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助聽器是尊貴的象徵?從聲學椅到聲學拐杖,為了聽清楚的怪招式還真多

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2018/11/28 ・4908字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 499 ・六年級

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  • 作者/楊又臻│雅文兒童聽語文教基金會研究助理

今 (2018) 年四月上映了一部電影《噤界》(A Quiet Place)。有個貫穿整部電影的情節,就是爸爸總是埋頭在地下室工作,堅持替女兒製作助聽設備。

聽力損失者最常使用的助聽設備是助聽器,那助聽器到底是怎麼做出來的?自己可以 DIY 做一個嗎?而這些助聽設備又是從什麼時候開始幫助人們聽得更清楚呢?讓我們把鏡頭拉回到 500 年前,一起回顧一些關於助聽設備發展的小故事吧!

其實,使用電池的助聽器是近代的產物,不過我們很早就知道,如果想要把聲音聽得清楚,只要把手併攏放在耳後,就可以幫助我們集中擴大聲音。最初的助聽設備則可以追溯至 16 世紀。早在 1588 年,Giovanni Porta 在其《Magia Naturalis》一書中即描述了由木頭製成的,動物耳朵形狀的集音裝置。

而到了 17 世紀,人們為了把聲音聽清楚,Ear trumpet 便誕生了!我們暫且叫它耳喇叭好了,顧名思義它就是長得像喇叭的手持工具,使用方式也很簡單,就是把喇叭放到耳邊以便將聲音聽清楚,不過這類型的裝置當時很難大量生產,所以只能訂製。

到了 18 世紀末,耳喇叭越來越普及,也開始出現了客製化可摺疊式的耳喇叭。第一家生產耳喇叭的公司在 1800 年於倫敦開始營業。雖然這間公司生產的助聽設備仍是非電力的,但此時的耳喇叭已經不用手持,而是可以簡單掛在頭上接收聲音了。

圖片來源│wikipedia

助聽設備是優雅尊貴的象徵!?

約莫 1810 年代,聲學椅 (Acoustic Chairs) 的發明,讓「優雅地聽」這件事情變得受到皇室成員歡迎,其中一個聲學椅的設計是這樣的:靠近扶手的地方有兩個開口,被雕刻成動物頭的樣子,椅背上靠近耳朵的部位,則連接著一根管子,皇室成員可以坐在椅子上輕輕將管子靠近耳朵,即可聽見跪於扶手開口處晉見者說的話。

圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

於此同時,另外一張聲學椅聽的聲音就多了。這張聲學椅的設計類似現在常見的高背單人沙發,但在椅子的左右兩側有喇叭形狀的裝置,所以只要坐在椅子上,就可以聽到從喇叭接收進來不限單一對象的聲音。因此,和人對話時不需要靠得很近就能接收聲音,讓聽話者簡單優雅之餘,也可以避免說話者的口臭,以免「聲音被說話者的呼吸污染」(笑)。

圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

時間推進到 1870 年代,愛爾蘭一位名為 McKeown 的醫生把聲學椅變得輕巧可攜帶,同時靠近耳朵的部份也變得較為柔軟。由圖中可以發現,這款聲學椅其實是沙攤椅的造型搭配兩個集音喇叭。

圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

保守你的秘密──看不出來的助聽器

19 世紀的聽損者開始想要隱藏自己聽得不好的狀況,就如同《Helps to hear》這本介紹耳朵解剖學、聲音性質及當時聽力設備的書中提到:

一般而言,聽損者對自己的缺損非常敏感,不喜歡顯眼的助聽設備、或讓人注意到自己有聽損;因此,許多助聽設備在發明時,都盡可能地避免突顯聽損的事實。
The deaf are, as a general rule, very sensitive over their infirmity, and hence dislike any instrument which is conspicuous, or makes this condition more apparent; for this reason many other devices have been invented, which seek to conceal this fact, as much as possible . . .

