用于电子耳蜗植入者的音乐能力测试系统

摘要

本发明涉及一种用于电子耳蜗植入者的音乐能力测试系统。该系统通过对音乐不同构成元素进行拆分组合，将音乐能力测试分为节奏、音高、音色、旋律、熟悉乐曲共5个子项测试，具体包括：测试模块(1)、音乐材料数据库(2)和音乐能力测试实验数据库(3)；所述的测试模块(1)包括：节奏分辨测试模块(11)、音高差阈辨别模块(12)、旋律轮廓识别测试模块(13)、乐器音色辨别模块(14)和熟悉乐曲识别测试模块(15)；所述的音乐材料数据库(2)，用于提供音乐测试材料；所述的音乐能力测试实验数据库(3)，它包括纪录测试模块(1)的测试实验内容、结果的数据库及参加实验电子耳蜗植入者信息库。

说明书

技术领域

本发明涉及电子耳蜗领域，特别涉及一种用于电子耳蜗植入者的音乐能力测试系统，尤其适用于中国语后聋电子耳蜗植入者。

背景技术

电子耳蜗技术是目前唯一可以让聋人恢复听觉的神经修复术，通过用电流直接刺激听神经，使聋人恢复听觉，已帮助全球超过12万电子耳蜗植入者不同程度的恢复了听力。电子耳蜗需要解决的首要问题是言语的交流，由此不难理解传统的信号处理策略也被称为“言语编码策略”。近10年，电子耳蜗植入者在安静环境下的言语识别已经达到了良好的水平，可供半数以上植入者顺利地进行电话交谈。但噪声背景下的言语识别、对声调语言及音乐的理解仍然是当前电子耳蜗植入者普遍无法逾越的障碍。

音乐是一种抽象而复杂的声音形式，由蕴含不同时域形式、频率分布及和声成分的多层次声音所组成。大多数电子耳蜗植入者对难理解的音乐这样的复杂声信号感到困难。电子耳蜗通过植入电极的位置来模拟正常耳蜗的部位编码：植入的电极在鼓阶由蜗底向蜗尖依次排列，刺激由高到低不同频率敏感的听神经，植入电极的不同位置，对应于信号处理策略中划分的不同的频段，目前，商用电子耳蜗电极数目在12到22个。从言语识别的角度而言，即使单凭共振峰信息亦可以获得一定的言语可懂度，凭借有限通道的频率信息，电子耳蜗植入者普遍获得了良好的言语识别能力。我们知道，组成音乐的要素主要有：节奏、音色、旋律及音调等，其中，节奏主要体现音乐的时域特征；音调主要体现音乐的频域特征；而音色、旋律则是二者的结合。国外的研究表面，和正常听力者相比，在节奏的识别方面，电子耳蜗植入者普遍取得了良好的成绩，但在对音色识别、音调分辨等方面却普遍成绩较差。

目前，国外有关电子耳蜗植入者音乐方面的研究已经起步，并且也有一些比较成熟的测试方法和平台，如蒙特利尔音乐能力测试(Montreal Battery for Evaluation ofAmusia)，华盛顿大学临床音乐能力测试(University of Washington Clinical Assessmentof Music Perception)等。

但是，国内还缺少相关方面的研究，由于教育背景、文化习惯的差异，不能直接照搬国外的测试方法。举例来说，蒙特利尔音乐能力测试(Montreal Battery forEvaluation of Amusia)是一种通用的音乐能力测试项目，可以用于电子耳蜗植入者，也可用于正常听力者，其不足在于，一方面，其主要目的并不是评估电子耳蜗植入者的音乐能力，另一方面，该测试耗时较长并且难度比较大。相比较而言，华盛顿大学临床音乐能力测试(University of Washington Clinical Assessment of MusicPerception)是针对电子耳蜗植入者提出的临床测试方法，测试难度、时长适宜，但首先，该测试是针对母语为英语的电子耳蜗用户；其次，该测试中的旋律识别一项中，提供的12首西方的“熟悉旋律”并不能为国内的研究使用。这些不足决定了我们无法直接应用国外的测试平台用于测试和研究。

