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

• 文／張逸屏｜雅文基金會聽語科學研究中心　主任／研究員

端午節時，幼兒園大班的晴晴跟著爸爸媽媽回阿嬤家過節，晴晴興奮地跟阿嬤分享前幾天在學校聽的故事「紅盒子裡的祕密」，但是，最近開始出現重聽情況的阿嬤，常常聽不清楚或聽錯，不是說「啥？什麼？」，不然就是把「驢子爺爺」聽成「吳爺爺」。於是，晴晴不自覺地愈講愈大聲，希望能讓阿嬤聽清楚，當阿嬤還是聽得霧煞煞，晴晴只好更大聲！最後，大聲到爸爸從廚房跑出來罵晴晴：「怎麼可以對阿嬤講話這麼大聲、太沒禮貌了！」晴晴委屈地哭了起來……

大家應該都有碰過被身旁的人提醒跟這位長者說話要大聲一點的經驗吧？根據世界衛生組織的數據^[1]，60 歲以上高齡人口中，約有 1/4 的人患有足以造成生活障礙的聽力損失（disabling hearing loss）。然而，說話大聲一點，真的可以讓重聽的年長者聽得比較清楚嗎？一般來說，嗓門特別小的人，或是原本用悄悄話的方式在說話，這時提高到一般音量應該會有用。然而，若是一般音量的情況下，大聲說話、甚至大吼大叫，其實是不怎麼管用，更可能會有反效果的^[2]。這樣違反直覺的情況，是什麼緣故造成的呢？

大聲不是比較聽得清楚嗎？

一般直覺上會認為，既然重聽或有聽力損失，就是講大聲一點應該就能聽得到了，不是嗎？事實上，由於「語音組成」及「聽力損失特性」這兩大因素，會使得加大音量卻反而有聽不「清楚」語音的問題。

然而，在解釋上述兩大因素之前，必須先釐清聽得「到」不一定聽得「清楚」。大家應該都有這樣的經驗，在有噪音或距離較遠的情境下，例如在廚房洗碗時，家人在客廳說話，我們會聽「到」家人在說話的聲音、也可能聽到大致的內容或是部份內容，但卻沒辦法聽「清楚」完整的內容、或是有聽錯的情況。而重聽或聽力損失的情況也很類似，因為聽力損失有不同的程度，一般年長者的重聽不會是完全聽不到的情形，因此老人家常會說「我都有聽到啊！是你講話不清楚。」

語音組成：聲母和韻母

那麼，當音量變大、卻反而「聽不清楚」，到底是什麼原因造成的呢？一般來說，聽不清楚的通常是指語音當中的聲母（子音）無法被完整地傳遞與接收。回想一下，小時候在學注音符號時，拼音時寫在上面的就是聲母（子音）、下面的則是韻母（母音）。圖二以「沙」（/ㄕㄚ/）為例，可以看出子音/sh/（聲母/ㄕ/，但只有氣音的部份）的部份音量小，且集中在高頻帶，而母音/a/（韻母/ㄚ/）的部份則是音量大，且相對集中在較低頻的區塊。然而，當我們試著說大聲一點，也就是把音量放大時，無論我們怎麼嘗試，都只能放大母音部份的音量^[3]，子音部份的音量都還是很小。甚至，我們可以試試看只針對子音的部份（如/sh/, /s/, /t/等音）「大叫」，會發現根本沒有辦法做到。

然而，在語音中音量較小的子音才是主要提供清晰度的來源^[3,4]，曾有研究發現，若將語音中子音主要所在的高頻帶（1000 Hz 以上）去除掉之後，語音清晰度只剩不到 40%；反之，若將母音主要所在的低頻帶（500 Hz 以下）去除，語音清晰度仍有 95%^[4]。試試看，若將一句話當中的子音都省略掉，那麼「他今天去上班」就會變成「阿因煙玉ㄤˋ安」，會變得非常非常難以理解。

