Widex MOMENT 보청기를 사용한 현실적인 신호대 잡음비의 개방형 피팅에서 지향성 마이크 효과

기술주제연구 : 2020.6 Hearing Review

By Francis Kuk, PhD; Neal Ruperto, AuD; Christopher Slugocki, PhD, and Petri Korhonen, MSc

ZeroDelay기술을 적용한 PureSound는 전체 주파수에서 보청기 처리 지연을 0.5ms미만으로 줄이도록 설계되었으며, 따라서 대형 벤트 또는 개방형 피팅 (방향성 마이크의 효율성을 감소시킬 수있는 피팅)의 음질을 크게 향상시킵니다.. 본 연구는 MOMENT 보청기에 관한 PureSound 프로그램이 다른 두 제조 업체의 소음 이해를 현실적인 SNR에서 관리하기 위한 프리미엄 제품만큼 효과적이라는 것을 보여 줍니다.

최근에 소개 된 Widex MOMENT ™ 보청기에는 ZeroDelay 기술을 사용하여 보청기의 처리 지연을 주파수에서 0.5ms 미만으로 단축시키는 고유한 PureSound 프로그램이 있습니다. 이 독특한 신호 처리 개선 기능은 보청기에서 처리되는 주관적인 사운드 품질을 향상 시키도록 설계되었습니다. 

초단파 지연을 구현하려면 신호 경로 설계와 보청기에 필요한 처리기능을 다시 고려해야했습니다. 이러한 재구성이 그 효과를 손상시키지 않도록하기 위해, 우리는 실제 신호대 잡음비(SNR)가 있는 조건에서 테스트 할 때 PureSound 프로그램이 다른 프리미엄 보청기만큼 효과적인지 조사하는 연구를 수행했습니다.

보청기 처리 지연의 본질적 문제

보청기 처리 지연이란 무엇입니까? 

디지털 보청기에서, 입력 사운드는 여러 다른 주파수 대역으로 분할되며, 각 대역은 밴드가 다시 결합되어 보청기에서 귓구멍으로 출력되기 전에 다양한 알고리즘에 의해 조작됩니다. 이 과정은 시간이 걸리고 이도에 도달하는 직접 처리되지 않은 소리와 관련하여 보청기 소리를 지연시킵니다. 보청기에 디지털 신호 처리가 처음 도입되었을 때 일부 보청기는 30ms의 처리 지연을 보였지만 오늘날 일반적으로 10ms 미만입니다.

 

지연의 결과는 무엇입니까? 

보청기 지연은 다양한 방식으로 착용자의 경험에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 10ms지연은 직접적인 자연 소리와 귓구멍에서 처리된 지연 음의 혼합으로 인해 금속 또는 중공의 소리 품질로 이어질 수 있습니다. 이것은 콤보 필터 효과라고 불리는 입력 소리의 스펙트럼 왜곡입니다. 스톤 외 연구진은 오픈 이어 피팅의 허용 가능한 성능을 위해서는 5-6ms의 짧은 처리 지연이 필요하다고 지적했습니다. 그러나, "허용 가능한" 성능은 Widex의 오랜 설계 원칙인 자연스러운 성능과는 다릅니다.

 

보청기 지연에 대한 Elegant솔루션

WidexEVOKE™보청기에서 이미 약 3.2ms의 지연 시간이 있었음에도 불구하고(500Hz미만 5ms, 500Hz와 8000Hz사이의 3.2ms및 8000Hz초과의 2ms), 더 짧은 지연 시간이 입력 신호의 시간적 차이를 더 많이 보존하여 개방형-fit상황에서 더 많은 자연스러운 인식을 유발할 것으로 믿고 있습니다.

