[국내논문]주파수 영역별 Cochlea Dead Region과 증폭 이득에 따른 어음인지능력 평가 연구 A Study on Speech Recognition Estimation of Cochlea Dead Region and Amplification Gains According to Frequency Bands원문보기
감각신경성 난청의 원인 중 하나는 내이에 존재하는 와우(cochlea)의 기능적 이상 때문이다. 와우에서 내유모세포(inner hair cell, IHC)나 신경의 기능적 이상이 있는 곳을 'dead region'이라고 한다. 보청기에서 dead region에 속하는 주파수 영역의 증폭은 효과가 미약한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 dead region의 위치에 따른 음성신호의 인지 능력 비교와 dead region이 존재할 때 보청기의 효과적인 이득값을 알아보기 위해 WRS 검사와 선호도 조사를 실시하였다. WRS(Word Recognition Score)검사와 선호도 조사를 위해 정상 청력 능력을 지닌 성인 남녀 8명을 대상으로, white noise와 babble noise를 이용하여 신호 대 잡음비(SNR) 0dB의 조건으로 검사음과 혼합하였으며, dead region의 영역을 세 가지로 분류하였다. 주파수 영역에 따라 low-frequency, mid-frequency, high-frequency dead region으로 나누고, 각 dead region에 따라 14.5 dB, 11.5 dB, 6 dB의 증폭 이득을 다르게 하여 결과를 비교하였다. dead region의 위치에 따른 검사 결과는 각 영역별로 차이가 있었다. WRS 검사결과 low-frequency dead region일 때 보다, mid-frequency dead region나 high-frequency dead region일 때의 WRS점수와 선호도 평가가 높게 나왔으며, 증폭 이득값의 차이를 비교해 보았을 때, 14.5 dB의 이득에 비해 낮은 이득을 주었을 때 WRS 검사 결과값이 더 높게 나왔으며, 높은 이득일수록 선호도 조사에서 낮은 점수를 받았다.
감각신경성 난청의 원인 중 하나는 내이에 존재하는 와우(cochlea)의 기능적 이상 때문이다. 와우에서 내유모세포(inner hair cell, IHC)나 신경의 기능적 이상이 있는 곳을 'dead region'이라고 한다. 보청기에서 dead region에 속하는 주파수 영역의 증폭은 효과가 미약한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 dead region의 위치에 따른 음성신호의 인지 능력 비교와 dead region이 존재할 때 보청기의 효과적인 이득값을 알아보기 위해 WRS 검사와 선호도 조사를 실시하였다. WRS(Word Recognition Score)검사와 선호도 조사를 위해 정상 청력 능력을 지닌 성인 남녀 8명을 대상으로, white noise와 babble noise를 이용하여 신호 대 잡음비(SNR) 0dB의 조건으로 검사음과 혼합하였으며, dead region의 영역을 세 가지로 분류하였다. 주파수 영역에 따라 low-frequency, mid-frequency, high-frequency dead region으로 나누고, 각 dead region에 따라 14.5 dB, 11.5 dB, 6 dB의 증폭 이득을 다르게 하여 결과를 비교하였다. dead region의 위치에 따른 검사 결과는 각 영역별로 차이가 있었다. WRS 검사결과 low-frequency dead region일 때 보다, mid-frequency dead region나 high-frequency dead region일 때의 WRS점수와 선호도 평가가 높게 나왔으며, 증폭 이득값의 차이를 비교해 보았을 때, 14.5 dB의 이득에 비해 낮은 이득을 주었을 때 WRS 검사 결과값이 더 높게 나왔으며, 높은 이득일수록 선호도 조사에서 낮은 점수를 받았다.
A sensorineural hearing loss(SNHL) occurs when the cochlea in the inner has functional problem. The region in the cochlea with no(or very few) functioning inner hair cells or neurons called 'dead regions'. Amplification using hearing aid over a frequency range corresponding to a dead region may not ...
