음악 인지와 관련한 청력 재활 기술의 개발(Music perception and hearing rehabilitation)

히어링마스터
카테고리 없음
2022. 7. 5.

난청으로 인한 가장 큰 불편감은 의사소통의 문제에 있지만 사람에 따라 음악을 즐길 수 없다는 점도 중요한 문제가 될 수 있다. 보청기나 인공와우는 기본적으로 어음을 잘 들을 수 있도록 설계되어 있고 음악은 어음과 다른 청각적 특성을 가지기 때문에 보청기나 인공와우를 통하여 음악을 감상하는 데에는 많은 제한점이 따른다. 어음 분별의 경우에는 건청인이 듣는 소리와 다소 차이가 나더라도 새로운 소리에 적응하면서 어음분별력이 향상될 수 있지만 음악은 알아 듣느냐 못 알아 듣느냐의 문제가 아니라 미학적인 즐거움을 얻어야 하는 문제이기 때문에 특히 인공와우를 통한 음악감상은 아직 그 기술적 한계로 어렵다고 볼 수 있다.

음악은 어음에 비하여 주파수 스펙트럼이 더 넓고 저주파수 대역에 큰 에너지를 가지는 특성이 있다. 따라서 보청기를 이용하여 음악을 청취하게 되면 저주파수 대역의 소리를 놓치게 될 가능성이 있으며 여러 원인으로 고주파수 증폭을 충분히 하지 못하게 될 경우 고주파수 대역의 소리도 놓치게 된다. 일반적인 회화음의 강도는 65 ~ 85 dB SPL이지만 음악은 95 ~ 105 dB SPL로 소리강도가 더 크고 최대 강도와 평균강도의 편차도 음악의 경우 더 큰 편이다.

현재 보청기에서 이용하는 16 bit A/D converter의 경우 96 dB의 역동범위를 가지기 때문에 그 이상 큰소리가 들어올 경우 입력음을 압축하게 되어 음악 소리의 왜곡이 발생하게 된다. 대다수의 보청기가 이용하는 wide dynamic range compression은 소리의 peak와 valley 사이의 차이를 줄이게 되므로 음악이 답답하게 들릴 가능성이 있고 보청기 내부소음을 줄이기 위한 확장 기능은 매우 적게 연주되는 음악소리를 놓치게 할 수 있다.

Digital noise reduction 기능이나 feedback cancellation 기능도 특정 음악소리를 소음으로 인식하여 이득을 줄이는 방식으로 작동할 가능성이 있다. 종합하여 보면 지금 현재 기술 수준의 보청기는 음악청취에는 그다지 큰 효과를 기대할 수 없는 것이 사실이다. 95 dB 이상의 소리를 들을 때는 고도 난청을 가지고 있어도 큰 이득이 필요하지 않으므로 음악을 청취할 때는 보청기를 사용하지 않는 것을 고려해 볼 수 있으며, 보청기를 사용하여 음악을 청취한다면 90 dB 출력음압레벨(OSPL 90)을 낮추어 설정하고 digital noise reduction, feedback cancellation, 방향성 마이크로폰 기능은 가고 듣는 것이 유리 하겠다.

시간 흐름에 따라 소리에너지의 변화를 보여주는 waveform은 천천히 변화하는 envelope 성분(2-50 Hz)과 그 안에서 매우 빠르게 변화하는 temporal fine structure 성분(TFS, 600~1000 Hz) 으로 나누어지는데 TFS 정보는 그 위상에 맞추어 nerve spike가 동조화하는 phase locking이 일어남으로써 코딩된다. 소리의 TFS 정보는 음악의 pitch, melody, timbre 구분에 매우 중요한 역할을 한다. 인공와우의 경우 기본적으로 소리를 bandpass filter를 통과시켜 주파수 별로 나누고 envelope detector를 이용하여 소리 신호의 envelope 정보만 추출하여 pulse 신호로 바꾸어 해당 주파수 청신경을 자극하도록 설계되어 있어 소리의 TFS 정보를 전달하지 못하므로 음악 청취에는 매우 불리할 수 밖에 없다.

그러나 최근 연구에 의하면 소리가 narrow band-pass filter를 통과하면서 일부 TFS 정보가 envelope을 새롭게 형성하여 의도하지 않았지만 envelope detector에 TFS 정보가 녹아들어가게 된다 (recovered envelope)는 연구가 있다.

음악청취에서 저주파수 청력의 확보는 매우 중요하다. 보청기에서 과도하게 저주파수의 이득을 올리게 되면 상향차폐로 어음 분별력이 떨어지므로 저주파수에 적은 이득을 주는 것이 일반적이지만 음악감상에는 좋지 않다. 저주파수 잔청이 남아있는 인공와우 대상자들에게 hybrid 장비를 이용하여 electroacoustic stimulation으로 저주파수에 음성 신호를 살려두는 것은 일반적인 인공와우에 비하면 음악 청취에 매우 이롭다고 볼 수 있다. 인공와우 전극의 삽입할 때 와우첨부까지 삽입하여 저주파수까지 전기자극을 하도록 하는 것도 잠재적으로 음악청취에 도움이 될 수 있는 전략이다.

향후 청각재활 장치의 칩셋의 신호처리 속도나 베터리 문제 등 여러가지 기술력이 개발된다면 음악청취에 더 적합한 장비가 개발될 수 있을 것으로 기대된다.

출처 : 대한청각학회 웹진13호 - 심현진(을지대)

이편한보청기 청각센터 문의,상담 (전화연결) 031-994-2544