 

예를 들어 그림 1은 개방형 인스턴트 팁을 사용하여 3개의 다른 상업용 보청기로 적합했을 때 다양한 간격 크기(3ms,  9ms, 24ms)를 가진 광대역 소음에 대한 KEMAR출력을 보여 줍니다. 이러한 보청기는 처리 지연이 각기 다릅니다. MOMENT PureSound의 지연 시간은 0.5ms 미만인 반면, 제조 업체 1과 제조 업체 2의 지연 시간은 주파수 전체에서 각각 8ms와 6ms입니다.

[그림1] MOMENT보청기(지연 시간 0.5ms)의 PureSound기능과 제조 업체 1(지연 8ms)및 제조 업체 2(지연 시간 6ms)의 보청기에서 처리된 다양한 간격 크기(3ms, 9ms, 24ms)의 광대역 노이즈에 대한 RMSKEMAR출력. 모든 보청기는 귀을 열어서 KEMAR에 결합되었다.

 

위의 그림에서 보청기 미착용 시(첫번째 행)는 참조로 표시됩니다. 두번째 행은 PureSound프로그램을 사용하여 지원된 결과를 보여 줍니다. 모든 크기의 갭이 잘 보존되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 세번째 행은 제조 업체 1의 보청기 출력을 나타냅니다. 여기서 누군가는 100m/s에 집중해야 하는 간격이 나중에 교체되고 간격이 부분적으로 채워지는 것을 볼 수 있습니다. 갭의 모양도 기존 갭과 다릅니다. 제조 업체 2의 보청기 출력을 보여 주는 네번째 행에서도 유사한 관찰이 가능합니다.

 

이 데이터는 보청기 지연이 개방형 장치에서 입력 사운드의 시간적 특성에 영향을 준다는 것을 분명히 보여줍니다. 지연의 영향은 지연이 시간 간격을 " 채우는" 더 작은 간격 크기에서 특히 분명합니다. 갭 지속 시간이 증가함에 따라 갭의 모양이 더욱 왜곡됩니다. 

 

이러한 측정의 중요성은 보청기 지연이 입력 사운드의 시간적 특성에도 영향을 미치며 지연이 작을수록 입력 신호의 시간적 특성을 더 잘 보존한다는 것입니다. 초단파 지연의 이점은 시간적 뉘앙스를 보존하고 콤 필터링으로 인한 스펙트럼 왜곡을 최소화함으로써 입력 사운드를보다 자연스럽게 인식한다는 것입니다. 적당히 큰 임펄스 사운드가보다 자연스럽고 견딜 수 있습니다. 또한 일시적인 신호(정지 및 마찰 자음)의 보존에 의존하는 특정 음성 소리에 대한 인식이 향상 될 수 있습니다.  

 

[영상] WIDEX MOMENT PureSound 홍보영상

ZeroDelay ™ 기술. Widex는 입력 사운드의 자연성을 유지하기 위해 지속적으로 노력해 왔습니다. 이를 위해서는 확장된 주파수 범위에 대한 충분한 증폭뿐만 아니라 입력 신호의 많은 시간적 특성을 가능한 한 보존해야합니다. 이에 대한 한 가지 증거는 최초의 ITE (digital in-the-ear) 보청기 인 SENSO ™의 느리게 작동하는 압축을 구현 한 것입니다.  UNIQUE 보청기에 가변 속도 압축을 도입한 것은 소리의 자연스러운 시간적 특성을 보존하려는 우리의 노력의 증거입니다. 

 

MOMENT보청기의 제로 딜레이 기술은 입력 신호의 자연스러움을 보존한다는 동일한 설계 철학을 따른것입니다. 제로 딜레이(ZeroDelay)는 보청기의 압축 속도를 목표로 하는 것이 아니라 보청기의 처리 지연을 표적으로 삼아 필터링 및 일시적인 번짐을 최소화합니다.

