Способ оценки помехоустойчивости восприятия речевых сигналов

 

Способ может быть использован в медицине, а именно в оториноларингологии для определения состояния слуха пациентов. Пациенту предъявляют тестовые речевые сигналы в чистом виде, изменяя их интенсивность до достижения им наибольшей вероятности их распознавания (не менее 0,5), принимая найденное значение за исходное, после чего тестовые речевые сигналы предъявляют вместе с акустическими помехами, увеличивая при этом отношение сигнал/помеха от 0 до величины, при которой вероятность правильного распознавания тестовых сигналов достигает значения на 20% ниже от исходного, с учетом его определяют отношение сигнал/помеха и при его значении менее -7 дБ принимают его за помехоустойчивость для пациентов с отсутствием сенсоневральной тугоухости, а при значении, равном или более -7 дБ, - для пациентов с признаками сенсоневральной тугоухоости. Способ обеспечивает возможность более точной и быстрой оценки помехоустойчивости восприятия речи пациентами с нормальным слухом и сенсоневральной тугоухостью. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к медицине, точнее к оториноларингологии, и может найти применение при определении состояния слуха пациентов, подборе слуховых аппаратов и профотборе. Помехоустойчивость - это способность человека воспринимать информацию (в частности, речь) при наличии внешних помех (в частности, акустических помех типа шума, посторонней речи, музыки и т.п.). В результате проведенных в последние годы исследований выяснено, что многие пациенты, особенно страдающие сенсоневральной тугоухостью, способны хорошо распознавать речевые сигналы достаточной громкости лишь при отсутствии внешних помех. Даже присутствие относительно небольшого шума во многих случаях приводит к значительному ухудшению распознавания ими речи. Так как в реальных условиях тот или иной шум или помеха всегда присутствуют, то при оценке состояния слуха человека необходимо оценивать помехоустойчивость как одно из свойств слуховой системы человека.

В настоящее время оценка помехоустойчивости восприятия речи человеком, как правило, производится в рамках исследовательских работ, и известные методы ее измерения ориентированы, как правило, на здоровых людей, у которых нет специфических нарушений слуховой функции, учитывать которые необходимо при работе с больными [1 -3]. Так, например, у здоровых людей слабо выражена зависимость вероятности правильного распознавания тестовых слов от их интенсивности. В то же время такая зависимость очень резко выражена у большинства больных сенсоневральной тугоухостью (эффект функционального нарушения восприятия громкости - ФУНГ).

В клинико-аудиологической практике известна методика "шумовой" аудиометрии по Лангенбеку [4], которая заключается в установлении порогов ипсилатеральной маскировки для тонов в диапазоне аудиометрических частот на фоне шума возрастающей интенсивности. Однако, кроме того, что эта методика предназначена для оценки помехоустойчивости восприятия пациентом тональных сигналов а не речи, в ней используются стационарные сигналы и шумы и тем самым не учитывается влияние маскировки на восприятие частотно-временных характеристик сигналов.

Известны методики тональной аудиометрии, в которых эти недостатки при оценке помехоустойчивости слухового анализатора, частично устранены [2,3]. Однако тональная аудиометрия принципиально не может использоваться для характеристики помехоустойчивости восприятия человеком нестационарных сигналов со сложной структурой (например, речевых сигналов), так как ее результаты не зависят от тех механизмов преобразования сигналов в слуховой системе, функционирование которых существенно влияет на восприятие человеком речи на фоне шума.

Известны методы "шумовой" речевой аудиометрии применительно к людям с нормальным слухом и различными формами тугоухости [5-9]. Согласно им, на фоне шума строится или вся речевая аудиограмма (артикулляционная кривая, кривая нарастания разборчивости речи) или устанавливается один из ее уровней разборчивости (уровень 50, 80 или 100%). При этом акустические параметры как маскера, так и маскируемых речевых сигналов практически не учитываются: в качестве первого обычно используется нестандартизованный широкополосный шум, спектр которого формируется электроакустическими параметрами измерительного тракта (аудиометра). В качестве вторых применяют сбалансированные фонетически, но не энергетически таблицы слов, предложений, слогов. Тем самым при установлении порогов маскировки речевых сигналов не фиксируется соотношение сигнал/шум, что затрудняет выявление нарушений помехоустойчивости слухового анализатора при его поражении. Сама методика речевой аудиометрии трудоемка, плохо приспособлена к автоматизации и формализации методических алгоритмов и в процессе своего проведения требует речевого или письменного отчета пациента.