— James A. Campbell, M.D., 1882

正因「聽不清楚」這件事情變得隱諱,助聽設備發明的方向也開始有了轉變,一些造型特殊的助聽產品應運而生。

例如 Hair Receptor 是一種專為女性設計的設備。這款頭戴式的助聽設備很像帽子,左邊的開口處是接收聲音的位置,連接至耳朵的管子則藏在頭髮底下。而 Beard Receptacle 則是專為聽損男性設計,它的造型讓男性便於將助聽設備隱藏在鬍子下方,收音位置則位於中間開口處。它的兩側有隱藏的管子接往耳朵,這根管子除了有彈性、可以適應不同的臉型,還有雙耳聽覺的效果呢!

Hair Receptor(左)、Beard Receptacle(右)
圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

特殊造型的助聽設備也包括聲學拐杖 (Acoustic Cane),它可以拿起來靠近耳朵當喇叭。細細的部份連接至耳朵,拐杖扶手處則是聲音的接收器。

圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

然而不管是耳喇叭、聲學椅,亦或是各種造型特殊的非電力聲音放大工具,僅能輔助較輕程度的聽力損失 (Hearing Loss),一直到使用電力的助聽設備被發明,助聽設備才真正進入到重度至極重度聽損者可以受益的範圍。(延伸閱讀:如果小美人魚失去的是聽力,幸福也沒有比較容易:談輕微聽力損失「微聽損」

使用電力的助聽器

1870 年代起,隨著第二次工業革命的腳步,助聽器的發展也走入使用電力的時代。

藉著貝爾 (Alexander Graham Bell) 發明電話的技術,電與碳粒子麥克風 (carbon-granule microphone) 組合的助聽器產生的聲音,比起前面介紹的幾種設備集中放大聲音來得更大聲。但由於放大率仍然有限且容易失真,這種助聽器對中度聽損者僅有些許益處。撇開失真及效果有限不說,受限於當時的技術,這些助聽器體積龐大而且只能放在桌上無法隨身攜帶。

據信在 1892 年在美國申請專利的這一個助聽器「Magneto-Telephone for Personal Wear」,是史上第一個使用電力的攜帶型助聽設備。這個助聽器的設計看起來已有現代助聽器的雛型,但可惜的是這項設備沒有正式生產過。

圖片來源│Deafness in Disguise:Concealed Hearing Devices of the 19th Century

進入 20 世紀後,助聽器的發展更是飛快,外觀也逐漸變得輕巧可攜帶,其中的演變關鍵在於助聽器在幾個時間點運用了當時新發明的科技。1923 年真空管助聽器 (vacuum tube hearing aids ) 的發明,使得助聽設備從碳粒子助聽器放大聲音演變為真空管放大,聲音也比早前更為響亮。

在接收聲音的部份,1920 年代後含有永久電荷的駐極體麥克風技術 (electret/FET microphone) 開始應用在所有助聽器接收聲音的功能。此一技術除了提高電力的使用效率,也讓聲音接收器與放大麥克風可以放在同一個盒子中,使助聽器的體積變得更小。對於助聽器體積通常較大的重至極重度聽損者來說,這項應用更是一大福音。

再經過了 11 年,1934 年時助聽器更升級為電池供電。1950 年代真空管助聽器開始被電晶體助聽器 (transistor hearing aids) 取代,這樣的進步促使了耳掛式助聽器 (behind-the-ear,BTE) 的發展。1970 年代開始,助聽器的外觀已經類似於現代常見的樣子。

而如今,助聽器有著各式各樣的款式,其中最常見的類型就是耳掛式助聽器、耳內式助聽器 (in-the-ear,ITE)、耳道式助聽器 (in- the-canal,ITC)、深耳道式助聽器 (completely-in-the-canal,CIC)、骨傳導助聽器 (bone conduction)、CROS 助聽器……等。

