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Hearing Aids, Speech perception and production
Korean Journal of Audiology 2009;13(1):37-41.
Can Multi-Channel Hearing Aids Improve Speech Recognition in Background Noise?
Hyun Joon Shim1, Seong Hee Lee1, Sang Won Yoon1, Kyoung Won Lee2
1Department of Otolaryngology, Eulji General Hospital, School of Medicine, Eulji University, Seoul
2Department of Audiology, Hallym Institute of Advanced International Studies, Seoul, Korea
다채널디지털보청기가 소음환경하에서 언어인지력을 향상시킬 수 있는가?
심현준1, 이성희1, 윤상원1, 이경원2
1을지대학교 의과대학 을지병원 이비인후과학교실
2한림국제대학원대학교 청각학과
Abstract

Background and Objectives: The most common complaint of individuals with hearing loss is a difficulty in understanding speech, especially in background noise. The objective of the present study is to evaluate the effect of multi-channel hearing aids on improvement of speech intelligibility in multi-talker babble noise generated using the Korean language. 



Subjects and Methods
Fifteen subjects with sensorineural hearing losses of a moderate to severe degree were examined with the words-in-noise test. All subjects had worn unilateral hearing aids for over 1 month. The noise and signal were presented by a loudspeaker at a distance of one meter in front of the subject (0
°, 1 m). The noise used in this study was made from recording the voices of 10 males and 10 females reading newspapers, drama descriptions, etc. The effects of multi-channel hearing aids were determined by changes of the signal to multi-talker babble noise ratio (SNR) for 50% word recognition and word recognition score (WRS) in a +10 dB SNR. The aided and unaided results were compared using the Wilcoxon's signed rank test. 



Results
The mean 50%-SNR improved significantly from -1.7±4.9 dB without hearing aids to -6.8±4.2 dB with hearing aids (p<0.05). The mean WRS in background noise improved from 53.4±20.1% without hearing aids to 61.1±17.0% with hearing aids, and there was also a significant difference (p<0.05).



Conclusions
The present study demonstrates that multi-channel hearing aids improve speech intelligibility in multi-talker babble noise in the Korean language.

Keywords: Hearing loss;Speech intelligibility;Noise;Hearing aids.

Address for correspondence : Hyun Joon Shim, MD Department of Otolaryngology, Eulji General Hospital, School of Medicine, Eulji University, 280-1 Hagye 1-dong, Nowon-gu, Seoul 139-872, Korea
Tel : +82-2-970-8276, Fax : +82-2-970-8275, E-mail : eardoc11@naver.com


