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Commun Sci Disord > Volume 27(2); 2022 > Article
안면센서 바이오피드백의 임상적 적용: 음성치료 또는 발성훈련에 미치는 효과

초록

배경 및 목적

바이오피드백 치료법은 목소리에 긍정적인 영향을 미치는 훈련 중 하나이다. 공명 발성치료나 튜브 발성을 보다 효과적으로 실시하기 위해서는 환자가 얼굴 구조의 특정 부위에서 진동감을 느끼는 것이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 새로이 개발된 안면 진동측정시스템을 사용하여 음성훈련이나 음성치료시 안면진동 감각에 대한 임상적 근거를 제시하는데 있다.

방법

음성장애가 없는 총 38명의 정상 청년층이 참여하였다. 새롭게 개발된 안면진동센서시스템을 이용하여 세 가지 신체 부위(뺨, 코, 목)에 진동센서를 장착한 후 편안한 상태에서 /ㅏ/발성, 카주 발성, 입술트릴, 허밍, 튜브발성, 물저항 발성 동안 진동부위와 크기를 측정하였다.

결과

공명 발성이나 튜브 발성 유형에 따라 신체 부위(볼, 코, 목)별 진동 크기는 유의미한 차이를 보였다. 즉, 허밍에서는 코에서 가장 큰 반면, 물저항 발성, 입술트릴, 카주, 빨대 발성에서는 뺨에서 가장 진동이 크게 나타났다. 또한, 음성치료나 발성훈련법 (/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 콧노래, 빨대 발성, 물저항 발성) 간 진동 크기에서도 유의한 차이가 있었으며, 이중 진동원인 입술트릴과 물저항 발성이 다른 단일 진동원 발성에 비해 진폭이 크게 나타났다.

논의 및 결론

안면진동센서는 반폐쇄성도운동 훈련이나 치료를 하는 동안 안면진동 감각에 대한 임상적 근거를 제공할 수 있다. 또한, 진동 감각에 대한 생체피드백을 제공할 수 있으며, 공명 음성 또는 튜브 발성을 적절하게 수행할 수 있는지 모니터링하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

Abstract

Objectives

Biofeedback therapy is a training technique that has a positive effect on the voice. In order to conduct resonant voice therapy or tube phonation more effectively, it is important for the patient to feel the vibration sensation in a specific part of the facial structures. Therefore, in this study, the clinical basis for facial vibration was presented by quantifying the vibration site and magnitude using vibration sensors during various semi-occluded vocal tract phonations.

Methods

A total of 38 normal young adults without dysphonia participated in this study. Recording was performed a total of 6 times for each type of phonation, in the order of /a/ phonation, Kazoo, lip trill, humming, straw phonation, and tube phonation in water at the comfortable level using newly developed facial vibration sensor.

Results

There was a significant difference in the magnitude of vibration according to body parts (cheek, nose, neck) during resonant voice or tube phonation; the largest amplitude presented in the nose during humming whereas lip trill, straw, kazoo, and tube phonation in water presented in the cheek. There were also significant differences in the magnitude of vibration among the voice therapy exercises or vocal training techniques (/a/ phonation, Kazoo, lip trill, humming, straw phonation, and tube phonation in water; with greater amplitude in dual sources such as lip trill and water resistance phonation than in single source phonations.

Conclusion

The facial vibration sensor could provide clinical evidence for facial vibration sensation during semi-occluded vocal tract phonation. It can also provide biofeedback and monitor whether patients can perform semi-occluded vocal tract phonation properly.

