李楠，李思陽，劉晶，王倩，陳艾婷，洪夢迪，冀飛

助聽設備技術的提高能夠極大程度改善言語康復的療效。在此基礎上，更多的患者希望進一步提高生活質量，對聲音方向性的要求相應變得更高。聲源定位也逐漸開始成為評估患者助聽效果的重要指標。

人耳對聲源位置的感知包括水平方向、垂直方向以及距離3個方面。Rayleigh[1]在1907年第一次用耳間差異的概念分析聲源位置，原理是通過雙耳時間差和雙耳強度差定位聲音的水平位置，其中低頻信號的定位主要依賴雙耳時間差線索，高頻信號則對聲音到達雙耳的強度差更為敏感。Risoud[2]等人研究表明在進行水平面方向上的定位時，正常人會出現一種“混淆圓錐”的生理現象，也就是對水平軸呈鏡像對稱的兩個聲源位置分辨不清[2]。此外，人耳會通過頭部以及耳廓識別的頻譜線索定位聲音的垂直角度，并使用直達聲與混響聲能量比判斷聲音的遠近。自由聲場中與聲源距離每增加一倍，到達人耳的聲強則衰減6 dB，由于高頻聲音在傳播過程中會更快地衰減，所以在定位高頻聲音時相較低頻更困難[2]。

既往針對360°全方向多聲源定位的研究較少。利用分布在受試者周圍360°的全方向聲源，可在較大程度上還原日常生活中聲源來自各個方位角度的場景，更全面地反映整體聲源定位能力。本研究對聽力正常人應用360°全方向72聲源進行方位辨別測試，尋找正常人聲源定位規(guī)律，探索和分析雙耳聆聽線索對正常人聲源定位的影響，為后續(xù)研究聽力損失患者聲源定位能力以及使用助聽設備干預后的康復療效提供臨床依據。

1 資料與方法

1.1 測試對象 本研究共納入14例聽力正常受試者，其中男3例，女11例，年齡區(qū)間為19～42歲，平均年齡（31.4±7.2）歲。全部受試者均為耳科正常人，無耳科疾病史和家族史，雙耳500 Hz～4 kHz平均純音聽閾為（7.5±4.3）dB HL，日常交流語言為漢語普通話，接受測試前均已簽訂知情同意書。

1.2 測試設備本研究測試設備為360°聲源定位系統(tǒng)（北京百特聲學科技有限公司），由360°環(huán)形陳列、72個均勻分布的揚聲器組成。揚聲器陣列直徑3 m，相鄰兩個揚聲器間隔5°。測試前設備輸出聲信號按GB/T 16296.2-2016進行校準[3]。

1.3 測試流程測試在標準隔聲屏蔽室內進行，測試時受試者坐于設備的中心點位置（距離揚聲器1.5 m），揚聲器與受試者雙耳處于同一水平高度。聲源定位揚聲器按1～72號順序排列，其中0°入射角對應19號揚聲器。測試前先使受試者熟悉測試的聲源數量及分布，并在面前的平板電腦上顯示出對應的平面示意圖（圖1-a）。測試過程中，當受試者聽到聲音后，將其所認為發(fā)出聲音的聲源序號在平面示意圖上進行指認，指認完成后按下確認按鈕，即完成一次應答。測試所用頻率為0.25 k、0.5 k、0.75 k、1 k、1.5 k、2 k、3 k、4 k、6 k和8 kHz共10個頻率，刺激聲信號為囀音，刺激聲給聲時間為1～2 s，后留有15 s的時間供受試者應答，應答后下一刺激聲立即開始，若15 s內無應答則跳過本次，下一刺激聲正常發(fā)出。選取給聲強度為受試者純音聽閾閾上20～30 dB，保證其聽聲清晰且舒適。測試過程中給聲頻率隨機且亂序，測試總時長約為45 min。

圖1 全場72聲源測試布局示意圖

所有受試者首先接受1輪練習測試。練習測試使用均勻分布的24個聲源（兩兩間隔15°），目的在于使受試者掌握聲源分布、測試流程、刺激信號及信號持續(xù)時間，為避免正式測試時因不熟悉流程影響測試結果。正式測試采用全方向72聲源，測試中共給聲144次，每個揚聲器隨機順序發(fā)聲2次。測試過程中受試者需保持頭位不動，身體放松且盡量不變換坐位。測試人員記錄受試者應答和真實給聲的揚聲器編號，計算二者角度偏差從而判斷受試者定位聲源的準確性。

為便于數據分析，在本研究中，受試者正前方和正后方記為0°和180°，正左和正右方位記為+90°和-90°，以-45°，+45°，-135°，+135°四個點為分界，將聲源平均分為弧度為90°的前場（順時針方向+45°～-45°）、后場（順時針方向-135°～+135°）、左場（順時針方向+135°～+45°）和右場（順時針方向-45°～-135°）4個測試區(qū)域（圖1-b）。

