Effects of the Vent and Filter of In-The-Canal(ITC) Hearing Aid on the Insertion Gain for the Closed Vowel

Kim, Min Hee; Lee, Jung Hak; Lee, Kyoung Won; Cho, Chang Gun

Original Article

Hearing aids

Korean Journal of Audiology 2004;8(2):104-108.

Effects of the Vent and Filter of In-The-Canal(ITC) Hearing Aid on the Insertion Gain for the Closed Vowel ""ee""

Min Hee Kim¹, Jung Hak Lee², Kyoung Won Lee³, Chang Gun Cho¹

¹Department of Otorhinolaryngology-Head Neck Surgery, Dongguk University International Hospital, Goyang
²Department of Otolaryngology, Hallym University College of Medicine, Chunchon
³Department of Speech Pathology Audiology, College of Natur

발성음 '이'에 대한 외이도보청기의 환기구와 여과기의 삽입이득 효과

김민희^¹^, 이정학^²^, 이경원^³^, 조창건^¹

^¹동국대학교 의과대학 동국대학교병원 한방병원 이비인후과학교실
^²한림대학교 의과대학 이비인후과학교실
^³한림대학교 자연과학대학 언어청각학부

Abstract

When hearing-impaired people wear hearing aids, they often complain of occlusion or feedback. The purpose of this study was to find out the effects of vent and filter of in-the-canal (ITC) hearing aids on the insertion gain. Subjects consisted of 16 adults with normal hearing. The vent of 1.13 mm diameter and acoustic filters of 680 Ω and 2200 Ω were used for the experiment. The self-phonated closed vowel "ee" at 80 dB SPL was used for the stimulus which was calibrated by the B&K sound level meter at the distance of 30 cm from each subject. The results of this study were as follows：First, the differences between the sound pressure levels (SPLs) checked using vent-closed and vent-open ITC hearing aids were significant at 250 Hz and 500 Hz (p<.01). Second, the SPLs of the vent-closed ITC were significantly different from the SPLs of the ITC with the vent containing acoustic filter of 680 Ω at 250 Hz and 750 Hz (p<.01). Third, comparing the vent-closed ITC with the vent-open ITC with acoustic filter of 2200 Ω, the SPLs demonstrated significant differences at 750 Hz, 1 kHz and 1.5 kHz (p<.01)；for the vent-open and the vent with acoustic filter of 2200 Ω, the differences were significant at 1.5 kHz and 2 kHz (p<.01). These results indicate that 1.13 mm vent at ITC hearing aids is effective for allevi-ate occlusion effect and that the acoustic filter of 2200 Ω is more appropriate for alleviate occlusion effect and feedback than acoustic filter of 680 Ω.

Keywords: Occlusion effect;Vent;In-the-canal (ITC) hearing aids;Insertion gain;Acoustic filter.

교신저자：이정학, 431-070 경기도 안양시 동안구 평촌동 896
교신저자：전화) (031) 380-3792, 전송) (031) 380-3794, E-mail：leejh@hallym.ac.kr

