[연구] 보청기 착용 효과를 극대화 하는 방안 : 효율적인 소음제거

Beltone's Solus-pro software - 소음제거 옵션선택

보청기 착용 효과를 극대화 하는 방안 중에서 소음을 효율적으로 제거하기 위한 연구는 그동안 다양하게 적용되어 왔다. 보청기에 입력되는 소음제거 효과는 보청기 개발과 직결되는 주요 사안이기도 하다.

 

새로운 보청기가 개발될 때마다 소음제거 효과가 탁월하다는 차별성을 제안하는 것은 기계의 기술적 특성으로 이해될 수 있겠다. 디지털 보청기는 아날로그 보청기와는 달리 다채널에 통한 소음제거 효과에 대한 연구, 그리고 마이크로폰의 두 개 또는 그 이상의 array를 장착하여 방향성과 함께 소음제거 효과를 향상시켰다는 연구가 대표적인데, 오늘날 디지털 보청기 또는 여러 개의 array를 마이크로폰에 장착한 보청기가 상용화되고 있다. 그러나 array는 입력음에 대한 조절이 가능한 장치인 반면 디지털은 음성신호의 처리방식이다. 그래서 디지털과 array를 비교하는 것은 본질적으로 무리가 따른다. 특히 디지털 보청기에 여러 개의 array를 장착할 수 있기 때문이다.

 

음악과 관련된 음향학 분야에서도 소음제거를 위한 다양한 알고리즘이 적용된다. 그러나 음악의 음향학에서 적용한 소음제거 알고리즘은 보청기에 응용하기에는 한계가 있다(Nikjoo et al., 2007).

 

보청기에서 발생하는 소음의 주된 원인은 마이크로폰과 스피커의 위치가 가깝다는 것이 결정적이다. 이와 같은 원인으로 발생하는 소음을 하울링(howling)이라고 한다. 그러나 보청기의 하울링을 제거하기 위한 여러 연구가 진행되었지만, 이는 소음환경에서 발생하는 주파수가 다양할 경우 AFC(Adaptive Feedback Cancellation) 적용에 한계가 있음을 노출했다. 보청기에 입력되는 주파수는 특정 기계속음과 같이 동일한 대역이 아닌 다양한 대역에 걸쳐 분포하기 때문이다. 

 

소음제거를 위한 또 다른 기술적 지원은 주파수 대역(band)에 따른 변화를 고려하는 것이었다. 원음에 대한 증폭과 함께 입력되는 소음의 주파수 대역이 다르다는 점에 착안한 연구였다. 이 연구는 입력되는 원음에 대한 증폭이 실행된 다음에 지체된 소음의 주파수를 증폭시키는 현상을 방지하여 소음을 제거하는데 효율적이었다. 

특히 시간을 기준으로 설정했을 때, 저주파수 대역에서 음의 전달 시간이 고주파수에 비하여 상대적으로 느리다는 것이다. 이와 같은 현상이 소음으로 작용하여 음을 변별하는데 어려움을 제공한다.

 

결과적으로 보청기에서 발생하는 소음은 마이크로폰에 장착된 스피커의 크기와 간격이 문제가 되어서 발생하고 있음을 알 수 있다. 따라서 보청기 자체에서 발생되는 소음 또는 주파수 대역별에 따른 시간지연 등을 차단하기 위하여 적절한 알고리즘을 활용하여 필터링을 적용하는 연구가 수행되고 있다.

 

소음제거는 또한 이득에 영향을 미친다. 건청학생의 경우는 이득이 감각역치와 동일하지만. 청각장애학생의 경우는 청력손실정도에 따라수치가 차이가 난다. 60dB의 청력손실정도가 있는 청각장애학생이 보청기를 착용하고 90dB의 음이 입력되면 30dB의 이득이 있다고 표현한다. 그러나 원음과 소음이 함께 증폭되면, 이득이 발생하여도 변별력의 변화가 나타나지 않을 수 있다.

[참고] 다양한 장소에서의 말소리와 소음이 공존하는 파형비교

 

음색에 대한 이득은 주파수별로 전달되는 전달시간으로 측정된다. 특히 저주파수 대역에서 음의 전달시간이 지체되는 현상이 두드러진다. 1,000Hz 이상의 고주파수 대역에서는 0ms보다 빠른 속도로 음이 전달되지만, 저주파수 대역에서는 2ms 이상의 지체가 나타난다. 이와같은 현상은 단순히 저주파수와 고주파수의 문제는 아니다.

 

1,000Hz 이하의 저주파수는 음성에서 모음에 해당하고, 1,000Hz 이상의 고주파수는 자음으로 분류된다. 음성은 자음과 모음이 함께 섞여 있으므로 저주파수와 고주파수의 전달 속력은 어음 변별력에 결정적 역활은 담당한다. 음성에서 저주파수가 발성될 때는 95% 음압을 가지지만, 고주파수는 5%에 불과하다. 그리고 달팽이관에서 변별하는 능력은 저주파수 5%, 고주파수 95%의 민감도를 가진다(최성규 외, 2015). 그러나 달팽이관 청신경유모세포의 활성도에 문제가 되는 청각장애학생의 경우는 이와 같은 원칙이 지켜지지 않으므로 모음(저주파수)보다 자음(고주파수)을 인지하는데 어려움을 경험한다.

 

따라서 청신경 유모세포의 활성도에 문제가 있는 감각신경성 청각장애학생의 보청기 착용효과는 저주파수와 고주파수 모두에서 어음변별력의 한계를 경험하게 되는것이다.

 

 

 

이편한보청기 일산청각센터 031-994-2544 히어링마스터

 

[참고자료]

소음제거 알고리즘이 보청기의이득 수치 및 청각장애학생의 어음변별력 향상에 미치는 효과 (정승희, 박비주 외, 2015- 한국청각.언어장애연구 제6권 제1호)

 

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