1.4 數據分析本研究將受試者響應進行關于圖1-a中水平參考軸對稱之后的角度與真實揚聲器所在角度偏差不超過10°記為定位正確。進行對稱修正處理的原則是：真實給聲音箱角度與受試者反應角度分別位于水平參考軸的兩側且對稱后兩角度值落在同一象限內（0°～90°或90°～180°或0°～-90°或-90°～-180°）。分別計算鏡像處理前后的均方根（root mean square,RMS）值，計算公式如下：

為探討不同頻率聲音與定位能力的關系，將250 Hz～750 Hz、1 kHz～3 kHz、4 kHz～8 kHz聲音分別定義為低、中和高頻段，并計算RMS值。此外，

針對區(qū)域性的定位能力，本研究分別計算前、后、左、右4個測試區(qū)域內定位正確的次數及比例，比較4個區(qū)域的聲源定位能力的差異，統(tǒng)計分析受試者水平聲源定位的總體特點及規(guī)律。

1.5 統(tǒng)計學分析應用SPSS21.0軟件。實驗數據需做多重比較，故采用BONFERRONI事后檢驗法（PostHocComparison）比較前、后、左、右4個區(qū)域間定位正確性的差異，分析聽力正常人定位整體趨勢并得出定位能力規(guī)律，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 “鏡像現象”在本研究獲得的正常聽力受試者的360°全方向72聲源定位結果中，存在關于參考軸對稱的“鏡像現象”，即對水平軸呈鏡像對稱的兩個聲源位置分辨不清。因此，在考慮正常人整體的定位效果時，若不對數據進行對稱修正，則會因RMS值過大而導致出現和以往正常人聲源定位研究相悖的結果，影響正常人對于360度聲源的總體定位準確性。本研究的14例受試者全部出現了“鏡像現象”。

2.2 聲源定位刺激響應分布規(guī)律圖2顯示了聽力正常人聲源定位的原始刺激響應分布情況，由于鏡像現象的存在，圖像大致呈現出兩個“十字交叉”的組合圖形。對于大部分測試結果，這一現象主要存在于左場、右場和后場。當刺激信號在前場時，“鏡像現象”出現較少。對結果做鏡像處理后的刺激響應分布見圖3，結果基本呈現為斜率接近1的直線，計算RMS值為（20.4°±3.5°），相較未經鏡像處理前（52.7°±16.2°）有大幅度下降，表1。

圖2 正常人聲源定位刺激與響應分布（未對“鏡像現象”做對稱修正處理）

表1 鏡像處理與否對聲源定位RMS值的影響

圖3 對“鏡像現象”進行對稱修正后的正常人聲源定位刺激與響應分布

2.3 不同頻率聲源定位比較結果顯示，經鏡像處理后，正常人低頻信號的聲源定位平均RMS值約為（17.4°±2.6°），中頻和高頻RMS值依次上升，表2。

表2 不同頻率RMS值比較（鏡像處理后）

2.4 不同場中聲源定位能力比較為更直觀地觀察鏡像結果，本研究以（-90°～+90°）水平連線為對稱軸，將聲源分為前后半場，結果顯示受試者定位正確及鏡像正確的平均次數分別為60次和20次，各占比41.67%、13.89%。

以-45°，+45°，-135°，+135°四個點為分界，將聲源平均分為弧度為90°的前場、后場、左場和右場4個區(qū)域（圖1-b），各場定位正確的次數在該場所有結果中的比例均值分別為60.52%、38.69%、31.55%和37.70%，表3。統(tǒng)計學結果顯示前場定位正確率明顯高于其余3個區(qū)域且差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），后場、左場、右場定位正確均值之間無顯著性差異(P＞0.05)，表4。此外，結果顯示有5例受試者共出現僅6次左場或右場揚聲器給聲但對稱定位在對側半場，余9例均未出現類似情況。

表3 受試者前后左右場聲源定位準確率

表4 前、后、左、右場聲源定位準確率統(tǒng)計學結果

3 討論

聲源定位能力是聽力損失患者佩戴助聽器或植入人工耳蝸后進行效果評估的一個重要評價指標，對后續(xù)的康復和其他干預措施的采取也有一定指導意義。因此，研究聲源定位的機制至關重要。

