KR20050092133A - 보청기의 증폭도 맞춤 방법 - Google Patents

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KR20050092133A
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Abstract

본 발명은 난청자의 음향 인지 특성에 따라 보청기의 주파수 대역별 증폭도를 조정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 보청기의 증폭도 맞춤 방법은, 가청주파수대역을 인간의 음향 인지 특성을 고려하여 다수의 임계대역(critical band)으로 나누며 가청 소리 크기를 다수의 레벨로 나누고 청력 정상인들과 난청인을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 다수의 레벨에 대한 청감값을 획득하여 상기 난청인의 보청기 증폭도를 설정하는 보청기 증폭도 맞춤 시스템에서의 보청기 증폭도 맞춤 방법에 있어서,
상기 청력 정상인들을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 청력 정상인들로부터 얻어진 상기 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값들의 평균인 청감 평균값을 계산하여 저장하는 제 2 단계와; 상기 난청자를 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 3 단계와; 상기 청력 정상인들로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감 평균값과 상기 난청자로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값과의 차이값을 계산하여, 상기 난청자의 보청기의 다수의 임계대역 및 레벨별 목표이득을 설정하는 제 4 단계를 포함한다.

Description

보청기의 증폭도 맞춤 방법 {gain fitting method for a hearing aid}
본 발명은 보청기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난청자의 음향 인지 특성에 따라 보청기의 주파수 대역별 증폭도를 조정하는 방법에 관한 것이다.
보청기는 난청을 보충하기 위해 귀에 장착하는 기구로서, 최근에는 전기적으로 음을 증폭하는 전기 보청기가 주로 쓰인다. 보청기를 이용하고자 할 경우, 난청자의 청력 손실 정도에 따라 보청기의 주파수 대역별 증폭도를 조절해야 한다. 이 난청자의 청력 손실 정도는 청력 검사를 통해 측정하며, 이 청력 손실 정도는 주파수 대역별로 다르기 때문에 청력 검사시 주파수 대역별 청력 손실을 측정한다.
종래에는 난청자마다의 주파수 대역별 청력 손실과 그에 따른 보청기의 증폭도를 데이터베이스에 저장하여 평균값을 구한다. 그리고, 임의의 난청자가 보청기를 맞출 경우, 청력 검사를 통해 주파수 대역별 청력 손실을 측정하고, 데이터베이스를 참조하여 해당 난청자와 유사한 정도의 청력 손실을 가진 사람들의 증폭도 평균값을 바탕으로 해당 난청자의 보청기 증폭도를 결정한다.
즉, 종래에는 난청자 개인의 라우드니스(loudness)를 직접 측정하지 않고 청력 손실이 유사한 사람들의 보청기 증폭도 평균값을 바탕으로 해당 난청자의 보청기 증폭도를 설정하였다.
그러나, 난청자의 청력 검사 결과인 주파수 대역별 청력 손실이 같다고 하더라도 개인에 따라 음을 인지하고 받아들이는 경향 즉, 개인별 음향 인지 특성에 따라 주관적인 느낌의 판단이 다르기 때문에, 주파수 대역별 청력 손실에 따른 증폭도 평균값을 기준으로 개인별 보청기의 증폭도를 맞추면 개인적으로 증폭도가 맞지 않아서 불쾌감을 호소하게 되는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 초기 맞춤을 한 보청기를 착용한 난청자가 일정 기간 착용한 후에 청음시의 불편을 제기하면 주파수 대역별로 해당 난청자의 개별적인 청력 특성과 불편함을 재반영하여, 임상적으로 보청기의 증폭도를 재설정하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이 증폭도 재설정도 일정한 규칙이 없이 임의로 조정하는 것이기 때문에, 난청자의 개인별 음향 인지 특성에 최적으로 맞추기 힘들며 재설정 후 다시 조정할 필요가 생기는 등, 난청자들의 사용상 불편함을 초래하는 문제점이 있다.
