Přínos binaurální korekce pro srozumitelnost řeči - vliv tíže sluchové vady

Transkript

1 PŮVODNÍ PRÁCE Přínos binaurální korekce pro srozumitelnost řeči - vliv tíže sluchové vady Havlík R. AUDIO-Fon centr s.r.o., Brno, přednosta doc. MUDr. M. Lejska, CSc. SOUHRN Práce analyzuje kvantitativní přínos binaurální korekce oproti korekci monaurální pro srozumitelnost řeči na pozadí bílého šumu v přesně definovaných odstupech signál-šum (SNR). Za tímto účelem bylo vyšetřeno celkem 189 uživatelů binaurální korekce, kteří byli rozděleni podle tíže své sluchové vady do tří skupin, a to v kategoriích průměrného prahu sluchu (na frekvencích 500 Hz, 1 khz, 2 khz a 4 khz) db HL, db HL a db HL. Hodnocen je benefit v jednotlivých skupinách a jeho vzájemné porovnání. Z výsledků vyplývá, že zlepšení rozumění nastává především v negativních hodnotách SNR a globální přínos druhého sluchadla pro rozumění je tím větší, čím je sluchové postižení těžší. Klíčová slova: binaurální korekce, monaurální korekce, práh sluchu, akustický signál, audiometrická křivka. Otorinolaryng. a Foniat. /Prague/, 58, 2009, č. 4, s SUMMARY Havlík R.: The Benefit of Binaural Amplification for the Speech Intelligibility - The Influence of the Degree of the Hearing Loss The paper analyzes the quantitative benefit of binaural amplification in comparison to monaural one for the speech intelligibility on the background noise in precisely defined SNR (signal-to-noise ratios). 189 hearing impaired persons who decided to use a hearing aid on both ears have been examined. They were divided into 3 groups according to the degree of their hearing loss (40-49 db HL, db HL, db HL). The author evaluated the benefit within each group and the mutual comparisons. The results indicate that the speech intelligibility improvement occurs especially in the negative values of SNR and the global benefit of the second hearing instrument is directly related to the severity of the hearing loss. Key words: binaural amplification, monaural amplification, SNR, hearing loss, acoustic signal, audimetric curve. Otorinolaryng. a Foniat. /Prague/, 58, 2009, No. 4, pp ÚVOD Při analýze komplexního akustického signálu se v centrálním sluchovém orgánu mimo jiné uplatňuje schopnost zvýšit poměr signál-šum (4, 6, 24), a to na základě vzájemného porovnání signálů přicházejících z pravého a levého ucha. Při analýze řeči na pozadí neřečového signálu tak dochází ke zdůraznění právě signálu řečového (9). Tato funkce centrální části sluchového aparátu je tím přínosnější, čím jsou poslechové podmínky horší (23). Samozřejmým limitem dosažení srozumitelnosti je schopnost periferního sluchového ústrojí vzájemně ještě oddiferencovat řečový a neřečový signál. MATERIÁL A METODIKA Základní podmínky pro zařazení probandů do výzkumného souboru A) Percepční nedoslýchavost kochleárního typu s mírně klesajícím průběhem audiometrické křivky (shallow slope). B) Stranová symetrie sluchového postižení (průměrný mezistranový rozdíl prahů sluchu na frekvencích 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz a 4000 Hz není větší než 5 db a mezistranový rozdíl prahu sluchu na jednotlivých frekvencích není větší než 10 db). C) Průměrný práh sluchu na uvedených frekvencích se pohybuje v rozmezí db HL. D) Věk od 18 let výš. E) Svobodné a uvážené rozhodnutí probandů pro binaurální korekci. F) Aplikace závěsných nebo zvukovodných dvoukanálových digitálních sluchadel, která nedisponují schopností redukovat neřečový signál. G) Dobrá spolupráce pacientů a lucidita v průběhu celého vyšetřovacího a nastavovacího procesu. H) Osoby zařazené do souboru musí být praváci. I) U žádného probanda nesmí být přítomen trvalý tinnitus. 204

