Фонемическая регрессия. Нарушение разборчивого восприятия речи. Снижение слуха и нарушение мозгового кровообращения. Факты и рекомендации Неразборчивость речи на слух лечение

Жилинская Екатерина Викторовна

Актуальность темы исследования

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к настоящему времени в мире насчитывается около 360 млн. людей с нарушениями слуха, а среди лиц старше 65 лет приблизительно треть страдает от инвалидизирующей тугоухости (ВОЗ, 2017).
Одна из основных проблем пациентов со снижением слуха, существенно ухудшающая их качество жизни, - нарушение разборчивости речи, ведущее к социальной изоляции больных. Принято считать, что подавляющее большинство случаев снижения разборчивости речи обусловлено периферическими расстройствами (на уровне улитки), однако все больше исследований доказывают высокую распространенность нарушений разборчивости речи, вызванных патологией центральных отделов слуховой системы, при этом пороги слуха пациентов по результатам тональной пороговой аудиометрии могут быть даже в пределах нормы. Особенно высока частота встречаемости центральных слуховых расстройств у лиц пожилого и старческого возраста: они имеют место у 74% лиц старше 55 лет (Golding M. et al., 2004).
На настоящий момент не разработано эффективного медикаментозного лечения дисфункций центральной нервной системы, приводящих к нарушению разборчивости речи (Chermak G.D., Musiek F.E., 2014), поэтому даже при хорошо настроенном слуховом аппарате проблемы пациентов в общении зачастую остаются нерешенными. Это вызывает необходимость поиска новых подходов к диагностике и коррекции нарушений разборчивости речи у пациентов с хронической сенсоневральной тугоухостью.
Степень разработанности темы исследования. Исследование нарушений разборчивости речи занимает существенное место в сурдологии и неврологии; отмечен прогресс в направлении создания новых методов диагностики и коррекции данных расстройств. Накапливающиеся научные и клинические данные улучшают наше понимание причин нарушений разборчивости речи, в том числе центрального генеза, механизмов их возникновении, возможностей компенсации дефицита. Число исследований и публикаций, посвященных центральным слуховым расстройствам, включающим нарушение разборчивости речи, в последние годы значительно увеличилось, что показывает растущий интерес к этой теме, критериям постановки диагноза и способам реабилитации (Musiek F.E., Chermak G.D., 2014). Однако большинство исследований и публикаций проводятся в зарубежных странах, и преобладающее количество методов диагностики и коррекции разработано для англоязычных пациентов, в России же на данный момент этой теме не уделяется достаточного внимания, существует немного доступных апробированных тестов и методик реабилитации.
Поиск более точных методик диагностики нарушений разборчивости речи, способов коррекции дефицита приведет к увеличению эффективности реабилитации.

Цель исследования – повышение эффективности топической диагностики и реабилитации при нарушениях речевой разборчивости у пациентов с хронической сенсоневральной тугоухостью (ХСНТ).

2786 0

Исследованию слуха звуками речи отводится в клинико-аудиологической практике значительное место. Тем не менее возможности данного исследования, особенно применительно к старческой тугоухости, раскрыты далеко не полностью. Это касается как установления возрастных норм для речевого слуха, так и уточнения некоторых аспектов патогенеза и топики пресбиакузических сдвигов. Уже в работах по исследованию старческой тугоухости с помощью метода живой речи было отмечено значительное нарушение восприятия последней, особенно шёпотной (И. М. Соболь, А. Г. Лисс, 1962; С. К. Агзамов, 1966; А. Г. Ганиев, 1969). В старости более выраженно нарушается разборчивость согласных звуков. Ю. С. Кривицкая, Ш., А. Максумова (1968) отмечают, что у пожилых людей разборчивость цифр и слов страдает меньше, чем разборчивость фраз.

Значительные нарушения речевого слуха при старческой тугоухости были подтверждены аудиометрическими исследованиями (А. И. Лопотко, 1971; 1975, 1979; С. И. Алексеев, И. М. Гончарова, 1972; G. Pestalozza, 1. Shore, 1955; P. Mounier-Kuhn et al., 1965; W. Hallerman, P. Piath, 1971). По данным P. М. Фельдмана и С. H. Реджера (R. М. Feldman, S. N. Reger, 1967), такие нарушения начинали проявляться в пожилом и особенно старческом возрасте. Отмечено, что снижение разборчивости речи не всегда компенсируется усилением ее интенсивности. Нарушению разборчивости речи в старческом возрасте дают разные объяснения. С одной стороны, его связывают с возрастными изменениями периферических, а с другой — центральных структур слуховой системы.

Нарушение речевого слуха периферического генеза обусловливается повышением тональных порогов (тональным дефицитом), а также проявлением неравномерного нарастания громкости для различных частот речевого диапазона. Нарушения же разборчивости, не зависящие от потери слуха на речевые частоты, определяемые синдромом фонемической регрессии, связывают с поражением центральных отделов слухового анализатора. Основным аргументом в пользу существования указанного синдрома является диссоциация тонального и речевого слуха при старческой тугоухости (А. Д. Ганиев, 1969; С. И. Алексеев, И. М. Гончарова, 1972; R. Carhart, 1951 и др.) Данные по сопоставлению порогов тонального и речевого слуха значительно варьируют у разных авторов.