서     론

  
난청의 속성을 소리 전도의 장애에서 기인하는 감쇄 요소와 와우와 청각중추의 변성에서 기인하는 왜곡 요소로 나누어 볼 때, 전자의 경우 순음청력역치나 어음청력역치로 측정이 가능한 반면, 후자의 경우는 소음환경에서의 어음청각검사로 평가할 수 있다.1) 난청에 의한 음의 왜곡 현상은 소음환경에서 신호대잡음비가 떨어질수록 더욱 심해지고,2) 특히 고령의 난청인의 경우 청각중추의 인지 기능이 떨어지기 때문에 같은 청력역치에서도 소음환경에서 언어를 인지하는데 더욱 어려움을 겪게 된다.3) 고전적인 선형보청기로는 음의 왜곡 요소를 극복할 수 없었기 때문에 과거 난청인들은 보청기를 끼고도 여전히 주파수 분별이 명확하지 않고 왜곡된 소리를 들을 수밖에 없었다.1) 그러나 전자 기술의 발전은 단순한 증폭 기능을 수행할 수 있었던 과거의 보청기와는 비교할 수 없을 정도로 다양한 기능을 내재시킨 다채널디지털보청기를 출현시켰다. 최신 보청기들은 짧은 attack time과 release time을 갖는 wide dynamic range compression을 이용하여 큰 소리의 왜곡을 최소화하고 있으며 digital signal processor를 이용하여 소음 환경에서 신호대잡음비를 향상시키기 위한 다양한 기능들을 내재하고 있다. 대다수의 최신 보청기들은 소음과 어음 사이의 변조 스펙트럼의 차이를 이용하여 배경소음만 감쇄시키는 기능을 장착하고 있으며, 두개의 마이크로폰을 이용하여 뒤에서 들어오는 소음을 위상 상쇄시키는 방법을 이용하기도 한다.4) 또한 보청기 제조사에 따라 어음신호 스펙트럼의 봉우리와 골 부분을 인위적으로 확장시켜 배경소음과 대비가 증가될 수 있게 하는 전략을 쓰기도 하고, 특정한 소음 상황을 기억하는 소프트웨어를 내재시켜 유사한 소음 상황에서 특정 채널의 이득을 줄이거나 압축점을 조정하여 신호대잡음비를 올려주는 방법을 사용하기도 한다. 이론적으로 다채널을 이용하게 되면 여러 개의 주파수 대역별로 이득과 압축 비율, 역치 등을 서로 다르게 설정할 수 있어 압축역치를 넘는 크기의 배경 소음이 발생할 때 저주파수 대역에서만 압축시스템을 작동시키고 고주파수 대역은 이득은 줄이지 않음으로써 신호대잡음비의 개선효과를 기대할 수 있다.4)
현실적으로 보청기가 소음 환경에서 언어인지에 얼마나 도움을 주는지에 대한 연구들은 외국에서는 여러 가지 보청기의 유형별로 다양하게 이루어져 왔지만 국내에서는 아직 그러한 연구를 찾아 볼 수 없다. 
저자들은 기존 연구에서 한국어로 된 다화자잡음을 제작하여 배경소음으로 삼고 기존에 국내에서 널리 사용되던 양양격 이음절어표를 검사 신호로 이용하는 word in noise (WIN) test를 보고한 바 있다.5) 본 연구에서 저자들은 이 검사 방법을 이용하여 중등도 이상의 감각신경성 난청인들을 대상으로 일측에 다채널디지털보청기를 착용하였을 때 보청기를 착용하지 않았을 때와 비교하여 소음환경에서 신호대잡음비와 word recognition score(WRS)의 향상이 있는지 알아보고자 하였다. 

대상 및 방법

대 상
2006년 8월부터 2008년 5월까지 본원 이비인후과에 내원한 중등도 이상의 감각신경성난청인 중 일측에 보청기를 처방받고 2차례 이상 피팅을 거쳐 최소 1개월 이상 적응기간이 지난 15명(남자 6명, 여자 9명, 평균 연령 68.6±11.4세)을 대상으로 하였고, WIN test는 보청기 착용 후 평균 4.8±3.6개월에 시행하였다. 대상자들은 모두 보청기를 처방 받기 전에 시행 받은 이경검사상 정상고막을 보였고 고막운동성계측 결과 양측 A형이었다. 보청기 처방전에 시행한 250
~8,000 Hz 범위의 순음청력검사 결과 평균 청력은 우측 귀 64.1±14.8 dB HL(4분법), 좌측 귀 61.3±12.7 dB HL(4분법)이었다. 환자의 청력 유형에 따라 우측 귀에 7명, 좌측 귀에 8명 Starkey사의 보청기{Trilogy (3채널 7밴드): 2명, Virtue 4(4채널 8밴드): 7명, Virtue 8(8채널 10밴드): 6명}를 처방하였는데, 이 보청기들은 모두 단방향성 마이크로폰을 사용하고 modulation based noise reduction algorithms을 장착하고 있다. Virtue 4와 8의 경우 특정 소음 환경에 최적화된 피팅이 저장되어 있다가 유사한 환경에 노출되었을 때 작동되는 음향지문이라는 기능이 내재되어 있다. 수평형의 청력 유형을 보이는 8명의 난청인에게는 Trilogy 1대, Virtue 4 6대, Virtue 8 1대를 처방하였고, 하강형 청력 유형을 보이는 7명의 경우는 Virtue 8를 5대, 그리고 Trilogy와 Virtue 4를 각각 1명씩 처방하였다. 보청기 처방방식은 NAL-NL1로 하였고, 피팅은 첫 착용시에는 auto-fit을 기본으로 하되 다음 피팅시에는 착용자의 요구에 따라 미세 조정을 하였다. 

검사기기
임피던스 청력검사는 Zodiac 901(GN Otometrics, Copenhagen, Denmark)을 사용하여 측정하였고, 청력검사는 Orbiter 922 Clinical Audiometer(GN Otometrics, Copenhagen, Denmark)를 이용하여 방음실 내에서 TDH-50P 헤드폰을 사용하여 시행하였다. 음장(sound field)에서 청력검사기에 증폭기를 이용해 스피커와 연결하여 시행하였고, 신호와 잡음이 제시되는 스피커는 피검자와 1 m 거리에서 정면(0°)을 유지하게 하였다. 

다화자잡음의 제작
다화자잡음은 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. 녹음시 송화기는 Shure microphone을 사용하였고, 화자의 입과 송화기의 거리는 10 cm를 유지하게 하였으며, 녹음시 표본화 주파수(sampling frequency)는 45,000 Hz이었다. 녹음한 데이터는 computerized speech lab 4500(KayPENTAX, New Jersey, USA)을 이용하여 각각의 데이터를 표준화한 후 합성하였다. 합성한 다화자잡음은 long term average speech power spectrum으로 분석하였다.

50% 인지 신호대다화자잡음비의 측정
정면 1 m 앞에 설치된 스피커에서 신호와 잡음을 동시에 나오게 만든 음장에서 잡음을 70 dB HL의 강도로 고정시키고 Ham 등에 의해 개발된 양양격 이음절어를 피검자에게 숙지시킨 후 live voice로 제시하였다.6) 이 때 제시되는 신호음의 강도는 20 dB SPL로 맞춘 0 dB HL을 volume unit meter에서 유지하였다. 80 dB HL에서 5 dB 간격으로 최초 오반응을 보일 때까지 줄였으며 최초 오반응을 보인 자극 강도에서 1 dB 상승시켜 정반응을 보이면 3 dB 하강, 오반응을 보이면 1 dB 상승시키는 수정상승법으로 50% 이상 정반응을 보이는 역치를 구하였다. 50% 이상 정반응을 보이는 역치에서 잡음의 강도인 70 dB HL을 뺀 값으로 50% 인지 신호대다화자잡음비를 계산하였다. 보청기 미착용 상태에서 검사를 실시한 후 보청기 착용 상태에서 검사를 시행하여 두 결과를 비교하였다. 

소음환경에서의 WRS의 측정
검사는 70 dB HL의 강도로 배경소음을 주고 Ham 등의 일음절표를 이용하여 live voice로 25개의 일음절어를 +10 dB 신호대다화자잡음비로 제시하여 정반응한 개수를 %로 계산하였고,6) 보청기 미착용 상태와 착용 상태에서 각각 시행하여 비교하였다. 

통계분석
통계프로그램은 SPSS 프로그램(Ver 13.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하였다. 보청기 착용 전후의 50% 인지 신호대다화자잡음비와 WRS의 차이는 Wilcoxon's signed rank test를 이용하여 비교하였으며 p<0.05인 경우에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 판정하였다.