 

제로 딜레이기술이 MOMENT에서 어떻게 작동하는지 이해하기 위해서는 처리 지연이 발생하는 위치를 이해하는 것이 중요합니다. 대부분의 디지털 보청기에서 신호 처리 경로는 입력 신호가 필터 뱅크를 통과하면서 시작되며, 필터 뱅크는 입력 신호를 이후 처리를 위해 다른 채널로 분할합니다. 압축, 방향 마이크, 노이즈 감소, 피드백 취소 및 주파수 손실과 같은 멀티 채널 처리 기능은 일반적으로 필터 뱅크 설계에 통합되어 하나의 단위로 작동합니다. 따라서 멀티 채널 필터 뱅크의 통합 처리의 설계와 효율성이 보청기의 처리 지연에 가장 크게 기여합니다. 이전 제품인 EVOKE의 경우, 이 지연 시간은 평균 약 3.2ms였습니다.

 

훨씬 더 짧은 지연을 달성하려면 신호 처리에 있어 완전히 새로운 패러다임이 필요합니다. 필터 뱅크의 지연은 필터 뱅크의 주파수 분해능과 채널 수를 저하시키지 않고 임의로 낮출 수 없기 때문입니다. 새로운 PureSound 신호처리 알고리즘의 과제는 지연을 0.5ms이하로 줄이면서 채널 수를 유지하는 것이었습니다.

 

듀얼 마이크 입력 컨트롤이란?

기능 사양에서 고려해야 할 주요 사항은 프로그램의 대상 후보를 이해하는 것입니다. 초저 소음 지연의 이점은 큰 환기구 또는 개방형 이음부를 사용하는 청취자가 가장 잘 알 수 있습니다. 이는 큰 환기구가 대부분의 직접 자연 소리가 귓구멍으로 들어가 지연된 처리된 소리와 섞이게 하기 때문입니다. 이 상황은 가장 식별하기 쉬운 효과와 가장 심한 충돌을야기합니다. 따라서 ZeroDelay기술의 보청기 착용자의 목표 그룹은 개방형 착용자입니다. 청력 손실이 경미한 사람들과 최초의 보청기 착용자들은 이상적인 후보자들 입니다.

 

PureSound 프로그램을 의도적으로 사용하는 경우 방향성 마이크가 필요한지 여부를 묻는 것이 타당합니다. 일반적으로 방향성 마이크로 폰은 벤틀러에 의해 보고된 것처럼 차단된 earmold에서 SNR의 음성을 최대 6dB까지 향상시키는 것으로 간주됩니다. 실제로 연구진은 EVOKE보청기의 방향성 마이크가 SNR을 6.5dB향상시켰다고 보고했습니다. 반면, 귀마개의 배기구 개구부(또는 누출)가 증가함에 따라 환기구를 통해 귓구멍으로 직접 들어가는 소음의 양도 증가합니다. 이 누출은 외이도에서 처리된 상대적인 소음의 양을 "희석"시켜 특정 신호 처리 알고리즘의 효율을 감소시킵니다.

 

연구진은 실험실에서 측정한 방향성 이익의 크기가 청력 손실의 정도에 비례하여 달라진다는 것을 보여 주었습니다. 이는 청력 손실이 커질수록 환기구 직경이 작아지고 방향성 이점이 환기구 직경에 반비례하기 때문입니다. 따라서 개방형 이어폰 결합 시 방향성 이득이 가장 적을 것으로 예상할 수 있습니다. 실제로, 많은 연구에서 오픈 피팅에서 방향성 마이크의 장점은 1-2dB 범위에 있는 것으로 나타났습니다.

 

Widex는 매우 어려운 상황에서도 방향성 마이크를 사용할 수 있도록 하면서 전형적인 청취 조건에서 PureSound 프로그램을 사용할 수 있도록 MOMENT보청기에서 듀얼 마이크 입력 제어 시스템을 개발했습니다. 착용자가 일반적인 일상 사용을 위해 PureSound프로그램을 선택하면(실제적인 SNR하에서)듀얼 마이크 입력 컨트롤이 자동으로 전 방향 마이크로 전환되고 입력 신호가 저 지연 경로를 통과합니다. 어려운 청취 상황에서 착용자는 착용자가 적절한 마이크모드를 사용하여 혜택을 받을 수 있도록  듀얼 마이크 입력 제어 시스템이 HD 로케이터 적응형 방향 마이크(또는 디스펜서/ 착용자가 선택한 모든 마이크 모드)로 전환하도록 지시하는 범용 프로그램으로 전환할 수 있습니다.