聽力損失的特性：高頻通常較嚴重

大多數老年性的聽力損失是屬於高頻聽損^[5]，也就是在較高頻率的部份比較聽不清楚。這個類型的聽損者，就常會有前面所提到的感受：「我都有聽到，但我就是聽不清楚、沒有辦法理解內容！」而如果本文一開始提到的晴晴，因為阿嬤聽不清楚而愈說愈大聲時，卻如同前述，語音當中只有阿嬤原本就聽得到的母音部份變大聲了，但應該是要帶來語音清晰度的子音卻沒有辦法同樣變大聲。即使說話者不斷把音量加大，原本是希望能讓對方聽清楚，豈料適得其反，讓子音和母音之間的音量差距更大，更加劇了不清晰的問題，造成了愈大聲反而愈聽不清楚的矛盾現象。

助聽器科技來幫忙：音量壓縮

那麼，要如何才能讓重聽的長輩，或是聽力損失者能夠聽得清楚呢？如果對生活溝通已經造成困擾，應該要尋求專業耳科醫師和聽力師的協助，嘗試配戴設定適當的助聽器。助聽器的功能不只是放大聲音，還具備了「音量壓縮」的科技^[6]，讓小聲的聲音放大較多、大聲音量的聲音放大少一些。若套上前述子音和母音相對音量的概念，那就是能讓較小聲、原本聽不清楚的子音變得清楚，提高語音的清晰度。不過，配戴助聽器會需要一段時間的適應，同時也需要和聽力師討論生活上聆聽的需求，才能找到最適合自己的設定。並不是到藥局隨意買一副助聽器，以為戴上就能解決聆聽的所有困難喔！

和聽損者談話的小撇步：正常音量、稍慢語速、發音清楚

除了配戴助聽器之外，溝通策略^[1,7]的運用也很有幫助^註1。從前面的解釋已經了解到，大吼大叫對聽損者理解語音不但沒有幫助，甚至會有反效果。所以在語音本身上面，可以調整的部份不在音量，而是速度和發音清楚。因此，用一般的音量、語速稍微放慢、發音清楚一點但保持自然，這幾個小撇步可以幫助聽損者聽清楚。同時也可試著換句話說，或是搭配手勢動作來幫助理解。

其他還有一些策略，包括先取得聽損者的注意力，讓他知道您在跟他說話，避免環境噪音或多人同時說話，這些方法可讓聽損者專注在要聽取的語音訊息上，並減少干擾。此外，建議環境的光線要充足，並可稍微靠近聽損者、讓他能看清楚您的臉部，這麼做可讓聽損者獲取臉部表情和口形等線索，幫助解讀語音訊息的內容，即便聽損者不一定有練過讀唇，但口形線索確實會有幫助，您可以留意看看在很吵雜時，若能看到說話者的臉及口形（當對方沒有戴口罩）時，會比較容易聽清楚。

相信若是晴晴運用了上面所提到的這些溝通策略，不但可以快樂地跟阿嬤分享在學校發生的事，享受愉快的祖孫親情時光，也不會被爸爸罵對阿嬤沒禮貌了喔！

註1 ：欲了解更多溝通策略，可參考雅文基金會「聽損溝通小學堂」和「微聽損網站－聽說策略」。

參考資料

1. World Health Organization. (2024/02/02). Deafness and hearing loss. Retrieved from https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/deafness-and-hearing-loss
2. Painter, K. (2013/03/10). How to talk to a hearing impaired person? Don’t shout. USA TODAY. Retrieved from https://www.usatoday.com/story/news/nation/2013/03/10/talking-hearing-impaired/1965127/
3. DPA Microphones. (2021/03/04). How to improve speech intelligibility when amplifying the voice. Retrieved from https://www.dpamicrophones.com/mic-university/how-to-improve-speech-intelligibility-when-amplifying-the-voice
4. DPA Microphones. (2021/03/03). Facts about speech intelligibility. Retrieved from https://www.dpamicrophones.com/mic-university/facts-about-speech-intelligibility
5. Victory, J. (2024/02/21). Understanding high-frequency hearing loss: This kind of hearing loss affects speech clarity. Retrieved from https://www.healthyhearing.com/report/52448-Understanding-high-frequency-hearing-loss
6. 張逸屏（2022/01/07）。長輩常抱怨助聽器噪音大？——孝子們該認識的「音量壓縮」科技。泛科學。取自https://pansci.asia/archives/339307
7. UCSF Health. (n.d.). Communicating with people with hearing loss. Retrieved from https://www.ucsfhealth.org/education/communicating-with-people-with-hearing-loss