2 Uspořádání experimentu Měření byla prováděna v prostorné tiché komoře simulující volné pole a odpovídající požadavkům pro audiometrická vyšetření, k tomuto účelu schválené. Vyšetřovaná osoba byla posazena do jejího středu. Ve výši hlavy byly ve vzdálenosti 1 metru umístěny dva reproduktory, první v azimutu 0 stupňů, druhý v azimutu 180 stupňů. Signál (řeč) přicházel z předního reproduktoru, kompetitivní šum (WN) ze zadního. Vyšetření byla prováděna v den provedení binaurální korekce, tedy bez jakékoli předchozí adaptace na ni. Při monaurálním vyšetření bylo sluchadlo umístěno na pravém uchu. Použité akustické signály Jako řečový signál byla použita česká slovní audiometrie, konkrétně její druhá smíšená sestava pro dospělé, zaznamenaná na originálním CD nosiči (nahráno na ORL klinice UP Palackého v Olomouci, 1994). Je složena z deseti dekád jedno-, dvou- a tříslabičných slov (podstatná a přídavná jména, zájmena, číslovky, slovesa a příslovce), v jednotlivých dekádách co možná nejvíce fonologicky vyvážených. Byla originálně publikována už v roce 1960 (21), a ačkoli některé výrazy nyní již neodpovídají aktuální skladbě českého jazyka (5), dodnes slouží jako jedno ze standardních audiometrických vyšetření v klinické audiologii. I když byla později doplněna o některé speciální verbální testy, ve své ryzí podobě doposud nebyla v českém jazyku překonána. K přehrávání byl použit CD přehrávač Sony CDP-311, kalibrovaný klinický audiometr Interacoustics AC 40 a reproduktor SAPARA-UNI AQ-130 (8 ohmů, špičkový výkon 130 W/ 3 s). Jako kompetitivní signál byl použit bílý šum (WN) o konstantní intenzitě produkovaný druhým kanálem klinického audiometru Interacoustics AC 40, přes druhý reproduktor SAPARA-UNI AQ- 130 (8 ohmů, špičkový výkon 130 W/ 3 s). Před vlastním vyšetřením byl každý proband podrobně poučen o svém úkolu: zopakovat slyšené slovo na pozadí rušivého šumu. Akceptována byla pouze správně reprodukovaná slova, jakákoli nepřesnost byla zaznamenána jako chybná odpověď. Odstupy signál-šum Řečový signál byl aplikován v intenzitách 75 db, 65 db, 55 db a 45 db nastavených na audiometru, samozřejmě s vědomím, že okamžitá hladina intenzity (odpovídající amplitudě signálu) není ve slově konstantní a závisí na jeho hláskové skladbě (obr. 1). Hodnota bílého šumu byla nastavena trvale na 65 db. Vyšetření bylo tedy provedeno na úrovních poměru signál-šum +10 db, 0 db, - 10 db a - 20 db. Obr. 1. Amplitudový záznam jedné z dekád české slovní audiometrie na pozadí tucha. Velikost výchylky odpovídá množství akustické energie, kterou nesou jednotlivé hlásky. Obr. 2. Sonogram slovní audiometrie, dekáda slov 65 db na pozadí ticha. Obr. 3. Sonogram slovní audiometrie, dekáda slov, SNR + 10 db, WN 65 db. Obr. 4. Sonogram slovní audiometrie, dekáda slov, SNR - 0 db, WN db. 205