아울러, 종래에는 청력 검사시 순음(pure tone)을 자극음으로 사용하였다. 이 순음은 발생장치가 단순하고 ISO 규격에 명시된 바와 같이 라우드니스의 청력 역치 등에 이용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 실제 환경에서 들리는 음은 단순한 순음이 아니라 광대역폭을 갖는 연속적인 다양한 말소리(대화, 라디오, TV, 전화 등), 음악, 교통소음 또는 기타 주변 생활환경에서 발생하는 복합음이 대부분을 차지한다. 난청자의 청력 검사시 자극음으로 순음을 사용하면, 복합음을 이용할 때보다 청력 손실이 더 크다. 따라서, 순음을 이용하여 청력 검사를 한 결과로 보청기의 증폭도를 맞추면, 실제 생활에서의 청력 손실보다 과도한 이득으로 설정되기 때문에 난청자들에게 불편함을 초래하는 문제점이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 심리음향학적으로 인간의 청력 및 청감의 주파수 특성을 가장 근사하게 묘사하는 임계대역(critical band)을 이용하여 난청자의 주파수 대역별 청력 손실을 정확하게 측정하여 신속하게 필요한 보청기의 증폭도를 맞추어 난청자의 개별적인 청력 손실을 최적으로 보정하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보청기의 증폭도 맞춤 방법은, 가청주파수대역을 인간의 음향 인지 특성을 고려하여 다수의 임계대역(critical band)으로 나누며 가청 소리 크기를 다수의 레벨로 나누고 청력 정상인들과 난청인을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 다수의 레벨에 대한 청감값을 획득하여 상기 난청인의 보청기 증폭도를 설정하는 보청기 증폭도 맞춤 시스템에서의 보청기 증폭도 맞춤 방법에 있어서,
상기 청력 정상인들을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 1 단계와;
상기 제 1 단계에서 청력 정상인들로부터 얻어진 상기 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값들의 평균인 청감 평균값을 계산하여 저장하는 제 2 단계와;
상기 난청자를 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 3 단계와;
상기 청력 정상인들로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감 평균값과 상기 난청자로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값과의 차이값을 계산하여, 상기 난청자의 보청기의 다수의 임계대역 및 레벨별 목표이득을 설정하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면 컴퓨터에 상술한 바와 같은 보청기의 증폭도 맞춤 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 보청기의 증폭도 맞춤 방법을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 한 실시예를 설명하기에 앞서, 청력 검사에 사용되는 시험음에 대해 설명한다. 앞서 언급한 바와 같이 실제 생활에서 들리는 음의 대부분은 복합음이며, 인간의 청각시스템은 광대역의 말소리와 생활음의 스펙트럼을 임계대역(critical band)에 대응하는 부분으로 나누어서 소리를 분석하고 인지한다. 따라서, 본 발명에서는 심리음향학적으로 인간의 음향인지에 유용하다고 알려진 이 임계대역을 이용하여 청감 시험을 수행한다.
인간의 가청주파수 대역 중 0.1 ~ 8 kHz에 언어전달에 필요한 대부분의 에너지가 존재하므로, 0.1 ~ 9.5kHz, 즉 2 ~ 22 바크[Bark]의 주파수 대역을 시험음으로 사용한다. 그러나, 2 ~ 22 바크를 그대로 사용하지는 않고, 표 1과 같이 14개의 임계대역으로 재설정한다.
재설정 임계대역번호 주파수범위(Hz) 중심주파수(Hz) 최저증폭도(dB) 최고증폭도(dB) 바크스케일
1 100~200 150 18.0 105.0 2
2 200~510 350 8.5 95.0 3,4,5
3 510~630 570 3.5 94.0 6
4 630~770 700 1.5 93.0 7
5 770~920 840 1.0 92.0 8
6 920~1080 1000 0.5 90.0 9
7 1080~1270 1170 0.0 89.5 10
8 1270~1480 1370 -0.5 89.0 11
9 1480~1720 1600 -1.0 89.0 12
10 1720~2000 1850 -1.0 88.5 13
11 2000~2700 2350 -3.0 88.0 14,15
12 2700~3700 3200 -4.5 88.5 16,17
13 3700~5300 4500 -4.0 89.0 18,19
14 5300~9500 7400 0.5 92.0 20,21,22
음성에너지의 주파수 대역별 분포를 보면, 95 %의 음성에너지가 1 kHz 이하에 존재하기는 하지만, 0.5 kHz 이하의 주파수 대역은 대체로 모음에 관련되기 때문에 말소리 명료도에 거의 영향을 주지 않는다. 이에 반해, 0.5 ~ 2 kHz의 주파수 대역은 주요 자음의 발음과 관련된 음성 에너지가 많이 분포하여 말소리 명료도의 약 70 %를 차지한다. 이 때문에, 0.5 ~ 2 kHz의 주파수 대역에서 환자의 청력 특성에 맞는 정확한 보청기의 맞춤이 이루어지지 않는다면, 말소리 변별력이 상당히 떨어지게 된다. 따라서, 임계대역 재설정시, 0.5 ~ 2 kHz 주파수 대역에서는 기존에 제안된 임계대역폭을 그대로 유지하고, 이외의 주파수 대역에서는 다수의 바크를 하나로 통합한다. 예컨대, 0.5 kHz 이하의 저주파수 대역에서는 2 바크는 하나의 임계대역으로 설정하고, 3 ~ 5 바크를 하나의 임계대역으로 통합한다. 2 kHz 부터 5.3 kHz까지는 2개씩의 바크를 하나의 임계대역으로 통합하며, 5.3 kHz 이상에서는 3개의 바크를 하나의 임계대역으로 통합한다. 그러면 임계대역이 표 1과 같이 재설정된다. 본 발명에서는 청력 검사시 이 재설정된 임계대역을 이용한다.