Анализ этих исследований позволил высказать предположение, что причина этого лежит, с одной стороны, в неоднородности используемого фонетического материала, а с другой - разном подходе к критерию потери слуха для тонов. Это побуждало и побуждает многих исследователей неоднократно возвращаться к изучению вопроса о тонально-речевой диссоциации при пресбиакузисе (С. И. Алексеев, И. М. Гончаров, 1972; G. Pestalozza, I. Shore, 1955; Е. Konig, 1957; J. Sataloff, N. Menduke, 1957).

Генез указанного нарушения Д. Калви и А. Финзи (J Calvi, A. Finzi, 1957), а также Е. Бокка (Е. Восса, 1958) связывают с дисфункцией прежде всего центральных структур слухового анализатора, с ослаблением в старческом возрасте их интегральной деятельности, В. Д. Михайлова-Лукашева (1968) снижение речевого слуха объясняет неспособностью старых людей дифференцировать звуки и шум, а также нарушением подвижности и взаимоотношения основных нервных процессов - возбуждения и торможения.

Г. X. Гэт (G. Н. Gaeth, 1948) синдром фонемической регрессии связывает с уменьшением в старости интеллектуального уровня и способности высотного различения звуков. В дальнейшем синдром был количественно исследован Г. Песталозза и И. Шором (G. Pestalozza, I. Shore, 1955). Сравнивая характер разборчивости при пресбиакузисе с разборчивостью при нейросенсорных формах тугоухости у молодых людей со схожим тональным рельефом, авторы отметили более выраженное нарушение речевого слуха у первой группы обследуемых.

В настоящее время дискутируется вопрос, в какой мере разборчивость речи зависит от ФУНГ, нередко сопутствующего звуковоспринимающей тугоухости. Одни авторы отмечают возможность достижения максимальной разборчивости при наличии упомянутого феномена (J. A. Reyntjes, 1951). Другие считают, что при ФУНГ разборчивость значительно падает (Н. Huizing, J. A. Reyntjes, 1952; J. Hirsch et al., 1954). Мы полагаем, что нарушение разборчивости определяется не столько ФУНГ вообще, сколько неравномерным нарастанием громкости для различных частот речевого диапазона в частности (А. И. Лопотко, 1967, 1975).

Эти дискуссионные представления нашли отражение и при анализе старческой тугоухости. Д. Ваал (J. Waal, 1962) описал крутые артикуляционные кривые с достижением максимального уровня разборчивости во многих случаях пресбиакузиса при отсутствии ФУНГ. В то же время Г. Песталозза и И. Шор (G. Pestalozza, I. Shore, 1955) при аналогичных условиях отметили низкую разборчивость. В отношении генеза и топики возрастных нарушений речевого слуха высказываются и другие точки зрения. Е. Кониг (Е. Konig, 1966, 1969) предполагает, что причиной этих нарушений могут явиться инволюционные изменения на всех уровнях слухового неврального пути - от улитки до коры головного мозга.

И. Мелроз и соавт. (1. Melroze et al., 1963), а также М. Бергман (М. Bergman, 1971) считают, что синдром фонемической регрессии - не обязательный спутник старости. X. Н. Эвертсен н Б. Нильсон (Н. N. Ewertsen, В. Nielsen, 1971) не нашли существенной разницы в характере речевого слуха у лиц 20, 50 и 70 лет. И. Кирике и соавт. (I. Kirikae et al., 1964), не обнаружили также существенных возрастных различий и в характере различения речи. Еще более категоричными были В. Халлерман и П. Плат (W Hallerman; P. Plath, 1971), которые постулировали, что значительное нарушение различения речи, некомпенсируемое усилением ее интенсивности, несовместимо с синдромом физиологического пресбиакузиса.

В отношении возрастных слуховых норм для речи много еще неопределенного.

С учетом изложенного А. И. Лопотко (1971, 1979), были выполнены специальные аудиологические исследования. При этом особое внимание было уделено сопоставлению возрастных изменений слуха для тональных и речевых сигналов. Исследования осуществляли с учетом общеизвестных принципов речевой аудиометрии на приборе АР-03. В работе использовали русские фонетически сбалансированные таблицы слов, адаптированные для клинической аудиометрии (Г. И. Гринберг и соавт., 1957), наговоренные звонкой речью. При этом устанавливали пороги восприятия недифференцированной речи (HP), уровни 10-20, 50, 70-80 и 90-100% разборчивости, а также разборчивость (%) при максимальном на аудиометре усилении (110 дБ). Параллельно с речевой аудиометрией проводили тональную по общепринятой методике в диапазоне 125-8000 Гц и оценку функции громкости. Исследовано 330 отологически здоровых людей в возрасте от 18 до 93 лет. Среднегрупповые данные рассчитывали с установлением величин доверительных интервалов.

О характере фонемических расстройств фонемической регрессии (G. Н. Gaeth, 1948) судили по диапазону разборчивости (перепаду интенсивности от порога восприятия недифференцированной речи до уровня 90-100% разборчивости, если таковой достигался), по уровню максимальной разборчивости, отчасти по разборчивости речи при максимальном на аудиометре усилении, а также по сопоставлению реальной и расчетной разборчивости, которой отводили особое место. В основе ее лежало сопоставление данных тональной и речевой аудиометрии. Однако это сопоставление проводили не по методикам, распространенным в аудиометрии, а по схеме, принятой в теории связи.