서 론

청각손실자가 보청기를 착용했을 때, 흔히 발생하는 불만 중의 하나는 자신 혹은 타인의 목소리가 울려서 들리는 폐쇄효과(occlusion effect)이다. 폐쇄효과는 귓속보청기의 외형(shell) 또는 귀꽂이(earmold)가 외이도를 밀폐하기 때문에 폐쇄감이나 압박감을 느끼게 되고, 이로 인해 소리가 울리게 되는 것을 말한다.¹⁾
폐쇄효과는 신체적인 구조와 회화음의 특성상 주로 저주파수대역의 음압 또는 중이강과 외이도 내의 기압차이로 인해서 발생한다. 이 중에서 자신의 목소리가 울리는 것은 성대의 울림이 주위의 측두하악골을 울리고, 이 진동이 외이도의 연골부로 전달되어 생성되는데 이때 외이도 내에서 발생한 음압, 특히 저주파수대역의 성분이 밖으로 배출되지 않고 고막 쪽으로 전달되면 "멍멍한 느낌" 혹은 "울리는 소리"등으로 표현된다.²⁾ 폐쇄효과는 일반적으로 보청기외형 혹은 귀꽂이와 연관이 있고,³⁾⁴⁾ 폐쇄모음(closed vowels)의 경우 음압이 외이도 내에서 100 dB SPL 정도의 크기로 전달될 수 있다고 보고한 바 있으며,⁵⁾ 폐쇄효과를 일으키는 주파수대역은 주로 200~500 Hz라고 라고 알려져 있다.¹⁾
폐쇄효과의 해결방법은 저음역조절기(low cut)를 사용하거나 보청기외형 혹은 귀꽂이에 환기구(vent)를 설치하여 저주파수의 이득을 줄이는 방법이 흔히 알려져 있다. 보청기외형 혹은 귀꽂이에 설치한 평행환기구(parallel vent)는 저주파수의 실이삽입이득(real ear insertion gain, REIR)에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.⁶⁾ 그 이유는 음향임피던스(acoustic impedance)가 낮은 저주파수는 환기구를 통해 고막 쪽으로 전달되기도 하지만 일부는 외이도 밖으로 빠져나가기 때문이다. 따라서 저주파수일수록 환기구에서의 음향임피던스가 감소하기 때문에 고주파수보다는 저주파수에서 더 많은 이득의 감소가 나타난다.
일반적으로 많은 양의 저주파수 성분을 외이도 밖으로 배출하기 위해서 환기구의 직경을 넓게 하거나 길이를 줄여서 사용한다.⁸⁾ 그러나 환기구의 직경이 클수록 폐쇄효과를 해결하는데 효과적이지만, 직경이 너무 큰 환기구는 음향임피던스가 큰 고주파가 외이도 밖으로 배출되어 송화기로 되돌아가 재 증폭함으로 인해 음향되울림(acoustic feedback)이 발생할 우려가 있다.⁹⁾ 이 경우, 음향되울림을 줄이기 위하여 여과기(acoustic damper)를 송화기 또는 수화기의 음구에 삽입하기도 하며, 환기구의 직경을 줄이거나 없애는 방법을 사용한다. 그러나 환기구를 없애거나 직경을 감소하는 것은 폐쇄현상을 증가시킬 뿐 아니라, 외이도의 내부와 외부의 공기를 순환하지 못하게 하여 외이도 및 중이의 건강에 나쁜 영향을 주기도 한다.⁷⁾
본 연구에서는 정상성인이 외이도보청기(in-the-canal, ITC, hearing aid)를 착용했을 때 폐쇄모음 '이[ee]'를 이용하여 첫째, 직경 1.13 mm 환기구를 막았을 때와 개방했을 때 음압변화를 알아보고 둘째, 환기구에 저항 값이 서로 다른 여과기를 삽입하였을 때 폐쇄효과에 영향을 주는 저주파수 및 음향되울림에 영향을 주는 고주파수의 이득변화를 살펴보고자 한다.

연구방법

연구대상

본 연구에 참여한 사람은 20대 중반~30대 중반 성인으로 중이질환이 없고 고막운동성검사(tympanometry)에서 A형이고, 순음청력검사 상 250~8000 Hz의 역치가 20 dB HL이하인 16명(16귀, 남 6, 여 10)을 대상으로 하였다.

연구장비

순음청각검사와 실이 측정은 한림대학교 청각언어연구소의 방음실에서 실시하였다. 순음청력검사는 청력검사기(GSI 61, Grason-Stadler, Inc.)와 삽입형 이어폰(insert earphone, EAR-tone 3A, Etymatic Research)을 이용하여 측정하였고, 고막운동성검사는 이미턴스검사기(GSI 33, Grason-Stadler, Inc.)를 이용하여 측정하였다. 정상인의 폐쇄효과를 유발하기 위해 직경 1.13 mm 환기구가 있는 모조외이도보청기(dummy)를 제작하여 사용하였으며, 이때 환기구의 길이는 평균 15 mm이다. 여과기는 Knowles사의 음향저항이 다른 680 Ω과 2,200 Ω의 여과기를 환기구에 삽입하여 측정하였다. 외이도 내의 음압변화를 측정하기 위해서 실이측정 시스템(real ear measurement system, Fonix 6500 CX, Freye Electronics, Inc.)과 탐침송화기(probe microphone)를 사용하였으며, 발성음의 음량측정을 위해 소음측정기(sound level meter, B&K 2260, Brüel and Kjaer)를 사용하였다.

