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보청기의 역사 - 최초의 보청기는 손과 집음기 - 진공관, 반도체 등 기술 발달로 보청기 급속 변화
  • 기사등록 2020-02-29 14:44:42
  • 기사수정 2020-02-29 15:54:47
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보청기의 발달 과정

▲ 한림국제대학원대학교 청각언어치료학과 교수 이경원.

보청기는 인체 기관의 퇴화, 유전, 질병, 소음 노출 등 다양한 이유로, 소리를 잘 듣지 못하는 난청이 발생했을 때 주변의 소리를 적당한 크기로 증폭해주는 기구 및 기기이다.


최근의 보청기는 전기의 발명과 반도체 및 집적회로(integrated circuit) 기술의 발전으로 크기는 더욱 작아졌으며, 디지털 기술을 적용하여 보청기의 음질, 잡음, 음향피드백 등의 효율적인 제어를 통해 보청기의 음질과 난청인의 의사소통 능력은 물론 착용의 편리함까지 크게 개선할 수 있도록 발전하였다.


근래엔 다양한 형태와 기능을 가진 보청기가 탄생하였지만 보청기의 역사는 음향시대로 거슬러 올라간다.



전기 발명 이전의 보청기

전기가 발명되기 이전 최초의 보청기는 집음을 이용한 사람의 손으로 볼 수 있다.


즉 소리를 듣기 어려울 때 손을 오므려서 귓바퀴 뒤에 대면, 맨 귀로 듣는 것에 비해 훨씬 수월하게 소리를 청취할 수 있는데, 이론적으로 특정 주파수 대역에서 5~15dB 정도의 증폭효과가 있다.


그리고 소리를 좀 더 효과적으로 모으기 위해서 동물의 뿔 등을 이용하기 시작하였으며, 이후 청동 또는 철을 이용하여 나팔 모양의 집음기를 만들어 사용하였다.


청동 또는 철을 이용한 집음기는 집음 효과를 더욱 높이기 위해 그림과 같이 소리가 들어가는 부분의 집음구가 넓고, 공명효과에 의한 특정 주파수 대역의 효과적인 증폭을 위해 나팔관의 길이가 긴 형태로 제작하였다.


우측의 그림은 손을 이용한 집음(좌측), 청동 또는 철(우측)을 이용하여 제작한 집음기이다.





전기발명 이후의 보청기

- 전화기를 이용한 보청기

전기를 이용한 최초의 보청기는 1895년 또는 1898년 미국의 밀러 리즈 허치슨이 청각을 잃은 친구를 위해 개발한 아쿠폰(Akouphone)이 있으며, 1913년에는 독일의 지멘스가 보청기를 제조하기 시작했다고 한다.


그 외에도 각 세계의 유명 보청기 제조사는 보청기의 최초 또는 상업적인 생산에 있어서 서로 다른 견해를 내놓고 있다.


이러한 논쟁은 뒤로하고, 1900년 전후 미국의 알렉산더 그레이엄 벨 또는 독일의 요한 필립 라이스가 개발한 전화기의 원리를 보청기에 이용했다고 알려져 있으며, 1902년경에 탄소를 이용한 휴대용 보청기가 상업적으로 탄생하였다.


탄소를 이용한 보청기는 탄소마이크로폰, 전지, 자기수화기로 이루어져 있으며, 음향 증폭량은 20~30dB로 가량으로, 난청인이 충분히 사용할 수 있는 정도였다.



- 진공관을 이용한 보청기

진공관 내부가 진공인 유리관 내에 위치한 음극(cathode)과 양극(anode) 사이의 전위차에 의해 전자가 이동하여 특정한 방향으로 전류가 흐르도록 만든 전기 장치이다.


그리고 음극과 양극 사이에 그물 형태의 그리드(grid)를 추가하면 전류를 제어하여 전압을 증폭할 수 있다.

이러한 현상을 이용하여 주변의 소리를 증폭하는 것이 진공관식 보청기이다.


진공관식 보청기는 1920년경에 탄생하였으며, 진공관을 직렬 또는 병렬로 연결하면 잡음이 적으며, 높은 이득 및 출력을 얻을 수 있다.


진공관식 보청기는 이득이 70dB, 출력은 130dB SPL 정도까지 가능하여 오늘날의 귀걸이형의 보청기와 비슷한 이득 및 출력음압레벨이 가능하다.


그러나 진공관식 보청기는 진공관의 가열 및 전기회로의 구동을 위한 배터리로 인해 보청기의 크기가 너무 크고 무거워서 휴대가 어려운 단점이 있다.


