，在最適聆聽強(qiáng)度下進(jìn)行測試。受試者在聲場中聆聽由Mu.S.I.C音樂測試系統(tǒng)及GSI-61純音聽力計(jì)控制并由揚(yáng)聲器播放的測試內(nèi)容，受試者在每個(gè)條目播放結(jié)束后選擇自己認(rèn)為正確的樂器圖片，每段旋律只可播放一次，不重復(fù)聆聽，以減少學(xué)習(xí)效應(yīng)帶來的誤差；測試結(jié)束后獲得識(shí)別正確率，正常率=(正確識(shí)別條目數(shù)/16)×100%。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 16.0軟件，用2-samplet檢驗(yàn)分析兩組受試者的年齡和音樂經(jīng)驗(yàn)是否匹配，用One-sample Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)分析兩組受試者的樂器識(shí)別正確率是否為正態(tài)分布，采用Mann-Whitney U方法對(duì)兩組間樂器識(shí)別正確率進(jìn)行比較。

2 結(jié)果

2.1 兩組受試者年齡與音樂經(jīng)驗(yàn)比較 MUMU問卷結(jié)果顯示，兩組受試者的年齡與音樂經(jīng)驗(yàn)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(表2)，即本研究中的對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的年齡與音樂經(jīng)驗(yàn)相匹配。

表1 30例人工耳蝸植入者基本信息

表2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組年齡與音樂經(jīng)驗(yàn)比較(分，

2.2 音色識(shí)別測試結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組的樂器識(shí)別正確率(49.23%±18.93%)低于對(duì)照組(90.23%±12.28%)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。

對(duì)于測試中的8種音色，對(duì)照組的平均識(shí)別正確率均顯著高于實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)組音色識(shí)別率由高到低為：男高音(76.67%)、鋼琴(73.33%)、吉他(23.33%)；對(duì)照組音色識(shí)別率的結(jié)果：女高音和男高音均為100.0%為最高，鋼琴96.67%次之，吉他58.33%為最低。

兩組受試者音色識(shí)別的混淆矩陣顯示：兩組受試者對(duì)吉他和鋼琴的混淆率均最高，并且實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組更易混淆：實(shí)驗(yàn)組將吉他誤選為鋼琴的錯(cuò)選率為66.67%，對(duì)照組將吉他誤選為鋼琴的錯(cuò)選率為38.33%；其次部分受試者易對(duì)長笛和小號(hào)混淆，實(shí)驗(yàn)組將長笛錯(cuò)選為小號(hào)的錯(cuò)選率為33.33%，對(duì)照組為8.33%(表3)。

2.3 兩組受試者對(duì)不同音色的主觀感受 MUMU音樂問卷結(jié)果顯示：30例人工耳蝸植入者中有60.00%選擇對(duì)鋼琴“感知較好”，有63.33%選擇“喜歡聽鋼琴演奏”，而其他樂器選項(xiàng)的得分均較低；對(duì)照組中，分別有86.67%和70.00%選擇對(duì)鋼琴“感知較好”和“喜歡聽鋼琴演奏”，對(duì)其他樂器選項(xiàng)的得分均高于實(shí)驗(yàn)組(表4)。

3 討論

音色是一種令聆聽者能夠在音調(diào)、節(jié)奏、響度和時(shí)長完全相同的情況下分辨出兩個(gè)相似聲音的聽覺感知屬性[5]，如同聲音的“顏色”；就像光譜中不同頻率的光波所占的比例決定了光的顏色，聲信號(hào)中各種頻率(基頻和諧波)信號(hào)的能量配比構(gòu)成了音色。聽力正常者由于具有足夠好的頻率分辨力，可以根據(jù)諧波間的頻寬來判斷基頻，而對(duì)于人工耳蝸植入者來說，音色的感知并不完全取決于頻譜形態(tài)，聲信號(hào)的時(shí)域特性也有很大影響[8]?？傊羯母兄Q于聲音中復(fù)雜的時(shí)域和頻域信息的獲取和處理。

表3 8種樂器音色在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的識(shí)別混淆矩陣(%)

表4 兩組受試者對(duì)不同樂器音色的主觀感受(例，%)

由于目前人工耳蝸裝置提供的有效電極通道數(shù)有限，從聲信號(hào)中獲取的頻域信息不充足，這直接導(dǎo)致了人工耳蝸植入者的音色識(shí)別能力較差。2011年Kong等[9]重建了音色多維標(biāo)度模型，發(fā)現(xiàn)時(shí)域包絡(luò)對(duì)人工耳蝸植入者辨別音色起著決定性的作用。Heng等[5]利用“樂器嵌合(instrumental chimeras)”的研究方法觀察了時(shí)域包絡(luò)信息和精細(xì)結(jié)構(gòu)信息對(duì)音色識(shí)別的作用，發(fā)現(xiàn)人工耳蝸植入者主要依賴時(shí)域包絡(luò)信息識(shí)別音色，而忽略了精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，當(dāng)時(shí)域包絡(luò)信息減少時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)信息就起到了一定的補(bǔ)償作用。人工耳蝸在信號(hào)處理過程中，是否增加精細(xì)結(jié)構(gòu)信息以補(bǔ)償頻域信息的缺乏以及精細(xì)結(jié)構(gòu)信息的多少，決定了其對(duì)音色感知能力的優(yōu)劣。此外，就人工耳蝸植入者本身而言，又存在諸多因素影響其音色感知能力，如：耳聾時(shí)間、術(shù)前佩戴助聽器時(shí)間和人工耳蝸植入時(shí)間、年齡、音樂聆聽經(jīng)驗(yàn)和文化教育背景都會(huì)對(duì)其音色感知能力起到一定的影響[10]。

對(duì)音色的認(rèn)知除了利用其物理特征，即不同聲音的振動(dòng)屬性——包括波的幅值、相位、泛音的數(shù)量成分和比例分布及共振峰的位置等以外，還可以利用不同音色特定的工藝特征[11]，即演奏者或歌唱家對(duì)樂器或人聲音色的控制能力，這種特征主要由聲波振動(dòng)中的泛音多少來決定，若聲波振動(dòng)充分，產(chǎn)生的泛音多，則音色質(zhì)地好，演奏或歌唱技術(shù)高；除此之外，辨別和欣賞音色還可以通過感受不同音色表現(xiàn)出的不同的情感或情緒[11]，如：常用明亮的、高昂的樂器音色表現(xiàn)歡快的心情(如嗩吶)，而經(jīng)常用暗淡的、低沉的樂器音色表現(xiàn)悲傷的心情(如大管)等。

Gfeller等[8]測試28例人工耳蝸植入者(CI)及41例聽力正常受試者(NH)對(duì)小號(hào)、單簧管、小提琴及鋼琴等四種樂器的分辨能力，結(jié)果表明聽力正常受試者對(duì)樂器的分辨能力較CI受試者強(qiáng)；Nimmons等[12]曾報(bào)道8例人工耳蝸植入者樂器識(shí)別測試正確率在21%～54%之間，平均為49%±11%；Brockmeier等[13]對(duì)31例人工耳蝸植入者進(jìn)行測試，結(jié)果顯示其樂器辨別正確率平均為47.1%±14.2%，且人工耳蝸植入者對(duì)于鋼琴比管樂器和弦樂器更容易識(shí)別。本研究結(jié)果顯示，語后聾人工耳蝸植入者的音色感知能力明顯落后于聽力正常者，與以往研究結(jié)果[8，10，12～15]一致。

本研究中，兩組受試者的音色識(shí)別混淆矩陣顯示：實(shí)驗(yàn)組對(duì)于每種音色的錯(cuò)選率均高于對(duì)照組，且選擇更為分散，實(shí)驗(yàn)組對(duì)吉他和鋼琴以及長笛和小號(hào)的混淆率較高；音色識(shí)別測試結(jié)果提示：人工耳蝸植入者對(duì)男高音和鋼琴的平均正確識(shí)別率最高，對(duì)吉他的平均識(shí)別率最低，主要的錯(cuò)誤為將吉他選為鋼琴，而對(duì)照組中，也有38.5%的受試者將吉他選為鋼琴；說明這并不單單是聽力損失或人工耳蝸植入造成的結(jié)果。這可能與國人的音樂文化背景和聆聽經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，因?yàn)殇撉龠@種樂器更為普遍和常見，從MUMU問卷結(jié)果也說明人工耳蝸植入者對(duì)鋼琴的主觀聆聽經(jīng)驗(yàn)最豐富，所以容易將其他樂器誤認(rèn)為是鋼琴。實(shí)際上，不同樂器的音色不同，與他們的構(gòu)造、發(fā)音原理、演奏方式有關(guān)[11]，但最主要的一點(diǎn)是由樂器本身的基音(基頻)和泛音(諧波)決定的，也就是其頻譜特性決定的。

