長輩常抱怨助聽器噪音大？——孝子們該認識的「音量壓縮」科技

本文轉載自食藥好文網

• 撰文／雅文兒童聽語文教基金會 黃上維、張晏銘 聽力師

聽覺是兒童接觸外在聲音世界、學習口語語言的基礎，聽得到且聽得清楚，孩子的語言及認知表現才有機會適齡發展，因此一旦確認有聽力損失，就有助聽器的使用需求。不過，當醫生判斷孩子有聽力損失後，父母心中都想知道：有沒有吃藥、手術或其它方式，來治療聽力問題？又或是戴上助聽器後，就能讓孩子的聽力恢復嗎？要解答這兩個問題，我們必須先了解聲音的傳遞方式。

我們如何聽見聲音？

耳朵是接收聲音的管道，分成外耳、中耳、內耳，隨後透過聽覺神經將聲音訊號傳遞至大腦解讀，任何一個區域出了差錯就有可能造成聽力損失。

外耳及中耳問題會造成「傳導性聽損」，例如：小耳症、耳道閉鎖、中耳積水、聽小骨硬化或斷裂等；這類聽損有醫療治癒的機會，但若治療的時機未到或期程過久，仍將耽誤孩童的聽語學習，因此可能需要階段性使用助聽器。內耳及聽神經問題會造成「感覺神經性聽損」，例如：毛細胞損傷、基因遺傳導致的細胞功能變異、神經細小等；這類聽損至今仍不可逆，也占先天性聽損的多數，需要終生使用助聽器或其它聽覺輔具。

助聽器的技術發展與時俱進

「工欲善其事，必先利其器。」要讓受損的耳朵重拾聽覺，要先了解助聽器的來歷。 助聽器顧名思義是幫助聽力的器具，如果說任何能把聲音有效傳進耳內的工具都是助聽器，那 17 世紀所誕生像漏斗、號角般的「耳朵喇叭（Ear trumpet）」就開啟了助聽器的時代篇章 ^[2]。不過這樣單純依靠聲學作放大的音量勢必有限，18 世紀末出現了以碳形成磁場，能有效提高音量的「碳助聽器」，同時引進不同頻率的聽力損失應有不同放大量的概念，隨後更歷經以「真空管」提供電力、以「電晶體」減少耗電及縮小外觀尺寸的時代。

到了 19 世紀末，助聽器開始「數位化」處理，與過往類比式不同，數位式助聽器在麥克風收音時，便將聲音轉成 0/1 的數位訊號，透過處理器分析、過濾和放大這些聲音，以此達成方向性接收語音、降低噪音、消除回饋音（漏音）等功能，最後再把 0/1 的數位訊號解碼化回聲波，傳遞至耳朵內。

助聽器可以像近視眼鏡一戴就好？

多數情況下，戴助聽器跟戴眼鏡不一樣，無法一戴就好，原因除了助聽器硬體的外部限制，如麥克風收音的品質與距離影響，人耳的生理也有內部限制。對少數「傳導性聽損」者而言，聽力損失相對單純，只要聲音的「音量」被放大還原，克服了外耳或中耳的阻礙，就能有正常的聆聽潛力，然而多數「感覺神經性聽損」者，損失的不單是音量，尚有對高低音「頻率」的差異分辨，如此當說話語音與環境噪音的頻率太過相近時，大腦很難將語音從噪音中抽離；以及對聲音「時間序列」的解析力降低，因為大聲音（或比較重的音節）會遮蔽緊跟其前後的小聲音，加上生活中的語音及噪音忽大忽小，大腦很難在交錯的聲音中鎖定目標語音 ^[3]。

以視覺做比擬，音量損失就像字體變小了，語音變得不易看見；頻率解析度下降就像字形變模糊了，讓本來就看起來相仿的字變得更混淆；而時間序列解析度下降就像比較大的字會凸顯而掩蓋前後比較小的字，或字跟字會有重疊情形，讓整句話變得不完整。

現代助聽器有許多進階功能，如頻率降轉技術 ^[4]、噪音消除技術，能協助濾化聲音，幫助聽損者更好接收到目標音，但無法從本質上根治感覺神經性聽損敏銳度低的問題，因此助聽器是以矯正聽力損失、利用殘餘聽力為目的，有賴後續聽能復健訓練以最大化助聽器的使用成效。

