人工耳蝸植入兒童聲調感知與發(fā)聲及歌唱能力研究.pdf

1、第一部分，語前聾人工耳蝸植入兒童漢語普通話聲調感知能力研究
　　目的：
　　了解以漢語普通話為母語的語前聾人工耳蝸植入兒童在普通話聲調感知上存在的問題，以及探索影響其聲調感知能力的潛在因素，為提高這些兒童的聲調感知能力提供理論基礎。
　　方法：
　　175名語前聾單側植入人工耳蝸(Cochlear implant，CI)的兒童和154名年紀相仿的聽力正常(Normal-hearing，NH)兒童參加了本項研究。依

2、照聲調平衡原則選取36個簡易漢字作為測試詞，將這些測試詞編入以MATLAB為運行平臺的測試程序中進行隨機呈現(xiàn)。共設四個信噪比條件（安靜、12dB、6dB、0dB），受試兒童依據(jù)自身情況選擇其中的某幾個或者全部條件進行聲調識別能力測試。同時對其結果與自身因素（實際年齡、CI植入時年齡和CI使用時長）進行Pearson相關分析。
　　結果：
　　1.NH組兒童在安靜環(huán)境下的聲調識別平均正確率為97.78％，CI組兒童則為77.4

3、8％，CI組兒童在安靜環(huán)境下的平均聲調識別成績顯著低于NH組(P＜0.001)，且個體間差異極大，其識別成績從機會水平到100％正確率均有分布。
　　2.在信噪比為12dB、6dB、0dB測試條件下，NH組和CI組兒童的平均聲調識別成績分別為[94.38％，74.22％]，[94.47％，67.43％]，[92.31％，59.17％]，兩組間差異均有顯著統(tǒng)計學意義(P＜0.001)。
　　3.信噪比、聲調類別（及聲調配對類型

4、）和聽力情況對聲調識別成績的影響均很顯著(P＜0.001)，其中最顯著的因素為聽力情況（其F值為1048.81，遠遠大于其它兩個因素）。且信噪比和聽力情況，聲調類別（及聲調配對類型）與聽力情況之間交互效應顯著(P＜0.001)。
　　4.信噪比的影響。對于NH組，安靜、6dB信噪比條件下聲調識別成績高于0dB信噪比條件，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，而其余任意兩個信噪比條件下的聲調識別成績無顯著差異。對于CI組，任意兩個信噪比

5、條件下聲調識別成績均有顯著差異，按照聲調識別成績從高到低的排列順序為:安靜＞12dB＞6dB＞0dB。
　　5.聲調類別的影響。對于NH組，1聲和4聲的識別成績高于2聲和3聲(P＜0.05)，而1聲、4聲之間，2聲、3聲之間的識別成績無顯著差異(P＞0.05)。對于CI組，除了1聲識別成績高于4聲之外(P＜0.05)，其余聲調類別識別成績兩兩之間未見顯著差異(P＞0.05)。
　　6.聲調配對類型的影響。對于NH組，識別成績

6、1-4配對＞1-2配對＞2-3配對(P＜0.05)，其余配對彼此之間未見顯著差異(P＞0.05)。對于CI組，識別成績2-3配對最低，與1-2、1-3、1-4配對之間均有統(tǒng)計學差異(P＜0.05)，其余配對彼此之間未見顯著差異(P＞0.05)。
　　7.聲調識別錯誤類型分析。對于NH組，在任何一個信噪比條件下，2聲和3聲之間總是最易混淆，且其中最易出現(xiàn)的錯誤為將3聲感知成2聲。對于CI組，其錯誤類型受信噪比影響較大，各種類型錯誤概

7、率均較大，總的來說，3聲總是最易被感知成2聲。
　　8.相關分析。對于CI植入兒童，安靜條件下植入時年齡與聲調識別成績呈現(xiàn)負相關(r=-0.392，P＜0.001)，12dB信噪比條件下CI使用時長與聲調識別成績呈現(xiàn)正相關(r=0.258，P=0.047)。其余條件下的相關關系均不具有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。
　　結論
　　1.CI植入兒童的聲調感知能力存在明顯缺陷，且個體差異很大，其對聲調的識別較正常聽力兒童更易

