[논문]휴대용 어음청력검사 시스템 구현

신승원; 김경섭; 이상민; 임원진; 이정환; 김동준

문제 정의

본 논문에서는 병원에서 수행하는 기존의 어음청력검사를 PDA를 이용하여 어디에서나 쉽게 환자의 청력을 측정할 수 있는 '휴대용 어음청력검사 시스템을 구축하고, 환자 정보와 검사 결과를 효율적으로 저장하고 관리하기 위한 데이터베이스를 구축하는 시스템을 구현하고자 하였다. 또한 기존의 청력검사 시스템에 대응되는 검사 결과를 얻기 위하여 선택된 PDA와 이어폰의 종류와 사양에 따른 음압 입/출력 특성을 고려한 어.
본 연구에서는 이동성을 갖춘 단말기인 PDA를 이용하여 간편하게 청력검사를 수행할 수 있는 휴대용 어음 청력검사시스템과, 환자의 신상정보 및 청력정보 데이터를 효율적으로 관리할 수 있는 데이터베이스 시스템을 구축하였다. 또한 정확한 음압 출력을 위하여 PDA 단말기와 이어폰의 종류와 사양에 따라 적절하게 어음 데이터의 음압을 보정하여 출력할 수 있는 방법을 도출하였다.
따라서 각각의 제품들의 사양에 맞도록 출력 음압을 보정하는 과정을 반드시 거쳐야 한다. 본 연구에서는 출력 음압의 보정을 위하여 PDA와 이어폰이 선정되면, 실제로 PDA 시스템에서 출력되는 어음의 음압을 측정하고 이를 이어폰에서 측정하는 경우를 설정하여, 청력검사에 사용할 수 있는 정확한 음압을 도출하기 위한 방법을 연구하였다. 그림 8은 음압 측정에 사용한 장비와 실험 장면을 보여준다.
또한 기존의 청력검사 시스템에 대응되는 검사 결과를 얻기 위하여 선택된 PDA와 이어폰의 종류와 사양에 따른 음압 입/출력 특성을 고려한 어.음청력검사 시스템의 보정 방법을 제시하여 청력검사에 필요한 음압을 정확하게 출력 및 수신할 수 있도록 하고자 하였다.