반폐쇄성도운동(semi-occluded vocal tract exercise, SOVTE)은 이미 전통적으로 가수나 음성전문가들에게 발성 워밍업으로 오랜 기간동안 사용되어져 왔으며, 최근에는 음성피로 및 성대 결절, 근긴장성 발성장애와 같은 과기능적 음성장애 환자나 실성증 환자뿐 아니라 성대마비와 같은 과소기능 음성장애 환자 및 성대과대내전을 보이는 연축성 발성장애, 성대과소내전을 보이는 다계통위축증, 파킨슨병과 같은 신경학적 음성장애의 효과적인 치료방법으로 보고되었다(Chae, Choi, Choi, & Lee, 2019; Choi, 2017; Guzman et al., 2013; Kim, Lee, Choi, & Choi, 2017; Lim, Choi, Kim & Choi, 2016; Titze, 2006).
SOVTE는 성도(vocal tract)의 앞부분, 뒷부분 등과 같이 성도의 일부분을 수축하며 발성, 호흡, 공명의 협응에 초점을 맞춘 총체적 기법으로(Chae et al., 2019; Choi, 2017) 발성 시 성대 진동과 성도 간의 상호작용은 최대화된다. 실제 임상에서 음성치료에 사용되는 대부분의 음성 훈련 방법은 반폐쇄성도운동이며, 입술트릴, 양순마찰음, 허밍, 공명음성치료, 성대기능훈련, 엑센트기법, 튜브나 빨대 발성 등이 여기 속한다(Titze, 2006). SOVTE를 더욱 효율적으로 실시하기 위해서는 대상자 스스로 전체 얼굴 구조 중 특정 부분에서 진동 감각을 느끼는 것이 중요하다(Titze, 2006).
공명 음성(resonant voice)은 잘 뻗어 나가고 산출하기 편하며, 마스크라 불리는 코와 입 주변 부위가 진동하는 감각을 동반하는 음성을 말한다(Smith, Finnegan, & Karnell, 2005; Titze, 2001). 허밍이나 비음 · 유음을 이용한 공명 발성은 흔히 안면에 진동 감각을 느끼며 힘을 들이지 않고 소리 내는 발성 방법으로, 환자에게 생리학적인 특성을 설명하기보다는 감각에 집중하게 하며 새로운 감각을 개발하는 데에 목적이 있다. 또한, 공명 발성은 부비동과 머리 전체를 공명강으로 사용하여 진동을 느끼면서 발성하는 소리로, 공명 발성 시 소리 산출의 중심 부위가 목 수준에서 위쪽으로 이동하게 되는데, 이를 통해 후두 긴장을 줄일 수 있다(Song, Sim, & Choi, 2000).
공명음성치료(resonant voice therapy, RVT)는 Lessac이 배우들을 훈련시키기 위해 제작한 것을 기초로 하여 Verdolini에 의해 체계적으로 개발된 총체적 음성치료법 중 하나이다. 성대에 주는 충격과 성대가 필요로 하는 노력을 최소화시켜 가능한 범위 안에서 가장 강하고 가장 깨끗한 소리를 낼 수 있도록 하는 것으로 발성 노력을 감소시키고, 음질을 개선시키는 데 효과적인 것으로 알려져 있다(Verdolini, Druker, Palmer, & Samawi, 1998). /ㅁ/음을 높은 음에서 낮은 음까지 활창하는 것을 포함하며, 복식호흡을 하면서 안면골(facial bone)에 소리의 초점을 맞추게 한다. 발성 동안 얼굴 부분에서 이루어지는 공명 감각을 느껴보도록 하며 과도한 근육 긴장이 동반하지 않는 지 모니터링하면서, 얼굴과 마스크 주변에서 이루어지는 공명 감각을 느끼면서 발성하는 것이 중요하다. 따라서, 이러한 발성은 호기류를 매우 효율적으로 성대진동음으로 바꾸어 주며, 이는 머리, 목 전체를 통해 그 진동이 퍼지게 되는 결과를 가져온다(Chen, Hsiao, Hsiao, Chung, & Chiang, 2007).
카주 발성은 카주를 이용하여 공명 발성을 음성치료에 많이 사용하는 방법 중 하나로 실행하기 쉽고, 훈련 장비가 필요하지 않으며, 성도에서 고유 수용적 감각을 만들어내며, 목소리에 긍정적인 영향을 미친다. 최근 Christmann 등(2020)의 연구에서는 성대결절이 있는 교사들의 음질을 개선하는 데 도움을 주었으며, 성도의 불편감을 줄이고, 음성과 관련된 삶의 질이나 음성활동과 참여 프로파일 검사에서 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
성대기능훈련(vocal function exercise, VFE)은 Briess가 개발한 것에 근거하여 Stemple 등에 의해 개발된 총체적 음성치료법 중 하나로 얼굴 부분에서 진동을 느끼는 데 초점을 두면서 모든 음성을 최대한 부드럽게 긴장의 초점을 앞쪽에 두어 발성하도록 한다. /o/ 모음을 이용하여 확장과 수축 훈련을 하며, 다양한 음도에서 인두는 열고 입술은 좁게 하여 얼굴 부분에서 진동을 느끼는데 초점을 두면서 발성하도록 한다. 공명 발성과 마찬가지로 성대가 거의 떨어지지도 접촉하지도 않는 정도의 매우 부드러운 성대 진동과 더불어 산출되는 소리로서 편안한 음성 산출을 목표로 한다. 액센트기법은 호흡의 지지, 성도의 이완을 통해 편안한 음성 산출을 유도하면서 리듬 패턴을 이용하여 유무성 마찰음과 폐모음을 사용하여 발성한다. 이 때 환자는 적절한 호흡 지지와 함께 충분한 공명을 유지하면서 발성을 하도록 한다(Kotby & Fex, 1998).
