Study of the Speech in Noise Test Using a Multi-Talker Babble Noise

Park, Chul Ho; Lee, Sung Hee; Shim, Hyun Joon; Lee, Seung Joo; Yoon, Sang Won; Lee, Kyoung Won

Original Article

Speech perception and production

Korean Journal of Audiology 2008;12(1):10-15.

Study of the Speech in Noise Test Using a Multi-Talker Babble Noise

Chul Ho Park¹, Sung Hee Lee², Hyun Joon Shim¹, Seung Joo Lee¹, Sang Won Yoon¹, Kyoung Won Lee³

¹Departments of Otolaryngology
²Audiologlist, School of Medicine, Eulji University, Seoul
³Hallym Institute of Advanced International Studies, Seoul, Korea

다화자 잡음을 이용한 소음 환경하에서의 어음청각검사에 대한 연구

박철호^¹^, 이성희^²^, 심현준^¹^, 이승주^¹^, 윤상원^¹^, 이경원^³

^¹을지대학교 의과대학 을지병원 이비인후과학교실
^²청각사
^³한림국제대학원대학교 청각학과

Abstract

Background and Objectives
The most common complaint of individuals with hearing loss is a difficulty in understanding speech in background noise. But traditional hearing tests in quiet environment can not reflect one's ability of speech recognition in real life sufficiently. We aimed to develop of a speech in noise test using a multi-talker babble noise and present the results of normal hearing listeners.

Subjects and Methods
Sixty listeners (each ten listeners of all ages from teens to sixties) with normal hearing were participated. Spondee words and multi-talker babble noise made from recording the voice of 10 male and 10 female were presented by a loudspeaker at a distance of one meter in front of the subject. Fifty percent-signal to noise ratios (SNRs) were measured at 50 dB HL, 60 dB HL, 70 dB HL, and 80 dB HL of noise intensity.

Results
Mean 50% SNR for age showed -13.9±1.9 dB, -14.0±2.2 dB, -14.2±1.8 dB, -13.4±2.1 dB, -11.5±2.3 dB, and -12.6±2.0 dB in teens, twenties, thirties, forties, fifties, and sixties. The result of fifties was significantly worse than teens, twenties, thirties, and forties. Mean 50% SNR for noise intensity showed significantly better in 80 dB compared with 50, 60, 70 dB HL. Mean 50% SNR of the elderly group aged 41-69 years was worse than the young group aged 10-39 years.

Conclusions
The present study suggest a speech in noise test using a multi-talker babble noise and spondee words and present normative data of 50% SNR for age group and for noise intensity.

Keywords: Hearing loss;Noise;Hearing test;Speech;Signal.

Address for correspondence : Hyun Joon Shim, MD, Department of Otolaryngology, School of Medicine, Eulji University, 280-1 Hagye 1-dong, Nowon-gu, Seoul 139-711, Korea
Tel : +82-2-970-8276, Fax : +82-2-970-8275, E-mail : eardoc11@eulji.ac.k