3 jemnější hladiny hlasitosti a stranového vyvážení poslechu. Ušní vložky byly vybaveny příslušným kalibrem ventingu a hloubkou usazení ve zvukovodu (1, 2, 7, 13). Obr. 5. Sonogram slovní audiometrie, dekáda slov, SNR 10 db, WN 65 db. Způsob statistického hodnocení výsledků Testování bylo provedeno pomocí dvouvýběrového párového t-testu na střední hodnotu (u souborů se stejným počtem prvků a hodnocením více jevů u jednotlivých probandů) a pomocí dvouvýběrového t-testu s nerovností rozptylů (u souborů s odlišným počtem prvků a rozdílnými hodnotami rozptylu). Číslo p vynásobené 100 udává riziko mylného přijetí alternativní hypotézy. VÝSLEDKY Celkem bylo vyšetřeno 189 osob. Soubor probandů byl rozdělen do tří skupin podle tíže sluchového postižení (průměrný práh sluchu db HL: 40 probandů, db HL: 84 probandů a db HL: 65 probandů). Obr. 6. Sonogram slovní audiometrie, dekáda slov, SNR 20 db, WN 65 db. Na obrázcích 2-6 jsou zobrazeny sonagramy jedné z deseti použitých dekád, pořízené prostřednictvím software lingwaves, verze 2.5, mikrofon Center 322 data logger sound level meter, ve výše uvedených akustických podmínkách. Použitá sluchadla Pro experiment byla použita výhradně závěsná a zvukovodová dvoukanálová digitální sluchadla, která nedisponují schopností redukce neřečového signálu. Parametry zesílení byly primárně nastaveny prostřednictvím příslušného software na základě zadaného prahového tónového audiogramu a prahu nepříjemného poslechu (20). Použitá pravidla zesílení byla Loudness mapping a NAL- NL1 dle doporučení příslušného výrobce. Matematická hodnota zesílení (10) byla dle potřeby interaktivně klinicky upravena do úrovně nejpří- 1. Srovnání zlepšení průměrné srozumitelnosti řeči při binaurální korekci vzhledem ke korekci monaurální v jednotlivých skupinách probandů Porovnáváno je zlepšení průměrného rozumění řeči pomocí dvouvýběrového párového t-testu na střední hodnotu. Průměrné zlepšení rozumění uvádí, o kolik procent je průměrná srozumitelnost při binaurální korekci lepší ve srovnání s korekcí monaurální. Výsledek t-testu uvádí matematickou hodnotu statistického zpracování - čím je vyšší, tím je validita větší. Hodnota p uvádí, jaká je míra pravděpodobnosti mylného přijetí výsledku - čím je nižší, tím je riziko omylu menší. Skupina db HL SNR -20 db 18,0 % t = 6,89 p = 1,51 x 10-8 SNR -10 db 18,5 % t = 7,74 p = 1,05 x 10-9 SNR 0 db 6,0 % t = 6,00 p = 4,58 x 10-6 SNR +10 db: 1,5 % t = 2,62 p = 6,18 x 10-3 průměrného zlepšení rozumění: 44,0 % 206

4 Skupina db HL SNR -20 db 14,4 % t = 9,55 p = 2,62 x SNR -10 db 21,2 % t = 12,07 p = 2,91 x SNR 0 db 9,4 % t = 7,99 p = 3,48 x SNR +10 db 3,2 % t = 5,44 p = 2,61 x 10-7 průměrného zlepšení rozumění: 48,2 % Skupina db HL SNR -20 db 11,4 % t = 7,21 p = 4,00 x SNR -10 db 22,9 % t = 11,78 p = 5,55 x SNR 0 db 11,4 % t = 8,55 p = 1,73 x SNR +10 db 4,8 % t = 5,42 p = 4,84 x 10-7 průměrného zlepšení rozumění: 50,5 % 2. Průměrné zlepšení rozumění řeči v jednotlivých SNR ve stejné skupině tíže sluchového postižení Porovnáváno je zlepšení průměrného rozumění řeči při binaurální korekci v sousedních hodnotách SNR pomocí dvouvýběrového párového t-testu na střední hodnotu. Skupina db HL SNR -20 vs SNR -10 0,5% t = 0,13 p = 4,5 x 10-1 SNR -10 vs SNR 0 12,5% t = 5,28 p = 2,6 x 10-6 SNR 0 vs SNR +10 4,5% t = 3,98 p = 1,44 x 10-4 Skupina db HL SNR -20 vs SNR -10 6,8% t = 2,80 p = 3,14 x 10-3 SNR -10 vs SNR 0 11,8% t = 6,25 p = 8,62 x 10-9 SNR 0 vs SNR +10 6,2% t = 5,07 p = 1,17 x 10-6 Skupina db HL Rozdíl rozumění Výsledek t-testu Hodnota p SNR -20 vs SNR ,5% t = 4,28 p = 3,20 x 10-5 SNR -10 vs SNR 0 11,5% t = 5,31 p = 7,37 x 10-7 SNR 0 vs SNR +10 6,6% t = 5,01 p = 2,28 x Průměrné zlepšení srozumitelnosti v jednotlivých SNR Porovnáváno je zlepšení průměrného rozumění řeči při korekci binaurální ve stejných hodnotách SNR v jednotlivých skupinách tíže sluchového postižení pomocí dvouvýběrového t-testu s nerovností rozptylů. SNR - 20 db vs ,6% t = 1,19 p = 0, vs ,6% t = 2,16 p = 0, vs ,0% t = 1,38 p = 0,08 SNR - 10 db vs ,7% t = 0,91 p = 0, vs ,4% t = 1,44 p = 0, vs ,7% t = 0,66 p = 0,25 SNR - 0 db vs ,4% t = 2,05 p = 0, vs ,4% t = 3,03 p = 0, vs ,0% t = 1,11 p = 0,13 207