Дело в том, что в настоящее время используются две группы методик, по которым речевой слух рассчитывают по тональному. Первая группа методик, обычно используемых в аудиометрии, хорошо прогнозирует общую степень тугоухости - потерю восприятия звуков речи (С. Г. Кристостурьян, 1960; Е. М. Харшак, 1964, 1966; J. Hirsh et al.T 1952). Вторая группа методик, редко используемая в аудиометрии, позволяет прогнозировать реальную разборчивость на высоких ее уровнях (Б. В. Богданов, 1955; Н. Б. Покровский, 1962).

Прогнозирование общей степени тугоухости к речи, широко практикуемое в аудиологической практике, может быть осуществлено непосредственно по тональной аудиограмме (А. И. Коломийченко, Н. С. Шейман, 1962; А. И. Лопотко, 1966; J. Harris et al., 1956 и др). Основой же аналитического расчета слоговой, словесной и фразовой разборчивости может служить только разборчивость формант, под которыми понимается область концентрации энергии в спектре звуков речи (М. А. Сапожков, 1963).

Учитывая изложенное, уровень ощущения формант (Е") определялся нами в каждой из 20 равноразборчивых полос речи, на которые разбивался речевой спектр:

Е" = Вр+К-(b0 + b),

где Вр - средний уровень ощущения речи; К - логарифмическая ширина критической полосы речи; b - затухание аудиометрического тракта в целом; b0 - порог слышимости тона от уровня 2.10 в -5 степени Па в пределах 250-8000 Гц.

Зная уровень ощущения формант, рассчитывалась суммарная разборчивость формант (А) во всем речевом диапазоне. Наконец, по разборчивости формант устанавливали разборчивость для словесной звонкой речи (W, %).

Основой для наших расчетов словесной разборчивости служили усредненные тональные аудиограммы в диапазоне 250-8000 Гц воздушной проводимости (А. И. Лопотко, 1973), установленные для 6 возрастных групп (16-19 лет, 20-29, 30-39, 40-59, 60-69, 70 лет и старше). В расчетах учитывали неравномерность частотной характеристики аудиометрического тракта.

Результаты исследований показали следующее. С возрастом отмечается пропорциональное падение слуха для звонкой речи. Вместе с тем следует отметить, что для возрастных групп 40-49 и 50-59 лет, а также 70-79 и 80 лет и старше нами не установлено достоверных различий. В связи с этим мы посчитали целесообразным объединить эти группы в две - 40-59 и 70 лет и старше.

Нарушение речевого слуха по аудиометрическим данным выражалось в ухудшении восприятия речи, графически проявлявшееся сдвигом кривых нарастания разборчивости вправо по горизонтали. В меньшей степени нарушалось различение речи (разборчивость, некомпенсирующаяся усилением интенсивности). Нарушение восприятия недифференцированной речи (HP) и порога 10%-ной разборчивости шло пропорционально нарушению слуха к тонам в диапазоне 1000-2000 Гц при условии установления порогов для обоих видов сигналов в дБ относительно данных первой возрастной группы.

Небольшие нарушения восприятия начинали проявляться в 30-40 лет. Однако достаточно заметными они были у людей старше 60 лет (рис. 1). Сдвиг кривых разборчивости у людей старше 70 лет по отношению к кривым у людей 16-19 лет составлял на уровне HP 24,6 дБ. Нарушение различения речи у людей старческого возраста, отражающее явление фонемической регрессии, проявлялось в виде незначительного увеличения диапазона разборчивости (ДР). Если у людей первой возрастной группы ДР составлял 27,9 дБ, то старше 69 лет -32,2 дБ. Следует отметить, что у людей старческого возраста ДР рассчитывали лишь для случаев, где устанавливался уровень 90-100% разборчивости.

Рис. 1. Кривые нарастания разборчивости звонкой (разговорной) речи у людей различных возрастных групп:

а - построенные по экспериментальным данным. Пунктир - уровни разборчивости, устанавливающиеся не во всех случаях; справа по оси ординат - разборчивость речи при максимальном (110 дБ) усилении аудиометра;

б - кривые, построенные по расчетным данным; в - усредненные тональные аудиограммы (внизу значения ДПС для людей старше 70 лет). На аудиограммах порядковые номера возрастных групп: 1 - 16-19; 2 - 20-29; 3 - 30-39; 4 - 40-59; 5 - 60-69; 6 - 70 лет и старше.

По оси ординат речевых аудиограмм - разборчивость слов (W) в процентах: по оси абсцисс - интенсивность речи в дБ: (1) - при отсчете от уровня восприятия недифференцированной речи у людей 16-19 лет; Р - от уровня 2х10-5 Па.

Более наглядным показателем фонемической регрессии у стариков явилось частное неустановленне высоких уровней разборчивости. У людей старших возрастных групп нередко отмечался феномен «парадоксальноного падения разборчивости» речи при максимальном для аудиометра усилении (110 дБ). Это приводило к тому, что средний уровень разборчивости при указанном усилении составлял у людей 60-69 лет 83%, а старше 70 лет - 64%.

С возрастом увеличиваются не только средние значения речевых порогов, но и их разброс.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о возрастном прогрессирующем ухудшении речевого слуха, проявляющемся прежде всего в нарушении восприятия речи. Этот вид нарушений компенсировался усилением интенсивности речевого сигнала и графически проявлялся сдвигом артикуляционной кривой вправо по горизонтали. Фонемические слуховые расстройства, вопреки ожиданиям, нарастали с возрастом незначительно. Этот вид нарушений проявлялся в неустановлении высоких уровней разборчивости, в некотором увеличении ее динамического диапазона, умеренном несоответствии экспериментальной и расчетной разборчивости (см. рис. 1). В частности, измеренная разборчивость на уровне 70-80% у людей 60-69 лет устанавливалась при интенсивности на 3-5 дБ выше, чем расчетная.