研究結果表明，正常人進行聲源定位時確實存在一種“鏡像現象”，即刺激和響應以-90°和90°為水平軸作鏡像對稱。鏡像現象，也稱為“混淆圓錐效應”。這是一種正常的生理現象，多出現于前后場的聲源定位中。其產生是由于聲源發(fā)出的聲音到達雙耳的時間和強度差基本沒有區(qū)別，從而使人無法分辨聲源的準確位置，如區(qū)分來自左側45°和135°的聲音[2,4]。此時，在不移動頭部的前提下，耳廓對前方聲音的聚攏可能起到一定的區(qū)分辨別作用，聲波在耳廓的作用下被共振增強和反射減弱，導致在傳遞中產生頻譜變化，從而輔助區(qū)分來自前后方和垂直方向上的聲音，但研究結果顯示,受試者對此類鏡像混淆音的辨別能力仍有限。對比正常人對前后鏡像聲音的區(qū)分能力，本研究顯示,正常人左右場混淆的次數極低。由此可推論，正常人對左右聲源的區(qū)分能力強于對前后聲源的分辨，此種現象可通過耳間差異的概念直接解釋，即受試者在區(qū)別左右聲源時，由于聲音到達雙耳的強度和時間均不同，因此能夠準確分辨聲音的左右。

關于聲源定位國內外已有多位學者進行報道，其中針對數據的處理方式大多數傾向于使用RMS值和最小辨別角度來評判受試者對聲源定位的準確性[5-11]。本文的預實驗結果顯示受試者72聲源定位的RMS值遠比以往研究大，原因如下：①由于揚聲器個數較多，各聲源間隔僅5°，這種精度的定位測試對于正常人也是難度較高，難以做到絕對準確。②以往研究顯示正常人RMS值約為2°～7°，兒童的可辨別角度相比成人略大，且使用多為11°或15°的前半場聲源[5-7，10-11]。由于選擇性較小，聲源間隔大，受試者只需要辨別大致方位，即選對的可能性相較全場72聲源顯著提高。③本研究采用的360°環(huán)繞式聲源進行測試，還原了日常生活中聲音來自四面八方的場景，相比較半場聲源來說，增加了受試者對后方聲音的辨別，定位難度增大，導致RMS值和以往正常人研究差別較大，且無法直接根據原始數據對正常人聲源定位能力做定量解釋。因此，本研究在統(tǒng)計正常人全場聲源定位能力時，將鏡像現象納入統(tǒng)計，得到處理后的RMS結果，這也是對全方向聲源定位測試結果數據處理的一種嘗試，表1。在比較不同頻率信號對正常人聲源定位的影響時，結果發(fā)現，人耳對低頻信號的定位準確性高，其次是中頻，最后是高頻信號，表2。但Risoud等人[2]表明正常人對中頻信號的定位能力應比低頻和高頻差，因為在捕捉中頻信號時缺乏足夠的雙耳線索，也就是無論是時間差還是強度差都無法對中頻信號的定位起決定性作用。那么在聲源定位頻率特異性上，本研究結果和以往研究出現差異的主要原因可能是由測試難度相對較大且樣本量不足導致，受試者也以女性居多，后續(xù)會進一步擴大樣本量并均衡性別比例，完善此方面結果。

在進行前后左右4個區(qū)域間正常人的定位準確性分析時，鏡像現象不予考慮。表3結果顯示，正常人對前場聲源的定位能力最強且與其他場的差異具有統(tǒng)計學意義，產生此現象的原因可能是通過視覺和聽覺的互相作用,由于視覺的輔助，人耳會傾向于接收處于前方的聲音，Abel和Tikuisis[12]的研究表明，突然剝奪單眼視覺會導致人對水平聲源定位的準確度降低，既往研究同樣證明了有視覺障礙會影響受試者反應時長和聲源定位準確率，但定位能力可以通過不斷的訓練提高[13-14]。另外視覺可以幫助受試者集中注意力，對聲音的定位和分辨也能起到一部分作用。一些其他研究顯示，由于耳廓結構的生理特性，導致聲波的頻譜線索出現變化，處于前方的聲音可能會更容易被分辨和接收[13,15-17]。而對于長期聽力損失的患者來說，可能會需要借助唇讀進行聲音的辨別，這種長期聆聽和唇讀相結合的模式會導致其更傾向于面朝聲源，接收來自前方的聲音。

從臨床角度看，聲源定位對患者佩戴助聽器或人工耳蝸后的效果評估意義重大。有效的感知生活中聲音的方位能對患者的生活質量乃至生命都具有積極的影響，如察覺日常生活中汽車鳴笛音的方向等。聲源定位研究的開展是為了摸索正常人聲源定位規(guī)律，探索人耳聲源定位機制，為后續(xù)研究聽力損失患者的聲源定位能力打下理論基礎，并通過助聽設備的補償和實驗室聲源定位訓練向正常人聽覺規(guī)律靠近，極大程度的增加聽覺優(yōu)勢，提高生活質量，為患者生活帶來更多便利。