A sensorineural hearing loss(SNHL) occurs when the cochlea in the inner has functional problem. The region in the cochlea with no(or very few) functioning inner hair cells or neurons called 'dead regions'. Amplification using hearing aid over a frequency range corresponding to a dead region may not a beneficial. In this paper, we compared speech recognition with different location of dead region and gain and searched effective gain for hearing aid with dead region. In order to experiment, eight people who has normal hearing ware tested, and we used white noise and babble noise(SNR=0 dB). we divided by three conditions, low, mid and high frequency dead region. In addition, the gains in dead region ware 14.5 dB, 11.5dB and 6 dB gain. There ware different results by location of dead region. The result of WRS and preference in mid-frequency dead region and high-frequency dead region ware higher than them in low-frequency dead region. When we compared as gains, the score of WRS with lower gain was higher than 14.5 dB gain, and the preference was lower as higher gain.
A sensorineural hearing loss(SNHL) occurs when the cochlea in the inner has functional problem. The region in the cochlea with no(or very few) functioning inner hair cells or neurons called 'dead regions'. Amplification using hearing aid over a frequency range corresponding to a dead region may not a beneficial. In this paper, we compared speech recognition with different location of dead region and gain and searched effective gain for hearing aid with dead region. In order to experiment, eight people who has normal hearing ware tested, and we used white noise and babble noise(SNR=0 dB). we divided by three conditions, low, mid and high frequency dead region. In addition, the gains in dead region ware 14.5 dB, 11.5dB and 6 dB gain. There ware different results by location of dead region. The result of WRS and preference in mid-frequency dead region and high-frequency dead region ware higher than them in low-frequency dead region. When we compared as gains, the score of WRS with lower gain was higher than 14.5 dB gain, and the preference was lower as higher gain.
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문제 정의
본 논문에서는 dead region을 가진 난청인의 어음 인지능력과 음성신호의 왜곡 차이를 알아보기 위해, 주파수 영역별로 dead region을 나누어 보고, 각 영역마다 이득 값을 다르게 하여 실험을 구성하였다.
잡음의 종류는 white noise 와 babble noise 두 종류를 사용했으며, SNR은 OdB로 고정하였다. 본 논문에서는 dead region의 위치와 dead region 구간의 이득에 따라 검사음의 왜곡을 평가해 보았다.
본 논문은 주파수 영역별 위치에 따른 dead region을 가상으로 만들어, 보청기의 증폭 이득을 다르게 하여 그 특성을 알아보고자 실험을 구성하였으며 그 결과값을 비교하는 것에 목적이 있다.
제안 방법
low-frequency 부분에 dead region이 존재하는 경우 약 1100Hz 대역까지 dead region을 가지는 것으로 하였으며, mid-frequency 부분에 dead region이 존재하는 경우 1350Hz에서 2700Hz 부분의 음성신호를 듣지 못하는 것으로 정하였다. 그리고 high-frequency에 dead region이 존재하여 청력 손실의 어려움을 가지는 경우는 3100Hz 이상의 음성신호를 인지하지 못하는 것으로 판단하였다.
소리의 수를 백분율(%)로 표시하였다. 각 단어의 음성에너지는 동일한 음압으로 이루어 졌으며 white noise 와 babble noise에 따라 low, mid, high-frequency에 존재하는 dead region의 위치와, 각 dead region에 14.5 dB, 11.5dB, 6 dB의 이득을 적용하여 총 21개의 검사음 세트를 표 1과 같이 구성하였다.
그리고 high-frequency에 dead region이 존재하여 청력 손실의 어려움을 가지는 경우는 3100Hz 이상의 음성신호를 인지하지 못하는 것으로 판단하였다. 그리고 WRS 검사음의 sampling rate는 16000Hz 이며 dead region을 적용하기 위해 청각필터를 설계 하였다.