인간의 청각 시스템은 물리적인 음의 크기와, 그 음에 대한 인간의 주관적인 판단의 크기인 라우드니스(loudness)는 비선형적이다. 따라서, 하나의 크기의 음만을 시험음으로 청력 검사를 하여 난청자의 청력 손실을 구하고 이를 바탕으로 보청기의 증폭도를 설정하면, 시험음과 다른 크기나 주파수 대역에서는 증폭도가 최적의 상태가 되지 않는다. 또한, 음의 크기를 세분하여 청력 검사를 하면 이 비선형성을 보정할 수는 있지만, 그렇다고 너무 많은 수로 세분하면 실제 시험에 있어서 피시험자의 판단에 혼란을 초래하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 라우드니스 범주를 'very soft' 레벨, 'soft' 레벨, 'comfortable' 레벨, 'loud' 레벨, 'very loud' 레벨의 5 단계의 레벨로 분류한다.
'very soft' 레벨은 소리의 종류를 판별할 수 있는 음의 레벨 즉 청력 역치(minimum audible field) 및 시험에 사용되는 이어폰이나 헤드폰의 가청역치 이상의 크기를 가지면서 들리는 소리의 속성을 분별해 낼 수 있을 정도의 작은 음의 크기를 말한다. 'soft' 레벨은 가장 듣기 편안한 정도의 레벨보다는 작아서 음의 증폭이 좀 더 이루어질 필요성이 있는 음의 크기를 말한다. 'comfortabel' 레벨은 피시험자가 텔레비전이나 라디오를 청취할 경우, 자신이 가장 편안하고 듣기 좋은 음의 크기를 말한다. 'loud' 레벨은 대화를 방해할 정도의 큰 레벨로서 소리를 줄여달라고 요청할 정도의 음의 크기를 말한다. 'very loud' 레벨은 이 레벨 이상의 음에서도 견딜 수는 있으나 불쾌감을 느끼기 시작하며 레벨이 커서 고함을 지르는 것처럼 느껴지는 음의 크기를 말한다.
본 발명은 재설정된 14 개의 임계대역에서 각각 5 개의 라우드니스 레벨에 대해 청력 검사를 수행한다. 본 발명은 청력학적 정상인들로부터 구해진 14 개의 임계대역별 5 레벨의 라우드니스 결과값과, 개별적인 난청인으로부터 얻어진 14 개의 임계대역별 5 레벨의 라우드니스 결과값을 비교하여, 난청자의 보청기 증폭도를 계산한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 보청기의 증폭도 맞춤 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
앞서 설명한 바와 같이 임계대역을 재설정한 후(S11), 청력 정상인에 대해 14 개의 임계대역별 5 레벨의 라우드니스 결과값을 얻는다(S12).
이 14 개의 임계대역별 5 레벨의 라우드니스 결과값을 얻기 위한 시험장비가 도 2에 도시된다.
이 시험장비는 제어부(21)와, 사운드카드(22)와, 헤드폰모니터(23)와, 헤드폰(24)과, 표시부(25)와, 입력부(26)를 구비한다. 제어부(21)는 본 발명에 따른 라우드니스 시험방법 및 보청기 증폭도 맞춤방법의 프로그램이 가동되는 컴퓨터본체이고, 사운드카드(22)는 이 컴퓨터본체 내에 내장된 내장형 사운드카드 또는 USB장치를 통해 컴퓨터본체 외부로 연결되는 외장형 사운드카드이다. 헤드폰모니터(23)는 헤드폰에 제공되는 신호를 증폭하고 2 채널 입출력이 가능하며, 헤드폰모니터(23)에 의해 증폭된 신호가 헤드폰(24)에 전달된다.