5 SNR + 10 db vs ,7% t = 2,09 p = 0, vs ,3% t = 3,12 p = 0, vs ,6% t = 1,47 p = 0,07 4. Porovnání věkového rozložení probandů v jednotlivých kategoriích tíže sluchového postižení Statisticky je srovnáván průměrný věk probandů pomocí dvouvýběrového t-testu s nerovností rozptylů. V kategorii sluchové vady db činí 67 let, vady db 70 let a vady db 68 let. Tíže sluchové vady Rozdíl prům. věku Výsledek t-testu Hodnota p vs roky t = 0,79 p = 0, vs rok t = 0,31 p = 0, vs roky t = 0,62 p = 0,27 INTERPRETACE VÝSLEDKŮ 1. Ve všech kategoriích tíže sluchové vady došlo na všech úrovních SNR ke statisticky významnému zlepšení srozumitelnosti řeči při binaurální korekci vzhledem ke korekci monaurální, a to na 1% hladině významnosti. Souhrnný přínos binaurální korekce je nejvyšší v kategorii nejtěžšího sluchového postižení, naopak nejnižší v kategorii postižení nejlehčího (graf 1 graf 3). -20 db a -10 db v kategorii nejlehčího sluchového postižení (18,0% a 18,5%), který je navzájem srovnatelný, jsou rozdíly průměrného zlepšení srozumitelnosti řeči statisticky významné na 1% hladině významnosti. 3. Rozdíly zlepšení průměrného rozumění řeči při binaurální korekci ve stejných hodnotách SNR v jednotlivých kategoriích tíže sluchového postižení jsou v naprosté většině případů statisticky velmi málo významné. Přínos binaurální korekce je v každé z nich přibližně stejný (p db HL db HL 60-69dB HL SRN -20 db 18,0% 14,4% 11,4% SRN -10 db 18,5% 21,2% 22,9% SRN 0 db 6,0% 9,4% 11,4% SNR +10dB 1,5% 3,2% 4,8% Souhrnný přínos 44,0% 48,2% 50,5% 2. Ve všech kategoriích tíže sluchové vady byl nejvyšší průměrný přínos binaurální korekce oproti monaurální na úrovni SNR -10 db, následovaný úrovní SNR -20 db, poté 0 db a nakonec +10 db. Kromě velikosti přínosu při SNR 0,02 ve všech případech s výjimkou SNR 0 db a SNR +10 db při srovnání db HL versus db HL). 4. Nebyl prokázán statisticky významný rozdíl průměrného věku probandů v jednotlivých hodno M B M B -20 db -10 db 0 db +10 db Graf 1. Grafické znázornění srozumitelnosti řeči s korekcí monaurální (modře) a binaurální (fialově) v kategorii sluchové vady db HL na jednotlivých úrovních SNR. -20 db -10 db 0 db +10 db Graf 2. Grafické znázornění srozumitelnosti řeči s korekcí monaurální (modře) a binaurální (fialově) v kategorii sluchové vady db HL na jednotlivých úrovních SNR. 208

6 Graf 3. Grafické znázornění srozumitelnosti řeči s korekcí monaurální (modře) a binaurální (fialově) v kategorii sluchové vady db HL na jednotlivých úrovních SNR. cených skupinách (rozdíl 1-3 roky, p 0,22 ve všech případech). DISKUSE M B -20 db -10 db 0 db +10 db Míra přínosu binaurální korekce oproti monaurální je v literatuře hojně diskutována. Je předmětem zájmu jak samotných audiologů, tak výrobců sluchadel. Porovnání slovního audiogramu s jedním a dvěma sluchadly může být zásadním faktorem při rozhodování nedoslýchavého člověka jak v ohledu, zda korekci vůbec začít používat, tak ve smyslu určení velikosti přínosu druhého sluchadla, a tím i smysluplnosti finanční investice. Verbální testy jsou obecně prováděny jak na pozadí ticha, tak především různými formami rušivého zvuku, které se snaží simulovat reálné poslechové situace