한편, 물저항 발성(water resistance therapy, WRT)은 한쪽 끝에 물이 담겨 있는 튜브 안으로 소리를 내는 발성으로 연습이 정확히 이루어지면 환자는 얼굴, 심지어 일부는 가슴에서도 명백하게 진동이 일어나는 것을 느낄 수 있다(Simberg & Laine, 2007). 빨대나 튜브 발성은 튜브나 빨대가 진동 감각의 지각을 더 강하게 만들기 때문에 대상자에게 진동 감각을 느끼게 하며 성대나 성문이 변화되도록 유도할 수 있다(Guzman et al., 2013). 특히, 물저항 발성은 물거품이 발생하기 때문에 즉각적인 시각적 피드백 제공이 가능하며, 안면의 진동감이 지각되기 때문에 일반화 단계에서 음성 배치를 안면으로 쉽게 만들 수 있다는 것이 장점이다(Kim & Lee, 2020). 이와 같이 위에서 언급한 음성치료기법들에서 목표로 하는 발성들을 올바르게 산출하려면 실제로 얼굴과 마스크 주변에서 진동이 잘 일어나야 하고, 환자가 진동 감각을 지각할 수 있도록 하는 것이 중요하지만, 환자들이 제대로 공명 발성을 하고 있는지 혹은 공명 감각을 지각하면서 발성하고 있는 지 객관화하기는 매우 어렵다. Chen, Ma와 Yiu (2014)는 공명 발성 시 중요한 점은 안면 뼈 중에서 진동해야 하는 가장 적절한 부위를 찾는 것인데, 안면 뼈 진동의 촉각이 공명 발성을 촉진하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없다고 주장하였다. Song 등(2000)은 공명 발성이 과도한 성대 내전을 이완시켜 치료로서 의미를 가지고, 호흡 자체의 강화에는 좋은 연습 방법이지만 일반인 또는 음성 환자들이 공명 발성을 쉽게 습득할 수 있을지를 의문점으로 제기하였다.
Gaskill과 Quinney (2012)는 언어재활사가 대상자에게 공명 발성에 대한 적절한 수준의 교육이나 훈련을 실시한다 하더라도 공명관을 사용하여 일반적인 발성을 할 때 동작을 일관되게 실시하고, 변경할 수 있는지에 대한 여부는 추가 검증이 필요하다고 주장하였다. 따라서, 임상에서 환자들이 공명 발성을 포함한 반폐쇄성도 훈련을 시행할 때 안면진동을 충분히 잘 하고 있는 지 모니터링하거나 피드백을 할 수 있는 방법을 찾는 것이 필요하다.
직접적인 음성치료 방법 중 생체피드백은 음성 산출에 문제가 있는 경우 명확하고 신뢰할 수 있는 피드백을 제공함으로써 음도, 음량 및 음질의 개선을 촉진한다. 생체피드백은 환자가 보이는 음성 행동의 생리학적 측면에 대한 정보를 제공해 주는데, 이는 청각적, 시각적, 촉각적, 운동감각적 통로를 통해 이루어진다(Van stan, Roy, Awan, Stemple, & Hillman, 2015). 현재까지 음성치료나 훈련시 다양한 근전도나 음향학적 시스템, 소음측정기(sound level meter)와 같은 시각적, 청각적 피드백이나 촉각적 피드백이 많이 사용되어져 왔다(Kawitzky & McAllister, 2020; Ribeiro et al., 2019; Schalling, Gustafsson, Ternström, Wilén, & Södersten, 2013). 또한, 음성치료의 중재 전달 방법으로는 단계, 모델링, 심리적지지, 교수와 같은 외적 접근법과 환자 자신의 자가 평가 및 자가수정, 자기 단서와 같은 내적 접근법이 있는데 이러한 접근법의 공통점은 피드백과 정확한 연습, 가정에서 연습을 위한 프로그램이다.
최근 선행 연구에 의하면, 생체피드백이 음성 기능을 개선시키는데 효과적이었으며, 후두근육의 긴장이 감소하고, 음질이 개선되었으며 음성 문제가 많이 해소됨을 보고하였다(Allen, 2007; Yorkston, Spencer, & Duffy, 2003). 현재까지 음성치료 방법은 언어재활사가 모델링하고 이것을 환자가 모방하는 형태의 치료가 대부분인데 이것이 얼마나 올바르게 실행되고 있는 지 이에 대한 적절한 피드백이나 평가가 어려운 실정이다. 또한 SOVTE시 연습이 정확히 이루어지면 환자는 공명 진동 감각을 느낄 수 있는 데 이러한 환자의 수행을 적절히 모니터링하고 환자에게 적절한 피드백을 제공하는 것은 매우 중요하다. 따라서, SOVTE를 제대로 잘 하고 있는지 피드백을 줄 수 있는 시스템이 개발된다면, 효율적으로 음성치료에 대한 모니터링 및 자가훈련에 도움을 줄 수 있을 것이다.
본 연구에서는 SOVTE에 대한 근거 기반을 마련하기 위해 새로 개발된 안면진동센서시스템을 사용하여 SOVTE 유형 간 안면 부위의 진동의 차이를 살펴 보고, 나아가 SOVTE 유형 간 안면 부위에서 서로 다른 진동 크기를 보이는지 살펴봄으로써 SOVTE 음성 치료 및 발성 훈련의 근거를 마련하고, 음성치료 시 생체피드백의 적용과 임상적 시사점을 살펴보고자 한다.