연구방법

순음청각검사
이경검사 및 고막운동성계측으로 외이도와 고막의 정상 유무를 확인한 후, 방음실에서 청력검사기를 사용하여 주파수별 개인 역치를 구하였다.

모조귀속보청기를 이용한 실이 측정
스피커와 검사귀는 수평으로 45°, 거리는 30 cm를 유지하도록 하였고 기준송화기(reference microphone)는 귀 위에 설치하고 탐침송화기(probe microphone)는 모조귀속보청기 음구(inlet of receiver tube)보다 약 5 mm 길게 위치하도록 하였다. 검사음은 피검자가 2초간 발성한 폐쇄모음 '이[ee]'를 이용하여 기준송화기로 귀 입구의 음압을, 탐침송화기로 외이도 내의 음압을 측정하였다. 실이삽입이득은 실이측정 시스템내의 표준 실이공명이득 자료를 사용하였다. 발성음량의 측정을 위하여 소음측정기를 피검자의 정면에 입과 수평으로 30 cm의 거리에 위치하였다. 이때 말하는 강도는 피검자의 입과 30 cm의 거리에서 소음측정기를 이용하여 80 dB SPL을 유지하게 하였고 ±2 dB의 허용오차를 두었다. 효율적인 측정을 위해 실험을 시작하기 전에 2초간 'ee'소리가 일정하게 발성 되도록 연습하였다. 연구 절차는 다음과 같다. 첫째, 고무찰흙(putty)을 이용하여 환기구의 바깥쪽을 막고 모조외이도보청기를 외이도 내에 삽입하여 실이폐쇄이득(real ear occluded gain, REOG)를 측정하고, 둘째, 움직이지 않은 상태로 막았던 환기구를 개방한 후 환기구 효과를 측정한다. 셋째, 송화기 쪽 환기구에 저항 값이 680 Ω인 여과기를 삽입하여 같은 방법으로 실험한다. 넷째, 저항 값 2200 Ω의 여과기를 삽입하여 동일 방법으로 실험한다. 실험의 자극음은 피검자가 발성하는 폐쇄모음 '이[ee]'로 모두 동일하며 스피커(loud speaker)는 작동하지 않게 하였고 일반적인 보청기의 주파수 범위를 고려하여 250 Hz부터 8 kHz까지 1/2 옥타브(octave) 간격으로 측정 하였다.

통계분석

통계 방법으로 쌍체표본 t검정(paired-sample t-test)을 이용하여 분석하였고, 유의수준은 0.01로 하였으며 윈도우용 SAS System(Version 8)을 사용하였다.

연구결과

환기구 개폐에 따른 실이삽입이득 차

폐쇄효과의 변화를 측정하기 위해 환기구를 막은 상태와 환기구를 개방한 상태의 실이삽입이득을 비교해 보았다. VC는 외이도형 귀꽂이의 환기구를 완전히 막은 상태에서 측정 한 값이고, VO은 환기구를 개방한 상태에서의 평균값을 구했다. 환기구 조건을 달리하여 분석한 평균값은 250 Hz 4.81 dB, 500 Hz 3.12 dB, 750 Hz 1.81 dB, 1 kHz 1.56 dB, 1.5 kHz 0.87, 2 kHz -0.25 dB, 3 kHz -1.06 dB, 4 kHz -2.06 dB, 6 kHz 1.25 dB, 8 kHz 1.13 dB로 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz는 음의 값이 나타나 환기구를 열고 측정한 조건에서 더 큰 이득값이 나타남을 알 수 있다. 쌍체표본 t검정 결과 250 Hz, 500 Hz에서 유의한 차이를 보였고(p≤.001, p≤0.01), 750 Hz, 1 kHz, 4 kHz, 1 kHz, 1.5 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 6 kHz, 8 kHz에서는 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 1).