重塑鏡中之我:助聽器使用的反轉

倘若聽損者消極處理聽力損失問題的話,對身體健康 (Lin & Ferrucci,2012; Lin et al., 2013)、情緒和心理健康 (National Council on the Aging, 1999)、社交能力 (Monzan et al., 2008)、家庭關係 (Wallhagen et al., 2004)和自尊 (Bess et al., 1998) 以及工作及學校表現都會產生影響 (Anderson & Matkin, 2007; The Ear Foundation, 2015; Bess et al., 1998; Porter, Sladen, Ampah, Rothpletz & Bess, 2013; Bess et al.,2014;Bess & Hornsby,2015)。

儘管助聽設備的科技一直在進步,但直到今 (2018) 年 5 月美國聽損協會 (Hearing Loss Association of America) 的調查報告仍指出,一個成人從開始認為自己可能有聽力損失,到去尋求協助和治療,平均來說大約需要七年的時間 (HLAA, 2018)。可以想見,過去相當長的一段時間,聽損者往往會透過 19 世紀末的負面觀感來想像使用助聽器時所遭受的眼光,猜測社會鏡子的另一面仍否負面地評價自己,從而影響了他們使用助聽器的意願。

所幸,在 2013 年發表於美國聽力學會期刊 ( Journal of the American Academy of Audiology) 的一篇研究顯示,一般人看到助聽器使用者時給予的評價,已由 1977-1990 年間的負面評價,扭轉為正面評價 (Rauterkus, E. P., & Palmer, C. V., 2014)。

這項研究是這樣做的,研究者 Rauterkus & Palmer 邀請 24 名成年人,觀看 5 張 15 至 17 歲青少年配戴各種耳部科技產品的圖片,然後用李克特 7 點量表 (7-point Likert scale),在 8 個描述感覺的向度上(有吸引力/無吸引力;年輕/年長;成功/不成功;勤勞/怠惰;可靠/不可靠;聰明/不聰明;友善/不友善;學歷高/學歷低),評估自己對圖片中人物的感覺。圖中的耳部科技產品包括以下類型:標準尺寸的耳掛式助聽器、開放式助聽器 (open fits)、深耳道式助聽器、入耳式耳機 (earbuds)、藍牙耳機。

研究結果顯示,多數看圖片的人認為,配戴深耳道式助聽器的人,看起來比使用入耳式耳機的人年長;而配戴標準尺寸耳掛式助聽器的人,看起來比使用藍牙耳機的人更值得信賴 (Rauterkus, E. P., & Palmer, C. V., 2014)。或許我們可以這麼說,使用助聽器在旁人眼中看起來,非但沒有惡評,反而讓人有股信賴感油然而生呢!

這麼看來,或許是因為現今人們戴在耳朵上的科技產品樣式愈來愈多,社會觀感已經改變,人們對配戴助聽器者已不再持有偏見。助聽器已然蛻變為幫助聽損者改善生活品質的最佳利器。

其實助聽設備對於聽損者來說不僅僅是協助他們聽到、聽得清楚的工具,同時也改善了聽損者的生活品質。特別是年幼的聽損者,不論是聽損程度較輕的微聽損(包含輕型聽損、單側聽損及高頻聽損)至極重度聽損,正值學習語言及各項發展階段的孩子,有了助聽設備提供清晰的語音,方能讓他們在學習時減少一些因為聽力不佳帶來的阻礙。另一方面,年長者也因有了助聽設備的輔助,減緩腦部的老化速度、維持社交活動,除了改善因聽力狀況帶來的問題,也提升生活品質。

自己手做一個助聽器到底可不可行啊?

回到最開始的話題,我們到底可不可以自製助聽器啊?