연구방법

연구대상

본 연구의 모든 절차는 대구가톨릭대학교 생명윤리위원회 심의를 받았으며(CUIRB-2021-0080), 모든 대상자의 서면 동의를 받은 후 진행되었다. 본 연구는 공고문을 통해 청년층을 대상으로 실험 지원자를 모집하였다. 모집된 대상자는 총 38명(남 18, 여 20)으로 평균 연령은 21.5±6.3세이며, 연령 범위는 만 19-27세였다.
본 연구에 포함된 구체적인 연구 대상자 선정 기준은 다음과 같다.
가. 최근 3개월 이내 감기를 앓지 않은 자
나. 후두 질환이 없으며 음성 문제를 보고하지 않은 자
다. 음성장애 경력 10년 이상 1급 언어재활사 2인에 의한 GRBAS 청지각적 평가에서 G0으로 평정된 자
라. 음성훈련을 전문적으로 받지 않은 일반인

검사도구

음성 샘플 수집은 소음이 없는 조용한 환경인 음성실에서 진행되었다. 음성 샘플 수집은 3일 동안 2급 언어재활사의 지도 하에 매일 1-2시간 연습을 진행한 후 녹음을 실시하였다. 입술트릴은 성대 진동이 동반되도록 하였으며 최소 7초 이상 가능한 사람을 대상으로 진행하였다 모든 발성은 편안한 자세로 목에 힘을 주지 않고 평소 대상자가 산출하는 목소리의 음높이와 강도로 진행하였다.
녹음을 발성 유형별로 총 6차례 실시하였으며, /ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성순으로 진행하였다.
Kazoo의 경우 미국 Duplop사의 Kazoo 7700을 사용하였으며, 빨대 발성 시에는 내경 3.0 mm에 해당하는 빨대를 사용하였다. 물저항 발성 시에는 길이 35 cm, 내경 7 mm, 외경 10 mm의 실리콘 튜브와 500 mL 물병을 사용하였으며, 물의 깊이는 7 cm로 하였다.
한편, 진동 크기를 객관적으로 측정하기 위하여 새로운 안면진동센서시스템을 구현하였다. 개발한 시스템에 사용된 진동센서는 VS-BV203 (NEC TOKIN Corp., Japan)이며 PSL-DAQ (PhysioLab Co., Korea)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해주었다. 장치에 사용된 도구는 Power supply (OPE-3z05QI), Probe, Vibration Sensor (VS-BV203), DAQ (PSL-DAQ), Breadboard & Cable, PC (software)였다(Figure 1). 대상자의 신체 부위(뺨, 코, 목)에 진동센서를 부착하여 3 M tape로 고정한 다음 발성 유형별로 녹음을 진행하였다. 피부 표면을 닦은 후 3 M 테이프로 센서에 부착면으로 표시된 부분을 피부 쪽으로 향하게 하여 대상자마다 일관되게 부착하였다. 진동 센서의 부착 부위는 뺨의 경우 광대뼈 바로 아래 근육 부위에, 후두는 갑상연골 중앙부에, 코의 경우 오른쪽 콧기둥 위치에 부착하였다(Figure 1).
자료는 5초 발성 후 안정된 구간인 중간 2초 구간을 분석하였다. 정확한 정량적 분석을 위해 녹음 전 진동센서를 부착한 상태에서 baseline을 먼저 측정하였다. 이후 발성 유형별로 진동 크기를 측정하여 baseline 측정값-안정된 구간으로 계산하였으며, 이때 각 측정값의 평균을 낸 다음 그 값에 제곱근을 취해 계산하는 Root Mean Square (RMS)을 사용하여 진동 크기를 계산하였고, 진동 크기의 단위는 voltage (V)로 하였다.
진동센서가 2채널이었기 때문에 뺨과 코, 뺨과 목으로 각각 2번 측정한 후, 2번 측정한 부위는 평균값으로 계산하였다(Figure 2). 발성 방법 간 비교를 수행할 때의 진동 크기는 뺨, 코, 목에서 측정된 세 측정치의 평균값으로 하였다.