在这样的背景下，亟需一套能够用于中国语电子耳蜗植入者，尤其是针对语后聋电子耳蜗植入者的音乐能力测试方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对中国语后聋电子耳蜗植入者，提供一种用于电子耳蜗植入者的音乐能力测试系统。

为了实现上述目的，本发明提供的一种用于电子耳蜗植入者的音乐能力测试系统，其特征在于，该音乐能力测试系统通过对音乐不同构成元素进行拆分组合，将音乐测试分为节奏、音高、音色、旋律、熟悉乐曲共5个子项测试，具体包括：测试模块1、音乐材料数据库2和音乐能力测试实验数据库3；

所述的测试模块1包括：节奏分辨测试模块11、音高差阈辨别模块12、旋律轮廓识别测试模块13、乐器音色辨别模块14和熟悉乐曲识别测试模块15；

所述的音乐材料数据库2，用于提供音乐测试材料，它包括录自虚拟音源及CD的12种中西乐器的音源文件，及国内语后聋电子耳蜗植入者熟悉的30首乐曲的旋律；

所述的音乐能力测试实验数据库3，它包括纪录测试模块1的测试实验内容、结果的数据库及参加实验电子耳蜗植入者信息库。

所述的每个测试模块中均包括：

训练单元7，它利用所述音乐材料数据库2的内容，为参加测试的电子耳蜗植入者进行相应的测试项目、内容、方法的训练，帮助电子耳蜗植入者培训测试的相关知识，为其下一步进行正式测试做准备；

测试参数设置单元8，根据所述训练单元7的结果，为参加测试的电子耳蜗植入者设置相应测试参数；包括：设置节奏、音高测试的音色，初始差值及测试步长；设置旋律轮廓测试的音色；设置乐器音色识别和熟悉乐曲识别的曲目；

测试单元9，它利用所述音乐材料数据库2的内容，根据所述测试参数设置单元7中设置的相应测试参数，初始化测试软件，并按照各项对应的心理声学测试方法产生相应的测试试题；并将测试结果存入所述音乐能力测试实验数据库3中。

所述的节奏分辨测试模块11利用所述音乐材料数据库2中的节奏分辨测试音乐材料进行节奏分辨心理声学测试；

所述的节奏分辨测试音乐材料：包括4/4拍的，从60拍每分钟(bpm)到140拍每分钟(bpm)的鼓声；

所述的节奏分辨心理声学测试是以60、80、100、120bpm的鼓声为参考音，对于每个参考音配有20个测试音，以选择2AFC方法进行测试。

所述的音高差阈辨别模块12利用所述音乐材料数据库2中的音高差阈辨别音乐材料进行音高差阈心理声学测试；

所述的音高差阈辨别音乐材料：选择包含钢琴、小提琴、单簧管、小号4种乐器音色及使用MATLB7.0合成的复合音共5种音色的第2到第6八度60个音高的音符；复合音的F0和音乐音符的F0一致，包含3个谐波，每倍频谐波幅度以20％衰减；

所述的音高差阈心理声学测试是对每种音色，以G3、G4、G5音符为参考音，以选择3AFC方法进行测试。

所述的旋律轮廓识别测试模块13利用所述音乐材料数据库2中的旋律轮廓识别音乐材料进行旋律轮廓识别心理声学测试；

所述的旋律轮廓识别音乐材料：选择包含钢琴、小提琴、单簧管、小号4种乐器音色及使用MATLB7.0合成的复合音共5种音色的，第2到第6八度60个音高的音符，复合音的F0和音乐音符的F0一致，包含3个谐波，每倍频谐波幅度以20％衰减；