청력 정상인인 피시험자는 외부와 차단된 음향상자 내에서 헤드폰(또는 이어폰)에 의한 청력 검사를 수행하는데, 이는 자유음장에서의 전방입사의 음향조건에 따른 것이다. 여기서 언급되지 않은 청력 검사 조건은 국제규격 ISO 389 및 ISO 12124 등을 따른다.
피시험자가 청력 검사를 시작하면, 도 3에 도시된 바와 같이 테스트명(라우드니스 등급화), 현재 테스트 중인 임계대역번호, 총 대역수, 레벨명, 각 레벨별로 소리의 크기를 조절할 수 있는 슬라이드바, 각 레벨별 확인키가 표시된 테스트 화면이 표시된다. 이 테스트 화면에는 이전 임계대역에 대한 테스트 화면을 불러오기 위한 '뒤로'키와, 다음 임계대역에 대한 테스트 화면을 불러오기 위한 '다음'키와, 테스트를 종료하기 위한 '취소'키가 더 표시된다.
초기 테스트 화면에서 각 레벨의 슬라이드바는 중앙에 위치하고, 피시험자가 임의 레벨의 확인키를 누르면 해당 테스트 임계대역의 해당 레벨 정도의 시험음이 재생된다. 시험음이 재생되는 동안에 피시험자가 슬라이드바를 오른쪽으로 움직이면 소리 크기가 커지고, 왼쪽으로 움직이면 소리 크기가 작아진다. 피시험자는 슬라이드바를 움직여서 해당 레벨의 소리 크기라고 느껴지는 위치에 놓는데, 이 소리 크기를 피시험자의 해당 임계대역 및 레벨에서의 청감값이라고 명명한다. 모든 레벨에 대해 모두 슬라이드바를 조절하고 난 후, '다음'키를 선택하면 다음 임계대역에 대한 테스트 화면이 표시되며 피시험자가 선택한 각 레벨별 청감값이 저장된다. 이때, 다음에 테스트하는 임계대역은 저주파 대역에서 고주파 대역으로(또는 그 역으로) 순차적으로 진행하는 것이 아니라 랜덤한 순서대로 설정하여 피시험자가 인접한 주파수대역에서 유사한 반응을 보이는 오류를 방지하도록 한다. 또한, 동일한 임계대역음이 제시되는 테스트 화면 상에서도 각 레벨별 가장 작은 소리와 가장 큰 소리의 범위를 다르게 설정하여 'very soft'부터 'very loud'까지 일정한 패턴으로 증가하는 경향을 방지한다.
한편, 피시험자가 '뒤로'키를 선택하면 이전 임계대역에 대한 테스트 화면이 표시되며, '취소'키를 선택하면 피시험자의 청력 검사가 취소된다.
다수의 청력 정상인에 대해 상술한 청력 검사를 수행하고, 이 다수의 청력 정상인으로부터 얻어진 임계대역 및 레벨별 청감값의 평균값(이하, 청감 평균값이라 함)과 신뢰범위를 계산한다(S13). 도 4는 다수의 청력 정상인에 대해 각 임계대역별 5 레벨의 청감값으로부터 얻어진 등감성곡선 그래프이다. 도 4의 그래프에서 굵은 선으로 연결한 곡선은 임계대역별 5 레벨의 청감 평균값이고, 음영부분은 t-검정법의 결과에 따라 구해진 청감 평균값에 대한 95 % 신뢰범위이다. 이렇게 어느 정도의 신뢰범위가 필요한 이유는 실제적으로 보청기의 증폭도를 맞출 때 목표이득을 정확하게 맞추기 힘들기 때문에 어느 정도의 범위가 설정되어야 하고, 증폭 결과가 이 신뢰범위 내에 포함되면 만족할 만한 결과로 인정될 수 있기 때문이다.
다음, 개별적인 난청자에 대해 14 개의 임계대역별로 5 레벨의 라우드니스 결과값을 시험하여 얻는다(S14).
시험장비와 시험방법 및 테스트 화면은 앞서 청력 정상인들의 시험장비와 시험방법 및 테스트 화면과 동일하다. 보청기를 맞추고자 하는 각 난청자에 대해 14 개의 임계대역별로 5 레벨에서의 청감값을 얻는다.
다음, 청력 정상인의 임계대역 및 레벨별 청감 평균값과 개별 난청자의 임계대역 및 레벨별 청감값을 이용하여 14 개 임계대역별로 5 레벨에서의 목표이득을 계산한다(S15). 각 임계대역별 각 레벨에서 청력 정상인들의 청감 평균값과 난청자의 청감값의 차이는 동일한 음감(sensation)을 느끼기 위해 난청자에게 제공되어야 할 이득으로 추정할 수 있다. 따라서, 이 단계에서는 난청자의 청감값이 청력 정상인들의 청감 평균값보다 크면 이득을 0으로 설정하고, 난청자의 청감값이 청력 정상인들의 청감 평균값보다 작으면 그 차를 보청기의 목표이득으로 설정한다.