자료처리 및 통계분석

자료 통계처리는 IBM SPSS (Statistic Packages for Social Science, IBM, Inc., USA) Version 28.0.1.0을 사용하였다. 반폐쇄성도발성 시 신체 부위에 따른 진동 크기와 반폐쇄성도발성 유형 간(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 진동 크기를 확인하기 위해서 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)을 사용하였다. Mauchly의 구형성이 검정된 경우에는 구형성 가정 값을 사용하였으며, 구형성 검정을 만족하지 않은 경우에는 Greenhouse-Geisser의 자유도와 F값을 사용하였다. 개체 내 효과 검정 결과가 통계적으로 유의할 경우에는 대응별 비교를 실시하여 유의성 검정을 실시하였으며, 통계적 유의수준은 .05 수준에서 검정하였다.

연구결과

반폐쇄성도발성 시 신체 부위에 따른 진동 크기 비교

/ㅏ/모음 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

/ㅏ/모음 발성 시 뺨에서 평균 진동 크기는 .136 (±.395) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .051 (±.106) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .884 (±.573) V이었다.
/ㅏ/모음 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA) 결과, 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.611, 59.596)=49.391, p<.001).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 신체 부위 중 뺨과 코에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나(p=.217), 뺨과 목에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.000), 코와 목에서도 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p=.000)(Figure 3).

카주 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

카주 발성 시 뺨에서 평균 진동 크기는 .536 (±.606) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .127 (±.187) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .158 (±.242) V이었다.
카주 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.141, 42.213)=12.964, p<.001).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 코와 목에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나(p=.375), 뺨과 코에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.000), 뺨과 목에서도 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p=.002) (Figure 4).

입술트릴 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

입술트릴 시 뺨에서 평균 진동 크기는 1.582 (±.913) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .091 (±.145) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .302 (±.453) V이었다.
입술트릴 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.367, 50.581)=78.771, p<.001).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 신체 부위 중 코와 목에서 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p=.007), 뺨과 코에서 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.000), 뺨과 목에서도 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p=.000) (Figure 5).

허밍 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

허밍 시 뺨에서 평균 진동 크기는 .379 (±1.623) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .950 (±.762) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .128 (±.187) V이었다.
허밍 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복 측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.359, 50.281)=7.901, p=.003).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 신체 부위 중 코와 목에서 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p=.000), 뺨과 코에서 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.026), 뺨과 목에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p=.312) (Figure 6).

빨대 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

빨대 발성 시 뺨에서 평균 진동 크기는 .861 (±1.405) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .061 (±.100) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .160 (±.206) V이었다.
빨대 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.045, 38.653)=11.248, p=.002).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 신체 부위 중 코와 목에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었고(p=.020), 뺨과 코에서 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.001), 뺨과 목에서도 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p=.003) (Figure 7).

물저항 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

물저항 발성 시 뺨에서 평균 진동 크기는 1.474 (±.869) V이었고 코에서 평균 진동 크기는 .134 (±.364) V이었으며, 목에서 평균 진동 크기는 .154 (±.278) V이었다. 물저항 발성 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 신체부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(1.320, 48.840)=67.748, p<.001).
신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 대응별 비교 결과, 신체 부위 중 코와 목에서는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나(p=.783), 뺨과 코에서는 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(p=.000), 뺨과 목에서도 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.000) (Figure 8).

반폐쇄성도발성 유형 간(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 진동 크기 비교

/ㅏ/발성 시 평균 진동 크기는 .401 (±.777) V이었고 카주 발성 시 평균 진동 크기는 .273 (±.431) V이었으며, 입술 트릴 시 평균 진동 크기는 .658 (±.886) V이었다. 허밍 시 평균 진동 크기는 .486 (±1.088) V이었고 빨대 발성 시 평균 진동 크기는 .361 (±.889) V이었으며, 물저항 발성 시 평균 진동 크기는 .643 (±1.179) V이었다.
반폐쇄성도발성 유형 간(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 진동 크기에 대한 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measure of ANOVA)결과, 반폐쇄성도발성 유형 간 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(F(3.316, 374.731)=3.758, p=.009) (Figure 9).

