一种基于可变性响度调节的内耳噪声强度测量方法与流程

本发明涉及声学测试技术领域，尤其是涉及一种基于可变性响度调节的内耳噪声强度测量方法。

背景技术：

耳鸣是个体在没有响应的外部声音刺激的情况下产生的一种主观听觉体验, 是听觉功能紊乱所致的一种常见症状。有研究指出，有听力损失的人中约有70%的人同时有耳鸣的问题。耳鸣的发病率极高，有些耳鸣已经严重影响患者的生活质量，使出现焦虑、抑郁等情绪障碍，甚至使患者产生自杀的念头。多年以来，由于缺乏对耳鸣整体机制的了解，使得耳鸣治疗的成效受到了限制。

主观性耳鸣指“在外界无声源刺激或电刺激时耳内或颅内出现声音感觉的症状, 并且持续超过5分钟以上”。在嘈杂噪音下，内耳听觉细胞就会受损，向大脑传递错误听觉信号，从而引发耳鸣。噪声性听力损失又称噪声性聋，是由于长期受噪音刺激而发生的一种缓慢的、进行性听觉损伤，损伤部位在内耳；人体的内耳有18000个听觉细胞，这是一种感受听觉的、直径约0.01毫米的纤毛细胞，易受噪音影响，损伤后不能再生。

耳鸣的诊疗是根据患者的主观听觉体验所做出的耳鸣诊断；之后再根据耳鸣诊断的结果进行耳鸣治疗。耳鸣诊断的核心在于耳鸣检测，即利用耳鸣的声学特性做出每个耳鸣患者“特征性”的诊断，这也是耳鸣治疗的前提。

耳鸣检测主要包含耳鸣的四个心理声学特征：响度、频率、最小掩蔽级和残余后抑制。耳鸣检测的关键是快速、高效和精准的进行耳鸣匹配。响度重振或掩蔽后效应是影响耳鸣匹配结果的最主要因素。在听力最好的频率进行响度匹配, 比在耳鸣所在的频率进行匹配所得的值更能真实地反映耳鸣严重程度。声音的响度决定声音的高低。

技术实现要素：

本发明从听觉感知和双耳的注意机制出发，结合心理物理学的方法，提供了一种基于可变性响度调节的内耳噪声强度测量方法。方法首先建立待实验测试的声音刺激，对于某一基准响度和频率的声音组合，以两种方式进行响度调节，包括恒定水平声音刺激和变化水平声音刺激；然后对于每种调节方式，测试者通过播放待实验测试的目标声音组，对实验刺激进行判断，按键确定两个水平声音刺激中哪段包含的平均强度比较大；最后通过采集不同基准响度和频率组合下，不同可变性响度等级下的声音刺激评测数据，对数值进行分析和拟合，根据拟合公式获得内耳噪声强度的测量结果。

本发明方法的步骤如下：

(1)基于某一基准响度和频率的声音组合，以不同的可变性响度区间等级，恒定水平生成刺激声音；

(2)根据被测试人对不同响度两种声音强度判断的按键反应，控制播放实验刺激声音组；

(3)获取实验数据，并进行拟合后得到恒定水平下内部噪声的强度量；

(4)以另一种响度调节方式，即在不同的可变性响度区间下，以变化水平生成刺激声音，之后类似步骤(2)和步骤(3)得到变化水平下的内部噪声的强度量；

(5)对其它响度和频率的声音组合，类似上述步骤获得对应的恒定水平和变化水平内部噪声的强度量；

(6)对测量结果进行可视化展示。

其中，步骤(1) 基于某一基准响度和频率的声音组合，以不同的可变性响度区间等级，恒定水平生成刺激声音，具体为: 对于预先设定的某一基准响度L1和频率F1，以恒定水平生成两种声音水平，即声音水平1（A1）和声音水平2（A2）。声音水平1（A1）和声音水平2（A2）的整体水平的频率都为F1 Hz，平均水平的强度为L1 dB SPL，具体A1和A2的响度分别是（L1-）dB SPL和（L1+）dB SPL，A1和A2声音水平的强度均差值为。

其中，步骤(2) 根据被测试人对不同响度两种声音强度判断的按键反应，控制播放实验刺激声音组，具体为：在实验测试过程中测试者判断所播放的间隔短暂的两个水平声音刺激中哪段包含平均强度比较大的那段声音刺激水平，在每个实验刺激播放结束时，测试者立即进行二选一地强制性判断。当被测试者按键判断连续正确两次时，将变小，也就是加大两个不同响度声音之间区分的难度；当被测试者按键判断错误时，将变大，也就是减少两个不同响度声音之间区分的难度。当变换后，需要结合原来频率F1和新的A1,A2声音响度水平(L1-)dB SPL和(L1+)dB SPL，重新生成刺激声音，并按上述方式进行播放。当被测试者进行K次的按键后，如K=50，取最后p个拐点所对应的响度区间进行平均，所得平均值即为该试次的临界响度区间。对该基准响度和频率，进行m个实验试次的测验，接着对获得的m个临界响度区间求取平均值，获得被测试人在该基准响度和频率的最终临界响度区间值。

其中，步骤(3)获取实验数据，并进行拟合后得到恒定水平下内部噪声的强度量，具体为：基于上一步骤获得的在某一基准响度和频率下，被测试人的最终临界响度区间值，根据辨别力指数的定义，在恒定水平下，内耳的噪声强度，即在某一基准响度和频率下，恒定水平下测量所得的内耳噪声强度为多个试次的临界响度区间的平均值。

其中，步骤(4)以另一种响度调节方式，即在不同的可变性响度区间下，以变化水平生成刺激声音，具体为：生成刺激声音水平1（A3）和声音水平2（A4）。声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的频率为F1 Hz，平均水平为L1 dB SPL。这里引入一个零均值的高斯随机变量到声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的整体水平中，随机变量的标准差设置为两个间隔水平的均差的1/2。其中两个分布的声音水平的均差值为，即两个分布的均值分别是（L1-）dB SPL和（L1+）dB SPL，两个分布的共同标准差为1/2。最终声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的响度分别为（L1-+λ₁）dB SPL和（L1++λ₂）dB SPL，λ₁,λ₂皆为均值为0，标准差为的随机变量。

类似步骤(2)和步骤(3)获取实验数据，拟合计算变化水平下的内部噪声的强度量，具体为：在变化水平下，外界声音的噪声强度，所以内耳的噪声强度，即在某一基准响度和频率下，变化水平下测量所得的内耳噪声强度为多个试次的临界响度区间的平均值乘以0.866。

其中，步骤(5)对其它响度和频率的声音组合，类似上述步骤获得对应的恒定水平和变化水平内部噪声的强度量，具体为：对其它响度和频率的声音组合，比如响度取值为[10dB,30dB,50dB,70dB,90dB]，频率取值为[500Hz,1000Hz,2000Hz,4000Hz,8000Hz]，对响度和频率进行组合后，形成25个基准测试点。对每个组合的基准测试点，利用上述步骤1~4获取得到在恒定水平和变化水平下的内部噪声的强度量。

其中，步骤(6)对测量结果进行可视化展示，具体为：对恒定水平和变化水平得到的内部噪声强度量进行可视化展示。对于每个响度和频率组合的基准测试点，经过m个实验试次的测验，在获取这m个临界响度区间平均值时，同时获取方差值。以响度为X轴，频率为Y轴，内耳噪声的强度量为Z轴，对于响度和频率组合后的25个基准测试点，以三维方式在Z轴方向上展示内耳噪声的强度量和对应的方差值。图3和图4分别对应恒定水平和变化水平下被测试人内耳噪声强度量在不同基准测试点位置的可视化展示结果。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例中使用的对不同响度的声音播放过程的控制方法示例图。

图3为在恒定水平调节方式下，多种基准响度和频率组合所获得内耳噪声强度的可视化展示结果图。

图4为在变化水平调节方式下，多种基准响度和频率组合所获得内耳噪声强度的可视化展示结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明进行详细的描述。

本发明的内耳噪声强度测量方法是一种基于患者反复听觉判断的主观测量方法，本发明方法的具体步骤如下。

一、基于某一基准响度和频率的声音组合，以不同的可变性响度区间等级，恒定水平生成刺激声音。

对于预先设定的某一基准响度L1和频率F1，如响度L=70dB，频率2000Hz，针对不同的响度区间，如的初始值为40dB，以恒定水平生成两种声音水平，即声音水平1（A1）和声音水平2（A2）。声音水平1（A1）和声音水平2（A2）的整体水平的频率都为F1 Hz，平均水平的强度为L1 dB SPL，具体A1和A2的响度分别是（L1-）dB SPL和（L1+）dB SPL，A1和A2声音水平的强度均差值为。

响度区间是一变量，后续会随着被测试人的测试反应进行改变，比如被测试人按键错误时，会变大；反之按键正确时，会变小。按照以上步骤，根据不同，生成对应于不同的待实验测试的声音刺激组。

二、根据被测试人对不同响度两种声音强度判断的按键反应，控制播放实验刺激声音组。

在实验测试的过程中，某一响度区间下生成的两种声音刺激将播放给被测试者。播放待测试的实验刺激声音组的顺序如图2所示。在呈现T1时间长度的静音以后，播放前后间隔T3时间长度的静音的声音水平A1和A2，其中A1和A2的播放时间长度都为T2。每个试次中A1，A2出现的前后顺序随机设置。等两个声音水平都播放结束后要求被测试者进行按键判断。测试者反应后，在下一个试次开始前有一个T4时间长度的间隔区间。

在实验测试过程中测试者判断所播放的间隔短暂的两个水平声音刺激中哪段包含平均强度比较大的那段声音刺激水平，在每个实验刺激播放结束时，测试者立即进行二选一强制性判断。

当被测试者按键判断连续正确两次时，将变小，也就是加大两个不同响度声音之间区分的难度，具体方法为：在前几次的连续正确的情况，将每次除以2，而之后如果还是连续正确，则将每次除以1.2，以逐步逼近临界可区分的。