「最好」的助聽器是「最合適」自己孩子的助聽器

國內經衛生福利部核准的助聽器醫療器材超過 180 種，各家廠牌的設計訴求不一，若家長在為孩子選購助聽器時陷入苦思，不妨先依序檢視下述原則：

一、選擇：助聽器的種類與適用對象

• 整理／雅文兒童聽語文教基金會

二、配置：助聽器的規格與使用需求

聽損者的聽力在不同聲音頻率間，多有不同的感知受損程度，助聽器要達成分頻率地矯正，有賴於可調整的「壓縮頻道」，頻道數的多寡也常反應在助聽器的等級與價格，但越多的壓縮頻道不一定會聽得越好。對於聽力圖屬於平坦型，即高低頻的聽損程度相近者，擁有 6 個壓縮頻道就足以達成理想的語音辨識清晰度；對於聽力圖屬於極陡降型，即高低頻聽力可能橫跨輕度至重度聽損範圍的人，提高壓縮頻道至 18 個才有改善語音聆聽清晰度的顯著意義 ^[5]。此外要留意，若您的孩子適用政府輔具費用補助資格，壓縮頻道在 6 個以上就能符合〈身心障礙者輔具費用補助基準表－進階型助聽器〉的頻道數要求，該「進階型」的意義與市面上廠商所定義「入門款、基本款、高階款」等不相同。

接著，承前述助聽器與人耳的限制，助聽器需要與「無線傳輸系統」相容，不論是搭配各助聽器廠牌自有的藍牙麥克風，亦或是搭配現今教育部針對聽覺障礙學生提供之遠端麥克風系統（舊稱調頻系統）^[6]，才能讓孩子在具有複雜聲音環境的學習場域聽得清楚，克服與老師間的距離、周遭的噪音回音等影響，減輕長時聆聽的疲勞。

三、驗證：確認助聽器的使用效果

因為兒童還無法完善表達自身需求，要確認使用助聽器效果時，除了家長的日常觀察，下述的客觀檢測不可少，包含「聲場矯正後聽力圖」用以確認孩子最小可以接收到的音量有無改善；「語詞辨識測驗」用以確認孩子在不同聆聽情境（如安靜環境下的遠距離說話音量、及吵雜環境下的一般說話音量）皆能聽得清楚；「真耳或耦合器量測」用以確認助聽器的處方公式設定與輸出音量相符，並確認最大輸出音量，避免過度擴音造成傷害。「聲電分析」用以確認助聽器的效能（如增益量、內部噪音量、聲音失真率等）隨時間可能衰減後是否仍在容忍值。

然而，不同聽損程度或助聽器的配戴經驗會影響驗證的細節，因此在購買助聽器之前，記得向聽力師了解這些檢測的理想目標、同樣能達成目標的其它選項有何差異、目標未達成時可努力的方向，以此兼顧助聽器的購買成本及使用效果。

和戴上助聽器同樣重要的下一步

看起來助聽科技很厲害，但別忘了，助聽器不是治療聽損的萬靈丹，聽覺大腦的路徑具有神經可塑性，需要透過正確配戴輔具，來增進聽損者對聲音的感知 ^[7]。對語言及認知能力還在發展階段的兒童來說，養成全日配戴的習慣、培養良好的傾聽技巧 ^[8]、學習聲音與意義的連結，是擁有適齡發展的要素。此外，你可以想像即便是聽力正常人，在聆聽環境複雜的時候，不總能聽得如此清晰，也需要依靠上下文解讀、請他人重述，或轉換環境做聆聽等，因此，「聽能復健訓練」是從建立核心的聽能技巧開始，擴展到語言及認知能力的促進，再到有效溝通策略的練習，是最佳化輔具成效所不可或缺的步驟。

參考資料

• [1] 馬英娟（2016）：淺談聽覺系統。載於林桂如（主編），以家庭為中心的聽覺障礙早期療育——聽覺口語法理論與實務（265-282頁）。新北市：心理。
• [3] 劉殿楨等譯（2019）。聽覺輔具，第 1 章。台北市：華騰文化。(Harvey Dillon, 2012)
• [5] Jason Galster & Elizabeth A. Galster.(2011).The Value of Increasing the Number of Channels and Bands in a Hearing Aid. AUDIOLOGYONLINE. Retrieved from https://www.audiologyonline.com/articles/value-increasing-number-channels-and-826.
• [7] Karawani, H., Jenkins, K., & Anderson, S. (2022). Neural Plasticity Induced by Hearing Aid Use. Frontiers in aging neuroscience, 14, 884917.

延伸閱讀

• [2] 楊又臻（2018）。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。
• [4] 張逸屏（2022）。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。
• [6] 林淑芬（2022）。教室聆聽小幫手—遠端麥克風系統。
• [8] 楊琮慧（2020）。有聽沒有到，為何學會「傾聽」這麼重要？

• 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