所述的旋律轮廓识别心理声学测试中九种旋律轮廓将被测试，分别是：升调、升平调、升降调、平升调、平调、平降调、降升调、降平调及降调；每段测试音段含5个音符，音符之间的音调差别可选1、2、4、6个半音；对每种音色以G3、G4、G5音符为参考音，以选择9AFC方法进行测试。

所述的乐器音色辨别模块14利用所述音乐材料数据库2中的乐器音色辨别音乐材料进行乐器音色辨别心理声学测试；

所述的乐器音色辨别音乐材料：选择录自CD音源的多种西洋及中国乐器，包括弦乐器、木管乐器、铜管乐器、敲击乐器、吹管乐器；

所述的乐器音色辨别心理声学测试是测试12种中西乐器音色，以选择12AFC方法进行测试。

所述的熟悉乐曲识别测试模块15利用所述音乐材料数据库2中的熟悉乐曲识别音乐材料进行熟悉乐曲识别心理声学测试；

所述的熟悉乐曲识别音乐材料为钢琴演奏的乐曲。选择30首国内耳熟能详的乐曲，也可分为有节奏演奏和无节奏演奏两类；

所述的乐器音色辨别心理声学测试是测试30首熟悉乐曲，以选择12AFC方法进行测试。

所述的音乐材料数据库2的音源文件为经过MATLAB7.0处理为适合进行测试的WAV格式的音乐材料。

本发明的优点还在于：

本发明基于VS2005.NET环境，结合MATLAB7.6程序，采用ACCESS数据库。不仅可用于临床测试电子耳蜗植入者的音乐能力，用于研究人员研究分析测试结果，同时可以进一步为电子耳蜗植入者提供一个自我测试训练的平台；

由于本发明采用了上述方案，故具有以下优点：

1)系统扩展性强，平台将不仅能用于音乐能力测试与评价，还可以用于言语能力测试与评价。例如：汉语声调测试、汉语元音测试、汉语辅音测试和噪声中的汉语字词句测试等。

2)测试项目的选择，决定了其在保证全面测试的前提下，测试内容尽可能的少。

3)选择30首国内耳熟能详的乐曲做熟悉乐曲识别测试，充分考虑了中国电子耳蜗植入者的特点。

附图说明

图1为本发明的音乐能力测试系统的测试步骤流程图；

图2为本发明的音乐能力测试系统的测试模块的测试方法示意图；

图3为本发明的音乐能力测试系统的测试模块的示意图；

图4为本发明的音乐能力测试系统的音高差阈辨别模块中训练单元的心理声学测试流程图；

图5为本发明的音乐能力测试系统的音高差阈辨别模块中测试单元的流程图；

图6为本发明的音乐能力测试系统的旋律轮廓测试模块中训练单元的心理声学测试流程图；

图7为本发明的音乐能力测试系统的旋律轮廓测试模块中测试单元的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的一套供电子耳蜗植入者进行全面音乐能力测评的步骤流程：

1)电子耳蜗植入者登陆音乐能力测试评价与训练平台，注册或更新自己的信息，确认无误后，载入信息，进入平台界面。同时信息保存在所述信息库模块S1；

2)进入训练模块，选定需要测试的项目，进行训练至熟练操作为止S2；

3)研究人员根据训练的结果，进入测试参数设置模块，为参加测试的电子耳蜗植入者选择相应的参数。生成测试试题S3；

4)参加测试的电子耳蜗植入者进入测试模块进行正式测试S4；

5)单项测试结束后，所述音乐能力测试软件进行结果统计，打分评价。同时更新所述音乐能力测试实验数据库S5；

6)完成所有5项测试之后，参加测试的电子耳蜗植入者进入自我训练模块，根据测试模块的测试结果及评价结果，为参加测试的电子耳蜗植入者自动选择训练的内容，保存结果后，将生成相应试题，可供电子耳蜗植入者进行自我训练S6；