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？

「那無疑是我從沒嚐過的味道」，論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗，委婉地承認：「其實不難吃，只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」^[1]所幸皇天不負苦心人，在多次修正後，美國哥倫比亞大學的團隊，終於做出原料一樣，但是不再坍塌的蛋糕，並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》（npj Science of Food）期刊上分享食譜。^[2]

3D 列印蛋糕的食譜

研究團隊的終極目標，是希望將來任何人均能用簡單的軟體烹飪，3D 列印再雷射加熱，創造經濟、健康且美味的餐點。他們選擇的食材相當普遍，全部都從美國紐約的 Appletree Market 超商購買。^[2]

材料

Skippy 花生醬、J.M. Smucker 草莓果醬、Nutella 榛果巧克力醬、Betty Crocker 糖霜、Krasdale櫻桃淋醬、拿叉子搗爛的香蕉泥；以及用食物調理機攪 2 分鐘製成的全麥餅乾糊（8 塊全麥餅乾、2 湯匙的牛油和 4 茶匙的水）。^[2]

步驟

（1）冷藏材料，使其變得濃稠，以穩定結構。^[2]

（2）把各種材料灌入分別的 7 支針筒（30ml；14 gauge）。^[2]

（3）將針筒裝進特製的 3D 食物印表機。^[2]

（4）把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下，盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米，會逐漸累積出蛋糕的半成品。^[2]

（5）論文有寫到運用藍光和紅外線，為蛋糕加熱。不過，實驗方法的段落，僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體（blue laser diode），也就是下圖中黑色的長方體。^[2]

從上面的影片，可見早期幾個版本的蛋糕，非常容易崩垮。^[2]研究團隊於是依據物質受力變形時，展現的黏性和彈性特質，即黏彈性（viscoelasticity），將食材分為「結構」與「填料」兩類，並在軟體中改變設計：^{[2, 3]}用結構性強的全麥餅乾糊，作為蛋糕各層的形狀基礎，又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐，再填入其他相對柔軟的原料。最後，他們調整 3D 印表機的針筒高度，並減緩列印的速度。如此擠出來的流體，尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應（coiling effect或rope-coil effect），破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中，最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。^[2]

3D 列印食品的推廣

目前 3D 列印食物尚未普及，此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎，懂得操作的人還少；另方面則因為這種印表機索價不菲，不是誰都玩得起。如果要商業化，研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式：壓低主要產品本身的價格，後續再從耗材獲利。換句話說，廠商賣出廉價的 3D 食物印表機，之後消費者就會以零買或長期訂購的模式，購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物，發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物；也能推出醬油、橄欖油等液體；食鹽與胡椒之類的顆粒；還有百里香或香芹這類碎片等，任何可食用的東西。^[2]

此外，在薄利多銷和產品開發的同時，也要提升大眾的接受度。偏好天然食材，或是不信任食品產業，都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方，是宣傳它的好處，例如：精準調配營養，不浪費材料；降低能源耗損；以及客製化的食譜等。^[2]當然，似乎也就避而不談犧牲纖維質，以求列印順暢等問題。^[1]總之，他們描繪出科技烹飪的美好願景，並且排除萬難，要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟，產品賣相比論文中的蛋糕誘人，您會願意品嚐嗎？

致謝

特別感謝許凱勝先生協助確認技術細節。

參考資料

1. Sample I. (22 MAR 2023) ‘Have your cake and print it: the 3D culinary revolution is coming’. The Guardian.
2. Blutinger, J.D., Cooper, C.C., Karthik, S. et al. (2023) ‘The future of software-controlled cooking’. npj Science of Food, 7, 6.
3. Gan H, LAM Y. (2008). ‘Viscoelasticity’. In: Li, D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA.