심층 신경망 기반 지향성 기술, 보청기 착용자가 주변 소리를 놓치지 않으면서 말소리를 따라가도록 도와

한 업계 연구팀은 심층 신경망 기반 지향성 시스템이 다른 방향에서 들려오는 소리에 대한 착용자의 인지를 유지하면서 소음 속 말소리 이해도를 최대 4.7데시벨 향상시켰다고 보고했습니다.

보청기가 해야 하는 가장 어려운 일은 시끄러운 공간에서 한 사람의 목소리를 분리해 내는 것입니다. 오랫동안 이 역할의 주된 수단은 지향성 마이크 시스템이었습니다. 청취자가 바라보는 방향의 소리를 키우고 나머지 소리는 줄이는 방식입니다. 그 절충 관계는 잘 알려져 있습니다. 기기가 앞쪽에 더 강하게 집중할수록, 착용자는 공간의 다른 곳에서 들려오는 목소리나 상황을 더 많이 놓치게 됩니다.

학술지 Audiology Research에 실린 새로운 연구는 복잡한 음향 환경으로 학습된 머신러닝의 한 형태인 심층 신경망을 활용하여 이러한 절충 관계를 완화하려는 시도를 소개합니다. 이 시스템은 청취자가 주의를 기울이는 말소리를 강화하면서도 주변 환경의 소리가 들리도록 의도적으로 유지하는 것을 목표로 합니다.

배경: 연구진이 이 주제를 살펴본 이유

지향성 알고리즘은 신호 대 잡음비, 즉 청취자가 듣고 싶은 말소리와 주변 소음 사이의 크기 차이를 개선하기 때문에 최신 보청기의 핵심 요소입니다. 신호 대 잡음비가 조금만 개선되어도 식당이나 가족 모임에서 단어를 알아듣는 능력이 의미 있게 향상될 수 있습니다.

기존의 적응형 지향성 기술은 일반적으로 듣고자 하는 말소리가 청취자의 정면에 있다고 가정하는, 수작업으로 조정된 규칙에 의존합니다. 이 가정은 많은 상황에서 통하지만 그렇지 않은 상황도 있으며, 공간 인지를 희생하는 경향이 있습니다. 공간 인지란 방 건너편에서 이름을 부르는 소리부터 옆에서 다가오는 자동차까지, 주변에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 착용자의 감각을 말합니다.

저자들은 복잡한 음향 환경을 나타내는 데이터로 학습된 심층 신경망 기반의 지향성 시스템을 개발했으며, 이 시스템은 공간 필터링을 동적으로 조정합니다. 목표는 한쪽을 희생하여 다른 한쪽을 극대화하는 것이 아니라, 목표 말소리를 강화하면서도 주변 환경 소리에 대한 접근을 유지하는 것입니다.

연구 방법

연구팀은 다양한 음향 시나리오에서 새로운 시스템을 기존 지향성 방식과 비교 평가했습니다. 청취자들의 단어 인지 수행 능력을 평가했으며, 청취자들은 체감되는 말소리 명료도를 평가하고 어떤 처리 방식을 선호하는지도 표시했습니다.

사람을 대상으로 한 검사와 함께, 연구진은 자동 음성-텍스트 변환 분석에 기반한 객관적 명료도 지표를 만들었습니다. 처리된 오디오를 음성 인식 시스템에 입력하고 변환된 텍스트를 채점함으로써, 대규모로 기기를 벤치마크하고 객관적 점수가 실제 청취자의 경험과 일치하는지 확인할 수 있었습니다.

연구 결과

주요 결과는 어음 인지 역치의 개선 정도를 데시벨로 표시한 것입니다. 어음 인지 역치란 청취자가 제시된 단어의 절반을 정확히 따라 말할 수 있는 신호 대 잡음비를 말합니다. 역치가 낮을수록 청취자가 더 많은 소음을 견딜 수 있다는 의미입니다.

목표 말소리가 90도, 즉 청취자의 바로 옆에서 들려올 때, 새로운 시스템은 기존 지향성 기술에 비해 평균 어음 인지 역치를 1.4데시벨 개선했습니다. 대화 상대가 정면에 있지 않은 이러한 상황은 바로 기존의 전방 지향성 기술이 어려움을 겪는 상황입니다.

정면의 목표 말소리와 함께 청취자 뒤쪽에서 방해 화자의 말소리가 들려올 때, 이 시스템은 전방향성 설정 대비 4.7데시벨의 개선을 보였습니다. 일상적으로 말하면, 옆 테이블 사람이 어깨 너머로 말하는 동안 테이블 맞은편 사람의 말을 따라가야 하는 전형적인 문제에 해당합니다.

더 넓은 주변 환경에 대한 인지를 유지하는 것도 효과가 있었던 것으로 보입니다. 공간 적응 기능은 검사한 네 가지 조건 중 세 가지에서 주변 환경 소리의 가청도를 개선했으며, 뒤쪽 옆 방향인 135도에서 들려오는 말소리의 감지 역치는 2.42데시벨로 유의하게 개선되었습니다. 행동 평가와 객관적 평가는 같은 방향을 가리켰습니다. 말소리 명료도는 향상되고 주변 환경 소리에 대한 접근은 유지되었다는 것입니다.