우측의 그림은 진공관을 이용한 보청기로 배터리(좌측)와 보청기 본체(우측)의 모습이다.




- 반도체를 이용한 보청기

실리콘(원소기호: Si), 게르마늄(원소기호: Ge) 등은 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물을 첨가하면 n(-)형 또는 p(+)형의 전기전도성을 갖는데, 이러한 물질을 반도체라고 한다.


그리고 n형 또는 p형의 반도체를 두 겹 도는 세 겹으로 접합하면 전류를 특정한 방향으로 흐르게 하는 다이오드, 전류를 증폭하는 트랜지스터 등의 제작에 이용할 수 있는데, 이러한 반도체의 특성은 진공관을 대체하여 전자기기의 크기를 줄이는데 한 몫 하였다.


반도체를 이용한 트랜지스터의 제작 기술은 1950년대 초반에 상용화하였으며, 트랜지스터를 이용한 보청기는 1953년경에 등장하였다.


트랜지스터 보청기는 낮은 전압으로도 보청기를 작동할 수 있으며, 크기가 작아서 보청기를 귀 근처에 부착하거나, 외이도 내에 삽입할 수 있는 보청기의 제작이 가능해졌다.


그 후 반도체의 제작 기술은 트랜지스터를 실리콘 웨이퍼에 직접 배치 및 연결하여 작은 용적에 수백만 개의 트랜지스터를 넣을 수 있는 집적회로 기술이 개발되면서 보청기는 크기는 더욱 작아져서 현대적인 보청기의 형태가 가능해졌으며, 기능 및 성능 또한 대폭 향상되었다.


우측의 그림은 1950년대의 보청기(좌측 상단)와 현재 사용하고 있는 보청기의 형태 별 모습이다.











- 디지털 기술의 적용한 최근의 보청기

디지털 방식은 아날로그 형태의 소리에서 특정한 주파수 대역의 진폭(또는 크기)‘0’, ‘1’(ON 또는 OFF) 등의 숫자 배열로 바꾸는 방법으로, 이를 적절하게 제어하는 것을 디지털신호처리(DSP)라고 한다.


디지털신호처리 방식은 음향에 대한 정확한 계산과 제어가 아날로그방식에 비해 훨씬 용이하다.


그리고 집적회로 기술의 발전과 중앙처리장치(CPU)의 빠른 속도로 인해 최근의 보청기는 대부분 디지털 기술을 적용하고 있다.


기술을 적용한 보청기의 대표적인 기술들을 살펴보면 첫째, 채널의 구성이 쉬워진다.


채널은 주파수 대역별 증폭을 독립적으로 수행하는 기능으로 다채널이라고 하며, 다양한 형태의 청력손실의 개선, 음향피드백(하울링)의 제어, 잡음의 제어, 에너지가 약한 어음의 강조 등의 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.


둘째, 방향마이크로폰을 이용하여 특정 방향의 신호음을 더욱 증폭하여 다양한 환경에서의 어음청취 능력을 개선할 수 있다.


셋째, 청력손실이 심한 고주파수 대역의 정보를 낮은 주파수 대역으로 낮추어 가청 주파수 대역을 확장하는 주파수하강(frequency lowering) 기술이 가능하다.


넷째, 스마트폰 등 주변의 다양한 기기와의 호환을 통해 난청인이 전화 통화, 음악 등을 손쉽게 즐길 수 있다.


이처럼 디지털 기술을 접목한 최근의 디지털 보청기는 실생활에서 난청인의 의사소통 및 삶의 질 향상에 많은 도움을 주고 있다.


그리고 가까운 미래에는 인공지능, 빅데이터의 접목을 통하여 난청인의 의사소통 능력은 물론 삶의 질을 향상하는데 더 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.


아울러 통역, 생체 리듬의 기록 등의 부가기능을 탑재하여 청력에 문제가 없는 건청인 역시 다양한 용도를 위해 보청기를 착용하는 날이 멀지 않을 것으로 전망된다.


그러나 다양한 기능을 수행할 수 있는 디지털 보청기라 하더라고 난청인이 청력손실의 종류, 정도 등에 주파수 대역별 이득, 출력 등을 알맞게 조절하고, 보청기의 착용효과 측정 등을 통한 지속적인 조절과 적응 과정 등 전문가의 도움이 있어야만 보청기를 효과적으로 사용할 수 있다는 것을 기억해야 한다.



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