看到這邊,其實答案應該很清楚了,如果沒有聽損問題,我們大可以直接拿起手邊的紙張捲成喇叭的樣子,就可以像 400 年前的人們一樣放大聲音。而真正能幫助聽損者的助聽器,則需要由專業人員選配。

一般情況下需由醫院耳鼻喉科醫師及聽力師做完整的聽力檢查,再帶著醫院的聽力檢查報告至助聽器公司,由聽力師和選配師協助選擇適合的助聽器型號,並進行設定及驗配。

延伸閱讀

參考文獻

  • Anderson, K. & Matkin, N. (1991, 2007 revised). Relationship of degree of longterm hearing loss to psychosocial impact and educational needs. 
  • Bess, F. H., Dodd-Murphy, J., & Parker, R. A. (1998). Children with minimal sensorineural hearing loss: prevalence, educational performance, and functional status. Ear and hearing, 19(5), 339-354.
  • Bess, F. H., Gustafson, S. J., & Hornsby, B. W. (2014). How hard can it be to listen? Fatigue in school-age children with hearing loss. Journal of Educational Audiology, 20, 1-14.
  • Bess, F. H., & Hornsby, B. W. (2015). The complexities of fatigue in children with hearing loss. SIG 9 Perspectives on Hearing and Hearing Disorders in Childhood, 24(2), 25-39.
  • Campbell, J. A. (1882). Helps to hear. Duncan.
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  • Lin, F. R., Yaffe, K., Xia, J., Xue, O-L., Harris, T. B., Purchase-Helzner, E., Satterfield, S., Ayonayon, H. N., Ferrucci, L., & Simonsick, E. M. (2013). Hearing loss and cognitive decline among older adults. JAMA Intern Med, 173(4), 293-299.
  • Monzani, D., Galeazzi, G. M., Genovese, E., Marrara, A., Martini, A. (2008). Psychological profile and social behaviour of working adults with mild or moderate hearing loss. Acta Otorhinolaryngologica Italica, 28(2), 61-66.
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  • Rauterkus, E. P., & Palmer, C. V. (2014). The hearing aid effect in 2013. Journal of the American Academy of Audiology, 25(9), 893-903.
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  • washington university school of medicine. (n.d.). Concealed Hearing Devices of the 19th Century. Retrieved September 25, 2018, from
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  • 永欣聽力保健中心. (n.d.). 認識助聽器. Retrieved September 25, 2018
  • 奧迪康助聽器. (n.d.). 助聽器發展史. Retrieved September 25, 2018
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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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高音唱不上去可以降 KEY,高頻聽不清楚可以……?──談助聽器降頻技術
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/07/23 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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  • 文/雅文基金會聽語科學研究中心 張逸屏

在 KTV 歡唱時,當挑戰高音不成,還偏偏硬是要唱,就會用大絕招──降 key!但你知道嗎?其實助聽器也有類似降 key 的功能喔!也就是所謂的「降頻技術」。但是,助聽器降頻技術到底是怎麼運作的呢?對於聽損者的語音理解真的有幫助嗎?

圖一:助聽器除了將音量放大外,某些型號也有降頻功能,針對高頻的聲音做處理,希望能讓聽損者更加享受聆聽的生活樂趣。圖/Unsplash

一般我們聆聽到的各種聲音,包含了許多高低不同的頻率,低頻的聲音像是打雷、海浪、抽油煙機和語音/ㄨ/等,而高頻的聲音則是像鳥叫、哨子、指甲刮黑板和語音/ㄙ/等聲音。但事實上,絕大多數的聲音都是由許多高低不同的頻率所組成,只是每個聲音的組成成份當中,高低頻的比例不同而已。

所以當我們說這是一個高頻的聲音或語音時,只是意味其中高頻聲音的佔比較多,並不代表當中完全沒有低頻的成份。因此,在討論聽力損失時,除了損失程度(類似近視度數)之外,對不同頻率聲音的接收程度也是需要考量的面向。例如,有些聽損者可能是從低頻到高頻的聽損程度都差不多,有些則在不同頻帶聽損程度變化很大。

一般而言,對於降頻技術使用反應較好的聽力損失者,是屬於高頻區域聽力受損較重的,主要是陡降型聽損和高頻型聽損這兩大族群(如圖二)。受限於助聽器放大強度的限制,無法將高頻的聲音放大到這些聽損者可利用的程度。再者,即使可放大到足夠大聲,但聽損者常有耳蝸死區 [註 1] 和頻率解析能力 [註 2] 不足的狀況,導致大腦無法接收及運用這些被放大後的高頻語音。

因此,某些廠牌型號的助聽器,便具備降頻的功能,將降頻功能開啟後,聽損者在較小的音量時就能聽得到高頻的語音,讓高頻的聽力察覺閾值 [註 3] 能夠降低。如此一來,許多聽損者容易錯失的高頻語音,像是/ㄙ、ㄐ、ㄔ、ㄈ/等就都可以聽得到了,也可能比較不會產生誤聽的狀況,例如將「舌頭」聽成「額頭」(沒聽到/ㄕ/)[註 4]

圖二:臨床上使用助聽器降頻功能後,效果較好的兩種聽損類型(此處聽力圖類型僅為示意)。圖/雅文基金會

三種降頻技術,概念相似、作法不同 

那麼當助聽器的降頻功能開啟時,是怎麼進行訊號處理的呢?降頻技術的原文是 frequency lowering,有時也稱作移頻技術(frequency shifting),顧名思義就是將聽損者聽不到的、較高頻率帶的聲音,挪移到聽損者聽力較好的低頻率帶,讓聽損者能聽到。

在訊號處理方面,通常會依據個案的聽力圖先決定一個起始頻率,針對比起始頻率要高的頻帶來進行降頻處理。而訊號處理的方式大致可分為三種類型(不同廠牌的助聽器可能會使用不同的處理方式),包括:頻率搬移(frequency transposition)、頻率合成(frequency composition,有時亦稱為頻率轉換,即 frequency translation)和頻率壓縮(frequency compression)。[1]

如圖三(a)所示,頻率搬移是將起始頻率以上的聲音直接搬移到低頻帶,和低頻帶原本的聲音重疊在一起,而且被移走的部份並不保留,如同圖三(a)中,兩個紫色方形移到低頻的區域,原本高頻帶的地方變成灰色,表示沒有訊號。

圖三:降頻技術共分為三種類型。圖/修改自 Oticon Whitepaper

頻率合成則和頻率搬移很相似,只是在搬移之前會把高頻帶的聲音先進行壓縮,如同圖三(b)中,搬移到橘黃色方形上方的兩個紫色方形疊在一起了(頻寬變小),而且在高頻帶仍然保留原本的聲音。

而第三種是如圖三(c)的頻率壓縮,是把高頻帶的聲音以不同壓縮比例的方式往低頻率帶擠壓,因為有不同的壓縮比例,也就是非線性的,故有時也稱作非線性頻率壓縮(non-linear frequency compression; NFC)。

「聽得到」和「聽得清楚」的拉鋸戰

這三種降頻技術都是將原本聽損者聽不到的高頻聲音,搬移到聽損者聽力較好的低頻帶,藉此讓助聽器使用者能聽到原本無法聽到的聲音。但是,有別於 KTV 的降 key 是全部聲音往低頻搬移,助聽器的降頻技術只有針對部份高頻的聲音處理,所以整體來說會有某種程度的扭曲 [2]。若以視覺來比喻,降頻技術則有點類似遊樂園的哈哈鏡(曲面鏡),對於不同區域採用不同方式的反射,所以會有扭曲現象。

