말초청각계의 비선형적 모델에 기반한 새로운 인공와우용 어음처리방식

Abstract

[한글]현재 인공와우는 잡음이 없는 조건에서는 높은 인지율을 보이지만 잡음 하에서는 현저히 감소된 인지특성을 보인다. 우리는 정상 청각인이 잡음 하에서도 높은 어음인지율을 보인다는 점에 기초하여 기존의 어음처리방식을 대신하여 말초 청각계의 비선형적인 특징들을 추가한 새로운 어음처리방식을 개발하였다. 우리는 기존의 어음처리방식에서 쓰이는 선형필터뱅크를 대신하여 외측유모세포의 level-dependent 응답특성을 적용한 비선형 기저막 모델로 DRNL 필터뱅크를 사용하였으며 이 모델을 인공와우의 실시간 어음처리기에 적용이 가능하도록 빠른 계산시간을 갖는 간략화된 DRNL 모델을 개발하였다. 우리는 이 스펙트럼 분석과 dominant component analysis를 사용하여 비선형 기저막 모델의 효용성을 평가하였다. 두 가지 분석결과에서 OHC의 특성을 적용한 기저막 모델을 사용하여 특히 잡음 하에서 모음의 포먼트를 더욱 두드러지게 표현되는 것을 확인하였다.또한 우리는 기존의 어음처리방식에서 쓰이는 엔벨로프 추출단을 대신하는 내측섬포세포와 청신경 사이의 시냅스에서 일어나는 적응효과가 적용된 적응효과 알고리즘을 개발하였다. 우리는 이 알고리즘을 사용하여 음성의 개시점이 강조되는 것을 확인하였으며, 이러한 시간적 단서가 잡음 하에서도 추출되는 것을 스펙트럼 분석을 통해 확인하였다.제안하는 어음처리방식과 기존의 방식의 비교 평가를 위해 인공와우의 acoustic simulation을 이용한 청취실험을 수행하였다. 우리는 말초 청각계의 비선형성을 적용한 어음처리방식이 특히 잡음 하에서도 기존의 방식에 비해 우수한 인지성능을 보임을 확인하였다.

[영문]Performance of cochlear implant (CI) has been improved to enable successful conversation under silent environment, but significant performance degradation occurs as background noise increases.The purpose of this study was to improve the speech processing strategy of the CI using nonlinear basilar membrane (BM) and inner hair cell/auditory nerve (IHC/AN) synapse model. As a nonlinear, level-dependent BM model, we utilized a dual resonance nonlinear (DRNL) filter with variable response characteristic mimicking the role of outer hair cell. Also, we developed a simplified version of DRNL filter to be more suitable to CI real-time speech processor. We test the effectiveness of this nonlinear BM model in improving speech perception performance under noise by spectrogram and dominant component analysis. From the results of both analyses, it was shown that the use of nonlinear, level-dependent filterbank is much better in representing the formant information, especially under considerable amount of noise, compared to the linear filterbank of conventional speech processing strategy.We also modified the standard envelope extraction algorithm of the conventional strategy to include the adaptation effect of the IHC/AN synapse.We tested the effectiveness of proposed strategy in improving speech perception performance under noise by spectral analysis and acoustic simulation experiments. We verified that the proposed strategy may yield better speech perception under considerable amount of noise, compared to the conventional speech processing strategy.