결     과

전체 15명 난청인은 모두 일측에 보청기를 착용하였으며 착용귀의 청력역치는 소음이 없는 환경에서의 헤드폰을 이용한 순음청력검사에서 평균 59.2±8.2 dB HL(4분법)이었고, 최종 피팅을 마치고 음장에서 보청기 착용귀의 반대측을 차폐시키고 측정한 청력역치는 43.9±5.4 dB HL (4분법)으로 나타났다(Table 1). 
보청기 착용 전후의 50% 인지 신호대다화자잡음비는 평균 -1.7±4.9 dB에서 -6.8±4.2 dB로 5.1±2.0 dB의 의미 있는 개선 효과를 보였다(p<0.05)(Table 2, Fig. 1). 5명의 보청기 착용자의 경우 보청기 미착용시 50% 인지 신호대다화자잡음비가 양의 값을 보였고, 그 중 3명은 보청기 착용 후 음의 값으로 반전되었다(Table 2, Fig. 1). 
보청기 착용 전후의 소음환경에서 WRS는 본 검사를 거절한 1명을 제외한 대상 14명의 평균은 53.4±20.1%에서 61.1±17.0%로 7.4±5.8%의 개선 효과를 보였다(p<0.05) (Table 3, Fig. 2).

고     찰

난청인이 보청기를 착용하면 가청역치가 호전되기 때문에 소음이 없는 환경에서 언어인지력의 향상을 보이는 것은 충분히 예상할 수 있지만 소음환경에서 보청기의 효과에 대해서는 연구들마다 차이가 있다. 과거 일측 선형보청기를 사용하는 난청인들을 대상으로 한 연구에서는 speech noise 환경에서 보청기가 신호대잡음비를 향상시키지 못한다고 하였다.7) 최근 일측 보청기를 사용하고 있는 55세에서 70세의 난청인들에게 speech noise를 주고 보청기 착용 전후 언어인지도와 신호대잡음비를 비교하였을 때 의미 있는 호전이 없었다는 연구가 있었는데, 어떠한 유형의 보청기를 이용하였는지는 문헌에서 확인할 수 없다.8) Moore 등은 다양한 종류의 양측 보청기를 이용하여 4가지 다른 배경 소음에서 보청기 사용 전후의 신호대잡음비를 비교하였는데, 전체적으로 평균 5
~6 dB 호전을 보였고, 압축보청기는 선형보청기에 비해 0.5~0.9 dB 정도 더 호전시키는 것으로 나타났으며, 8채널 압축보청기와 단일채널 압축보청기의 차이는 불과 0.3 dB로 채널 수가 미치는 영향은 매우 적다고 하였다.9) 또한 소음의 유형에 따른 차이가 있었는데, 주파수 변조와 시간에 따른 진폭 변화가 큰 소음일수록 보청기 착용 전후의 이득이 더 큰 것으로 나타났다.9) 다른 연구에서는 양측 다채널 압축보청기를 이용하여 소음의 종류에 따라 보청기 착용 전후 5 dB에서 13 dB의 신호대잡음비 향상을 보였으나 연구에 사용된 보청기의 소음감소기능은 의미 있는 효과를 보이지 못하였다고 하였다.10) 마찬가지로 양측 다채널 압축보청기를 이용한 또 다른 연구에서는 배경소음의 종류에 따라 신호대잡음비의 상승효과가 없는 것으로 나타난 경우도 있었는데, 시간의 흐름에 따라 일정한 진폭을 보이는 Hagerman 소음환경에서는 보청기 착용 전후 의미 있는 차이가 없었고, 진폭의 변화가 큰 일인화자의 말소리를 배경소음으로 사용한 경우 2.5 dB 정도의 호전을 보이는 것으로 나타났다.11) 주파수 변조가 있거나 시간의 흐름에 따른 진폭의 변화가 큰 소음하에서 검사한 경우 보청기 착용 전후의 신호대잡음비의 개선 정도가 더 크게 측정되는 것은 spectral dip이나 temporal dip에서 어음을 인지할 기회가 많아지기 때문으로 분석하고 있다. 본 연구에서 이용한 다화자잡음은 speech noise나 백색잡음에 비하여 시간 변수에 따른 진폭의 변화가 큰 편에 속하는데, 일측에만 다채널 압축보청기를 사용하였지만 착용 전후에 5.1±2.0 dB의 신호대잡음비 향상을 보였다. 또한 +10 dB의 신호대잡음비 조건에서 7.4±5.8%의 WRS의 향상을 보였다. 이러한 결과는 앞서 일측 보청기를 이용한 외국의 연구와는 상반되는 것인데, 이것은 연구에 이용된 배경잡음의 차이 때문일 수도 있고 본 연구에 사용된 보청기가 모두 최근 개발된 다채널 압축보청기이므로 기계 성능의 차이일 수도 있을 것이다. 