제안 방법

때 음압을 조절하여 출력할 수 있도록 하였다. 검사 방법은 어음인지역치 검사와 같은 방법으로 자동검사 모드와 수동검사 모드로 구분하여 구현되었다. 그림 5는 단어 인지도검사 모듈의 두 가지 프로토콜을 보여주고, 그림 6은 단어인지도 검사 모듈의 GUI를 보여준다.
검사 방법은 자동검사 모드와 수동검사 모드로 구분하여 구현되었다. 자동검사는 환자가 스스로 검사를 진행할 수 있는 모드로서 전문가(청력검사원)가 없이도 환자 자신의 청력을 간편하게 측정해볼 수 있는 이점이 있다.
단어인지도 검사 모듈은 녹음된 단음절 어음 파일을 직접 출력하여 검사할 수 있도록 구현되었고, 각각의 어음을 출력할 때 음압을 조절하여 출력할 수 있도록 하였다. 검사 방법은 어음인지역치 검사와 같은 방법으로 자동검사 모드와 수동검사 모드로 구분하여 구현되었다.
실험에 사용된 장비는 음압을 측정하는 도구로'Bruel&Kjaer 사의 Type 2250 사운드 레벨 미터를 사용하였고, 음압 출력시스템은 청력검사 시스템 개발에 사용된 HP사의 hx2790 모델의 PDA와 주변의 소음을 차단할 수 있는 밀폐형 이어폰인 Sennheiser 사의 HD250 모델의 이어폰을 사용하였다. 또한 어음 데이터 보정 소프트웨어를 별도로 구현하여 어음 데이터의 보정을 쉽게 진행할 수 있도록 하였다. 실험 방법은 그림 8의 (a)와 같이 PDA와 이어폰을 이용하여 어음 데이터를 PDA에서 재생하여 이어폰으로 출력하고 출력된 음압이 사운드 레벨 미터를 통하여 측정되도록 하였고 측정된결과값이 PC에 출력되도록 하였다.
그리고 어음인지역치 검사 및 단어인지도 검사 결과 데이터베이스는 환자의 ID를 키<key)로 하여 각각의 환자에 대한 검사 결과를 저장한다. 또한 이음절 및 단 음절 어음 데이터베이스는 표 1과 2에서 표시된 어음 청력검사에 사용되는 어음을 저장하고 관리함으로써 쉽게 어음 파일을 검색하여 청력검사를 수행할 수 있도록 하였다. 표 3은 각각의 데이터베이스의 구성 필드를 각각 보여준다.
또한 정확한 음압 출력을 위하여 PDA 단말기와 이어폰의 종류와 사양에 따라 적절하게 어음 데이터의 음압을 보정하여 출력할 수 있는 방법을 도출하였다. 추후에는 다양한 어음 청력검사를 위하여 연령별 어음청 력검사, 문장 및 그림을 이용한 어음 청력검사에 대한 연구가 필요할 것으로 사료되며, 병원에서 환자와 정상인의 비교 테스트 및 사용되는 청력검사기와의 비교 테스트를 수행하여 휴대용 어음청력검사 시스템의 유효성을 분석하는 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
그러나 소규모의 데이터를 저장하고 관리하는데 매우 편리한 도구이며, 사용자가 데이터베이스 파일을 삭제하는 등의 실수를 범할 가능성이 적다[9]. 본 연구에서는 ⅰ) 검사자데이터베이스, ⅱ) 환자 데이터베이스, ⅲ) 어음인지역치 검사 결과 데이터베이스, ⅳ) 단어인지도 검사 결과 데이터베이스, ⅴ)이음절 어음 데이터베이스 및 Ⅵ) 단음절 어음 데이터베이스를 구축하였다. 검사자 데이터베이스는 검사자 의 신상정보를 저장하고, 환자 데이터베이스는 환자의 신상정보를 저장한다.
또한 어음 데이터 보정 소프트웨어를 별도로 구현하여 어음 데이터의 보정을 쉽게 진행할 수 있도록 하였다. 실험 방법은 그림 8의 (a)와 같이 PDA와 이어폰을 이용하여 어음 데이터를 PDA에서 재생하여 이어폰으로 출력하고 출력된 음압이 사운드 레벨 미터를 통하여 측정되도록 하였고 측정된결과값이 PC에 출력되도록 하였다. 어음 데이터는 40 dB의 기준음압으로 녹음된 데이터를 사용하였고, 표 1, 2에 따른 그룹별로 녹음을 수행하여 그룹 내의 데이터들은 모두 유사한 음압을 가질 수 있도록 하였다.
수 있도록 하였다. 어음 데이터 보정 소프트웨어를 통하여 각 어음 데이터를 재생했을 때 일정하게 출력되는 음압에 대한 볼륨값을 도출하고, 이 값들을 그룹별로 평균값을 취하여 각 어음 데이터 그룹의 음압에 대한 볼륨값을 도출하였다. 어음 데이터의 음압 측정은 단음절은 1초, 이음절은 L5초 동안의 음압에 대한 rms 값으로 도출하였다.
어음 데이터의 음압 보정을 수행한 청력검사 시스템과 수행하지 않은 청력검사 시스템의 비교를 위하여 정상 청력을 가진 남성 7명 여성 3명(25±4세)에 대하여 두 시스템을 모두 이용하여 어음청력검사를 수행하였다. 어음청력검사는 어음인지 역치 검사와 단어인지도 검사를 모두 수행하였으며, 평균적으로 약 25분 정도의 검사시간이 소요되었다.
어음 데이터 보정 소프트웨어를 통하여 각 어음 데이터를 재생했을 때 일정하게 출력되는 음압에 대한 볼륨값을 도출하고, 이 값들을 그룹별로 평균값을 취하여 각 어음 데이터 그룹의 음압에 대한 볼륨값을 도출하였다. 어음 데이터의 음압 측정은 단음절은 1초, 이음절은 L5초 동안의 음압에 대한 rms 값으로 도출하였다.
어음 데이터의 음압은 PDA의 볼륨값을 조절하여 변화를 줄 수 있도록 하였다. 어음 데이터 보정 소프트웨어를 통하여 각 어음 데이터를 재생했을 때 일정하게 출력되는 음압에 대한 볼륨값을 도출하고, 이 값들을 그룹별로 평균값을 취하여 각 어음 데이터 그룹의 음압에 대한 볼륨값을 도출하였다.
어음인지역치 검사 모듈은 녹음된 이음절 어음 파일을 직접 출력하여 검사할 수 있도록 구현되었고, 각각의 어음을 출력할 때 음압을 조절하여 출력할 수 있도록 하였다. 검사 방법은 자동검사 모드와 수동검사 모드로 구분하여 구현되었다.
주변의 소음을 차단하기 위하여 소형의 방음상자를 자체 제작하고, 방음실에서 실험을 수행하였다. 완성된 방음 상자의 내부 음압을 측정한 결과, 최저 18.
환자 정보와 검사 결과를 효율적으로 저징-, 관리하기 위하여 Microsoft Windows CE에서 제공하는 데이터베이스 APKApplication Program Interface)를 사용하여 PDA에 데이터베이스를 구축하였다. 데이터 베이 스 API 함수는 PC에서 구현되는 데이터베이스와는 달리 단순한 기능을 제공하며, SQL(Structure Query Language)을 지원하지 않는다.

