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电子耳蜗是一种能够为重度和极重度感音神经性耳聋患者提供功能性听力的植入型电子装置。发展至今,电子耳蜗植入者在安静环境下已经获得了良好的言语识别效果。但音乐欣赏与理解仍然是绝大多数植入者无法逾越的障碍。
音乐感知属于心理声学范畴,主要研究外界声刺激(音乐信号)所引起的主观感受(音乐感知)。使用何种音乐信号作为声刺激,如何收集与评价受试者的主观感受,是研究电子耳蜗植入者音乐感知的首要问题;电子耳蜗提取外界声信号中的声学特征,并以电刺激的形式发送给植入者。植入者的音乐感知完全来自于携带音乐声学特征信息的电刺激。一方面,从电子耳蜗“发送”信息的角度,如何处理音乐信号,提取有价值的声学特征,是研究植入者音乐感知的重要问题;另一方面,电子耳蜗“发送”的特征信息,能否被植入者获取,并转化为预期的感知?从植入者“接收”信息能力的角度,电听觉的基础心理声学研究,是探讨植入者音乐感知的重要手段。
本文的目的是系统地研究电子耳蜗植入者的音乐感知,主要研究内容和创新点如下:
(1)研究并建立了首例用于中国电子耳蜗植入者的音乐感知评估方法。通过对音乐不同构成元素的拆分组合测试来量化评估植入者对音乐基本要素的感知能力,同时辅以问卷调查,综合评价植入者实际音乐聆听效果。
(2)从电子耳蜗“发送”信息的角度,借助电子耳蜗声学模拟,全面地探讨了时频处理与音乐声学特征对感知的影响。得出结论:第一,基于声码器框架的电子耳蜗信号处理,由于频域分辨率的限制,很难完全覆盖所有音色和频率范围的音乐声学特征。第二,相对于时域包络周期性,频域分辨率无论在言语和音乐的识别中都起着决定性的作用。由此推论:增加独立刺激通道数是提高植入者音乐感知能力的有效手段。
(3)从电子耳蜗植入者可以“接收”信息的角度,建立了国内首例电听觉音调感知测试与研究平台。在实验研究中,进行了植入者电极分辨、言语评估、音乐感知测试的综合研究。得出结论:植入者在理解音乐这类复杂声信号时,电听觉部位音调感知能力一定程度决定了其听音效果,但与言语识别效果无直接关系;此外,通过刺激率和虚拟通道分辨的预言性测试,初步论证了“双刺激率”和虚拟通道用于声音编码策略的可能性。
(4)通过对植入者音乐音高感知的研究,借助对音乐信号的电极图分析,初步建立了“音乐声学特征-电刺激模式-植入者感知”的对应关系。并论证了:第一,音乐信号谐波规则度与电刺激模式的复杂度成反比,与植入者音高感知的结果成反比;第二,电听觉部位音调编码在植入者的音乐音高感知中起到主导作用:第三,电听觉时域音调编码是通过电刺激周期性幅度调制体现的,但受到调制频率的限制;
(5)参与提出一种基于峰值提取的虚拟通道声音编码策略,并在国产诺尔康电子耳蜗系统上移植。