哈哈鏡的扭曲影像讓人發笑,但降頻技術若導致聲音過度扭曲而無法辨識,那可不好玩!所以,降頻技術雖然可以提升「察覺」高頻聲音的表現,但能否提升「理解」就不一定了。也就是說,即便降頻技術讓聽損者能聽到/ㄙ、ㄐ、ㄔ、ㄈ/等高頻語音,但聽起來也許已經不像這些聲音了,有些人或許透過訓練和適應後能辨識這些語音,但也有些人會完全無法適應。因此,如同圖四,降頻技術就是「聽到」和「扭曲聲音」兩者之間的權衡取捨 [3]

圖四:降頻技術雖然可以讓原本聽不到的聲音變成聽得到,但代價是聲音或多或少地被扭曲了。因此必需在聽到(察覺)和聽懂(理解)之間取得平衡。圖/修改自 Flaticon

有一項針對高頻聽損者的研究,分析使用降頻技術的效益和高頻帶平均聽力閾值間的關係,發現高頻聽力閾值愈高(高頻聽力相對較差),使用降頻技術後在聽能表現的提升愈顯著 [3],因為對這些聽損者而言,能聽到高頻的聲音是比較重要的,因此可以接受一點聲音扭曲的代價,來換取聽得到高頻聲音的效益。

但對高頻聽力相對較好的人來說,可能原本可以聽得到一些高頻語音,因此也比較會感受到聲音被扭曲了。這樣的研究發現讓我們了解,降頻技術並不一定適合每個聽損者。

參數設定和聆聽情境是關鍵

除了要選擇合適的對象來使用降頻技術之外,聽力師也需要針對聲音處理技術的參數做合適的設定,才能在「聽到」和「扭曲聲音」兩者之間找到完美的平衡點。因為研究也發現,當降頻處理的程度愈大,也就是起始頻率愈低或壓縮程度愈大,那麼搬移/壓縮的聲音就愈多、聲音特性改變的幅度也愈大,此時助聽器使用者也容易覺得音質變差了 [3]。因此,挑選到合適的參數設定,才能在音質變化不大的情況下,享受到改善高頻語音察覺的益處!

此外,對降頻技術效益有影響的因素還包括了聆聽的情境,例如環境是安靜/吵雜、或內容是語音/音樂。相對於安靜的環境,在吵雜的環境中,助聽器使用者較能接受大程度的降頻處理 [3],可能是在安靜情境下較能感受到降頻處理帶來的音質改變,而在吵雜時,「聽得到」的重要性會更加凸顯。

而相較於語音,降頻技術可能會對聆聽音樂產生負面影響 [4]。對語音來說,頻率的搬移和壓縮影響比較小,因為許多高頻子音其實有點類似寬頻的噪音,所以即使頻率被悄悄偷天換日到低頻帶了,再加上情境和上下文的線索,聽者仍然能理解接收到的語音。但在聆聽音樂時,精準的頻率是很重要的。概念上可以從「和絃」來理解,和絃中的組成音符,每個音都必須在正確的頻率上,組合起來的和絃才會是正確而且悅耳。這樣就不難理解降頻技術可能會對於聆聽音樂造成較大的負面影響,造成聲音聽起來不和諧。

圖五:助聽器降頻技術可能對於音樂聆聽來說有較大的負面影響。圖/Irasutoya

和聽力師共同尋求最佳解方

綜合以上的研究發現,我們知道聽損者和聽力師針對降頻技術的討論,除了自己是否適合使用外,也要嘗試不同的參數設定,甚至是在不同聆聽環境中選擇是否開啟降頻功能、或設定不同的參數。其實就和所有的助聽器選配和調整一樣,都需要和聽力師密切討論、並說明在使用上的感受,才能讓助聽器發揮最理想的效果。

總結來說,降頻助聽器可能可以提升聽損者的聽音表現,但不見得適用於每個人。而且,若降頻處理的範圍或壓縮程度較大,也可能會讓聲音的音質改變、或語音的特性被扭曲,而導致聽不清楚的狀況。總結來說,使用降頻助聽器時,關鍵就是要以「最少的聲音扭曲」來換取「聽得到」高頻音的好處 [2]