v běžném životě. Používány jsou bílý šum (v plné spektrální šíři a o konstantní intenzitě) (15, 19), růžový šum (19) a šum kolísající ve spektru i intenzitě, nejčastěji nazývaný babble noise (12, 14, 22, 25), uváděn je i coctail party (18). Stach (23) uvádí parametry zlepšení srozumitelnosti řeči v negativních hodnotách SNR při korekci binaurální oproti monaurální v rozmezí % s maximálním přínosem při SNR -10 db. Neuvádí však průměrné hodnoty a nezabývá se statistickým hodnocením. Markides (16) ve své studii hodnotil skupinu nedoslýchavých, kteří používali binaurální korekci. Zjistil, že eliminace akustického stínu hlavy (přichází-li signály z azimutů odlišných od 0 a 180 stupňů) přináší přibližný zisk 6-7 db a centrální potlačení šumu přibližně 2-3 db. Kombinace těchto dvou faktorů zlepšila srozumitelnost řeči ve sledované skupině pacientů (použita sestava jednoslabičných slov) o 40 %, a to jak v tichém, tak hlučném prostředí s nepříznivým odrazem akustických vln. Hawkins a Yacullo (11) došli ke stejné hodnotě 2-3 db centrálního potlačení šumu u osob používajících dvě sluchadla s kulovým (všesměrovým) mikrofonem. Při použití dvou sluchadel se směrovým mikrofonem se poměr signál-šum zlepšil o další 3-4 db. Nabelek (17) navázal na předchozí studii a zabýval se vlivem prostředí, ve kterém dochází k odrazu a následné interferenci zvukových vln. Dospěl k závěru, že echo, které přesahuje hodnotu 2 sekund, může významným způsobem srozumitelnost řeči zhoršit. Cox a spol. (3) ve své studii nalezli u normálně slyšících osob při binaurálním poslechu zisk 4 db v důsledku centrálního potlačení šumu, což vedlo ke zlepšení srozumitelnosti řeči o 26 %. U skupiny nedoslýchavých hodnotil tentýž jev při použití binaurální korekce. Srozumitelnost řeči se zlepšila o 19 %. Rozdíl 7 % vysvětluje jako důsledek zhoršeného zpracování řečového signálu vlivem sluchové vady a zkreslením sluchadla. Havlík a spol. (9) hodnotili intenzitu řeči, na které bylo dosaženo její 100% srozumitelnosti na pozadí bílého šumu při SNR +5 db, kdy signály přicházely v azimutech +45 a -45 stupňů. Ve sledovaném souboru 25 % uživatelů sluchadel dosáhlo 100% diskriminace na nižší intenzitě při binaurální korekci ve srovnání s monaurální a 38 % dosáhlo 100% rozumění, přičemž při použití pouze jednoho sluchadla této hodnoty nedosáhlo vůbec. ZÁVĚR Ve všech sledovaných kategoriích tíže sluchové vady byla prokázána lepší srozumitelnost řeči při binaurální korekci ve srovnání s korekcí monaurální, a to ve všech hodnotách poměru signál-šum (SNR). Nejvyšší přínos binaurální korekce byl prokázán na úrovni SNR -10 db, následován úrovní SNR -20 db, SNR 0 db a SNR +10dB. V praxi to znamená, že použití binaurální korekce je vzhledem k rozumění řeči mnohem efektivnější v prostředí s dominujícím rušivým šumem než v prostředí, ve kterém dominuje řeč nad šumem pozadí. Globální přínos binaurální korekce oproti korekci monaurální je z hlediska srozumitelnosti řeči na pozadí rušivého zvuku tím větší, čím je sluchové postižení těžší. Hodnoty průměrného zlepšení srozumitelnosti řeči při korekci binaurální oproti korekci monaurální jsou ve stejných poměrech signál-šum srovnatelné ve všech hodnocených kategoriích tíže sluchového postižení. Binaurální korekce u stranově symetrické per- 209