다음, 단계 S15를 통해 얻어진 14 개의 임계대역별 5 레벨의 목표이득을 보간하여 두 레벨 사이의 음의 크기에서의 목표이득을 얻는다(S16).
본 발명은 각 임계대역에서의 시험음이 5 레벨로 분류되며 이 5 레벨에서 목표이득이 얻어진다. 이 5 레벨에서의 목표이득만을 가지고 보청기의 목표이득을 설정할 경우, 보청기는 두 레벨 사이 크기의 생활음이 입력될 경우 그 생활음의 크기와 가장 유사한 레벨에 해당하는 이득으로 증폭하게 된다. 이 경우, 난청자는 실제 들리는 소리의 크기 변화 및 주파수 특성에 있어서 부자연스러운 소리를 청취할 수밖에 없다. 다시 설명하면, 일상 생활에서 난청자의 귀에 들리는 생활음은 'very soft' 레벨, 'soft' 레벨, 'comfortable' 레벨, 'loud' 레벨, 'very loud' 레벨에 상응하는 크기만 존재하는 것이 아니다. 위 5 레벨에서의 목표이득만을 설정하면 보청기가 해당 레벨이 아닌 입력음을 설정된 목표이득 중 하나를 선택하여 증폭하기 때문에 난청자에게 들리는 소리가 부자연스럽게 되는 문제점이 발생한다. 따라서, 두 레벨 사이의 크기의 입력음에 대한 목표이득도 설정되어야 자연스러운 말소리 청취가 가능해 진다. 본 발명에서는 일상 생활에서 들리는 모든 크기의 음에 대해 목표이득을 설정하기 위하여 다음 두 가지 보간법을 이용한다.
첫 번째 보간법은 실험을 통해 얻어진 5 레벨 중 인접한 두 레벨의 목표이득을 선형 보간하는 법이다. 예를 들어, 'very soft' 레벨과 'soft' 레벨의 경우, 'very soft' 레벨에서의 목표이득과 'soft' 레벨에서의 목표이득을 선형보간하여 두 레벨 사이 크기의 입력음에 대한 목표이득을 구한다. 다른 레벨들에 대해서도 동일한 방법으로 선형 보간한다.
청력 검사를 통해 구해진 임계대역별 5 레벨에서의 목표이득은 아래의 수학식 1과 같이 임계대역 및 레벨별 난청자의 청감값과, 청력 정상인들의 청감 평균값과의 차이값으로 표현된다.
여기서, IS는 개별적인 난청자의 청감값(impaired sensation), NS는 청력 정상인들의 청감 평균값(normal sensation), i는 라우드니스 범주(loudness category)(i = 1, ..., 5)로서, 'very soft' 레벨 내지 'very loud' 레벨을 의미한다. j는 본 발명에 의해 수정된 임계대역 번호(modified critical band number)(j = 1, ..., 14), G는 목표이득(target gain)이다.
각 임계대역별 레벨별 선형 보간을 수행할 경우의 레벨간 목표이득은 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.
여기서, I는 입력음의 소리 크기이고, 아래첨자 1은 'very soft' 레벨, 아래첨자 2는 'soft'레벨, 아래첨자 3은 'comfortable' 레벨, 아래첨자 4는 'loud' 레벨, 아래첨자 5는 'very loud' 레벨이고, k는 임의의 입력음 레벨이다. 그리고, Gkj는 임계대역 j, 레벨 k에서의 목표이득이고, Ijk는 임계대역 j, 레벨 k에서의 입력음의 소리 크기이다.
두 번째 보간법은 청감의 비선형적인 특성을 확실히 반영하기 위한 방법으로써, 각 임계대역에서 구해진 5 레벨의 목표이득을 최소자승오차(least square error)를 이용한 다항식 회귀(polynomial regression)를 수행하여 얻는다. 모든 입력음의 레벨에 관한 목표이득을 연속적으로 얻기 위해 필요한 다항식 함수(polynomial function)는 각 임계대역별로 다항식 회귀를 통해 구할 수 있다. 여기서, 회귀 분석에 이용되는 데이터의 개수가 레벨의 개수인 5 개이므로, 다항식 함수는 최소 0차부터 최대 4차 다항 방정식으로 표현된다. 다항식 회귀를 통해 각 임계대역별로 얻어지는 목표이득은 수학식 3과 같이 다항 방정식으로 표현된다.