서 론

현대 사회에서 우리는 여러 상황에서 의사소통을 어렵게 만드는 다양한 소음에 노출되고 있으며 소음환경에서 상대방의 말을 이해하기 위해서는 소음이 없는 상황에 비해 더 많은 노력이 요구된다. 난청인들은 일반적으로 정상인에 비해 소음환경에서 상대방의 말소리를 이해하는 데 더 큰 어려움을 호소하고, 특히 배경소음이 복합적인 말소리로 구성되어 있을 때 어려움은 더욱 커진다.¹⁾ 난청은 크게 감쇄 요소(attenuation factor)와 왜곡 요소(distortion factor)의 두 가지 요소로 구성된다. 감쇄 요소는 전음성 난청에서와 같이 와우로 소리 전달이 감소되어 청력역치의 상승을 야기하는 것으로 순음청력 역치나 어음청력 역치로 측정이 가능하고 보청기를 통한 증폭으로 쉽게 보상될 수 있다.^2,^3,⁴⁾ 반면 왜곡 요소는 감각신경성 난청에서 소리의 명료도를 감소시키는 것으로 말초 감각기관과 함께 청각중추의 손상에 기인한다. 왜곡 요소는 소음 상황에서 더 심각한 난청을 유발하며 노화가 진행할수록 청각중추의 인지기능이 감소하기 때문에 고령층일수록 더 심한 장애를 나타낸다. 왜곡 요소의 측정을 위해서는 말초 감각기관뿐 아니라 청각중추 기능까지 반영할 수 있는 검사가 필요한데 소음환경에서의 어음청각검사가 그 역할을 할 수 있다고 알려져 있다.^2,^5,⁶⁾ 조용한 환경에서 시행되는 고전적인 청각검사는 왜곡 요소를 반영하기 어려우며, 특히 보청기나 인공와우를 통한 청각 재활에 있어서 난청인이 실제로 생활하는 환경에서의 어음 청취 능력을 반영하는 데 한계가 있다. 따라서 난청인들을 정확히 평가하고 청각재활의 계획을 세우며 그 기능적 이득을 판단할 때 소음 환경에서의 어음청각검사는 필수적이다.
소음환경에서의 어음청각검사는 크게 Sentence in noise (SIN) test와 Word in noise(WIN) test로 대별될 수 있다. SIN test를 선호하는 연구자들의 논리는 일상 생활에서의 대화가 단어가 아닌 문장으로 이루어지므로 단순한 단어를 가지고 검사하는 것은 현실적인 대화 환경을 반영하는 데 한계가 있다는 것이다. 또 SIN test는 문장을 올바로 따라 말하기 위해 단순한 청력 이외에 적절한 어휘력과 문맥의 의미와 문법을 이해하는 능력을 함께 갖추고 있는지를 검사할 수 있다.⁷⁾ 이러한 능력은 다분히 청각중추의 인지기능과 관련이 많고 실제로 SIN test는 인지 기능검사의 결과와 높은 상관관계를 나타낸다.^8,⁹⁾ 또한 문장은 단어보다 더 넓은 역동범위를 나타낸다는 장점이 있다. 그러나 SIN test의 경우 고령의 난청인들을 대상으로 검사할 때 오히려 필요 이상으로 청력의 본질적인 부분보다 인지기능이 강조될 가능성이 있고 검사가 다소 복잡하고 평가 방법을 표준화하기가 모호하다는 단점이 있다.⁶⁾ 검사 방법은 매우 다양한데 문장을 구성하는 단어의 개수와 구성하는 핵심 단어가 문맥상 어느 정도 예측이 가능한지에 따라 결과에 상당한 차이가 나타난다.^3,^6,¹⁰⁾ SIN test는 문장 전체를 맞추는 것을 하나의 득점 단위로 할 수도 있고 문장을 구성하고 있는 단어 하나하나를 점수로 할 수도 있다. 반면 단어는 언어 인지를 위한 기본적인 단위로 전통적인 청력검사에서 널리 쓰여 왔으며 이러한 단어를 사용하는 WIN test는 검사 시간이 비교적 짧고 평가에 고려할 요소들이 단순하여 검사를 표준화하기 쉽다는 장점이 있다. WIN test는 어음인지력을 감별하는 데 매우 민감한 검사일 뿐 아니라 고령의 난청인에서 인지기능과의 상관관계도 높아 청각중추의 기능도 반영할 수 있는 것으로 보여진다.^4,^11,¹²⁾ 이러한 이유로 최근까지도 WIN test는 그 가치를 인정 받으며 널리 이용되고 있다.
저자들은 일상 생활에서 듣는 소음과 비슷한 형태의 한국어로 된 다화자 잡음을 배경소음으로 하고 기존 어음청각검사에서 사용하던 양양격 이음절어를 이용하는 WIN test를 제시하고 그 신뢰도를 검증해 보고자 한다.