Кроме того, у людей пожилого и особенно старческое возраста редко определялись высокие (85-100%) уровни разборчивости. По расчетным же данным, эти уровни, хотя и асимптотически, но устанавливались.

Лопотко А.И., Плужников М.С., Атамурадов М.А.

Старческая тугоухость (пресбиакузис)

УДК 534.773

И.В. ПРАСОЛ, канд. техн. наук, ХНУРЭ (г. Харьков),

А.С. НЕЧИПОРЕНКО, ХНУРЭ (г. Харьков)

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ У БОЛЬНЫХ

НЕЙРОСЕНСОРНОЙ ТУГОУХОСТЬЮ

Запропоновано новий спосіб підвищення розбірливості мови у хворих на нейросенсорну тугоухість, який базується на фільтрації мовного сигналу. В результаті фільтрації відбувається відокремлення найбільш значущих областей мовного спектру, що впливають на сприйняття мови хворим. Даний спосіб дозволяє поліпшити сприйняття мови у хворих з втратою чутності у діапазоні частот вище 1 кГц.

A new method to improve phrase intelligibility of people sick neurosurgery sensory hearing loss is suggested. It is based on the filtering voice. As a result of the filtering the most significant areas of speech spectrum which affect on speech perception patients are detected. This method helps improve the perception of speech of patients with hearing loss in the range above 1 kHz.

Постановка проблемы. В настоящее время всё большее число людей страдают нарушениями слуха. Причины снижения слуха могут быть разными, это и длительное воздействие чрезмерного шума, и общее ухудшение экологии, и осложнения после перенесенных болезней, травмы, генетические нарушения. Среди патологий слуховой системы лидирует нейросенсорная тугоухость, - ослабление слуха с сохранившимся восприятием речи, обусловленное поражением звуковоспринимающего аппарата или центрального отдела слухового анализатора. Она может быть следствием поражения как нейросенсорных эпителиальных клеток спирального органа, так и подкорковых, и корковых слуховых центров . Однако чаще всего нейросенсорная тугоухость обусловлена патологией рецептора и корешка преддверно-улиткового нерва. Данное заболевание не излечимо хирургическим путем, поэтому больному назначают слухопротезирование. Слуховой аппарат должен скорректировать индивидуальные особенности слуха, характерные для данного вида патологии . Для этих целей существует ряд алгоритмов обработки звука, реализованных в аналоговых слуховых аппаратах. Это алгоритмы частотно зависимого усиления, амплитудной компрессии, фильтрации помех. Однако реализация сложных алгоритмов обработки речевых сигналов, адаптируемых к индивидуальному характеру потерь слуха у пациентов, возможна только в цифровых слуховых аппаратах . Цифровая обработка сигналов позволяет применять высокоэффективные адаптивные алгоритмы с возможностью индивидуальной настройки параметров при неизменном аппаратном ядре.

Анализ литературы. Проведен анализ методов цифровой обработки сигналов . Изучены особенности восприятия речевого сигнала, существующие методы выделения формант из его спектра , а также методы

обработки речевого сигнала, позволяющие повысить разборчивость сигнала как для пациентов с нормальным слухом, так и для слабослышащих пациентов с диагнозом нейросенсорная тугоухость . Однако существующие методы повышения разборчивости речи не учитывают такую особенность нейросенсорной патологии как потеря слышимости в диапазоне свыше 1 кГц. Формантный анализ не использовался для создания адаптивных алгоритмов повышения словесной разборчивости.

Цель данной статьи - разработать способ повышения разборчивости речи у больных нейросенсорной тугоухостью.

Разборчивость речи у больных нейросенсорной тугоухостью.

Известно, что нейросенсорная тугоухость характеризуется повышением порогов слышимости, а также ухудшением слышимости в диапазоне свыше 1 кГц, что, в свою очередь, приводит к потере восприятия у таких больных высокочастотных компонент речи. Следствием такого ограниченного восприятия является значительное ухудшение разборчивости речи. Причина этого кроется в особенности локализации звуков речевого сигнала, а именно: согласные звуки в большинстве своём находятся в области частот выше 1 кГц, а гласные - в низкочастотном диапазоне. Поскольку на разборчивость речи преимущественно влияет восприятие согласных, то оставшийся речевой спектр из-за превалирования в нём гласных звуков становится нечётким и трудным для понимания. Исходя из вышесказанного, предлагается улучшить разборчивость речевого сигнала путём увеличения чёткости за счёт удаления частей спектра.

Особенности восприятия речевого сигнала. Любой речевой сигнал состоит из простейших звуков речи, называемых фонемами . Известно, что каждой фонеме соответствует своя форма голосового тракта человека, которая варьируется в соответствии с изменением положения языка, губ, зубов, в зависимости от этого меняются и частоты голосового тракта, в том числе и резонансные. Области спектральных максимумов речевого сигнала, соответствующие резонансным частотам голосового тракта, называются формантами. Форманта характеризуется частотой, шириной и амплитудой . Распознавание фонем базируется на восприятии формант как наиболее информативных признаков речевого сигнала. Также следует отметить, что распознавание каждой фонемы происходит в основном по положению первых двух формант. Учитывая данные факторы, а также такую особенность больных нейросенсорной тугоухостью как снижение частотной селективности, предлагается удалить из речевого спектра области, граничащие с формантными полосами.