如图2所示，为本发明的音乐能力测试系统的每个测试模块的方法包括：

1)测试项目选择模块19，它用于进入软件测试界面后，选择测试项目。选择测试项目之后，对任意测试项目都有以下单元：

①训练单元7，为参加测试的电子耳蜗植入者进行测试项目、内容、方法的训练。帮助参加测试的电子耳蜗植入者培训测试的相关知识，为其下一步进行正式测试做准备。训练中，被试如果答错试题，将重复一遍试题，告知正确答案，比较正确答案与被试给出错误答案。

②测试参数设置单元8，研究人员根据所述训练模块7的结果，为参加测试的电子耳蜗植入者在测试参数设置模块8中设置相应测试参数。

③测试单元9，根据所述测试参数设置模块7的设置，产生相应的测试试题。并对测试结果进行统计分析及评价。测试结束后，将测试结果及评价结果存入所述音乐能力测试实验数据库3。

2)自我训练模块10，利用所述针对电子耳蜗植入者特点提出的音乐能力综合评价方法5为参加测试的电子耳蜗植入者自动选择训练的内容，帮助其提高音乐能力。

如图3所示，本发明的音乐能力测试系统的测试模块共包括：节奏、音调、音色、旋律、熟悉乐曲共5个子项测试。

下面具体描述5项测试模块及其实现：

1)节奏分辨测试模块11包括节奏分辨测试音乐材料和节奏分辨心理声学测试方法。

该模块音乐材料为所述音乐材料数据库2中的节奏分辨测试音乐材料：4/4拍，从60拍每分钟(bpm)到140拍每分钟(bpm)的鼓声。

该模块心理声学测试方法描述如下：以60、80、100、120bpm的鼓声为参考音。对于每个参考音，配有20个测试音。举例来说，如果选定120bpm的鼓声作为参考音，121-140bpm的鼓声为测试音。选择2AFC(2选项一强迫选择)方法测试。即呈现2个声音，被试需要选择哪个声音听起来节奏更快一些。

由音乐能力测试评价及训练软件平台4实现该测试方法及调用测试音乐材料：在所述训练模块7每次呈现的2个声音中，有1个为参考音，测试音与参考音的节奏差固定，被试连续两次回答正确更换测试音，将节奏差缩小。若被试回答错误，将节奏差增大。训练10-20题，可由被试自己调节。在测试参数设置模块8中，根据训练结果，设置以下参数：初始节奏差、第一节奏差步长、第二节奏差步长、第三节奏差步长、第一拐点阈值、第二拐点阈值。之后将生成该项测试的试题。在测试模块9中，测试按照由所述测试参数设置模块8中的参数进行3down-1up，2AFC测试，以最后6个拐点的平均值为测试结果。

2)音高差阈辨别模块12，包括音高差阈辨别音乐材料和音高差阈心理声学测试方法。

该模块音乐材料为所述音乐材料数据库2中的音高差阈辨别音乐材料：选择钢琴、小提琴、单簧管、小号4种乐器音色及使用MATLB7.0合成的复合音共5种音色的，第2到第6八度60个音高的音符。复合音的F0和音乐音符的F0一致，包含3个谐波，每倍频谐波幅度以20％衰减。所有的音符统一由MATLAB7.0处理为单声道，350ms长。在每个音符的开头和结尾25ms幅度为渐强和渐弱，以避免开关噪声。

该模块心理声学测试方法描述如下：对每种音色以G3、G4、G5音符为参考音。选择3AFC(3选项-强迫选择)方法测试。即呈现3个声音，被试需要选择哪个声音听起来音高不一样。