8、受到噪聲環(huán)境的影響。
　　2.CI植入兒童對四個聲調類型的感知能力差異不明顯。無論對于CI植入兒童還是正常聽力兒童，2聲和3聲為最難區(qū)分彼此的聲調。
　　3.CI植入時年齡越小，CI使用時間越長，CI植入兒童對聲調的感知能力越好。
　　第二部分，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的語前聾人工耳蝸植入兒童漢語普通話聲調發(fā)聲能力研究
　　目的：
　　了解以漢語普通話為母語的語前聾人工耳蝸植入兒童在普通話聲調發(fā)聲上存在的問題，以及

9、探索影響其聲調發(fā)聲能力的潛在因素，并為建立一種依靠計算機技術進行聲調發(fā)聲自動化判別的可靠而高效的測評工具提供數(shù)據(jù)支持。
　　方法
　　278名語前聾單側植入人工耳蝸(Cochlear implant，CI)的兒童和173名年紀相仿的聽力正常(Normal-hearing，NH)兒童參加了本項研究。發(fā)聲測試詞同前一部分選取的聲調識別測試中所用的測試詞，對受試兒童的聲調發(fā)聲樣本以44.1KHz的采樣頻率，16-bits的分辨率進

10、行錄音。將每個測試音節(jié)單獨剪切分離，在MATLAB平臺上對每名受試兒童的每個發(fā)聲音節(jié)進行基頻提取并手動糾偏。在MATLAB平臺上構建人工神經(jīng)網(wǎng)絡，并以隨機抽取的一半正常兒童之發(fā)聲樣本基頻數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練。利用訓練后的神經(jīng)網(wǎng)絡對CI組兒童及另一半正常兒童的發(fā)聲樣本進行判讀。將神經(jīng)網(wǎng)絡對CI植入兒童聲調發(fā)聲的判讀結果與其自身因素（實際年齡、CI植入時年齡和CI使用時長）進行相關分析，同時將其聲調發(fā)聲準確率與前一部分的聲調識別成績進行相

11、關分析。
　　結果：
　　1.NH組兒童的平均聲調發(fā)聲準確率為90.40％，CI組兒童則為58.76％，CI組兒童的平均聲調發(fā)聲準確率顯著低于NH組(P＜0.001)，且個體間差異極大，其發(fā)聲準確率從機會水平(25％)以下到100％均有分布。
　　2.聲調類別和聽力情況這兩個因素對聲調發(fā)聲準確率均有顯著影響(P＜0.001)。尤其是聽力情況的影響尤為明顯，其F值達到了為641.75，遠遠高于聲調類別的F值66.41。聽

12、力情況與聲調之間的交互效應也很顯著(P＜0.001)。
　　3.聲調類別的影響。對于NH組，1(4)聲、2聲、3聲發(fā)聲準確率兩兩之間具有統(tǒng)計學差異(P＜0.05)，其準確率按從高到低的順序為:1(4)聲＞2聲＞3聲。而1聲和4聲之間發(fā)聲準確率未有顯著差異(P＞0.05)。對于CI組，1、4聲的發(fā)聲準確率顯著高于2、3聲(P＜0.01)，而1聲和4聲，2聲和3聲之間發(fā)聲準確率均未有顯著差異(P＞0.05)。
　　4.聲調發(fā)聲錯

13、誤類型分析。對于NH組，應發(fā)聲調為2聲時，被錯判成3聲的概率較非2聲及3聲外的其余兩者要高;當應發(fā)聲調為3聲時，被錯判成2聲的概率較非3聲及2聲外的其余兩者要高，當應發(fā)聲調為1聲和4聲時，其錯判率均較小。對于CI組，當應發(fā)1聲時，被錯判成其它三個聲調的概率均相對較大。當應發(fā)聲調為2、3、4聲時，錯判概率最大者均為1聲。
　　5.聲調發(fā)聲聲學分析。NH組四個聲調的界別顯示相對較為清楚，代表1、2、3、4聲的橢圓分別位于坐標軸的右上、