기존의 연구들에서 각 연구들마다 난청의 정도, 소음의 종류, 보청기의 종류 그리고 보청기가 일측인지 양측인지의 조건 등이 모두 다르기 때문에 결과의 수치를 단순 비교하기는 어렵지만, 양측 압축보청기를 이용한 최근의 연구들에서는 보청기가 소음환경하에서 언어인지력을 향상시키는 것으로 결론을 내리는 경우가 더 많은 것으로 보인다.9,10,11)
본 연구는 모두 다채널 압축보청기를 이용하는 난청인들을 대상으로 하였으므로 이번 연구만으로 선형 보청기나 단채널 보청기에서는 어떤 결과가 나올지 예측하기는 어렵다. 또한 일측 보청기 사용자들을 대상으로 하였기 때문에 양측 보청기를 사용할 경우 소음환경하에서 더 좋은 언어인지력의 향상을 보일 수도 있을 것으로 추측된다. 그러나 최근에 시판되고 있는 보청기는 대부분 저자들이 처방한 다채널 압축보청기이고 아직 국내에서는 일측 보청기를 사용하는 경우가 훨씬 많은 현실을 감안할 때 한국어 다화자잡음을 이용한 본 연구의 결과가 대체로 국내 환경에서 적용될 수 있을 것으로 사료된다. 보청기를 착용한 일측 귀만을 대상으로 소음환경에서 착용 전후의 이득을 측정하기 위해서는 반대측 귀에 차폐가 필요할 수 있는데 본 연구에서는 장비의 한계로 그렇게 하지는 못하였고, 양측 청력을 종합하여 보청기가 소음환경에서 언어인지력의 향상시킴을 확인하는 데 그쳤다. 특히 보청기 착용측이 더 나쁜 청력을 가진 경우 보청기 착용 전의 결과는 반대측 귀의 영향을 많이 받게 될 것이므로 이러한 경우는 착용 전후 신호대잡음비와 WRS의 차이가 순수하게 보청기를 착용하는 쪽 귀에 대한 이득을 나타내는 것으로 볼 수는 없을 것이다.
본 연구에서 환자들에게 보청기를 처방할 때 수평형 청력도를 가진 난청인에게는 적은 수의 채널을 가지는 보청기를 하강형 청력도를 가진 난청인에게는 많은 수의 채널을 가지는 보청기를 권유하였고 환자의 경제적 상황 등을 종합적으로 고려하여 모델을 결정하였다. 50% 인지 신호대다화자잡음비를 평가할 때 잡음의 강도를 70 dB HL로 한 것은 실생활에서 접하는 다화자잡음의 강도는 이보다 다소 낮을 것으로 생각되지만 본 연구에 참여한 난청인의 평균 청력역치가 60 dB HL 정도인 것을 고려하여 이들이 보청기를 착용하지 않은 환경에서도 소음을 인지할 수 있도록 평균 청력역치보다 10 dB HL을 높인 강도로 결정하였기 때문이다. 또한 소음환경에서 어음인지도 평가시 신호대잡음비를 +10 dB로 정한 것은 신호대잡음비가 +10
~+15 dB일 때 최대 어음인지도를 나타낸다는 연구 결과를 근거로 하였다.12)

결     론

저자들은 한국어로 된 다화자잡음을 이용하여 중등도 이상의 감각신경성 난청인을 대상으로 일측에 다채널디지털보청기를 착용하였을 때 소음환경에서 50% 인지 신호대잡음비와 WRS가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구는 추후 소음환경에서 언어를 이해하는데 어려움을 호소하는 난청인을 상담하고 적절한 중재 전략을 결정하며 보청기 착용에 따른 이득과 적응 상태를 파악하는데 도움이 될 것으로 생각된다.


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