난청이 있는 분들에게 주는 의미

착용자에게 이 연구 분야가 주는 실질적인 약속은 억지로 선택해야 하는 상황이 줄어든다는 것입니다. 이전의 지향성 처리는 시끄러운 식당을 더 견딜 만하게 만들어 주었지만, 대신 다소 터널 속에서 듣는 듯한 경험을 감수해야 했습니다. 경쟁하는 화자의 소리를 줄이면서도 옆에서 들려오는 목소리는 통과시킬 수 있는 시스템은 건강한 청력이 실제로 작동하는 방식에 더 가깝습니다.

이 연구가 보여주는 것과 보여주지 않는 것을 분명히 할 필요가 있습니다. 이 연구는 데이터 기반 지향성 시스템이 통제된 시나리오의 특정 실험실 지표에서 기존 방식을 능가할 수 있음을 보여줍니다. 다양한 청취 환경에서의 장기적인 실생활 효과는 더 어려운 질문이며, 아직 답이 나오지 않았습니다. 그럼에도 이 결과는 머신러닝이 보청기가 소음 속 말소리라는 근본적인 문제를 다루는 방식을 바꾸고 있다는 근거를 더해 줍니다.

소음 속 선명한 말소리는 일상용 보청기의 기준이기도 합니다

이 연구가 다루는 문제, 즉 소음이 주의를 빼앗을 때 대화를 선명하게 유지하는 것은 새로운 세대의 FDA-OTC 보청기를 포함한 일상용 기기를 평가하는 기준이기도 합니다. Panda Quantum은 16채널 WDRC 처리와 적응형 소음 감소 기능으로 이 문제에 접근하며, 식당이나 가족 저녁 식사처럼 시끄러운 환경에서의 선명한 말소리를 정조준한 설계입니다.

Quantum은 1회 충전으로 20시간 사용할 수 있는 귓속형 리시버(RIC) 기기로, 케이스로 3회 추가 완충이 가능해 총 80시간 사용할 수 있으며, 통화, TV, 음악을 위한 Bluetooth 기능도 갖추고 있습니다. 선택 사항인 앱으로 보청기를 통해 귓속 청력 검사를 진행하고 착용자의 청력 프로필에 맞게 응답을 개인화할 수 있으며, 앱이나 검사 없이도 기기의 모든 기능을 사용할 수 있습니다.

일반 판매되는 모든 소음 속 말소리 보청기와 마찬가지로, 이 제품군은 경도~중등도 난청용으로 설계되었으며, 고도 또는 심도 난청은 여전히 임상적 피팅이 가장 도움이 됩니다. Quantum에는 5년 보증과 제품 수령일부터 시작되는 45일 체험 기간이 제공됩니다.

이 연구의 한계

저자 8명 모두 평가 대상 시스템의 제조사인 Starkey Hearing Technologies의 직원이므로, 이 연구는 업계가 자사 기술을 평가한 연구이며, 소속은 논문에 공개되어 있습니다. 통제된 검사 시나리오에서 한 제조사 시스템을 대상으로 얻은 결과는 다른 기기나 복잡한 실생활 청취 환경에 일반화되지 않을 수 있습니다.

이 연구는 선택된 실험실 조건에서의 개선을 보고하며, 개선이 모든 조건에서 균일하지는 않았습니다. 주변 환경 소리의 가청도는 검사한 네 가지 조건 모두가 아니라 그중 세 가지에서만 개선되었습니다. 자동 음성-텍스트 변환 명료도 지표는 대규모 적용이 가능하지만 그 자체로 대리 지표이며, 저자들은 이를 사람을 대상으로 한 검사를 대체하는 것이 아니라 보완하는 용도로 사용했습니다.

이 결과를 어떻게 활용할까

보청기를 착용하고 계신데도 소음 속에서 여전히 어려움을 겪고 계시다면, 이 연구는 특정 제품을 추천하기보다는 신중한 낙관의 이유가 됩니다. 착용자를 주변 공간으로부터 차단하지 않으면서도 말소리 이해를 향상시키는 방법을 이 분야가 찾아가고 있음을 보여주기 때문입니다. 기존 기기든 새로운 기기든 어떤 기기를 평가할 때나, 가장 유용한 검사는 여전히 이 연구가 기준으로 삼은 것입니다. 주변 세상의 소리가 계속 들리는 가운데, 내가 중요하게 여기는 대화를 얼마나 잘 따라갈 수 있는가 하는 것입니다.

Marquardt D, Xiao J, Ganeshkumar A, Xu J, Taylor L, McKinney M, Fabry DA, Bhowmik AK. An Intelligent Directionality System for Hearing Aids Incorporating Deep Neural Networks: Improving Speech Understanding While Preserving Spatial Awareness. Audiology Research. 2026. PubMed에서 검색. DOI: 10.3390/audiolres16050132