그리고 각 주파수별 나누어진 dead region에 서로 다른 증폭이득을 통해 실제 난청인들의 음성 신호인지에 어떠한 영향을 미치는지 살펴볼 필요가 있다. 다시 말하면, Dead region의 위치, dead region의 증폭 이득과 잡음의 종류에 따라 음성 신호를 인지의 차이를 비교하여 연구한다. 추가적으로 현재 dead region을 가진 보청기 사용자들에게 가장 적합한 보청기 피팅 방법을 제안하기 위해 dead region에서의 보청기 증폭의 이득값을 차이를 두어 그 결과값을 비교 또는 분석해본다.
따라서 본 논문에서는 청각필터와 유사한 필터를 설계하여 크게 low-frequency, mid-frequency, high-frequency로 나누고, 각 영 역별로 dead region 을 구성하였다. 그리고 각 주파수별 나누어진 dead region에 서로 다른 증폭이득을 통해 실제 난청인들의 음성 신호인지에 어떠한 영향을 미치는지 살펴볼 필요가 있다.
본 실험을 통해 dead region의 위치에 따라 각 영역별 차이를 알아보았다. Low-frequency dead region0] 존재하는 경우, 14.
그로 인해 검사음이 6dB가 낮아지게 되었다. 잡음의 종류는 white noise 와 babble noise 두 종류를 사용했으며, SNR은 OdB로 고정하였다. 본 논문에서는 dead region의 위치와 dead region 구간의 이득에 따라 검사음의 왜곡을 평가해 보았다.
청각 필터는 그림 1과 같이 mel-filter의 형태로 설계하였으며 필터의 개수는 35개로 하였다[9].
다시 말하면, Dead region의 위치, dead region의 증폭 이득과 잡음의 종류에 따라 음성 신호를 인지의 차이를 비교하여 연구한다. 추가적으로 현재 dead region을 가진 보청기 사용자들에게 가장 적합한 보청기 피팅 방법을 제안하기 위해 dead region에서의 보청기 증폭의 이득값을 차이를 두어 그 결과값을 비교 또는 분석해본다.
것이다. 필터의 적용을 위해 프레임당 512개의 샘플링을 통해 얻은 데이터를 고속 푸리에 변환 (fast fourier transform, FFT) 을 통해 주파수 영역으로 변환되고, 주파수 성분들을 기반으로 dead region과 나머지 영역의 이득값을 다르게 하였다. 이득을 통한 주파수 성분은 역 푸리에 변환(inverse fourier transform, IFFT)를 거쳐 시간 축으로 출력을 내보냈다.
대상 데이터
또한 피험자 모두 평상시 의사소통이 활발하며 상대방과 대화를 나눌 때 문제점이 없는 건청인을 대상으로 하였다.
실험에 참가한 피검자는 총 8명으로 연령은 26-29세이다. 또한 피험자 모두 평상시 의사소통이 활발하며 상대방과 대화를 나눌 때 문제점이 없는 건청인을 대상으로 하였다.
이론/모형
필터의 적용을 위해 프레임당 512개의 샘플링을 통해 얻은 데이터를 고속 푸리에 변환 (fast fourier transform, FFT) 을 통해 주파수 영역으로 변환되고, 주파수 성분들을 기반으로 dead region과 나머지 영역의 이득값을 다르게 하였다. 이득을 통한 주파수 성분은 역 푸리에 변환(inverse fourier transform, IFFT)를 거쳐 시간 축으로 출력을 내보냈다.
성능/효과
알아보았다. Low-frequency dead region0] 존재하는 경우, 14.5 dB의 이득을 주었을 때 보다 주변 주파수와 값은 이득값인 6 dB의 이득을 주었을 때 WRS 결과가 14.9 + 2.1 점 높게 나왔으며, 선호도 평가에서도 두 잡음 조건 모두 각각 6명의 피검자가 가장 만족한다고 대답하였다. 이것은 저주파 영역에 분포되어 있는 대부분의 음성신호 정보가 low-frequency dead region에서 잡음과 함께 전달되지 inner hair cell로 전달되지 못하기 때문이다.