註解

註 1:相對於聽力損失是耳蝸中的毛細胞不健全或功能異常,耳蝸死區(cochlear dead regions)則是某些區域完全沒有毛細胞,導致有某些特定頻率的聲音,再怎麼放大也無法聽到。

註 2:頻率解析能力為分辨兩個不同頻率聲音的能力,一般來說聽損者的頻率解析能力也會較差。

註 3:「聽力察覺閾值」為某一頻率下,個人能聽到(察覺)聲音的最小音量。閾值愈高,表示要愈大聲才聽得到,聽損的程度就愈重。

註 4:想了解更多關於「高頻聽力損失」和「微聽損」相關資訊,可參閱雅文基金會「微聽損網站」和「如果小美人魚失去的是聽力,幸福也沒有比較容易:談輕微聽力損失『微聽損』」一文。

參考資料

  1. Angelo, K., Alexander, J. M., Christiansen, T. U., Simonsen, C. S., & Jespersgaard, C. F. C. (2015). Oticon Frequency Lowering: Access to high-frequency speech sounds with Speech Rescue technology. Oticon Whitepaper.
  2. McCreery, R.W. (2016, October). 20Q: Frequency lowering ten years later – evidence for benefit. AudiologyOnline, Article 18370.
  3. Souza, P. E., Arehart, K. H., Kates, J. M., Croghan, N. B., & Gehani, N. (2013). Exploring the limits of frequency lowering. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 56(5), 1349–1363.
  4. Chasin, M. (n.d.). The Problem with Frequency Compression and Music.
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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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神啊!請給我一台「聽得見」的 3D 列印機!——找回聽力的 3D 列印應用
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/02/16 ・2370字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 文/蔡宜欣|雅文基金會聽語科學研究中心

從「我的眼鏡是依照我的臉型 3D 列印的」的流行話題到「3D 列印房子熱潮席捲全球,讓大家都買得起房」的居住議題,不難發現 3D 列印(3D Printing)技術不再只侷限於玩具模型,而是能應用在任何可以想像得到的地方。現在甚至還能重新建構聽力組織器官,幫助聽力受損者重拾聽力。

3D 列印不需開模就可印出設計圖。圖/Pexels

從二維走向三維的印刷技術

在 3D 列印出現以前,工業生產往往需要開發模具才能進行製造,這對於時常推陳出新的產業而言,耗費了許多時間與生產成本。1980 年代,以快速原型(Rapid Prototyping)為概念的機器被發明, 而 3D 列印便是其中一種技術,能快速製造產品。

3D 列印技術又稱為積層製造(Additive Manufacturing),生產過程先於電腦中描繪和設計物品的 3D 樣貌,再劃分成無數個 2D 平面,最後印製每層 2D 平面,慢慢堆疊累積後完成物品。常見的 3D 列印方法大致有三種:表面常有一層層堆疊紋理的熱融沉積成型(Fused Deposition Modeling, FDM)、成品表面呈現霧化、細緻磨砂質感,較少堆積紋理的選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering, SLS),以及光固化成型(Stereo Lithography Apparatus, SLA),其成品表面光滑、精細,但製作成本相對較高 [1-4]。3D 列印集結了節省人力、製作時間、客製化等優點於一身,因此也被運用於需要依據聽損者耳型個別化打造的助聽器上。

量身訂製耳模,跟悶塞感說掰掰

常見的助聽器可以分為耳掛型助聽器、耳內型、耳道型助聽器等。耳掛型助聽器的組成首先需要一塊貼合耳道的耳模(earmold),幫助助聽器固定在耳朵上,聲音處理裝置會將接收到的聲音進行處理,並通過一根小管,將聲音傳送到聽損者的耳中;耳內型的助聽器則是直接將聲音處理裝置放在一個貼合耳道的機殼中。不論是耳模或機殼,若與耳道不夠貼合,就容易出現尖銳刺耳的回饋音,也容易鬆脫掉落 [5-8]

