디지털 보청기
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기술정보디지털 보청기(4부) - 피팅공식(Fitting Formula) 과 압축 알고리즘(Compression Algorithm)

관리자
2020-06-16
조회수 2923

디지털보청기의 피팅공식(Fitting Formula) 과 압축 알고리즘(Compression Algorithm)


우리 귀의 내이에 위치한 이소골은 고막과 달팽이관을 연결하며 소리의 압축과 증폭을 담당합니다.

압축은 과도한 음량으로부터 청력을 보호하기 위한 기능이며, 

증폭은 공기중의 소리를 달팽이관으로 손실없이 효과적으로 전달하기 위한 기능입니다.




보청기는 마이크로 부터 들어오는 소리를 증폭하는데 청력검사 결과 데이터를 바탕으로

실시간으로 증폭률과 압축률을 결정하게 됩니다.


피팅 알고리즘(Fitting Algorithm)


디지털보청기의 주파수 채널별 증폭과 압축 알고리즘(Algorithm)을 구현하기위한 공식을

피팅공식(Fitting Formula)이라고 합니다. 이 피팅 알고리즘은 개인의 청력도를 기반으로

주파수 채널별로 증폭률과 압축률을 계산하여 보청기가 원활하게 증폭과 압축을 할 수

있도록 합니다.





이러한 피팅 공식에는 여러 종류가 있는데, 크게 선형알고리즘(Linear Algorithm) 과

비선형(Non-linear Algorithm)의 두 가지로 분류됩니다.


선형 알고리즘은 마이크 입력레벨에 관계없이 증폭값 즉, 게인(Gain)이 일정한 반면에,

비선형 알고리즘은 입력레벨에 따라 게인을 다르게 하여 증폭합니다.


종류별로 간단히 살펴보겠습니다.


[1] 선형 증폭 알고리즘


1) BERGER, 1976년


1/2 gain 법 (청력도의 반정도에 해당하는 만큼 증폭하는 방식) 을 기초로

상향차폐(upward spread of masking)을 줄이기 위해 1KHz~4KHz 중고음역 게인을 높임




2) NAL (National Acoustics Lab.)1976년, 호주의 국가음향연구소


Table 1. The NAL formula for selecting the gain and frequency response of a hearing aid (Byrne and Tonisson 1976).



3) NAL-R (National Acoustics Lab. Revised) 1986년


 NAL 의 개정된 버전



4) NAL-RP (National Acoustics Lab. Revised Profound) 1991년


NAL-R 에서 보정값 X 만 개정




5) WFA (William F. Austin)


고음역 게인을 더 높인 선형증폭 방식



[2] 비선형 증폭 알고리즘


아래 그림에서 처럼 50dB(청색), 65dB(녹색), 80dB(보라색) 세 종류의 크기의 입력음에 대해 서로

다른 게인을 가지도록 압축을 합니다.



1) NAL-NL1, 1999년, NL(Non-linear)방식


NAL-RP(선형) 에서 비선형 증폭으로 확장시킴, 중음역 위주의 압축



청색 라인은 작은소리에 대한 증폭 게인 (보청기 삽입 이득)

녹색은 보통소리에 대한 증폭 게인

보라색은 큰 소리에 대한 증폭 게인



2) NAL-NL2


NAL-NL1 보다 저역과 고역의 게인을 높임, 결과적으로 저음, 중음, 고음 고르게 압축





3) e-STAT


NAL-NL1(비선형) 과 NAL-RP(선형) 의 결합하여, 임상 통계적으로 보정한 알고리즘. 


Vent 를 고려. Time delay(Phase change) 로 인한 comb filter 효과를 줄이는 방법 연구중.


스타키의 피팅 공식


          e-STAT 피팅 알고리즘은 중고역위주의 압축에 주안점을 두고 있습니다.

          위 그래프에서 보듯이, 중고역대의 작은소리의 게인이 상대적으로 높게 책정되어 있음을 알 수

          있습니다. 작은소리의 해상도를 높이려는 시도로 보입니다. 

          결과적으로 작은소리의 어음인지도를 높여 주기 위한 방법이라 볼 수 있습니다.


 


        중고역대에서 작은소리에 대한 증폭게인(청색라인)이 훨씬 크다는 것을 알 수 있습니다.

        위 그래프에서 알 수 있듯이 스타키의 e-STAT 피팅 알고리즘은 위의 두가지 알고리즘을 동시에 반영한 것임을

        알 수 있으며, 결과적으로 저역보다는 중고음역위주의 압축을 하기 때문에, 과거의 아날로그보청기와

        초기의 디지털 보청기와는 적은 음량에서의 음색이 다릅니다.


        보청기를 처방할 때는 위의 알고리즘들 중에 고객의 청력에 가장 잘 맞는 것을 고르는 것도

        피팅전문가의 역할입니다.


4) DSL v5 (Desired Sensation Level, version5), DSL m[I/O] 라고도 함


유소아 난청에 사용하는 공식으로 유소아 난청검사 결과 단위인 dBnHL 값을 dBHL로 환산해주어야 합니다.





스타키의 피팅 알고리즘은 연구가 활발히 진행중이며, 보다 나은 알고리즘이 앞으로도 계속될

것입니다.



감사합니다.


박 영 근, Ph.D.

스타키보청기 김포센터

청각음향연구소

http://www.hearbest.net

031-985-8033