由音乐能力测试评价及训练软件平台4实现该测试方法及调用测试音乐材料：在训练模块7每次呈现的3个声音中，有1个为参考音，测试音与参考音的音高差值固定，被试连续两次回答正确更换测试音，将音高差值缩小。若被试回答错误，将音高差值增大。训练10-20题，可由被试自己调节。在测试参数设置模块8中，根据训练结果，设置以下参数：音色、初始音高差值、第一音高差值步长、第二音高差值步长、第三音高差值步长、第一拐点阈值、第二拐点阈值。之后将生成该项测试的试题。在测试模块9中，测试按照由所述测试参数设置模块8中的参数进行3down-1up，3AFC测试，以最后6个拐点的平均值为测试结果。

3)旋律轮廓识别测试模块13，包括旋律轮廓识别音乐材料和旋律轮廓识别心理声学测试方法。

该模块音乐材料为所述音乐材料数据库2中的旋律轮廓识别音乐材料：选择钢琴、小提琴、单簧管、小号4种乐器音色及使用MATLB合成的复合音共5种音色的，第2到第6八度60个音高的音符。复合音的F0和音乐音符的F0一致，包含3个谐波，每倍频谐波幅度以20％衰减。所有的音符统一由MATLAB处理为单声道，350ms长。在每个音符的开头和结尾25ms幅度为渐强和渐弱，以避免开关噪声。

该模块心理声学测试方法：九种旋律轮廓将被测试，分别是：升调、升平调、升降调、平升调、平调、平降调、降升调、降平调及降调。音符之间的音高差别可选：1、2、4、6个半音。对每种音色以G3、G4、G5音符为参考音。选择9AFC(9选项-强迫选择)方法测试。即呈现1段声音，被试需要在9种旋律轮廓(图形显示)中选择听到声音的对应轮廓。

由音乐能力测试评价及训练软件平台4实现该测试方法及调用测试音乐材料：在所述训练模块7随机给出任意参考音，音高差组合的测试。训练10-20题，可由被试自己调节。在所述测试参数设置模块8中，根据训练结果，设置参数：音色和参考音。之后将生成该项测试的试题。在所述测试模块9中，测试按照由所述测试参数设置模块8中的参数进行共9种轮廓，4种音调差，5种音色共180题的9AFC测试。

4)乐器音色辨别模块14，包括乐器音色辨别音乐材料和乐器音色辨别心理声学测试方法。

该模块音乐材料为所述音乐材料数据库2中的乐器音色辨别音乐材料：选择录自CD音源的多种西洋及中国乐器，包括弦乐器、木管乐器、铜管乐器、敲击乐器、吹管乐器等。

根据该模块中所述乐器音色辨别心理声学测试方法：12种乐器音色将被测试。选择12AFC(12选项-强迫选择)方法测试。即呈现1段声音，被试需要选择听到的声音对应的乐器(图形显示)。

由音乐能力测试评价及训练软件平台4实现该测试方法及调用测试音乐材料：在所述训练模块7随机给出任意乐器音色的测试。训练全部音色乐器的旋律。在所述测试参数设置模块8中，根据训练结果，设置参数：剔除被试没有听过的乐器。之后将生成该项测试的试题。在所述测试模块9中，测试按照由所述测试参数设置模块8中的参数进行12AFC测试。

5)熟悉乐曲识别测试模块15，包括熟悉乐曲识别音乐材料和熟悉乐曲识别心理声学测试方法。

该模块音乐材料为所述音乐材料数据库2中的熟悉乐曲识别音乐材料：所述的熟悉乐曲识别音乐材料为钢琴演奏的乐曲。选择《生日歌》等30首国内耳熟能详的乐曲，分为有节奏演奏和无节奏演奏两类。30首熟悉乐曲分别是：《甜蜜蜜》、《让我们荡起双桨》、《卖报歌》、《友谊天长地久》、《生日歌》、《团结就是力量》、《命运--贝多芬第五交响曲》、《铃儿响叮当》、《雪绒花》、《上海滩》、《万水千山总是情》、《外婆的彭湖弯》、《童年》、《洪湖水浪打浪》、《茉莉花》、《南泥湾》、《掀起你的盖头来》、《游击队之歌》、《两只老虎》、《葫芦娃》、《月亮代表我的心》、《朋友》、《吻别》、《真心英雄》、《同一首歌》、《敢问路在何方》、《渔歌唱晚》、《莫斯科郊外的晚上》、《学习雷锋好榜样》、《光辉岁月》。根据该模块中所述乐器音色辨别心理声学测试方法：首先由被试剔除没有听过歌曲。选择12AFC(12选项-强迫选择)方法测试。即呈现1段声音，被试需要选择听到的声音对应的熟悉旋律(歌名图片显示)。

