助听器佩戴听力受损者中的知觉扭曲：响度过度增长与音色表征改变的心理物理学证据

《Trends in Hearing》：Perceptual Distortions in Aided Hearing-Impaired Listeners: Psychophysical Evidence of Excessive Loudness Growth and Altered Timbre Representation

　　

助听器使用者经常报告一些日常声音异常烦人或突出。这个问题可能源于外周损伤和/或助听器处理所导致的声音特征编码扭曲。本研究探讨助听器助听的听力受损（aided hearing-impaired, aHI）听者是否经历（1）异常的响度处理和（2）扭曲的音色感知，这两者都可能导致该问题。在实验1中，研究人员使用在四个音色维度（亮度、频谱通量、起音时间、粗糙度）上变化的声音，测量了正常听力（normal-hearing, NH）和aHI听者的响度函数。在实验2中，研究人员通过基于类似声音集的差异判断评估了音色感知。研究人员测试了NH听者（包括未经模拟器处理，以及经听力损失模拟器和助听器模拟器处理两种情况），以及佩戴助听器模拟器的aHI听者。实验1的结果显示，aHI参与者的响度函数更陡峭，特别是对于中心频率高于1 kHz的中低水平声音，表明助听器未能完全恢复超过一定阈值损失程度的正常响度增长。实验2获得的aHI听者音色感知特征显示，时间包络特征的权重增加，这可能被助听器在低水平下的扩展所强调，以及粗糙度感知编码中的非线性扭曲。这些发现表明，在助听器助听的受损听力中，响度和音色维度均被扭曲。研究人员提出，这些扭曲可能是某些日常声音过度显著的基础，尽管在未来工作中直接测量显著性效应将很重要。

听力损失患者常抱怨助听器在噪声环境中对言语理解的帮助有限，且某些日常声音——如人声、厨房声或车辆声——变得异常突兀或过度侵入。这种现象不同于听觉过敏或选择性声音敏感综合征，现有研究对其机制了解甚少。研究人员提出以“听觉显著性”（auditory salience）概念重新诠释该问题，即声音因其声学特征在声景中的对比而自下而上地捕获注意力。该研究假设，助听器助听的听力受损（aided hearing-impaired, aHI）听者对响度和音色的感知存在系统性扭曲，这些扭曲可能是某些声音异常显著的基础。

为验证这一假设，研究人员设计了两项实验。实验1考察不同音色维度（亮度、粗糙度、起音时间、频谱通量）对响度增长的影响；实验2通过差异判断评估音色感知表征。研究纳入四组听者：年轻正常听力（yNH，n=16）、经听力损失模拟器和助听器模拟器处理的年轻正常听力者（aHI*，n=14）、真实助听器佩戴的老年听损者（aHI，n=8）以及年龄匹配的老年正常听力者（oNH，n=9）。实验1采用自适应分类响度缩放（ACALOS）程序获取响度函数，以80 dB SPL与50 dB SPL对应的响度类别单位差值（L_diff）量化响度增长。实验2要求受试者对20个合成声音的两两组合进行感知差异评分，并分别使用INDSCAL和CONSCAL多维标度模型分析感知空间。助听器模拟基于openMHA平台的10通道多频带动态压缩，听力损失模拟采用Grimault等开发的模型。所有刺激经模拟器处理并校准。

**实验1结果：响度增长中的音色相关扭曲**

**亮度（f_cs）对响度增长的影响**
亮度（以中心频率f_cs控制）对响度增长的影响在aHI和aHI*组均显著，但方向相反：aHI组中f_cs增大导致响度增长更陡，而aHI*组中则更平缓，后者可能归因于内毛细胞损失模拟中低通滤波的伪影。正常听力组（yNH和oNH）未表现出显著效应。

**粗糙度与频谱通量对响度增长的影响**
粗糙度和频谱通量对所有组均有微小但显著的影响：粗糙声音的响度增长比非粗糙声音更平缓，而含频谱通量的声音响度增长比不含者更陡；未发现与组的交互作用。

**起音时间仅在aHI组影响响度增长**
起音时间在aHI组中显示显著正效应：起音时间越长，响度增长越陡。其他组无显著关系。

**低水平声音响度恢复不足**
对低于50–60 dB SPL的弱声，aHI和aHI*组的响度函数明显偏离正常，表明助听器模拟器对软声增益不足，致使低水平声音的响度增长异常快。

**实验2结果：音色表征中的时间包络与粗糙度改变**

**时间失真的出现**
对经典音频描述符的分析显示，助听器和听力损失模拟处理使时间质心（temporal centroid, T_C）的物理变异增大近一倍，且该变异在低输入电平时更加明显。INDSCAL分析得到四维感知空间，其中第四维度与T_C高度相关，且aHI和aHI*组对该维度的权重高于yNH和oNH组。CONSCAL建模结果显示，aHI和aHI*组对T_C变化产生了显著的可测量差异判断，而正常听力组几乎没有。这意味着助听器处理放大了时间包络的知觉差异，尤其对冲击性声音或瞬态声音可能增强其突出性。

**粗糙度非线性处理的证据**
CONSCAL的粗糙度函数显示，aHI组在低调制深度（m<0.5）区间表现出异常陡峭的感知变化，即对细微的幅度调制差异更加敏感，而aHI*组未出现该现象，说明当前听力损失模拟器未能完全捕捉真实听损导致的粗糙度知觉改变。

**频谱差异感知的保留**
亮度（f_cs）和频谱通量（s_diff）相关的感知函数在四组间基本一致，说明即使存在物理频谱改变，相对频谱线索的感知仍得以保留，助听器成功保持了这些相对频谱关系。

**讨论与结论**
综合讨论指出，听力损失与助听器处理共同导致响度增长异常和时间包络失真。响度恢复不足在低水平尤其明显，而时间包络失真也随水平降低而增大，但这两种效应并不直接相互影响：实验2中观察到的时间包络失真主要影响音色感知，而非响度判断。当前听觉显著性模型侧重于响度和频谱特征，未充分考虑时间包络的贡献；助听器验配通常以言语可懂度为优化目标，可能忽视了非言语声音的音色保真。研究结论是：助听器助听者的响度与音色表征均存在系统性扭曲，这些扭曲可能为助听器使用者报告的某些日常声音过度侵入感提供量化基础；未来需要直接测量显著性效应，并考虑在助听器算法和个性化验配中纳入时间包络保持与音色感知评估。