Основным недостатком методов шумовой аудиометрии является отсутствие определенного параметра, позволяющего оперативно оценить функцию помехоустойчивовости восприятия человеком речевых сигналов на фоне шума. Тем самым, отсутствуют условия для разработки формализованного алгоритма обследования. Это, в свою очередь, затрудняет создание screening методики по надежной топической и дифференциальной диагностике слуховых расстройств различного генеза, затрудняет установление объективных критериев профессиональной пригодности (или непригодности) для людей, работающих в условиях сильных акустических помех.

В речевой аудиометрии известны параметры SA1, Social Adequacy Index [II] и SPI [12], характеризующие способность слушателя распознавать речевые сигналы с учетом их социальной значимости в тишине и на фоне шума. Параметр SPI определяется на базе специальной таблицы-графика, по оси абсцисс которой откладывается значения порога восприятия речи SRT (Speech Reception Threshold), а по оси ординат - процент нераспознанных фонем (Phoneme Recognition Test, PRT). Цифра, расположенная в таблице на пересечении значений указанных параметров, является величиной SPI, которая используется для характеристики социального слуха данным пациентом. Для учета помехоустойчивости при распознавании фонем (PRT) проводится предъявление тестовых слов на фоне шума, при соотношении сигнал/шум, равном 5 дБ. Недостатком параметра SPI является недостаточный учет влияния внешнего шума на способность человека распознавать речь. Как показали последние исследования [10], многие пациенты, страдающие сенсоневральной тугоухостью, хорошо воспринимают речь лишь при отсутствии шума или при значительных значениях сигнал/шум (>1). Для таких пациентов индекс SPI будет достаточно хорошим. В то же время, у многих пациентов, страдающих сенсоневральной тугоухостью, имеет место нарушение разборчивости речи даже при небольшом (-3 дБ) снижении отношения сигнал/шум. Так как в реальных условиях при восприятии речи шум в той или иной степени обычно присутствует и отношение сигнал/шум при этом значительно ниже (-)3 дБ, то заключение о степени поражения слуха и таких пациентов по этой методике может оказаться неадекватным их способности воспринимать речевую информацию в условиях реальной звуковой среды.

Наиболее близким к предлагаемому способу определения помехоустойчивости восприятия и различения речевых сигналов является метод HINT (Hearing in Noise Test), описанный в [10], который и принимается в качестве прототипа. Тест HINT включает в себя 240 тестовых фраз, состоящих из приблизительно одинакового количества слогов (от шести до девяти). Все фразы произносятся мужским голосом. Спектр помех соответствует усредненному спектру тестовых фраз. Все множество фраз группируется в фонетически сбалансированные списки, состоящие из 10 или 20 фраз. Тем самым формируются 24 десятифразных групп или 12 двадцатичетырехфразных групп тестовых фраз. Выбор для измерений той или иной группы фраз и ее длины зависит от задачи эксперимента и времени, отводимом на него.

В процессе измерения по способу HINT при фиксированном уровне шума (65 дБ) пациенту предъявляют тестовые фразы, поднимая их уровни по интенсивности до того значения, при котором слушатель оказывается способным правильно повторить половина из них. Эта величина и определяется как порог SSRT(Sentence Speech Reception Threshold). Из приведенного описания следует, что SSRT будет зависеть от уровня установленного шума. Однако правильность распознавания тестовых фраз зависит от многих причин, а не только от уровня шума. Во многих случаях даже при полном отсутствии шума больные не могут опознать 100% тестовых фраз. Поэтому характеристика помехоустойчивости восприятия речи человеком только по SSRT может приводить к существенным ошибкам. Основным же недостатком метода SSRT является тот факт, что в качестве характеристики помехоустойчивости восприятия слушателем речевых сигналов используется их уровень интенсивности, необходимый для обеспечения заданной разборчивости тестовых фраз. Тем самым переменной величиной в процессе измерений оказывается уровень интенсивности предъявляемых речевых сигналов. В то же время известно, что разборчивость речи даже без шумовой помехи и лиц, страдающих сенсоневральной тугоухостью, существенно зависит от ее интенсивности. Известно, что уровень комфортной громкости при прослушивании речи является достаточно постоянной величиной для лиц с нормальным слухом и вариабельной для лиц, страдающих сенсоневральной тугоухостью. Отклонения от этого уровня как в большую, так и в меньшую сторону ведет к ухудшению разборчивости речи. Поэтому при измерении разборчивости речи на фоне помех, ее интенсивность не может использоваться в качестве переменной величины, а тем более не может служить критерием помехоустойчивости.