吉他和鋼琴雖然構(gòu)造不同，但都是以弦做發(fā)音源的弦鳴樂器，他們在發(fā)音機(jī)制上有共通點(diǎn)，都是通過弦的振動(dòng)發(fā)出樂音[11]。其他樂器的音色，如：管樂器(小號(hào)和長笛)是通過空氣振動(dòng)發(fā)音，男高音和女高音是由演唱者的聲帶振動(dòng)發(fā)音。大提琴和小提琴也屬于弦鳴樂器，而且也是日常較為熟悉的樂器，吉他與小提琴或大提琴的混淆率不高的原因是這幾種樂器的演奏方式，即弦的振動(dòng)方式不同；鋼琴是擊弦樂器，當(dāng)彈動(dòng)琴鍵時(shí)，弦槌敲擊弦引起弦的振動(dòng)；吉他是撥弦樂器，通過手指或撥弦工具彈撥琴弦引起振動(dòng)；提琴屬于弓弦樂器，通過拉弓摩擦琴弦引起振動(dòng)。鋼琴和吉他的聲音一旦發(fā)出，就只能靠余振延續(xù)，聲音很快減弱，只能通過觸鍵或撥弦使樂音延長；而對(duì)于提琴只要弓不離弦，樂音即可繼續(xù)，這使得提琴的泛音更加豐富，音符之間沒有間斷，音色比較飽滿、圓潤；所以，小提琴和大提琴的音色特征更加明顯從而容易被辨別，吉他的音色特征相對(duì)來說不夠顯著，而且與鋼琴有較多的共同點(diǎn)，所以，吉他的識(shí)別率很低，且和鋼琴的混淆率高、與提琴的混淆率低。

小號(hào)和長笛均屬于管樂器家族，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者對(duì)小號(hào)和長笛出現(xiàn)了一定的混淆，且實(shí)驗(yàn)組錯(cuò)選率較高。這是因?yàn)樾√?hào)和長笛同屬于管樂器，其外觀、發(fā)音原理與頻譜特性有相似之處[11]，再加上中國人群對(duì)這兩種西洋樂器不夠熟悉，所以容易混淆。

綜上所述，人工耳蝸植入者對(duì)音樂音色的感知能力明顯落后于聽力正常者，且與聽力正常者相比，更容易造成不同音色之間的混淆，尤其表現(xiàn)在弦樂器之間以及管樂器之間。不同樂器的不同頻譜特性和文化差異對(duì)音色識(shí)別測試結(jié)果造成一定的影響[16]，本研究結(jié)果也為設(shè)計(jì)開發(fā)適合我國人工耳蝸植入者的音樂評(píng)估軟件提供了一定的參考。

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(2016-02-15收稿)

(本文編輯 周濤)

The Musical Timbral Perception in Adult Cochlear Implant Users

Gu Xin*, Liu Bo, Liu Ziye, Qi Beier, Dong Ruijuan, Wang Shuo

[*Beijing Tongren Hospital, Capital Medical University; Beijing Institute of Otolaryngology; Key Laboratory of Otolaryngology Head and Neck Surgery(Capital Medical University), Ministry of Education, Beijing, 100005, China]

Objective To evaluate the timbral recognition ability of postlingually-deafened adult cochlear implant users and to analyze the differences between cochlear implant users and normal hearing subjects and the possible mechanisms.Methods The experimental group (30 postlingually-deafened adult recipients with a cochlear implant over 6 months) and the control group (30 normal hearing subjects) participated in this study. We used the timbre recognition test in Musical Sounds in Cochlear Implant (Mu.S.I.C) test battery consisting of tenor, soprano and 6 representative musical instruments from different instrument families, to obtain the correct rate of recognition.Results The correct rate of timbre recognition of experimental group was 49.23±18.93%, while it was 90.23±12.28% in the control group(P<0.001). The rank of correct rate from the highest to the lowest in experimental group was tenor (76.7%), the piano (73.3%) and the guitar (23.3%). The error rates of experimental group were higher than those of control group for each timbre. There were 66.7% of cochlear implant users mistook the guitar for the piano, and 33.3% flute for the trumpet.Conclusion The postlingually-deafened adult cochlear implant users perform significantly poorly in timbre perception than normal-hearing subjects. The cochlear implant users are more likely to make confusions among the string instruments, and among the wind instruments.

Cochlear implant; Timbre; Music perception

△ 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81371103)、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(81200753)、北京市科技新星項(xiàng)目(Z151110000315064)聯(lián)合資助

古鑫，女，回族，河北人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榕R床聽力學(xué)。

劉博(Email：trliubo@139.com)

10.3969/j.issn.1006-7299.2016.06.016

時(shí)間：2016-10-27 15:07

R764.5

A

1006-7299(2016)06-0597-05

1 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科研究中心，北京市耳鼻咽喉科研究所，耳鼻咽喉頭頸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(首都醫(yī)科大學(xué))(北京 100005)； 2 民航總醫(yī)院，民用航空醫(yī)學(xué)中心

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20161027.1507.006.html