Фильтрация речевого сигнала. В ходе эксперимента обрабатывалось несколько различных сигналов разных дикторов. Речевой сигнал преобразовывался в цифровой код и обрабатывался на ЭВМ. Для

идентификации формантных пиков гласных был использован программный пакет «Cool Edit Pro» , который позволяет проводить спектральный анализ речевого сигнала. Для получения спектральной характеристики аналогового сигнала, представленного в дискретной форме было использовано быстрое преобразование Фурье (БПФ), результатом которого является представление сигнала в виде набора из n частот

F = {F1,F2,...,Fn }. (1)

Влияние шумовых источников на речевой сигнал может привести к образованию пиков моментального спектра, не являющихся частью речевого сигнала. Такие пики называются ложными .

Определим пик как максимум интенсивности энергии сигнала в определенном интервале d на оси частот и выразим функцию P(Fk, d) проверки максимума в интервале d следующим образом:

Г1, при A, > max Л, k Ф j,

I к к-d

P(Fk, d) = \ j (2)

10, при Ak < ІШХ Aj , k ф j.

^ k-d

Тогда нахождение всех пиков сведется к нахождению частот разложения F є F, для которых выполняется условие P(F, d) = 1. Данный способ нахождения пиков называют последовательным проходом.

Поскольку наибольшее влияние на распознавание речевого сигнала оказывают первые две форманты, осуществляем фильтрацию формантных областей первых двух пиков. На рис. 1 изображен моментальный спектр

сигнала (одна выделенная форманта) до фильтрации. На рис. 2 изображен

моментальный спектр после фильтрации. Фильтрация производилась по формулам:

Fa = Fk - mx2 1 , (3)

F = F + _2--------maxL (4)

A b i max 1 2 ’ ^"

где Fa, F1, Fb, F2 - границы формантных областей подлежащих удалению; Fmax - пиковая частота форманты.

F = F + F 2 F max (4)

В результате фильтрации происходит выделение наиболее значимых областей речевого спектра, а также уменьшение маскировки нижних граничных частот последующих полос, оставшихся формантными полосами.

Для создания необходимых фильтров был проведен частотный анализ гласных и согласных звуков. Спектральная огибающая содержит большое число пиков отдельных частот, однако большая их часть неинформативна и находится в области выше 1 500 Гц. Основную речевую информацию несут в

себе пики с относительно большой амплитудой в диапазоне 70 Гц - 900 Гц . На рис. 3 представлен спектр звука "Е", где отчётливо различимы формантные пики в данном диапазоне.

Рис. 2. Формантная линия после фильтрации

Рис. 3. Спектр звука "Е" до фильтрации 163

Рис. 4. Спектр звука "Е" после фильтрации

Удаление частотных полос осуществлялось с помощью фильтров, которые создавались в опции меню РБТ-фильтр, согласно расчётным данным. В результате получена спектральная характеристика сигнала, представленная на рис. 4, откуда можно сделать вывод о сужении формантных областей, а также об увеличении амплитуды сигнала в области первых двух формантных пиков.

На рис. 5 - 8 представлены спектральные характеристики звуков Ж, Б до и после фильтрации.

Рис. 5. Спектр звука "Ж" до фильтрации 164

Таким образом проводилась обработка каждого звука всей речевой последовательности. Поскольку падение кривой слышимости у больных нейросенсорной тугоухостью начинается с 1кГц, на спектр также накладывался фильтр, отсекающий частоты выше 1кГц.

Рис. 6. Спектр звука "Ж" после фильтрации

Рис. 7. Спектр звука "Б" до фильтрации

Рис. 8. Спектр звука "Б" после фильтрации

Оценка влияния предлагаемого способа обработки на восприятие

речи. Для оценки влияния предлагаемого способа обработки на восприятие речевого сигнала группе больных нейросенсорной тугоухостью из 20 человек было предложено прослушать и сравнить два сигнала: исходный и прошедший предварительную обработку. Все больные имели опыт пользования слуховыми аппаратами в течение ряда лет. Следует отметить, что больные обладали невысокой исходной разборчивостью речи (менее 51%). Для оценки разборчивости были использованы речевые таблицы многосложных слов Гринберга, учитывающие фонетические особенности, характерные для русской речи . Выходной сигнал не подвергался никаким дополнительным преобразованиям, кроме регулировки громкости для комфортного восприятия конкретным пациентом. Результаты исследования для 6 человек приведены в таблице.

Результаты исследования

Испытуемые с диагнозом нейросенсорная тугоухость Разборчивость исходного речевого сигнала (%) Разборчивость обработанного речевого сигнала (%)

Степень тугоухости Возраст испытуемого

Выводы. Анализируя полученные данные можно сделать вывод о повышении разборчивости речи у больных в пределах 5 - 18 %. Результаты исследования для остальных пациентов аналогичны, значения разборчивости находятся в пределах вышеуказанного диапазона. Следовательно, в результате фильтрации частотных полос спектра, граничащих с формантами, увеличивается чёткость речевого сигнала. Выделение наиболее информативных областей спектра способствует улучшению восприятия речевой последовательности, речь становится более внятной и понимаемой. Использование предлагаемого способа обработки речевого сигнала позволяет достоверно повысить разборчивость речевого сигнала у больных нейросенсорной тугоухостью. Таким образом, это открывает возможность создания адаптивного алгоритма повышения словесной разборчивости.