여기서, x는 입력음의 레벨, Gxj는 임계대역 j에서 입력음의 레벨 x에서의 목표이득, n은 다항 방정식의 차수, Fn은 n차 다항 방정식을 의미한다.
각 임계대역별 5 레벨의 목표이득을 수학식 3에 적용하여 각 다항 방정식의 계수를 얻어서 식을 완성한다. 다항 방정식은 4차 뿐만 아니라 3차, 2차로 구성될 수 있으며, 최소의 차수를 가지고 허용할만한 범위 내에서 목표이득을 구현하도록 설계한다. 이를 위해 최소자승오차(least square error)의 값을 계산해 보는 것과 함께 정상인과 난청자의 청음시험을 통해 알 수 있는 값인 5 레벨에 따라 얻어진 목표이득과 동일 입력음의 크기에 대해 다항 방정식으로부터 얻어진 이득값의 차이를 구한 후, 구해진 오차가 95 %의 신뢰구간 내에 포함되는 지를 확인한다. 이렇게 하여 보청기 맞춤 특성을 유지할 수 있는 최소 차수의 다항식을 구한다.
도 5는 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 4차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프이고, 도 6은 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 3차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프이고, 도 7은 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 2차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이 4차 방정식으로 표현된 경우, 다항식 회귀분석에 의한 5 레벨의 입력음의 목표이득과, 시험을 통해 얻어진 목표이득은 정확하게 일치하며, 따라서 최소자승오차는 0이 된다. 그러나, 입력음의 레벨이 증가하면 보청기에 제공되어야 하는 이득이 감소하여야 함에도 불구하고 증가하는 구간(30dB 부근)이 존재하기 때문에 이 경우에는 4차 방정식은 보청기의 목표이득을 제공해 주는 식으로는 적합하지 않다.
도 6에 도시된 바와 같이 3차 방정식으로 표현된 경우, 동일한 입력음의 레벨에서 실제 시험값과 회귀곡선의 값의 차이가 최대 0.9 dB가 되지만, 이 0.9 dB의 오차는 시험치의 95 % 신뢰구간 내에 포함되기 때문에 충분히 허용 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이 2차 방정식으로 표현된 경우, 2번째와 3번째 입력음에서 2.4 ~ 2.8 dB 정도의 오차가 발생되어 시험값과는 큰 차이를 나타낸다. 이는 임계대역 및 입력음의 크기에서 허용되는 범위를 초과하는 값이므로, 2차 다항식을 이용하여 레벨의 비선형 특성을 보정하는 데에는 문제가 있는 것으로 판단된다.
본 발명에서는 모든 입력음의 레벨에 따른 비선형성을 고려한 목표이득을 보간하기 위해 사용되는 다항 방정식의 차수를 우선 4차로 선택하고, 모든 주파수 대역에서 4차 방정식을 사용하여 문제가 발생하지 않으면 이를 채택한다. 그러나, 임의의 구간에서 입력음 레벨이 증가함에도 이득이 증가하는 경향이 나타나면 차수를 3차로 낮추어 이 문제를 해결한다. 이때, 오차가 증가하더라도 허용 범위 내에 있으면 낮은 차수를 채택하도록 한다. 물론, 3차 방정식에서도 동일한 문제가 발생하면 차수를 2차로 낮추어 문제를 해결한다.
마지막으로, 보간된 목표이득을 보청기에 적용한다(S17).
[적용결과]
종래의 보청기 맞춤 알고리즘을 적용하면, 난청자의 개별적인 라우드니스 측정에 기반을 두지 않고, 유사한 정도의 청력 손실을 가진 많은 사람들의 평균화된 이득을 이용하여 개별적인 난청자의 보청기 목표이득을 계산하기 때문에, 난청자 개인의 음향 인지 특성에 따라 보청기의 이득이 과도하거나 미흡하여 난청자의 불편을 초래한다. 즉, 난청자의 라우드니스가 평균치에 일치하면 별 문제가 없으나, 난청자의 라우드니스가 평균치와 차이가 날 경우에는 문제가 발생한다. 이에 따라, 종래에는 난청자가 보청기를 일정기간 착용한 후 불편을 호소하면 보청기 제작자가 경험을 근거로 이득을 낮추거나 높여서 보청기의 이득을 조정하였다. 그러나, 이렇게 보청기의 이득을 조정하더라도 제작자에 의해 임의대로 조정되기 때문에 난청자의 개별적인 특성에 따라 정확하게 맞춰지기 힘들며, 난청자의 음향 인지 특성에 정확하게 맞출려면 증폭도 재조정과정을 수차례 반복해야 하는 문제점이 있다.