대상 데이터

1 dB, 평균 20 dB로 일반적인 청력검사실보다 좋은 방음 효과를 얻을 수 있었다. 실험에 사용된 장비는 음압을 측정하는 도구로'Bruel&Kjaer 사의 Type 2250 사운드 레벨 미터를 사용하였고, 음압 출력시스템은 청력검사 시스템 개발에 사용된 HP사의 hx2790 모델의 PDA와 주변의 소음을 차단할 수 있는 밀폐형 이어폰인 Sennheiser 사의 HD250 모델의 이어폰을 사용하였다. 또한 어음 데이터 보정 소프트웨어를 별도로 구현하여 어음 데이터의 보정을 쉽게 진행할 수 있도록 하였다.
실험은 40 dB의 기준음압으로 녹음된 어음 데이터를 이용하여 수행하였다. 표 4는 보정 실험을 수행하여 도출한 각 그룹별 어음 데이터의 음압에 대한 볼륨값을 나타낸다.
실험 방법은 그림 8의 (a)와 같이 PDA와 이어폰을 이용하여 어음 데이터를 PDA에서 재생하여 이어폰으로 출력하고 출력된 음압이 사운드 레벨 미터를 통하여 측정되도록 하였고 측정된결과값이 PC에 출력되도록 하였다. 어음 데이터는 40 dB의 기준음압으로 녹음된 데이터를 사용하였고, 표 1, 2에 따른 그룹별로 녹음을 수행하여 그룹 내의 데이터들은 모두 유사한 음압을 가질 수 있도록 하였다. 어음 데이터의 음압 보정에 사용된 소프트웨어는 별도로 개발한 어음 데이터 보정소프트웨어를 사용하였다.
어음청력검사 시스템 개발을 위한 기반 하드웨어 시스템으로 PDA를 선정하였다. PDA에는 기본적으로 운영체제가 내장되어 있는데 PDA 제품마다 사용하는 운영체제가 각각 다르다.