결론적으로, dead region이 low-frequency에 있을 경우는 높은 이득값의 증폭 보다는 주변 주파수와 같은 이득을 통해 음성신호의 왜곡을 최대한 줄이며, 고주파 영역으로 갈수록 증폭의 크기를 높여 dead region의 영역 범위와 청력손실에 알맞은 이득값을 찾는 것이 중요하다.
다시 말하자면, low-frequency dead region을 가진 환자가 mid-frequency나 high-frequency0!] dead region을 가진 환자보다 dead region에 대한 보청기 증폭효과가 미약하다는 것을 의미한다. 그리고 dead region이 고주파 영역일수록 음성 신호 인지가 높은 것을 확인하였다.
low-frequency 부분에 dead region이 존재하는 경우 약 1100Hz 대역까지 dead region을 가지는 것으로 하였으며, mid-frequency 부분에 dead region이 존재하는 경우 1350Hz에서 2700Hz 부분의 음성신호를 듣지 못하는 것으로 정하였다. 그리고 high-frequency에 dead region이 존재하여 청력 손실의 어려움을 가지는 경우는 3100Hz 이상의 음성신호를 인지하지 못하는 것으로 판단하였다. 그리고 WRS 검사음의 sampling rate는 16000Hz 이며 dead region을 적용하기 위해 청각필터를 설계 하였다.
이와 반대로 dead region 이 mid-frequency 와 high-frequency에 존재 하는 경우, low-frequency dead region에 비해 WRS 검사 결과와 PESQ 값이 크게 향상되었지만, 각 dead region 위치에서 이득값에 따른 결과는 큰 차이를 보이지 않았다. 이것은 dead region이 존재하는 주파수가 높아질수록 음성 신호의 왜곡이 낮아지는 것을 의미 한다.
후속연구
구성하였다. 그리고 각 주파수별 나누어진 dead region에 서로 다른 증폭이득을 통해 실제 난청인들의 음성 신호인지에 어떠한 영향을 미치는지 살펴볼 필요가 있다. 다시 말하면, Dead region의 위치, dead region의 증폭 이득과 잡음의 종류에 따라 음성 신호를 인지의 차이를 비교하여 연구한다.
참고문헌 (9)
대한청각학회 편. 청각검사지침. 학지사. 2008.
이정학, 이경원. 보펑기평가. 학지사. 2005.
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Cox, Robyn M., Alexander, Genevieve C., Johnson, Jani, and Rivera, Izel, "Cochlea Dead Regions in Typical Hearing Aid Candidates: Prevalence and Implications for Use of High-Frequency Speech Cues", Ear & Hearing, vol.32, issue.3, pp.339-348, 2011.
B.C.J. Moore, and M. Huss, D.A. Vickers, B.R. Glasberg, J.I. Alcantara, "A test for the diagnosis of dead region In the cochlea", British Journal of Audiology, vol.34, no.4, pp.205-224, 2000.
Vickers, D. A., and Moore BC, Baer, "Effect of low-pass filtering in the intelligibility of speech in quiet for people with and without dead region at high frequencies", J Acoust Soc Am, vol.110, issue.2, pp.1164-1175, 2001.
Baer, T., Moore, B. C. J., and Kluk, K., "Effect of low pass filtering on the intelligibility of speech in noise for people with and without dead region at high frequencies", J Acoust Soc Am, vol.112, issue.3, pp.1133-1144, 2002.
Preminger JE, Carpenter R, and Ziegler CH., "A clinical perspective on cochlea dead regions: intelligibility of speech and subjective hearing aid benefit", J Am Acad Audiol, vol. 16, no.8, pp.600-613, 2005.
Sigurdur Sigurdsson, Kaare Brandt Petersen, and Tue Lehn-Schioler, "Mel Frequency Cepstral Coefficients: An Evaluation of Robustness of MP3 Encoded Music", Proceedings of The International Symposium on Music Information Retrieval. pp.286-289, 2006.
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