Список литературы: 1. Нейман Л.В., Богомильский М.Р. Анатомия, физиология и патология органов слуха и речи. - "Владос", 2001. - 224 с. 2. Прасол И.В., Кобылинский А.В. Методика оптимизации цифровых схем биомедицинских устройств // Прикладная радиоэлектроника. - 2007. -Т. 6. - № 1. - С. 51-55. 3. Прасол И.В., Кобылинский А.В. Алгоритмы проектирования адаптивных цифровых слуховых аппаратов / 7-я научно-техническая конференция "Медикотехнические технологии на страже здоровья". Сборник научных трудов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - С. 54-56. 4. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978. - 848 с. 5. Гельфанд С.А. Слух: Введение в психологическую и физиологическую акустику. - М.: Медицина, 1984. 6. Петров С.М. Полосовая фильтрация речевого сигнала - восприятие речи в норме и при нейросенсорной тугоухости // Вестник оториноларингологии. - 2000. - N° 3. - С. 55-56. 7. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов. - М.: Радио и связь, 1981. - 496 с. 8. ttp://www.adobe.com/special/ products/audition/syntrillium.html. 9. Сердюков В.Д. Опознавание речевых сигналов на фоне мешающих факторов. - Тбилиси: Наука, 1987. - 142 с. 10. Чистович Л.А., Венцов А.В., ГранстремМ.П. Физиология речи. Восприятие речи человеком. - Л.: Наука, 1976. - 388 с. 11. Джеймс Л. Фланаган Анализ, синтез и восприятие речи. - М.: Связь, 1968. - 396 с.

Понятность и разборчивость речи

Понятность речи - основная характеристика, определяющая пригодность тракта для передачи речи. Непосредственное определение этой характеристики может быть осуществлено статистическим методом с привлечением большого числа слушателей и дикторов. Количественное определение понятности речи – разборчивость .

Разборчивостью речи называют относительное или процентное число правильно принятых элементов речи из общего числа переданных по тракту. Элементы речи – сложные звуки, слова, фразы, цифры. Соответственно различают слоговую , звуковую , словесную , смысловую и цифровую разборчивости . Между ними существует статистическая взаимосвязь. В практике преимущественно используют слоговую, словесную и смысловую разборчивости.

Для измерений разборчивости разработаны специальные таблицы слогов с учетом встречаемости их в русской речи. Эти таблицы называются артикуляционными . Разборчивость измеряют с помощью тренированной бригады слушателей без нарушений слуха и речи путем проведения субъективно-статистических экспертиз. При этом измерения могут проводиться различными методами, например, методом бальной оценки, методом определения процента правильно принятых слов и т.д.

Зависимость между разборчивостью речи и ее понятностью, приведена в табл. 16.1. В этой таблице понятность речи оценена четырьмя градациями:

1) отличная, если понятность полная, без переспросов;

2) хорошая, если у слушателей возникла необходимость в отдельных переспросах редко встречающихся слов или отдельных названий;

3) удовлетворительная, если слушатели сообщили, что им трудно понимать, имели место частые переспросы;

4) предельно допустимая, если требовались неоднократные переспросы одного и того же материала с передачей отдельных слов по буквам при полном напряжении слуха.

Таблица 16.1

Причинами снижения разборчивости являются акустические шумы в помещении, помехи от реверберации и диффузного звука, недостаточное усиление сигналов первичного источника звука.

Системы озвучения и звукоусиления должны обеспечивать требуемую понятность речи. При передаче информационных программ, проведении митингов и собраний необходима отличная понятность речи, которая обеспечивается при 80 % слоговой и 98 % словесной разборчивостях. Для диспетчерской связи полная разборчивость речи (удовлетворительная понятность) получается при 40...50 % слоговой и 87...93 % словесной разборчивостях. Поэтому при расчете диспетчерской связи ориентируются на меньшие величины разборчивости, чем при расчетах систем широкого применения.

Существует связь между разборчивостью речи, условиями приема и характеристиками трактов передачи, которую удалось установить при помощи формантной теории, разработанной Флетчером и Коллардом.

Области концентрации энергии в том или ином участке частотного диапазона называются формантами . Их расположение зависит как от положения звука в слове или фразе, так и от индивидуальных особенностей артикуляционного аппарата человека. Каждый звук имеет несколько формант. Форманты звуков речи заполняют частотный диапазон от 150 до 7000 Гц.

Этот диапазон частот условились поделить на 20 полос, в каждой из которых вероятность появления формант одинакова. Такие полосы частот назвали полосами равной разборчивости . Они определены для ряда языков, в том числе для русского. Установили, что вероятность появления фомант подчиняется правилу аддитивности. При достаточно большом количестве звукового материала вероятность появления формант в каждой полосе равна 0,05.

Форманты имеют различные уровни интенсивности: у звонких звуков они выше, чем у глухих. При увеличении уровня акустических шумов сначала маскируются форманты с низкими уровнями, а затем с более высокими. В результате маскировки уменьшается вероятность восприятия формант. Коэффициент, определяющий это уменьшение в к - й полосе, называют коэффициентом восприятия или разборчивости к ф . Иначе говоря, в к -ой полосе вероятность приема формант

где коэффициент восприятия формант к ф зависит от уровня ощущения, который в свою очередь определяется разностью между средним спектральным уровнем речи В р в полосе равной разборчивости и спектральным уровнем шумов и помех в той же полосе В ш :

Е ф = В р - В ш . (16.2)

Коэффициент восприятия (разбогрчивости) может быть определен по графику, представленному на рис. 16.1. На этом графике приведены уровни ощущения Е ф и соответствующие им коэффициенты восприятия к ф .