7 cepční sluchové vady tedy přináší nejen výrazně vyšší kvalitu sluchového vjemu a schopnost směrového slyšení, ale především lepší srozumitelnost řeči. Měla by proto být metodou volby zejména při řešení zhoršeného rozumění na pozadí rušivých zvuků. LITERATURA 1. Brugel, F. J., Schorn, K.: Die In-situ-Messung als Notwendiger Bestandteil der Hörgeräteanpassung. Laryngorhinootologie, 70, 1991, 11, s Brugel, F. J., Schorn, K., Fastl, H.: Eie Einfluss der Zusatzbohrung im Ohrpassstück auf die Sprachdiscrimination im Störgeräuch. HNO, 39, 1991, 9, s Cox, R., DeChicchis, A. R., Wark, D. J.: Demonstration of binaural advantage in audiometric test rooms. Ear Hear, 1981, 2, s De Jonge, R.: Selecting and verifying hearing aid fittings for symmetrical hearing loss, in Valente, M.: Strategies for selecting and verifying hearing aid fittings. New York, Thieme Medical Publishers, INC, 1994, s Dlouhá, O., Novák, A., Vokřál, J.: Česká slovní audiometrie vývoj nových testů. Otorinolaryng. a Foniat. /Prague/, 57, 2008, 4, s Gao, Y., Huang, T., Haton, J. P.: Central auditory model for spectral processing. 2, 1993, s. 1993, s Havlík, R.: Vliv individuální ušní vložky na akustický signál sluchadla. Philips, Havlík, R.: Binaurální slyšení: známá i méně známá fakta o sluchové funkci. Philips, Havlík, R., Weberová, P., Lejska, M.: Binaurální korekce sluchové vady. Otorinolaryng. a Foniat. /Prague/, 53, , s Havlík, R.: Sluchadlová propedeutika. MIKADAPRESS, Brno, Hawkins, D. B., Yacullo, W.: Signal-to-noise ratio advantage of binaural hearing aids and directional microphones under different levels of reverberation. J. Speech Hear Dis., 49, 1984, s Keidser, G., Katsch, R., Dillon, H, Grant, F.: Relative loudness of low- and high-frequency bands of speech-shaped babble, including the influence of bandwidth and input level. The Journal of the Acoustical Society of America, 111, 2002, 2, s Keller, F., Freiburg, B.: Akustische Eigenschaften des Ohrpassstückes. Zusammenstellung, Kristjansson, T., Frey, B., Deng, L., Acero, A.: Towards non-stationary model-based noise adaptation for largevocabulary speech recognition. Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1, 2001, s Li, F. F., Cox, T. J.: A neural network model for speech intelligibility quantification. Applied Soft Computing, 7, 2007, 1, s Markides, A.: Binaural hearing aids. London, Academic Press, Nabelek, A. K.: The effects of room acoustics on speech perception through hearing aids by normal-hearing and hearing-impaired listeners, in Studebaker G. A., Hochberg, I: Acoustical factors affecting hearing aid performance. Baltimore, University Press, 1980, s Novák, A.: Korekce sluchových vad sluchadly. Unitisk, Praha, Rao, M. D., Letowski, T.: Callsign Aquisition Test (CAT): speech intelligibility in noise. Ear Hear, 27, , s Sandlin, R. E.: Texbook of hearing aid amplification - technical and clinical considerations. Singular Publishing Group, Thomson Learning, San Diego, Seeman, M. a kol.: Česká slovní audiometrie. SZN, Praha, Shu, H.: A speech test with speech-babble noise: Relation between frequency range of noise and word intelligibility. Japanese Journal of Special Education, 37, 2000, 4, s Stach, B. A.: Clinical audiology: an introduction. Singular Publishing Group, INC, San Diego, Wertz, D. M. S., Hall, J. W., Davis, W.: Auditory processing disorders: Management approaches past to present. Seminars in Hearing, 23, 2002, 4, s Yao, K., Paliwal, K. K., Nakamur, S.: Noise adaptive speech recognition based on sequential noise parameter estimation. Speech Communication, 42, 2004, 1, s MUDr. Radan Havlík AUDIO-Fon centr s.r.o. Obilní trh Brno 210