Таким образом используемые в настоящее время параметры по оценке состояния слуховой функции человека, недостаточно учитывают его способность различать речь на фоне помех. Существующие же методы измерения способности человека разбирать речь на фоне шума носят исследовательский характер, требуют больших затрат времени, участия оператора в проведении этих исследований. Отсутствует и единый параметр, характеризующий помехоустойчивость слуховой системы человека. В частности, не учитывается зависимость вероятности правильного распознавания тестовой речи от ее интенсивности и больных сенсоневральной тугоухостью.

Технический результат настоящего изобретения состоит в использовании для оценки помехоустойчивости критерия, пригодного как для здоровых людей, так и для пациентов с сенсоневральной тугоухостью.

Этот результат достигается тем, что в известном способе оценки помехоустойчивости путем предъявления пациенту тестовых речевых сигналов на фоне акустических помех, согласно изобретению предварительно пациенту предъявляют тестовые речевые сигналы в чистом виде, изменяя их интенсивность до достижения им наибольшей вероятности их распознавания, не менее 0,5, принимая найденное значение за исходное, после чего тестовые речевые сигналы предъявляют вместе с акустическими помехами, увеличивая при этом отношение помеха/сигнал от 0 до величины, при которой вероятность правильного распознавания тестовых сигналов достигнет значения на 20-50% ниже от исходного, с учетом его определяют отношение сигнал/помеха и принимают его за помехоустойчивость восприятия речи пациентом.

Предварительное предъявление пациенту тестовых речевых сигналов без помех обеспечивает возможность подбора наиболее комфортного уровня интенсивности, т. е. такого уровня, при котором число ошибок при распознавании тестовой речи оказывается минимальным. Это особенно важно для пациентов с сенсоневральной тугоухостью, поскольку у них в большей степени, чем у здоровых людей, вероятность правильного распознавания речи зависит от уровня ее интенсивности и даже при наиболее комфортном уровне речи вероятность ее распознавания (Р₀) не всегда достигает 100%. Тем не менее именно это найденное значение используется как исходное. Как нами показано, для получения устойчивых результатов измерения помехоустойчивости величина Р₀ должна быть не менее 0,5. Если она не достигает этой величины, то оценивать помехоустойчивость таких пациентов затруднительно.

Последующее предъявление тестовых сигналов с найденной (комфортной) интенсивностью на фоне усиливающейся помехи позволяет определить то отношение сигнал/помеха, при котором вероятность правильного распознавания тестовых речевых сигналов ухудшается на заданный нами процент (20-50%).

Использование полученного таким образом отношения сигнал/помеха для характеристики помехоустойчивости дает возможность оценивать состояние слуха пациента более достоверно и многосторонне, чем это делается в настоящее время.

Сущность предлагаемого способа демонстрируется речевыми аудиограммами, определенными предлагаемым способом для пациентов с нормальным слухом (фиг. 1) и с сенсорноневральной тугоухостью (фиг. 2).

По оси абсцисс на фиг.1 и 2 отложены отношения сигнал/помеха, по оси ординат - вероятности правильного распознавания тестовых сигналов.

Из приведенных на фиг.1 и 2 данных следует, что при отсутствии помех оба слушателя обеспечивают восприятие речи со 100% вероятностью (при условии установления для обоих пациентов наиболее комфортного уровня интенсивности тестовых сигналов). При наличии помех человек с нормальным слухом показывает снижение вероятности правильного распознавания тестовых сигналов на 20% при отношении сигнал/шум = - 14 дБ. В то же время пациент с сенсоневральной тугоухостью показал снижение вероятности правильного распознавания тестовых сигналов на ту же величину уже при отношении сигнал/помеха = - 4 дБ. Полученные аналогичным методом данные для 12 пациентов сведены в таблицу.