Для уровней ощущения 0-18 дБ к ф может быть определен приближенно по формуле k ф =(Е+ 6)/30.

Рисунок 16.1.Интегральное распределе­ние уровней речи.

В общем случае для каждой полосы равной разборчивости коэффициент восприятия будет разным. Общая формантная разборчивость в речевом диапазоне частот определяется из

(16.3)

Рисунок 16.2.Зависимость слоговой разборчивости от формантной.

Зависимость между формантной и другими видами разборчивости была найдена экспериментально. Такая зависимость для слоговой разборчивости показана на рис. 16.2. Из этого рисунка видно, что почти полная понятность речи (слоговая разборчивость равна 80 %) получается при приеме лишь половины всех формант (формантная разборчивость равна 0,5), что свидетельствует об избыточности речи и комбинационной способности мозга.

Определение разборчивости речи для озвучиваемых помещений прежде всего осуществляют для точек озвучиваемой поверхности с минимальным уровнем прямого звука и максимальным уровнем акустичеких шумов. Спектральный уровень прямого звука у слушателя, находящегося в такой точке,

, (16.4)

где В рм -спектральный уровень речи у микрофона (определяется из таблиц);

,

где r м - удаление микрофона от оратора; - спектральный уровень речи на расстоянии 1 м (определяется из справочных таблиц);
- индекс усиления (индекс тракта - разность между уровнями звука, создаваемыми громкоговорителем системы звукоусиления у уха слушателя и первичным источником звука на входе микрофона).

Эти данные определяют для каждой полосы равной разборчивости. Для этих же полос спектральные уровни шумов и помех в месте слушания

где В аш - спектральный уровень акустических шумов (определяется из справочных таблиц); В п - спектральный уровень помех от речи (самомаскировка речи),

где
- поправка на помехи от диффузного звука (R - акустическое отношение в расчетной точке); N д - дифракционная поправка, поправка на отражение от головы слушателя (определяется из справочных таблиц);
- поправка на реверберационные помехи (Т р - время реверберации).

Уровень акустических шумов не зависит от индекса тракта, в то время как уровень помех от речи растет с увеличением индекса тракта (16.4), (16.6). Поэтому для повышения уровня ощущения целесообразно увеличивать индекс тракта. После достижения условия

В п = В аш + 6 (16.7)

дальнейшее увеличение индекса тракта не рационально, так как уровень ощущения в пределе может повыситься лишь на 1 дБ. Это условие с учетом (16.4), (16.6), (16.7) определяет индекс тракта

Такой индекс тракта называют рациональным . Он в основном определяется максимальным значением акустического отношения
в расчетной точке и временем реверберации.

При рациональном усилении из (16.5) следует, что

В ш = В п + 1, (16.9)

т.е. вклад акустических шумов В аш в общий уровень шумов и помех незначителен.

Полученные выражения позволяют определить разборчивость и понятность речи. Для этого по формулам (16.4), (16.6), (16.9) находят уровни речи, шумов и помех и далее по формуле (16.2) определяют уровень ощущения формант Е ф для каждой полосы равной разборчивости. Графическая зависимость, представленная на рис. 16.1, позволяет найти коэффициенты разборчивости к ф , соответствующие полученным значениям Е ф . Общая формантная разборчивость А в речевом диапазоне частот находится из выражения (16.3), а соответствующая ей слоговая разборчивость определяется по рис. 16.2. Понятность речи определяется по табл. 16.1.

Методы повышения разборчивости речи

Снижение уровней помех. (На практике этого достигнуть удается не всегда). Стараются увеличивать L p у слушателя(приближение микрофона, увеличение уровня голоса говорящего).

Повышение уровня звукового давления у слушателя по прямому звуку, приближением микрофона к источнику звука, повышением уровня голоса говорящего, увеличением индекса тракта.

Сжатие D речевого сигнала - повышение уровней звукового давления слабых звуков при сохранении максимальных уровней звукового давления.

Предельным случаем сжатия D является амплитудное ограничение - клиппирование . При этом речевой сигнал превращается в последовательность импульсов постоянной амплитуды, но с меняющимися интервалами между нулевыми переходами (телеграфный режим работы). В результате все звуки речи будут иметь одинаковый (максимальный) уровень при приеме. Качество звучания в этом случае ухудшается, но разборчивость резко повышается, так как слабые звуки не клиппированной речи, маскирующиеся помехами, при таком способе передачи окажутся выше уровней помех.

Применение вокодеров.

Вокодер представляет собой устройство, в передающей части которого из речевого сигнала выделяются параметры, определяющие информативность речи: спектральные огибающие звуков речи и параметры основного тона речи, т.е. медленно меняющиеся во времени признаки звуков речи.

В приемной части вокодера имеется сложный фильтр, имитирующий акустическую систему речевого тракта для звонких звуков речи и глухих. Уровнем синтезируемых звуков и параметрами фильтров управляют сигналы, выделенные на передающем конце вокодера, в результате чего восстанавливается спектральная огибающая речевого сигнала. Качество и разборчивость восстановленного сигнала получаются достаточно высокими.

Увеличение средней мощности сигнала, а следовательно разборчивости, за счет разделения сигнала на огибающую и мгновенную фазы и их особая обработка.

Расчет разборчивости речи

Вычисляем спектральные уровни речи с поправкой на расстояние от микрофона

, (16.10)

где В’ p – спектральный уровень речи на расстоянии 1 м (определяется из справочных таблиц).