当被测试者按键判断错误时，将变大，也就是减少两个不同响度声音之间区分的难度，具体方法为：在前几次错误的情况，将每次乘以2，之后如果还是错误，则将每次乘以1.2，以逐步逼近临界可区分的。

当变换后，需要结合原来频率F1和新的A1,A2声音响度水平（L1-）dB SPL和（L1+），重新生成刺激声音，并按上述方式进行播放。

当被测试者进行K次的按键后，如K=50，取最后p个拐点所对应的响度区间进行平均，如p=6，所得平均值即为该试次的临界响度区间。对该基准响度和频率，进行m个实验试次的测验，对获得的m个临界响度区间求取平均值，获得被测试人在该基准响度和频率的最终临界响度区间值。

在本步骤中，所述测试者对实验刺激进行判断，实验要求如下：选取测试者对听觉实验刺激进行的实验，测试在隔音室中进行。可选地，测试实验过程中，声音信号通过24位的创新声卡(PCI128)输出到AURICAL系统，然后再通过两个耳机(Model HDA 200)呈现给测试者。

所述测试者的选取要求如下：测试者经过左耳和右耳的分别纯音听阈测试，在0.125-8 kHz的频率范围内具有正常（纯音测听阈限不大于20 dB）且平衡（两耳的阈限差别不大于15 dB）的纯音测听阈限。

三、获取实验数据，并进行拟合后得到恒定水平下内部噪声的强度量。

基于上一步骤获得的在某一基准响度和频率下，被测试人的最终临界响度区间值，基于辨别力指数的定义，

式中代表内耳的噪声强度，代表外界声音的噪声强度。

在恒定水平下，上式中即为上一步骤所获得的最终临界响度区间值，另外根据步骤二的控制播放实验刺激声音组的方式，辨别力指数=1，结合以上变量情况，可得内耳的噪声强度,即在某一基准响度和频率下，恒定水平下测量所得的内耳噪声强度为多个试次的临界响度区间的平均值。

四、以另一种响度调节方式，即在不同的可变性响度区间下，以变化水平生成刺激声音，之后类似步骤二和步骤三得到变化水平下的内部噪声的强度量。

上一步骤以恒定水平生成刺激声音，本步骤以另一种响度调节方式，即以变化水平生成刺激声音，具体生成刺激声音水平1（A3）和声音水平2（A4）。

声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的频率为F1 Hz，平均水平为L1 dB SPL，与恒定水平不同的是，这里引入一个零均值的高斯随机变量到声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的整体水平中，随机变量的标准差设置为两个间隔水平的均差的1/2。其中两个分布的声音水平的均差值为，即两个分布的均值分别是（L1-）dB SPL和（L1+）dB SPL，两个分布的共同标准差为1/2。也就是说最终声音水平1（A3）和声音水平2（A4）的响度分别为（L1-+λ₁）dB SPL和（L1++λ₂）dB SPL，λ₁,λ₂皆为均值为0，标准差为的随机变量。

生成刺激声音后，以类似步骤二和步骤三得到变化水平下的内部噪声的强度量。这里步骤二的实验过程完全一致。步骤三中，在变化水平下，外界声音的噪声强度，辨别力指数=1，故内耳的噪声强度,即在某一基准响度和频率下，变化水平下测量所得的内耳噪声强度为多个试次的临界响度区间的平均值乘以0.866。

五、对其它响度和频率的声音组合，类似上述步骤获得对应的恒定水平和变化水平内部噪声的强度量。

对其它响度和频率的声音组合，比如响度取值为[10dB,30dB,50dB,70dB,90dB],频率取值为[500Hz,1000Hz,2000Hz,4000Hz,8000Hz],对响度和频率进行组合后，形成25个基准测试点。对每个组合的基准测试点，利用上述步骤1~4获取得到在恒定水平和变化水平下的内部噪声的强度量。

六、对测量结果进行可视化展示。

对恒定水平和变化水平得到的内部噪声强度量进行可视化展示。对于每个响度和频率组合的基准测试点，经过m个实验试次的测验，在获取这m个临界响度区间平均值时，同时获取方差值。以响度为X轴，频率为Y轴，内耳噪声的强度量为Z轴，对于响度和频率组合后的25个基准测试点，以三维方式在Z轴方向上展示内耳噪声的强度量和对应的方差值。图3和图4分别对应恒定水平和变化水平下被测试人内耳噪声强度量在不同基准测试点位置的可视化展示结果。

综上所述，本发明提出了一种基于可变性响度调节的内耳噪声强度测量方法。响度调节方式分为两种：恒定水平调节和变化水平调节。通过多次测试被测试人的临界响度区间，结合辨别力指数定义及实验设定的假设条件，获取对应的内耳噪声强度量。

本发明方法尽管为说明目的公开了具体的实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是不可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。当前公开的实施例在所有方面应被理解为说明性的而非对其请求保护的范围的限制。