도 8 내지 도 10은 현재 가장 널리 사용되는 보청기 맞춤 알고리즘인 Fig 6법과 본 발명에 따른 보청기 맞춤 방법을 비교한 결과를 도시한 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 Fig 6 알고리즘에 따라 가장 편안한 소리의 청취에 해당하는 맞춤 이득을 나타낸 'Fig 6 65 dB input'곡선과, 이 'Fig 6 65 dB input' 곡선을 난청자의 불편에 따라 임의로 수차례 걸쳐 조정한 'adjusted gain'곡선 및 본 발명에 따른 목표 맞춤 이득인 'comfortable'곡선을 상호 비교하고 있다.
보청기의 유효 주파수 대역에서 Fig 6 알고리즘에 따른 곡선은 전반적으로 본 발명에 따른 'comfortable' 곡선보다 이득이 높으나, 'adjusted gain' 곡선은 'comfortabel' 곡선보다 이득이 낮다. 이 경우 난청자는 'Fig 6 65 dB input'으로 맞추어졌을 때에는 과도한 이득으로 인한 불편을 호소하였고, 이러한 불편을 해소하기 위해 임의로 재맞춤하여 'adjusted gain' 으로 맞추어진 보청기를 사용할 경우에는 소리가 잘 들리지 않는다는 불편을 호소하였다. 그러나, 본 발명에 따른 'comfortable'로 맞추어진 보청기를 사용한 경우에는 전혀 불만을 제기하지 않았다.
도 11은 Fig 6 알고리즘에서 목표 이득을 구하기 위해 사용하는 순음의 청력 손실(pure-tone stimulus)과 본 발명에서 사용하는 복합음의 임계대역 복합음의 청력 손실(band-tone stimulus)을 비교한 그래프이다. 도 11을 참조하면 전 주파수 대역에 걸쳐서 순음에 대해 좀 더 큰 청력 손실을 가지고, 임계대역 복합음에 대해 좀 더 작은 청력 손실을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이 순음을 이용한 실험 결과로 난청자의 목표이득을 설정하면, 목표이득이 높게 설정되어 난청자의 사용상 불편을 초래한다. 그 이유는 일상 생활음은 순음이 아니라 복합음이고 순음에서의 청력 손실이 복합음에서의 청력 손실부다 크기 때문이다. 본 발명에 따르면 일상 생활음과 좀 더 유사한 임계대역 복합음을 이용하여 난청자의 주파수별 청력 손실을 측정하고 난청자의 보청기 목표이득을 맞추기 때문에, 난청자의 실제 청력 손실에 맞는 보청기의 목표이득을 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 인간의 생리적 청음 메커니즘을 잘 반영한 임계대역의 복합음을 시험음으로 사용하되, 소리의 크기를 5 레벨로 세분화하여 청력 손실에 따른 목표이득을 얻기 때문에 난청자의 음향 인지 특성에 맞는 증폭도 맞춤이 가능한 효과가 있다.
또한, 정상 청력을 가진 피시험자들의 14 개 임계대역별 5 레벨의 청감 평균치와 난청자의 14 개 임계대역별 5 레벨의 청감값을 상호 비교하여 난청자의 보청기 목표이득을 설정하기 때문에, 개별 난청자의 임계대역별 라우드니스에 따른 증폭도 맞춤이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 보청기의 증폭도 맞춤 방법을 도시한 동작 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 시험장비를 도시한 개략적인 구성 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 청력 검사 화면을 도시한 도면,
도 4는 다수의 청력 정상인에 대해 각 임계대역별 5 레벨의 청감값으로부터 얻어진 등감성곡선 그래프,
도 5는 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 4차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프,
도 6은 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 3차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프,
도 7은 한 임계대역에서 5 레벨에 대한 2차 방정식 회귀곡선을 도시한 그래프,
도 8 내지 도 10은 종래의 보청기 맞춤 알고리즘인 Fig 6법과 본 발명에 따른 보청기 맞춤 방법을 비교한 결과를 도시한 그래프,
도 11은 Fig 6 알고리즘에서 목표 이득을 구하기 위해 사용하는 순음의 청력 손실(pure-tone stimulus)과 본 발명에서 사용하는 복합음의 임계대역 복합음의 청력 손실(band-tone stimulus)을 비교한 그래프이다.