논의 및 결론

본 연구는 새로이 개발된 진동센서시스템을 사용하여 SOVTE 시 안면진동 감각에 대한 임상적 근거를 제공하기 위하여 일반인을 대상으로 SOVTE 유형에 따라 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기를 비교해 보았으며, SOVTE 유형 간(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 진동 크기를 비교 분석하였다.

SOVTE 유형에 따른 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기 비교

본 연구에서 SOVTE 시 신체 부위(뺨, 코, 목)에 따른 진동 크기를 비교한 결과, 반폐쇄성도발성 시 신체 부위에 따른 진동 크기는 유의한 차이를 보였다.
진동이 나타나는 신체 부위를 살펴 보면, /ㅏ/모음 발성은 목에서 가장 큰 진동이 있는 반면, 반폐쇄성도훈련 중 허밍은 코에서, 나머지 카주, 입술트릴, 빨대 발성, 물저항 발성은 모두 뺨에서 진동이 가장 크게 나타났다. 이러한 결과는 공명 발성 훈련을 위해서는 /ㅏ/와 같은 개모음 보다는 입술을 폐쇄하거나 좁게 만들어 발성하는 카주, 입술트릴, 빨대 발성, 물저항 발성이 안면진동을 촉진시키며, 안면진동 감각을 느끼게 하는 데 도움을 줄 수 있음을 시사하였다. 일반적으로 모음 산출 시 성대에서 만들어진 음향학적 에너지는 성도로 전달되고 입 밖으로 산출되는데, SOVTE 동안 성도의 앞부분이 좁아지거나 폐쇄될 경우, 음향학적 에너지는 입술 밖으로 나가지 못하고 성도의 앞부분인 코나 뺨에 도달하여 진동 감각을 더욱 효과적으로 지각할 수 있다. 따라서, 반폐쇄성도훈련은 코나 뺨의 진동의 고유수용적 피드백을 사용하여 공명 음성을 생성을 더 잘 학습할 수 있는데 공명 음성 산출 중 진동을 느끼기 위해 진동 부위에 손가락을 대도록 하는 전통적인 치료 방법은 환자에게 공명 발성을 지각하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 하지만, 대부분의 환자들은 단순히 감각이나 지각에 의존하게 되므로 안면진동센서는 공명 감각을 익히는 데 효과적인 방법이 될 수 있을 것이다.
Chen 등(2014)의 연구에서는 압전 가속도계(piezoelectric accelerometer)를 3M 의료용 테이프로 세 가지 안면 부위(비중격 연골 바로 위에 있는 오른쪽 콧기둥과 인중 왼쪽의 윗입술 위, 갑상연골의 후두융기)에 부착하여 공명음성치료(RVT) 전후 음성 산출 시 진동 크기를 측정하였다. 녹음은 4가지 음성(/ㅁ/, /ㅏ/, /ㅣ/, /ㅜ/)의 연장발성을 하도록 하여 기초선을 측정하였고, 30분간 RVT를 4회 실시한 후 4가지 음성(/ㅁ/, /ㅏ/, /ㅣ/, /ㅜ/)의 연장 발성동안 진동 크기를 측정하였다. 그 결과, 공명 발성 훈련 후 공명 발성 시 안면 뼈 진동이 더욱 증가하였다고 하였는데, 모음 연장 발성보다 비음 /ㅁ/, 허밍에서 훨씬 큰 비강 진동이 나타났다고 보고하였다. 훈련 전후 비음 /ㅁ/이 가장 큰 진동을 생성하는 반면, 모음 /ㅏ/는 가장 작은 진동을 생성하였다. 따라서, RVT훈련 후 안면골의 진동이 증가한다는 증거를 제공하였으며, 각기 다른 소리에 의해 발생하는 안면 뼈의 진동에 대해서도 유의한 차이가 발견되었다. 즉, 비음 /ㅁ/과 폐모음인 /ㅜ/나 /ㅣ/ 모음은 공명음 생성시 훨씬 큰 규모의 진동을 발생시키므로 공명 음성 훈련 시 /ㅁ/나 /ㅣ/, /ㅜ/ 모음을 사용하도록 권고할 수 있다. 