이론/모형

따라서 각각의 운영체제에 적합한 프로그램을 개발할 필요성이 있다. 본 연구에서는 Microsoft사의 Windows CE 기반의 Windows Mobile 5.0을 기본 운영체제로 사용하는 HP사의 hx2970 모델을 기본 시스템으로 사용하였고, 프로그램 개발 도구는 eMbedded Visual C++ 4.0과 PocketPC 2003 SDK(System Developement Kit)를 사용하였다. PDA 상에 구현되는 어음청력검사 시스템의 기본 구성은, 1 ) 어음 청력 검사 소프트웨 어 모듈, ⅱ) 환자 정 보와 검사 결과를 저장하고 관리하는 환자 정보 데이터베이스, ⅲ) 청력검사에 사용되는 어음 데이터를 저장하고 관리 할 수 있는 데이터베이스, ⅳ) 청력검사 진행을 위한 이어폰 출력 장치로 이루어져 있다.
검사 방법으로는 이음절 단어를 사용하는 어 음인지역 치 (speech recognition threshold) 검사와 단음절어를 사용하는 단어인지도(word recognition score) 검사, 문장을 사용하는 문장인지도(sentence recognition score) 검사가 있다. 본 연구에서는 어음인지역치 검사와 단어인지도 검사를 어음청력검사 방법으로 사용하였다.
사용되는 잡음으로는 톱니잡음, 백색잡음, 어음 잡음, 협대역잡음 등이 있다. 본 연구에서는 차폐음의 생성을 위하여 가우시 안 백색 잡음(Gaussian white noise)을 활용하였다.
어음 데이터는 40 dB의 기준음압으로 녹음된 데이터를 사용하였고, 표 1, 2에 따른 그룹별로 녹음을 수행하여 그룹 내의 데이터들은 모두 유사한 음압을 가질 수 있도록 하였다. 어음 데이터의 음압 보정에 사용된 소프트웨어는 별도로 개발한 어음 데이터 보정소프트웨어를 사용하였다. 그림 9는 어음 데이터 보정 소프트웨어의 GUI를 보여준다.

성능/효과

방음실에서 실험을 수행하였다. 완성된 방음 상자의 내부 음압을 측정한 결과, 최저 18.1 dB, 평균 20 dB로 일반적인 청력검사실보다 좋은 방음 효과를 얻을 수 있었다. 실험에 사용된 장비는 음압을 측정하는 도구로'Bruel&Kjaer 사의 Type 2250 사운드 레벨 미터를 사용하였고, 음압 출력시스템은 청력검사 시스템 개발에 사용된 HP사의 hx2790 모델의 PDA와 주변의 소음을 차단할 수 있는 밀폐형 이어폰인 Sennheiser 사의 HD250 모델의 이어폰을 사용하였다.
음압 보정 실험의 결과, PDA를 이용하여 출력할 수 있는 어음 데이터의 음압의 범위는 약 30 ~ 60 dB 이고, 어음 데이터의 각 그룹별로 음압에 대한 볼륨 값이 어느 정도 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 그림 10에서 보는 바와 같이, 어음 데이터의 모든 그룹별 볼륨 값들은 음압이 증가함에 따라 증가하는 비슷한 경향을 띄고 있지만 동일한 음압에서 각 그룹별 볼륨 깂은 많게는 30정도 차이가 발생한다는 것을 알 수 있다.

후속연구

추후에는 다양한 어음 청력검사를 위하여 연령별 어음청 력검사, 문장 및 그림을 이용한 어음 청력검사에 대한 연구가 필요할 것으로 사료되며, 병원에서 환자와 정상인의 비교 테스트 및 사용되는 청력검사기와의 비교 테스트를 수행하여 휴대용 어음청력검사 시스템의 유효성을 분석하는 연구가 필요할 것으로 여겨진다. 또한 PC 서버와의 연동을 통한 환자 데이터 및 검사 결과 데이터의 통합 관리 시스템에 대한 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
어음인지역치 검사는 제시된 검사어음을 50% 정도 정확하게 반복할 수 있는 가징 작은 강도(dB HL)를 측정하는 검사로, 순음청력검사와의 일치 여부를 확인하므로써 검사의 신뢰도를 확인하고, 단어인지도 검사의 기초 자료로 활용할 수 있다. 표 1은 어음인지역치 검사에 사용되는 한국어 이 음절 어표(Bisyllabic Word Table)을 보여준다.
또한 정확한 음압 출력을 위하여 PDA 단말기와 이어폰의 종류와 사양에 따라 적절하게 어음 데이터의 음압을 보정하여 출력할 수 있는 방법을 도출하였다. 추후에는 다양한 어음 청력검사를 위하여 연령별 어음청 력검사, 문장 및 그림을 이용한 어음 청력검사에 대한 연구가 필요할 것으로 사료되며, 병원에서 환자와 정상인의 비교 테스트 및 사용되는 청력검사기와의 비교 테스트를 수행하여 휴대용 어음청력검사 시스템의 유효성을 분석하는 연구가 필요할 것으로 여겨진다. 또한 PC 서버와의 연동을 통한 환자 데이터 및 검사 결과 데이터의 통합 관리 시스템에 대한 연구가 필요할 것으로 여겨진다.

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