환기구에 저항값 680 Ω, 2200 Ω 여과기 삽입 시 실이삽입이득

두 여과기 삽입 효과를 알아보기 위해 두 음향여과기 간의 차이를 분석하였다. 환기구를 막고(VC) 측정한 값과 환기구에 680 Ω의 여과기를 삽입하여 측정한 차이 값의 평균값은 250 Hz 3.62 dB, 750 Hz 2.31 dB로 두 주파수에서 유의한 차이가 있었고(p≤.01), 다른 주파수에서 유의한 차이는 나타나지 않았다. 환기구를 막고(VC) 측정한 값과 환기구에 2200Ω의 여과기를 삽입하고 측정한 차이 값의 평균값은 750 Hz 3.12 dB , 1 kHz 3.25 dB, 1.5 kHz 2.43 dB으로 유의한 차이가 있었고(p≤.01), 그 외의 주파수에서는 유의한 차이가 보이지 않았다(Fig. 1).
여과기 삽입에 의한 폐쇄효과 변화 비교를 위해 환기구를 개방한 상태와 680 Ω의 여과기를 삽입하여 측정한 결과 전주파수(250 Hz~8 kHz)에서 유의한 차이가 보이지 않았고, 환기구를 개방한 상태(VO)와 2200 Ω의 여과기를 삽입하여 측정한 차이의 평균을 알아보았다. 1.5 kHz 1.56 dB, 2 kHz 2.43 dB로 유의한 차이(p≤.01)가 있었다(Fig. 2).