Claims (11)

  1. 가청주파수대역을 인간의 음향 인지 특성을 고려하여 다수의 임계대역(critical band)으로 나누며 가청 소리 크기를 다수의 레벨로 나누고, 청력 정상인들과 난청인을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 다수의 레벨에 대한 청감값을 획득하여 상기 난청인의 보청기 증폭도를 설정하는 보청기 증폭도 맞춤 시스템에서의 보청기 증폭도 맞춤 방법에 있어서,
    상기 청력 정상인들을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계에서 청력 정상인들로부터 얻어진 상기 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값들의 평균인 청감 평균값을 계산하여 저장하는 제 2 단계와;
    상기 난청자를 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 3 단계와;
    상기 청력 정상인들로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감 평균값과 상기 난청자로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값과의 차이값을 계산하여, 상기 난청자의 보청기의 다수의 임계대역 및 레벨별 목표이득을 설정하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계와 제 3 단계는,
    상기 각 임계대역에 포함된 주파수들의 복합음을 상기 청력 정상인 또는 난청자에게 출력하며 상기 다수의 레벨에 대한 청감값 입력을 요구하고, 상기 청력 정상인 또는 난청자로부터 입력되는 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 저장하는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 임계대역은 0.1 ~ 9.5 kHz의 가청주파수대역을 나눈 14개의 임계대역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 레벨은,
    소리의 속성을 분별할 수 있는 최소의 음의 크기인 'very soft' 레벨과, 가장 듣기 편안한 정도보다는 작아서 음을 좀 더 증폭할 필요가 있는 음의 크기인 'soft' 레벨과, 가장 편안하고 듣기 좋은 음의 크기인 'comfortable' 레벨과, 대화를 방해할 정도의 큰 레벨로서 소리를 줄여달라고 요청할 정도의 음의 크기인 'loud' 레벨과, 불쾌감을 느끼기 시작하며 고함을 지르는 것처럼 느껴지는 음의 크기인 'very loud' 레벨로 이루어진 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 다수의 임계대역 및 레벨별로 상기 난청자의 청감값과 청감 평균값을 비교하여, 상기 난청자의 청감값이 상기 청감 평균값보다 크면 목표이득을 0으로 설정하고, 상기 난청자의 청감값이 상기 청감 평균값보다 작으면 목표이득을 상기 난청자의 청감값과 상기 청감 평균값의 차이값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 각 임계대역에 대해 레벨별로 얻어진 목표이득을 보간하여 레벨과 레벨 사이에서의 목표이득을 더 계산하는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레벨과 레벨 사이에서의 목표이득 계산 단계는,
    상기 각 임계대역에 대해 인접한 두 레벨의 목표이득을 선형보간하여 상기 두 레벨 사이에서의 목표이득을 계산하는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 레벨과 레벨 사이에서의 목표이득 계산 단계는,
    상기 각 임계대역에 대해 상기 다수의 레벨별 목표이득이 얻어지는 다항 방정식을 구하는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭도 맞춤 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다항 방정식은 상기 다수의 레벨에서의 실제 목표이득과 상기 다항 방정식의 계산 목표이득과의 오차가 신뢰범위 내에 포함되며 최소의 차수로 설계되는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭기 맞춤 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다항 방정식은 입력음의 레벨이 증가할수록 상기 다항 방정식의 계산 목표이득이 감소하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 보청기의 증폭기 맞춤 방법.
  11. 컴퓨터에,
    가청주파수대역을 인간의 음향 인지 특성을 고려하여 다수의 임계대역(critical band)으로 나누고 각 임계대역에 포함된 주파수들의 복합음을 생성하여 저장하는 제 1 단계와;
    청력 정상인들을 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 가청 소리 크기를 나눈 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계에서 청력 정상인들로부터 얻어진 상기 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값들의 평균인 청감 평균값을 계산하여 저장하는 제 3 단계와;
    상기 난청자를 대상으로 상기 다수의 임계대역별로 상기 다수의 레벨에 대한 청감값을 입력받아 저장하는 제 4 단계와;
    상기 청력 정상인들로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감 평균값과 상기 난청자로부터 얻어진 다수의 임계대역 및 레벨별 청감값과의 차이값을 계산하여, 상기 난청자의 보청기의 다수의 임계대역 및 레벨별 목표이득을 설정하는 제 5 단계를 포함한 보청기의 증폭도 맞춤 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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