재료 및 방법

다화자 잡음의 제작
다화자 잡음은 한림대학교 청각연구소의 방음실에서 정상청력을 가진 20대의 남녀 20명(남 10명, 여 10명, 평균: 21.7세)을 대상으로 드라마 대본, TV 뉴스, 신문 등을 2분 동안 읽게 하여 각각 녹음하였다. 녹음 시 송화기는 Shure microphone을 사용하였고, 화자의 입과 송화기의 거리는 10 cm를 유지하게 하였으며, 녹음 시 표본화 주파수(sampling frequency)는 45,000 Hz였다. 각각 녹음한 데이터는 computerized speech lab을 이용하여 합성하였으며, 합성한 다화자 잡음에 대한 분석은 장기평균 어음스펙트럼(long term average speech power spectrum)으로 분석하였다(Fig. 1).

대 상
10대에서 60대까지 각 연령대별로 10명씩 모두 60명을 대상으로 하였다. 대상자는 중이 질환, 이독성 약물 복용, 소음 노출, 두부 외상, 신경학적 질환 등의 과거력이 없으며 250~8,000 Hz 범위에서 시행한 순음청력검사상 전 주파수 영역에서 25 dB HL 미만의 청력을 가지고 골도-기도 차는 10 dB HL 미만인 경우로 하였다. 피검자들의 외이와 고막에 이상이 없음을 확인하였고 고막운동성계측 결과 양측 모두 A형을 보였다. 모든 피검자들은 1주일 후 재검사를 시행하여 반복 측정에 대한 신뢰도를 검증하였다.

50% 인지 신호대잡음비의 측정
먼저 Orbiter 922를 이용하여 방음실내에서 TDH-50P 헤드폰을 사용하여 순음청력검사를 시행하였다. 50% 인지 신호대잡음비는 음장검사로 구하였는데 Orbiter 922에 증폭기를 이용해 스피커와 연결하여 시행하였다. 정면 1 m 앞에 설치된 스피커에서 신호와 잡음이 동시에 나오게 만든 음장에서 제작한 다화자 잡음을 각각 50, 60, 70, 80 dB HL의 강도로 주면서 Ham 등이 제안한 양양격 이음절어표를¹³⁾ 피검자에게 숙지시킨 후 live voice로 제시하였고, 50% 이상 정반응을 보이는 역치에서 잡음의 강도를 뺀 값을 50% 인지 신호대잡음비로 정의하였다.

결과의 분석
각 연령대별로 소음 강도에 따른 50% 인지 신호대잡음비를 구하고 1주일 후 재검사를 통해 신뢰도를 구하였다. 연령대별로 50% 인지 신호대잡음비의 차이가 있는지 분석하였으며 소음의 강도에 따른 차이를 분석하였다. 대상군을 30대 이하와 40대 이상 두 군으로 나누어 50% 인지 신호대잡음비의 차이가 있는지 분석하였고, 30대와 40대를 제외한 20대 이하와 50대 이상 두 군에서의 차이를 분석하였다.

통계학적 검증
통계학적 검증은 Windows용 SPSS version 12.0 이용하였다. 연령과 소음강도에 따른 50% 인지 신호대잡음비의 분석은 one-way ANOVA, independent T-test를 시행하였고 통계는 p값이 0.05 이하인 경우를 통계학적으로 의미 있는 것으로 판정하였다.