14、左上、左下、右下象限。而CI組代表四個聲調的橢圓彼此重合，難以區(qū)分。用于計量兩組差異的三個聲學指標Aq/Ae、Ave_Dist/Ave_Ax1+2和Avep均顯示出CI組測量值顯著低于NH組(P＜0.001)。
　　6.相關分析。對于CI植入兒童，聲調發(fā)聲準確率與CI植入年齡呈負相關（r=-0.215，P=0.003），與CI使用時長呈正相關(r=0.203，P=0.005)，與測試時實際年齡無統(tǒng)計學相關性(r=0.015，P=0

15、.837)。在任何一個信噪比條件下，CI植入兒童聲調發(fā)聲準確率與其聲調識別成績均呈正相關(P＜0.01)。
　　結論：
　　1.CI植入兒童的聲調發(fā)聲能力存在明顯缺陷，且個體差異很大。
　　2.無論是CI植入兒童還是正常聽力兒童，2、3聲的發(fā)聲相對1、4聲更難掌握。
　　3.CI植入兒童四個聲調發(fā)聲的聲學特征不明顯，彼此重合，難以區(qū)分，且發(fā)聲基頻曲線單調平坦缺少變化。CI植入年齡小、CI使用時間長對其聲調發(fā)聲能力

16、的提高有利，聲調感知能力好的CI植入兒童，其聲調發(fā)聲準確度亦較高。
　　4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡作為一種技術手段在聲調自動化識別中具有應用價值。
　　第三部分，使用人工耳蝸及助聽器的語前聾兒童歌唱能力的聲學特征分析
　　目的：
　　對于語前聾兒童，耳聾阻礙了他們的聽覺和言語發(fā)育。目前的聽力設備（包括人工耳蝸和助聽器）在言語發(fā)育方面給這些兒童提供了很大的幫助但在音樂感知方面存在明顯的不足。本研究的目的旨在用聲學測量指標評價

17、使用這些聽力設備的語前聾聽障兒童的唱歌能力，以及探索這種能力與何種因素存在關聯(lián)。
　　方法：
　　37名語前聾單側植入人工耳蝸(Cochlear implant，CI)的兒童，31名語前聾雙側配戴助聽器(Hearing-aid，HA)的兒童，以及37名年紀相仿的聽力正常(Normal-hearing，NH)兒童參加了本項研究。每名兒童被要求唱一首自己熟悉的兒歌，由錄音設備記錄(采樣率44.1KHz，分辨率16-bits)下后

18、，每個音節(jié)被隔離開來并用自相關算法(Auto-correlationalgorithm)提取各自的基頻(Fundamental frequency，F(xiàn)O)，同時記錄下每個音節(jié)的時程。共使用五項指標來評價歌唱能力:1.音調方向正確率，2.音調壓縮率，3.音調整體偏移度，4.內(nèi)部音程偏移度，5.音節(jié)時程比偏移度。前四項指標對所唱歌曲音調作出評價，最后一項指標對所唱歌曲節(jié)律作出評價。同時對其聲學測量結果與自身因素及本研究前兩個部分的聲調感知及

19、發(fā)聲之結果進行相關分析。
　　結果：
　　無論是植入人工耳蝸還是配戴助聽器的語前聾兒童，他們各項評估指標的成績均顯著低于同年齡段的聽力正常兒童(P＜0.05)。CI組兒童和HA組兒童五項指標中四項未見統(tǒng)計學差異，只有指標四（歌曲內(nèi)部音程偏移度）顯示出HA組兒童成績優(yōu)于CI組兒童的統(tǒng)計結果(2.44±0.76 vs2.89±0.82， P＜0.05)。對于這兩組聽障兒童，聽力設備使用時間的長短與其歌唱曲調的準確程度呈顯著正相關