본 연구에서도 허밍 시 신체 부위 중 코에서 진동 크기가 가장 크게 나타나 선행 연구의 결과를 지지하였다. 더 나아가 모음 /ㅏ/발성과 허밍을 비교하였을 때 모음 /ㅏ/에 비하여 허밍에서 진동이 가장 크게 나타났는데, 이러한 결과를 통해 본 연구에서 사용한 안면진동센서가 공명장애가 있는 청각장애나 구순구개열 환자의 비성도를 간접적으로 측정할 수 있을 것으로 보이며, 치료 시 바이오피드백으로 유용하게 사용할 수 있을 것이다. 추후의 연구에서는 공명장애환자를 대상으로 이러한 안면진동센서를 이용하여 비성도를 측정하여 공명장애 진단과 치료의 유용성을 살펴 볼 수 있을 것이다.
한편, 입술트릴은 호흡의 에너지가 성대와 입술 두 개의 진동체로 분산되어 성대의 과도한 접촉을 막을 수 있는데(Lee, Lee, Lim, & Choi, 2017), 본 연구에서는 입술트릴 시 허밍과 달리 뺨 부분에서 가장 큰 진동 크기가 나타났다. 본 연구에서는 입술 부위의 진동은 따로 측정하지 않았는데, 진동 시 입술 주변에 테이프가 잘 고정되지 않아 신뢰로운 데이터를 얻는데 어려움을 보였다. 따라서, 본 연구에서 입술트릴 시 입술 대신 뺨 부분의 진동을 측정하였는데, 이는 입술의 진동으로 인해 뺨 부분이 영향을 받아 이 부분의 진동이 가장 높게 나타난 것으로 해석된다.
또한, 음성촉진법에서 생리적 발성과 함께 의도적 발성으로 카주를 사용하기도 하는데, 카주는 초기 의도적 발성에 사용되기도 하지만, 최근 Christmann과 Cielo (2017)는 반폐쇄성도기법 중 하나로서 카주를 사용하여 기능적 음성장애를 가진 교사들에게 단기간 집중적인 음성치료를 통해 음성개선 효과를 보고하였다. 카주 발성도 반폐쇄성도훈련 중 하나로서 카주를 불 때 입술 주변과 안면 부위에 진동을 주면서 공명 발성 훈련에 도움을 줄 수 있다. 본 연구결과, 카주 발성 시 목이나 코에 비해 뺨에 진동이 가장 큰 것으로 나타났다.
한편, 물저항 발성은 입술트릴과 마찬가지로 이중 진동원을 가지며, 입술트릴과 마찬가지로 성대의 진동과 함께 안면진동을 동반하는데, 얼굴 중에서도 뺨의 진동이 가장 큰 것으로 나타났다. 또한, 빨대 발성은 입술 사이에 빨대를 물고 소리를 내는 방법으로 발성 동안 저항을 제공하는데, 관이나 빨대가 진동 감각의 지각을 더 강하게 만들기 때문에 대상자에게 진동 감각을 느끼게 하며 성대와 성문이 변화되도록 유도할 수 있다(Guzman et al., 2013). 본 연구결과, 빨대 발성은 물저항 발성과 마찬가지로 뺨에서 가장 진동 크기가 크게 나타났다. 따라서, 입술트릴 뿐 아니라 빨대 발성과 물저항 발성 훈련 시 안면의 진동감이 지각되기 때문에 일반화 단계에서 음성 배치를 안면으로 쉽게 만들 수 있을 것이다.
특히, Titze (2006)는 가장 저항이 큰 지름이 좁은 빨대부터 차차 저항이 적은 지름이 넓은 빨대를 사용하도록 제안하였는데, 실제 임상에서 빨대 발성을 하는 경우 높은 저항감과 압력으로 인해 대상자들이 긴장감이 증가하고 불편함을 호소하는 경우도 있다. 따라서, 본 연구에서 개발된 안면진동센서를 이용한다면 각 반폐쇄성도운동 시 안면진동 부위를 찾아내는 데 도움을 줄 수 있을 뿐 아니라 진동의 크기를 정량화할 수 있어 음성치료의 효과를 측정하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