결     과

연령대별로 50% 인지 신호대잡음비의 평균은 10대, 20대, 30대, 40대, 50대, 60대에서 각각 -13.9±1.9 dB, -14.0±2.2 dB, -14.2±1.8 dB, -13.4±2.1 dB, -11.5±2.3 dB, -12.6±2.0 dB이었으며 50대에서 10대, 20대, 30대, 40대보다 유의하게 나쁜 결과를 보였다(Table 1,Fig. 2). 연령에 관계없이 모든 피검자들을 대상으로 소음 강도에 따른 50% 인지 신호대잡음비의 평균을 비교해 보면 50 dB HL, 60 dB HL, 70 dB HL, 80 dB HL에서 각각 -12.4±2.4 dB, -12.7±2.2 dB, -13.3±1.7 dB, -14.8±1.9 dB로 나타났고 80 dB HL에서 50 dB, 60 dB, 70 dB HL보다 유의하게 좋은 결과를 보였다(Fig. 3). 30대 이하의 연령군과 40대 이상의 연령군의 50% 인지 신호대잡음비를 비교하였을 때 고연령군에서 유의하게 나쁜 결과를 보였다(Fig. 4). 또한 10대, 20대와 50대, 60대를 비교하였을 때에도 고연령군에서 유의하게 나쁜 결과를 보였다(Fig. 5).
반복 측정한 50% 인지 신호대잡음비는 모든 소음강도에서 유의한 차이를 보이지 않았으며 표준편차와 표준오차는 80 dB HL에서 가장 낮고 70 dB HL에서 그 다음으로 낮게 측정되었다. 검사-재검사 신뢰도는 80 dB HL에서 가장 높게 나타났으며 그 다음으로 70 dB HL이 높게 나타났다(Table 2).