由所述音乐能力测试评价及训练软件平台4实现该测试方法及调用测试音乐材料：在所述训练模块7随机给出任意音色的熟悉旋律。训练全部的旋律。在所述测试参数设置模块8中，根据训练结果，设置参数：选择音色有无节奏。之后将生成该项测试的试题。在所述测试模块9中，测试按照由所述测试参数设置模块8中的参数进行12AFC测试。

以上为5项测试音乐材料、心理声学测试方法和软件实现的详细描述。

其中，节奏分辨测试模块11与音高差阈辨别模块12使用的心理声学测试方法近似，只是参数上有差别。旋律轮廓识别模块13、乐器音色辨别模块14与熟悉乐曲识别测试模块15的心理声学测试方法近似。为进一步说明心理声学测试方法，下面以音高差阈辨别模块和旋律轮廓识别模块为例，给出流程图，分别对应以上2)，3)中描述的心理声学测试方法。

如图4所示，为音高差阈辨别模块中训练模块的心理声学测试方法框图，开始后，即开始训练，出现三个选项(声音1、声音2、声音3)，然后分别播放这三个声音(每播放一个声音时，当前选项高亮显示)，测试者选择其中一个与另外两个不同的声音。选好后，将给出答案告之是否答对，若答错，则显示“您答错了”，并显示三个声音对应的声调值，再重放一遍声音，答对，则显示“您答对了”。生成下一题的原则为：首先确定选择的基准音。答错的情况下，音差加2，即音差增大两个半音。连续答对两次，音差减2，即音差减小两个半音。然后进入下一题。共训练20题。所有答题结果，将被保存。

如图5所示，为音高差阈辨别模块中测试模块的方法框图，

开始后，即开始测试，出现三个选项(声音1、声音2、声音3)，然后分别播放这三个声音(每播放一个声音时，当前选项高亮显示)，测试者选择其中一个与另外两个不同的声音。选好后，不需给出答案直接进入下一题。生成下一题的原则为：首先确定选择的基准音。连续三次回答正确，将初始音差减小一个第一步长，如果被试回答错误，在初始频率的基础上增加一个步长。如果连续回答正确，连续变化两次步长，将下一个步长设定为第二步长。以此类推，获得若干个拐点。当拐点数达到先前设置值时，结束测试。所有答题结果，将被保存。

如图6所示，为旋律轮廓测试模块中训练测试模块的方法框图，

开始后，即开始训练，出现9张图片(升调、升平调、升降调、平升调、平调、平降调、降升调、降平调、降调)，测试者选择与听到的旋律轮廓相匹配的图片。选好后，将给出答案告之是否答对，若答错，则显示“您答错了”，并显示正确图片和测试者选择的图片，并分别播放这两个旋律，播放相应旋律时，图片高亮显示，若答对，则显示“您答对了”，然后进入下一题。共训练20题，每次训练题目按设置中的参数(参考音，音色)，随机选择。所有答题结果，将被保存。

如图7所示，为旋律轮廓测试模块中测试模块的方法框图。

开始后，即开始测试，出现9张图片(升调、升平调、升降调、平升调、平调、平降调、降升调、降平调、降调)，测试者选择与听到的旋律相匹配的图片。选好后，不需给出答案直接进入下一题。共36题。每次训练题目按设置中的参数(参考音，音色)，随机选择。所有答题结果，将被保存。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。