2. По заданному спектру и уровню акустических шумов находим его спектральные уровни В а (определяется из справочных таблиц).

3. Определяем суммарную поправку ΣΔ L .

4. Определяем фактический индекс тракта Q мс .

5. Все данные заносятся в таблицу.

6. Вычисляем спектральные уровни речи у слушателя

(16.11)

7. Вычисляем спектральные уровни помех

. (16.12)

8. Суммируем спектральные уровни помех со спектральными уровнями акустических шумов

9. Вычитаем из спектрального уровня речи спектральный уровень суммарных помех и шумов и получаем уровень ощущения формант

. (16.14)

10. По найденному уровню ощущения находим коэффициент разборчивости k ф;

для 0. (16.15)

или находим его точные значения по таблице. Все вычисленные значения заносим в сводную таблицу.

11. Суммируем полученные величины коэффициентов разборчивости и находим формантную разбочивость

. (16.16)

По формантной разборчивости определяем слоговую S и словестную W разборчивсти и понятность речи.

Из анализа данных коэффициента разборчивости следует, что нижние частоты передаются намного хуже верхних. Так как есть запас по предельному индексу тракта на этих частотах, то можно спроектировать их примерно на 4 дБ. Разборчивость от этого практически не изменится, но повысится качество звучания.

Для ориентировочного определения разборчивости речи можно воспользоваться сокращенной методикой расчета. Если спектры речи и шумов изменяются по частоте не очень резко,то нет смысла вычислять их для всехполос равной разборчивости, а достаточно расчитать из на октавных частотах.

Октаве 173-350 Гц соотетствует одна полоса равной разборчивости (200-350 Гц).

Октава 350-700 Гц охватывает три полосы (330-465);

Октава 700-1400 Гц включает в себя 4 полосы (750-900);

Октава 1400-2800 Гц → 6 полос (1410-2840).

Октава 2800-5600 Гц → 5 полос (2840-5640).

Участок дапазона 5600-7000 Гц соответствует последней полосе равной разборчивости (5640-7000).

С учетом этого формантная разборчивость определяется по формуле

где k ф1 - k ф6 – коэффициенты разборчивости на октавных частотах.

По полученным Гессом (Hess) данным, при речевой аудиометрии у части тугоухих дискриминация, или разборчивость речи, значительно более нарушена, чем тональный слух. Это нарушение фонематического слуха названо им «фонемической регрессией». Она чаще встречается в пожилом возрасте, при неврите или старческой тугоухости. Тональная аудиограмма показывает незначительное понижение слуха, плавно возрастающее на высоких частотах, фонематический же слух несоответственно резко понижен.

Часто при этом у больных имеются симптомы сосудистых нарушений. По мнению автора, фонемическая регрессия предшествует более серьезным нарушениям умственной деятельности и обусловливается частичным нарушением кровообращения мозга. По Кархарту, фонемическая регрессия является признаком центральной глухоты.

Ранним признаком коркового поражения слуха является нарушение разборчивого восприятия речи в условиях нагрузки на психику, напряжения , а также при наличии шумовых помех или при небольших дефектах дикции говорящего. Нами установлено, что по времени появления он часто предшествует заметному понижению восприятия чистых тонов. У многих таких больных имелось понижение лишь на С4096 в пределах 10-15 дб.

В дальнейшем нарушение отмечается и в обычной обстановке . При исследовании слуха обнаруживается диссоциация между речевым и тональным слухом и gовышенная утомляемость органа слуха. Наконец, в поздней стадии вследствие распространения торможения по системе звукового анализатора на подкорковые узлы наступает ухудшение и тонального слуха.

Членораздельное, четкое слышание, восприятие и понимание речи представляют собой высшую функцию коркового конца слухового анализатора. Она осуществляется на основе выработанных у человека в процессе овладеваyия речью временных связей путем выделения сигнальных признаков речи и торможения других несущественных признаков. Добавочное, хотя бы и небольшое, искажение при передаче звуков речи радиоаппаратурой и телефоном повышает требования к анализу и синтезу, с которыми при расстройстве функциональной деятельности коры мозга трудно справиться. Именно этим объясняется раннее появление затруднений при слушании радио, при разговоре по телефону и т. д.

Ухудшение разборчивости восприятия речи выявляется в первую очередь в отношении односложных слов; при этом может еще сохраниться хорошая разборчивость двусложных слов. Так, если больной разбирает односложные слова на расстоянии не более 1 м, то двусложные примерно такого же звукового состава он слышит на расстоянии 5-6 м. Больные жалуются врачу, что они плохо слышат речь человека и часто переспрашивают, что подтверждается при исследовании разговорной и шепотной речью; между тем тональная аудиограмма может при этом быть совершенно нормальной. Такую столь резкую диссоциацию между тональным и речевым слухом мы наблюдали у нескольких больных при гипертонической болезни.

Следует подчеркнуть, что при гипертонической болезни обычно не бывает глубокого нарушения анализа и синтеза речи, как это отмечено у больных с поражением коры левой височной доли мозга. Если слова произносятся с достаточной громкостью, анализ происходит нормально. По некоторым данным, при гипертонии отмечается гиперакузия - легкая возбудимость органа слуха на высокие звуки.
В частности, это сказывается в том, что на громкие звуки больные реагируют повышением кровяного давления; при помещении больных в тихую звукоизолированную комнату давление падает.