고 찰

보청기 착용 시 폐쇄효과를 해결하기 위하여 환기구를 설치하는 것은 필수적이다. 이 때, 환기구를 통하여 배출하는 주파수성분은 주로 500 Hz 내외로 알려져 있다.¹⁰⁾
본 연구에서 폐쇄효과와 환기구에 의해 변화된 음압변화를 비교하면 250 Hz에서 4.81 dB, 500 Hz 3.12 dB 차이를 보여 저주파수 대역인 250 Hz, 500 Hz에서 유의성 있는 차이를 보였다(p<.01). 연구 실험 시 피검자 16명에게 환기구를 폐쇄한 상태와 개방한 상태에서 느낌의 차이를 질문했었다. 이 때 13명이 환기구를 개방하니 "멍멍한 느낌"이 덜하다고 대답을 하였고, "3명은 뚜렷한 차이는 느끼지 못 하겠다"라고 대답하였다. 본 연구의 결과는 폐쇄효과의 감소를 정량한 것이 아닌 실이삽입이득의 차이로 나타낸 것으로 실제 피검자에게서 폐쇄효과가 해결되었다는 섣부른 결론을 내릴 수는 없으나 피검자의 81%에서 “멍멍한 느낌”이 덜하다고 하였으므로 직경 1.13 mm 환기구를 통해 폐쇄효과를 해소 할 수 있음을 알 수 있다. 이 결과는 1992년 May & Dillon이 정상 청력을 가진 10명의 피검자를 대상으로 연구했던 결과와 차이를 보였는데, 피검자의 목소리를 실험의 자극음으로 사용하고 환기구의 크기를 달리한 귀꽂이를 착용하여 폐쇄효과의 변화를 측정했다. 측정 조건은 환기구 폐쇄, 직경 1 mm 환기구 개방, 직경 2 mm 환기구 개방, 직경 3.5 mm 환기구 개방한 상태로 실험하였다. 연구 결과 1 mm 환기구는 125 Hz에서만 약 3 dB의 차이를 보여 폐쇄효과를 해소할 만큼 충분히 크지 않았고, 2 mm 환기구는 부분적으로는 해결할 수 있지만 폐쇄효과를 제거할 수는 없었다. 그리고 3.5 mm 환기구만이 본인들의 목소리에 만족해 할 만큼 충분히 넓어 폐쇄효과를 해소할 수 있다고 하였다.
Dillon에⁹⁾ 의하면 음향되울림은 주로 고주파수에서의 실이삽입이득이 높을 때 주로 발생하며, 실이삽입이득은 증폭기에 의한 실이증폭이득과 환기구 또는 음향누출에 의한 실이삽입이득의 합이라고 보고하였으며 다음의 식으로 표현하였다.
R(f)=A(f)+I(f) ----------- [식- 1]
A(f)=insertion gain of the aid-transmitted
I(f)=insertion gain of the vent/leak-transmitted sound
R(f)=real ear insertion gain
환기구에 저항값이 다른 음향여과기를 삽입하여 폐쇄효과의 변화를 알아본 결과 음향임피던스가 낮은 680 Ω을 환기구에 삽입하였을 때보다 2200 Ω의 여과기를 삽입하였을 때가 실이삽입이득의 변화에 더 영향을 준다는 사실을 알 수 있다. 2200 Ω이 680 Ω의 여과기보다 2 kHz 이하의 주파수에서 더 많은 차이를 보였던 것은 [식-1]에서 환기구를 통하여 유입되는 소리의 양이 높은 음향임피던스에 의해서 감소되었던 것으로 생각된다. 2 kHz 이상에서는 환기구에 의한 실이삽입이득이 증가하지 않으며, 고막근처의 고주파수가 환기구를 통하여 외이도 밖으로 누출되는 양 역시 적다고 할 수 있다. 따라서 환기구에 여과기를 삽입함으로 인해 음향되울림을 제어할 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 발성음 이 '[ee]'모음을 실험의 자극음으로 사용하였는데 발성시 소음측정계로 강도를 측정하고 허용오차를 ±2 dB로 두어 자극음을 통제하였으나 주파수별 분석은 실시하지는 않아 실험 측정 조건의 변화 시 자극음의 완벽한 일치성을 갖지 못하다는 한계성이 있다. 그러나 기기에 의한 외부 소리가 아닌 사람이 직접 발성한 폐쇄모음으로 실험하였으므로 좀 더 실질적으로 폐쇄효과를 측정했다는 장점이 있다. 이번 연구에서는 보청기를 외이도 보청기로 한정하였고, 환기구의 직경을 1.13 mm 한 크기로만으로 연구 과제를 수행 하였으므로 더 많은 종류의 보청기와 다양한 크기의 환기구를 설치하여 수행할 후속 연구가 필요하다고 생각한다.

요약 및 결론

중이질환이 없고 정상청력을 가진 성인 남녀 16명(16귀, 남 6, 여 10)을 대상으로 한 외이도보청기 착용 시 폐쇄효과 그리고 환기구 및 여과기삽입에 의한 폐쇄효과의 변화에 대한 연구결과는 다음과 같다.
첫째, 외이도보청기의 환기구를 완전히 폐쇄한 상태와 개방한 상태를 비교한 결과는 250 Hz, 500 Hz에서 유의한 차이를 보였다.
둘째, 환기구를 폐쇄한 상태와 680 Ω의 여과기를 삽입하였을 때, 250 Hz, 750Hz에서 유의 한 차이가 있었으나, 환기구를 개방한 상태와는 유의한 차이가 없었다.
셋째, 환기구를 폐쇄한 상태와 2200 Ω의 여과기를 삽입하였을 때, 750 Hz,1 kHz 그리고 1.5 kHz에서 유의한 차이가 있었으며, 환기구를 개방한 상태에서는 1.5 kHz, 2 kHz에서 유의한 차이를 보였다.
이상의 결과를 통해 외이도 보청기 착용 시 직경 1.13 mm 환기구는 폐쇄효과를 해소하는데 효과적임을 알 수 있다. 그리고 680 Ω의 보다 높은 음향임피던스를 가진 2200 Ω의 여과기가 전체적인 이득의 감소를 보여 폐쇄효과와 음향되울림 현상을 해결하기에 더 적당하다는 사실을 알 수 있다.

REFERENCES

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