고     찰

소음환경하에서의 어음청각검사에 흔히 이용되는 소음은 1인 화자의 말을 그대로 배경소음으로 사용하는 경우와 여러 화자의 대화를 녹음하여 이용하는 다화자 잡음, 그리고 1인 화자의 말소리를 장기평균 어음스펙트럼으로 분석하여 광역대 잡음의 형태로 만든 speech-spectrum-noise가 대표적이다.^3,^14,¹⁵⁾ 소음의 시간적 특성을 보면 1인 화자의 어음이 가장 큰 시간적 변화(temporal variation)을 보이고 지속성 잡음인 광역대 잡음이 가장 적은 변화를 보인다. 쇼핑 센터나 사람이 많은 식당과 같은 환경에서 소음의 크기는 2.8~8.4 dB의 표준편차를 나타내는 반면 광역대 잡음의 경우 1 dB 정도의 편차 밖에 나타내지 못한다.³⁾ 실생활에서 주변 소음이 1인 화자에 의해서만 발생하는 경우는 드물다고 볼 때 한국어로 만들어진 다화자 잡음이 일상생활에서 흔히 접하는 소음을 가장 잘 재현할 것으로 생각된다. 다양한 소음환경에서 언어 자극이 제시될 때 언어 중추의 주파수 변별 능력을 평가할 수 있는 mismatch negativity의 결과를 살펴본 연구에 의하면 다화자 잡음의 경우 광역대 잡음에 비하여 신호를 인지하는데 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타나 광역대 잡음을 이용하는 검사에서는 소음에 의한 영향이 과소 평가될 가능성을 고려하여야 할 것으로 생각된다.¹⁶⁾
외국에서는 일찍부터 여러 종류의 소음환경에서의 어음청각검사들이 이용되어 왔다. Kalikow 등에 의해 개발된 speech perception in noise(SPIN) test는 12명의 목소리를 섞어서 만든 다화자 잡음 환경에서 4~7개의 어절로 이루어진 문장 중 표적 단어를 맞추는 능력을 평가하는 검사이다.¹⁷⁾ 검사 문장의 난이도를 고려하기 위하여 문맥상 예측도가 높은 문장(high predictability)과 예측도가 낮은 문장(low predictability) 두 가지로 구분하여 검사하고 문장의 강도를 80 dB SPL로 고정한 후 신호대잡음비를 -5, -3, 0, 5 dB로 변화시키면서 표적 단어를 맞추는 수를 구하여 점수화하였다. Connected speech test(CST)는 50개의 핵심 단어를 조합하여 문장을 만들되 한 문장에는 7개 이하의 핵심 단어가 제시되고 몇 개의 단어를 맞추는지를 점수화한다.⁷⁾ Nilsson 등은 기존에 영국 어린이의 수준에 맞춰 만들어진 BKB(Bamfold-Kowal-Bench) 문장을 미국 영어에 맞도록 고쳐서 hearing in noise test(HINT)라는 검사를 제시하였다.¹⁰⁾ 이 검사는 speech-spectrum-noise를 배경 소음으로 사용하고 3~5개의 단어가 포함된 10개의 문장을 정면과 좌우 측면에서 65 dB의 소음과 동시에 제시하여 문장 전체를 50% 맞추는 신호대잡음비를 산출하게 되는데 현재 여러 언어로 만들어진 다국어판이 제작되어 상품화되어 있다. WIN test는 다양한 잡음을 이용하여 나라마다 다양한 언어로 된 이음절어나 일음절어를 이용하여 검사를 시행하고 있다.^1,^4,^6,^11,^18,¹⁹⁾ Dirks 등은 12명의 화자를 이용한 다화자 잡음을 배경 소음으로 하고 36 양양격 단어를 사용하는 검사를 제안하였고 Wilson 등은 다화자 잡음하에서 70개의 일음절어로 신호대잡음비를 변화시키면서 어음인지도를 측정하는 검사를 소개하였다.^4,¹⁸⁾
국내에서는 SPIN test를 모델로 하여 Korean SPIN test가 개발되었으나²⁰⁾ 널리 이용되지 못하였고 최근 HINT의 한국어판이 시판되어 몇몇 기관에서 사용하기 시작하였으나 검사 시간이 다소 오래 걸리고 소프트웨어의 가격이 상당히 고가여서 쉽게 접근하기 어려운 실정이다. Win test의 경우 국내의 몇몇 기관에서 자체적으로 만든 검사를 시행하고 있으나 표준화되어 있지 못하다.
본 연구에서는 일상 생활의 소음을 반영하는 다화자 잡음을 배경 소음으로 하여 정상 청력군의 연령대별 신호대잡음비의 정상치를 구하고 검사-재검사를 통하여 반복측정에 대한 신뢰도를 확인하였다. 배경 소음의 크기를 정하기 위하여 다양한 소음 강도에서 시험을 하였는데 80 dB HL 이상의 강도는 정상 청력을 가진 피검자에게 지나친 불쾌감을 유발하게 되어서 배제하였고 50 dB HL 미만의 강도는 중등도 이상의 난청인이 들을 수 없으므로 검사의 실효성이 없을 것으로 생각되어 제외하였다. 50 dB HL부터 10 dB 간격으로 80 dB HL까지 4가지 소음 강도에서 검사를 시행한 결과 50 dB, 60 dB, 70 dB HL에서는 50% 인지 신호대잡음비가 유의한 차이를 보이지 않았기 때문에 그 중 신뢰도가 가장 높고 변동성이 가장 적은 70 dB HL 을 대표로 검사하고 80 dB HL에서는 다른 강도와 다른 결과를 보이므로 따로 검사를 하여 70 dB, 80 dB HL의 두 가지 강도에서 검사하는 것이 적절할 것으로 생각된다.

결     론

저자들은 국내 일상 생활환경에서 가장 흔히 접할 수 있는 형태의 소음이라고 여겨지는 한국어로 된 다화자 잡음과 기존 어음청각검사에서 사용하던 양양격 이음절어를 이용하는 소음환경하에서의 어음청각검사를 제시하고 연령대별 정상치를 구하였으며 검사-재검사를 통하여 반복측정에 대한 신뢰도를 확인하였다. 추후 이 검사를 난청인들의 청력 상태를 평가하고 적절한 중재 전략을 수립하며 청각재활에 있어서 그 기능적 이득을 판단하는 데 이용하고자 한다.

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