 

기타 논의사항

[그림]  5dB SNR에서 약 60 %, 10dB SNR에서 80 %, 15dB SNR에서 85 %의 평균 점수. 세가지 보청기의 평균점수는 5%이내로 비슷하다.

 

기타 연구를 포함한 본 연구는 MOMENT보청기에 관한 PureSound프로그램이 다른 두 제조 업체의 소음 이해를 현실적인 SNR에서 관리하기 위한 프리미엄 제품만큼 효과적이라는 것을 보여 줍니다. 더욱 중요한 것은 PureSound프로그램으로 청취하는 사람들의 성과가 동일한 현실적 SNR하에서 정상적으로 듣는 청취자들의 성과와 유사하다는 점입니다.

 

PureSound 프로그램과 경쟁 업체의 보조도구 간의 성능 유사성은 Dual-Mic Input Control의 작동에 대한 설계 근거를 확인시켜줍니다. 오픈 이어 팁 사용으로 인한 누출로 인해 신호 처리 알고리즘 (지향성 마이크로폰 포함)이 제공하는 잠재적 이점이 줄어 듭니다. 현실적인 SNR에서의 테스트는 비현실적인 SNR에서의 적응 테스트의 잠재적인 산출물을 앞질렀습니다. 현재의 연구 설계는 일반적인 실제 상황에서 일상적인 청력의 성공을 반영 할 가능성이 높습니다.

 

이전의 연구에서, SNR와 함께 EVOKE(MOMENT에 사용되는 것과 동일한)에서 방향성 마이크로 폰의 이점이 감소하였음을 증명하였습니다. 단, 방향 마이크로 폰으로 인한 반복 점수는 0dBSNR에서 50%이상 개선되었습니다. 이는 전형적인 SNR하에서 세가지 보청기 중에서 유사한 성능을 관찰했음에도 불구하고 방향성 마이크로 폰이 도움이 될 수 있는 실제 상황이 더 많을 수 있음을 의미합니다. MOMENT는 이러한 사실을 인정하며 착용자가 PureSound프로그램에서 범용 프로그램으로 전환할 때 자동으로 적응형 HD로케이터 모드로 전환하는 듀얼 마이크 입력 제어 시스템을 포함합니다. 이를 통해 다양한 듣기 환경에 가장 적합한 기능을 완벽히 제어할 수 있습니다.

 

실제로, 청각 장애가 있는 청취자의 85%와 정상적인 청각을 가진 청취자의 100%는 소음에서 조용한 소리에 이르기까지 대부분의 듣기 환경에서 퓨어 사운드 프로그램을 선호했습니다. 청취자들은 PureSound 프로그램이 "좀 더 자연스럽고,""더 명확하고,""더 상세하다고 보고했습니다.

 

그들의 연구 결과와 현재의 연구 결과는 WidexMOMENT의 ZeroDelay기술이 소음에서 음성 인식을 유지하면서 일상적인 상황에서 소리의 질을 최적화한다는 것을 암시합니다.

 

Citation for this article(기사인용) :

Kuk F, Ruperto N, Slugocki C, Korhonen P. Efficacy of directional microphones in open fittings under realistic signal-to-noise ratios using widex moment hearing aids. Hearing Review. 2020;27(6):20-23.

 

References (참조) :

1. Balling LW, Townend O, Stiefenhofer G, Switalski W. Reduced hearing aid delay for optimal sound quality: A new paradigm in processing. Hearing Review. 2020;27(4):20-26.   외 이하 생략.

 

 

 

이편한보청기 청각센터

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