반폐쇄성도발성 유형(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 간 진동 크기 비교

본 연구결과, 반폐쇄성도발성 유형(/ㅏ/발성, 카주, 입술트릴, 허밍, 빨대 발성, 물저항 발성) 간 진동 크기는 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 특히, 이중 음원인 입술트릴과 물저항 발성이 단일 음원인 카주나 허밍, 빨대 발성에 비해 진동 크기가 더 크게 나타났다. 이러한 결과는 입술트릴과 물저항 발성은 이중 진동원을 가지기 때문에 단일 진동원에 비해 음향학적으로 더 많은 진동의 크기가 감지된 것으로 유추된다. 나아가 이러한 결과는 입술트릴이나 물저항 발성이 다른 발성에 비해 음성장애 환자들에게 안면진동 감각을 지각하기에 더 효과적인 발성임을 시사한다. 하지만, 일반인의 경우 입술트릴은 개인에 따라 어려운 과제일 수 있으므로 튜브를 이용한 물저항 발성을 통해 음성배치나 안면진동 감각을 습득하는 데 도움을 받을 수 있을 것이다. 대부분의 음성장애 환자들은 자신의 음성을 찾는 것을 어렵게 느낄 뿐 아니라 좋은 음질의 음성을 산출하기 위해 발성의 초점을 후두쪽에서 성도쪽으로 이동시키고, 특히 안면 마스크에 음성을 배치시키는 것을 어려워할 수 있다. 이러한 관점에서 볼 때, 본 연구에서 개발된 안면진동센서를 이용한 안면 진동 측정시스템은 음성 장애 환자들이 반폐쇄성도발성 시 진동 감각에 대한 고유수용성 감각을 습득하는데 생체피드백을 제공할 수 있을 것이며, 실제 공명 발성이나 반폐쇄성도훈련을 제대로 하고 있는지 모니터링하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
본 연구의 제한점으로는 첫째, 본 연구는 음성 질환이 없는 정상 청년층을 대상으로 하였으므로, 추후 연구에서는 음성장애 환자를 대상으로 연구를 확대해 나가는 것이 필요하다. 둘째, 물저항 발성 시 물 깊이는 7 cm로 하였으며 내경 7 mm, 외경 10 mm의 실리콘 빨대를 사용하였다. 물저항 발성의 경우 실리콘 빨대 직경과 물 깊이에 따라 안면진동 크기가 달라질 수 있기 때문에 추후 연구에서는 다양한 지름의 빨대와 물 깊이별로 연구를 실시해 볼 필요가 있다.
셋째, 본 연구에서는 진동 위치를 뺨, 코, 목 세 가지 부위에 한정하여 진동 부위의 크기를 비교하였다. 실제 입술이나 인중과 같은 부위는 진동 시 테이프의 접착력에 따라 접착이 잘 안되는 경우도 있어 얼굴 부위 중 뺨 부위로 선정하였다. 추후의 연구에서는 다양한 신체 부위와 발성 유형(억압된 발성, 성대기능훈련 /ㅇ/ buzz), 성구(흉성, 두성, 성대프라이)유형에 따라 확대하여 연구를 진행해 볼 수 있을 것이다.
마지막으로 본 연구에서는 훈련받지 않은 일반인을 대상으로 3일 동안 충분한 발성 연습을 한 다음 연구를 진행하였다. 그러나, 개인의 숙련도에 따른 차이가 있었으며, 이는 연구결과에 영향을 미칠 수 있기에 추후 연구에서는 훈련 전후 안면진동 유무와 진동크기에 대한 연구를 통해 안면진동센서시스템을 이용한 반폐쇄성도운동의 유용성을 검증해 볼 수 있을 것이다.

Figure 1.
Quantification of vibration magnitude according to a body site using a newly developed facial vibration measure system; Power supply (OPE-3z05QI), Probe, Vibration Sensor (VS-BV203), DAQ (PSL-DAQ), Breadboard & Cable, PC (software).
csd-27-2-420f1.jpg
Figure 2.
Examples of the graphs representing vibration magnitudes in the nose and cheek in the 2 channels of a newly developed facial vibration measure system.
csd-27-2-420f2.jpg
Figure 3.
Vibration intensity according to body parts during /a/ phonation using facial vibration sensor.
***p < .001.
csd-27-2-420f3.jpg
Figure 4.
Vibration intensity according to body parts during kazoo phonation using facial vibration sensor.
**p < .01, ***p < .001.
csd-27-2-420f4.jpg
Figure 5.
Vibration intensity according to body parts during lip trill using facial vibration sensor.
**p < .01, ***p < .001.
csd-27-2-420f5.jpg
Figure 6.
Vibration intensity according to body parts during humming using facial vibration sensor.
*p < .05, ***p < .001.
csd-27-2-420f6.jpg
Figure 7.
Vibration intensity according to body parts during straw phonation.
*p < .05, **p < .01.
csd-27-2-420f7.jpg
Figure 8.
Vibration intensity according to body parts during tube phonation in water.
***p < .001.
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Figure 9.
Vibration magnitude between types of semi-occluded vocal tract phonation.
*p < .05, **p < .01, ***p < .001.
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