В таблице обозначено: РS/n = 5дБ - вероятность правильного опознания фонем при отношении сигнал/помеха = 5дБ (тест распознавания фонем); S/N =P/P₀ = 0,8 - отношение сигнал/помеха (дБ) при уменьшении вероятности правильного распознавания (Р) тестовых слов на 20% по отношению к исходному значению вероятности правильного распознавания тестовых слов, определенной при отсутствии шума (Р₀).

Из данных, приведенных в таблице, следует, что критерий Ps/n = 5дБ (критерий PRT) в существующей форме, определенный на имеющемся устройстве, не позволил установить дифференциально-диагностические различия между нормой и сенсоневральной тугоухостью. Данные, полученные с помощью предлагаемого устройства, помещенные в строке S/N p/P₀ = 0,8 таблицы, показывают, что они оказались диагностически значимыми для выявления нарушений в восприятии речи на фоне помех (сравните данные пациентов 1-5 и 6-12).

Для сопоставления на фиг.3 приведена характеристика помехоустойчивости пациента, определенная по способу, описанному в прототипе [11]. По оси абсцисс на фиг. 3 отложены интенсивности тестовых речевых сигналов. По оси ординат отложены значения вероятности правильного распознавания тестовых сигналов. Интенсивность помех при этом поддерживалась постоянной и равнялась 60 дБ.

Кривая 1 на фиг. 3 характеризует разборчивость речи пациентом в том случае, если в качестве помехи используется белый шум. Кривая 2 на том же рисунке характеризует разборчивость речи данным пациентом для случая, когда в качестве помехи применяется сторонняя речь. Из кривой 2 на фиг. 3 следует, что способ оценки помехоустойчивости, описанный в прототипе неприемлем, т.к. требуемый уровень 50% распознавания тестовой речи здесь вообще не достигается. Тем самым показана эффективность и полезность предлагаемого способа.

Литература 1. Сапрыкин В.И., Беляев Б.И. Об оценке вероятностных характеристик слухового анализатора человека при восприятии тональных сигналов в шуме. Биофизика. -1968, т. 13, N6, с. 1085- 1091.

2. Лопотко А.И. Диагностические возможности шумовой аудиометрии с позиций статистической теории связи. В кн.: Ларингология. -Л., 1991, с. 102-110.

3. Пальгов В.И, Терещенко В.М. Об оценке маскировки шумом у лиц с поражением слуха. -Вестник оторинолар. - 1972, N2, с. 41-45.

4. Langenbeck В. Lehrbuch der praktischen Audiometrie. Thieme. Stuttgart. -1963. 226 S.

5. Pestalozza G., Lazzaroni A. Noise effect on speech perception in cli nical and experimental types of deafness. Acta oto-laryngol. -1954, v. 44, p. 350-359.

6. Белов И.М. О соотношении тестов маскировки и разборчивости речи при тугоухости. -Вестник оторинолар.- 1968, N 5, с. 9-15.

7. Лопотко A.И. Старческая тугоухость.-Ашхабад; 1986, с. 188-192.

8. Ханамирян P. M. Маскировка при речевой аудиометрии и ее диагностическое значение. -Вестник оториноларингологии. -1983, N 3, с. 17-20.

9. Сагалович Б.М., Кислякова H.А., Сошникова М.Г. Восприятие речи через слуховой аппарат при возрастной тугоухости в отсутствие и при наличии посторонних помех. Методические рекомендации. Министерство здравоохранения РСФСР. -М., 1979.

Формула изобретения

Способ оценки помехоустойчивости восприятия речевых сигналов для дифференциальной диагностики слуховых расстройств различного генеза путем предъявления пациенту тестовых речевых сигналов на фоне акустических помех, отличающийся тем, что предварительно пациенту предъявляют тестовые речевые сигналы в чистом виде, изменяя их интенсивность до достижения им наибольшей вероятности их распознавания (не менее 0,5), принимая найденное значение за исходное, после чего тестовые речевые сигналы предъявляют вместе с акустическими помехами, увеличивая при этом отношение сигнал/помеха от 0 до величины, при которой вероятность правильного распознавания тестовых сигналов достигает значения на 20% ниже от исходного, с учетом его определяют отношение сигнал/помеха и при его значении менее -7 дБ принимают его помехоустойчивость для пациентов с отсутствием сенсоневральной тугоухости, а при значении, равном или более -7 дБ, - для пациентов с признаками сенсоневральной тугоухости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4