長輩常抱怨助聽器噪音大？——孝子們該認識的「音量壓縮」科技

• 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？

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]}。

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。

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]。

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。

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.

• 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。

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 Amplification, 8(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

• 文／林桂如｜雅文兒童聽語文教基金會研究員

還記得周星馳的電影《功夫》中，霸氣搞笑、滿頭髮捲的「包租婆」嗎？她使出威力無比的「獅吼功」，震懾全場的橋段，絕對是這部電影中的經典畫面之一！不過，對於我們這些既稱不上練武奇才，又不需要和斧頭幫刀裡來、火裡去的尋常百姓來說，日常生活還是好好溝通比較好！就科學角度來說，其實扯破喉嚨未必能讓人聽得比較清楚。

光是大聲，其實沒你想得管用

聲音強度會隨著距離平方而變小，這是物理學上典型的「平方反比定律」（inverse square law）。根據這項定律，音源的音量會隨著距離每增加一倍而減少 6 分貝。例如，距離音源 1 公尺的音量為 90 分貝，而 2 公尺處的音量就會下降至 84 分貝；等到距離音源 32 公尺處時，只剩下 60 分貝，大概是正常交談時的音量。以一個身高 160 公分的人來估算，如果步幅是 60 公分，差不多就是 53 步之遙（3200 / 60 ≈ 53.3）。不過，前提是周遭寂靜無聲，外加剛好這麼巧，在這段距離中也沒有任何有形物體的阻擋。所以，這就是為什麼故事中的大魔王總是在伸出魔爪之際，敢囂張地和公主說：「你儘管叫破喉嚨吧……沒有人會來救你的！」確實如此，如果沒有人近在咫尺，就算喊得再大聲，也很難被聽見啊！

「獅吼」遇上背景噪音，還是可能沒轍

訊噪比（signal-to-noise ratio, SNR），也就是聲音訊號與噪音之間的落差，通常是用來檢視一個環境是否有利於聆聽的數值之一。當訊噪比越高，代表語音清晰度越佳。值得注意的是，隨著聽力損失程度越重，需要的訊噪比也越高，才能達到相同的聽辨能力。

一般來說，正常聽力者在訊噪比值為 0 分貝時（聲音訊號和噪音音量相同），能達到九成以上的正確聽辨能力，但在訊噪比值為 -3 分貝時（聲音訊號略低於噪音音量 3 分貝），僅有八成聽辨能力，到訊噪比值為 -6 分貝時（聲音訊號低於噪音音量 6 分貝），更是僅剩七成聽辨能力^[1]。這也就是為什麼有時候，我們已經覺得自己講話的音量已經頂天，對方還是「蛤？」個不停，原因很可能就是環境太吵，以至於訊噪比值過低所致，所以，換個安靜點的環境再暢所欲言吧！

忽略對方的聽力需求，依舊可能聽嘸

在人口已邁入超速老化的臺灣，老年人的聽力損失，是你我不可不正視的議題。事實上，老年失聰（presbycusis）是一種老化的自然生理現象，主要是因為內耳毛細胞與聽神經組織退化所引起。這類聽力損失的發生，通常具有漸進性、進行性和雙側性的特性。一開始主要影響較高頻率的訊息接收，再逐步演變為接收較低頻率的訊息也有困難^[2][3]。

這也就是什麼當忘記帶鑰匙，狂按門鈴兼打室內電話，家中長輩在家，卻可能依然沒聽見、沒來開門，因為這類尖銳的聲音都屬於較為高頻的聲音，對於有聽力退化的長者而言，察覺不易。因此，若能了解這類長者在接收高頻聲音開始退化的聽力需求，適度提高一點音量（但不是尖叫）、降低音調、講話速度適中，更能幫助對方聆聽訊息。  

比大聲更重要的事──善用溝通修補策略

當空氣的氣流通過聲帶時，會讓聲帶產生黏膜波動，進而將通過的氣流轉換成空氣的疏密波，也就是我們說話的聲波。每個人的聲波特質不同，所以又有人將聲音喻為第二張臉。儘管聲音悅不悅耳，個人主觀感受的成份頗高，但實際上，聲帶黏膜若是柔軟且均勻，相對比較不容易破鑼嗓子，聲音也就較為悅耳。所以，為了避免讓我們的第二張臉因為拉高音量而沙啞、燒聲，在了解以上針對距離、背景噪音和個人聽力需求與聲音之間的關係討論後，面對現實生活中無可避免的溝通中斷時，就能善用溝通修補策略，如：訊息遺漏的地方，及時與對方澄清，請對方重複、換句話說、換個方式等，都能讓彼此溝通更順暢^[4]！　

參考文獻

1. Crandell, C., Smaldino, J., & Flexer, C. (1995). Sound field FM amplification: Theory and practical applications. San Diego, CA: Singular Press.
2. Cruickshanks, K. J., Wiley, T. L., Tweed, T. S., Mares-Perlman, J. A., & Nondahl, D. M. (1998). Prevalence of hearing loss in older adults in Beaver Dam, Wisconsin. The epidemiology of hearing loss study. American Journal of Epidemiology, 148(9), 879–886.
3. Mulrow, C. D., Lichtenstein, M. J. (1991). Screening for hearing impairment in the elderly: rationale and strategy. Journal of General Internal Medicine, 6(3), 249–258. 
4. 林桂如、鍾雅婷（2017）。帶得走的溝通技巧──聽覺障礙學童溝通修補教學策略手冊。新北市：心理。