由於每個人的耳型不同,上述提到幾種常見助聽器的耳模和機殼,皆需依每位聽損者量身訂做。

一般傳統的熔模鑄造(Investment casting)方法,是將黏性大的材料(如 AB 黏土)擠入耳中,等待固化後取出,也就是耳樣(下圖左);再透過翻模技術製作耳樣熔模,並於完成後,將矽膠或壓克力等液態材料倒入用耳樣熔模,等待固化後才能完成耳模(下圖右)。而機殼則是在內部固化前會將材料倒出,僅留下外殼,最後再將電子組件放入其中[8]

近幾年出現 3D 列印耳模的方法,只要透過雷射掃描耳朵或耳樣的方式,取得耳型的數據資料,並透過電腦確認細節或電子組件擺放的位置,即可印製。由於助聽器需要長時間配戴,因此 3D 列印方式是採取表面相對光滑、配戴舒適感較高的 SLA 或 SLS。

相較於熔模鑄造,3D 列印取代傳統翻模製程,減少造成的誤差;此外,3D 列印方式不僅耗費較少的人力成本和製作時間,甚至可以依據自己喜歡的顏色、圖案進行外觀客製化。預先從電腦中確認成品的樣貌後再製作,也能使成品更為精準,減少手工製作的誤差。再者,數據化的資料還可以存放在電腦中,便於日後再製[8-15]

重建聽小骨,讓聲音傳遞不斷線

此外,有一種類型的聽損者是由於外耳或中耳構造受傷、缺陷,造成聲音受阻,無法正常傳遞至耳中,這類型聽損者有一部分無法透過助聽器改善聽力,甚至需要進行耳部手術。

在南非,有專家針對這樣的聽損者,研發以生物相容性材料製作的中耳聽小骨,透過 3D 列印,順利移植到患者身上,幫助他們重拾聽力。3D 列印技術不僅能確保聽小骨尺寸吻合患者耳形,增加重建手術的成功率,也減少了傳統手術花費的時間與風險[16-18]

從客製化製作助聽器耳模、機殼到聽小骨義肢,3D 列印幫助聽損者們更快速找回聽力。或許 3D 列印技術不會完全取代現有的生產和製造方法,但無疑為我們創造了新的可能與選擇。期望未來能發展更多新的醫療技術,讓所有聽損者都能聽見世界的聲音!

參考文獻

  1. 【3D列印知識】新手入門:五種常見3D列印技術比較及原理​
  2. 3D Printing Technology Comparison: FDM vs. SLA vs. SLS
  3. 3D Printed Glasses: Trends in the eyewear industry in 2021
  4. Formlabs
  5. Hearing aid types and styles
  6. 助聽器是尊貴的象徵?從聲學椅到聲學拐杖,為了聽清楚的怪招式還真多
  7. 注意!原來「耳模」這麼重要
  8. Harvey Dillon(2019). 助听器:第二版(胡向阳)。北京:华夏出版社(原著於2012出版)
  9. Chung, K. (2004). Challenges and recent developments in hearing aids: Part II. Feedback and occlusion effect reduction strategies, laser shell manufacturing processes, and other signal processing technologies. Trends in Amplification8(4), 125-164.
  10. 3D列印技術在醫療輔具的應用與挑戰
  11. How 3D Printed Hearing Aids Silently Took Over The World
  12. How Personalization Has Changed the Hearing Aid Industry for the Better
  13. 3D printing technology for improved hearing
  14. Morear
  15. 助聽器展現酷炫動漫風 3D列印多彩耳模讓聽損兒自由配
  16. 3D Medical Printing Can Help Correct Hearing Loss
  17. A Life Changing Procedure for Those with Conductive Hearing Loss
  18. University of Pretoria prof performs first 3D printed ear bone transplant
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