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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 43(1); 2000 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2000;43(1): 69-74.
The Changes and Characteristics of Acoustic Parameters with Aging in Korean.
Hyung Tae Kim, Seung Ho Cho, Sung Moon Youn, Dong Il Sun, Min Sik Kim
Department of Otolaryngology-HNS, The Catholic University of Korea, College of Medicine, Seoul, Korea.
연령에 따른 한국인의 음향지표 변화와 특성
김형태 · 조승호 · 윤성문 · 선동일 · 김민식
가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실
주제어: 연령별 음향지표의 변화정상 역치음향학적 매개변수다중 음향 분석 프로그램.
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
A number of studies have found that anatomic and physiological changes of the larynx with advancing age result in reduced control of the phonatory mechanism in elderly individuals. Although vocal signs of senescence are a small reflection of involution, it is important to understand the effects of normal aging on voice by differentiating changes precipitated by aging from those precipitated by physical abnormalities. The purposes of this study are to investigate the characteristics and examine the normative reference of the acoustic parameters with aging in Koreans.
MATERIALS AND METHODS:
The acoustic measurements in 300 normal persons of all age groups without laryngeal and audiological problems were assessed by multi-dimensional voice program (MDVP) 4305, KAY Elemetrics Corp., NJ, USA), and the changes due to advancing age were analysed.
RESULTS:
Fundamental frequency in women decreased with advanced age but it was noted with stability in men as they aged. Frequency stability decreased with advanced age in Koreans; amplitude stability decreased in men but not in woman. The normative reference of acoustic parameters in all age groups was also discussed.
CONCLUSION:
It may be suggested that the different normal thresholds for evaluating acoustic parameter in normal voice should be adjusted in different age groups in Korean.
Keywords: Vocal agingNormative referenceAcoustic parametersMDVP

서     론

   

   연령 변화에 따른 음성의 변화는 후두의 성장과 더불어 노화에 의한 퇴행성 변화를 반영하게 된다.1) 그러나 이러한 음성의 연령별 변화가 정상적인 연령 증가에 따른 변화인지 아니면, 병적 소견에 의한 것인지를 구별하는 것은 정상인이나 음성환자의 음성을 분석을 하는데 중요한 부분이다. 그러므로 먼저 음성의 변화를 판단할 수 있는 음향 지표들의 연령별 변화와 특징을 이해하는 것이 음성 분석의 중요한 기초작업이 되며, 이를 위하여 여러 매개 변수들의 정상 수준과 정상적인 연령 증가에 따른 매개변수 값의 변화에 대한 객관적인 자료가 필요하다. 현재 음성의 객관적 평가를 위하여 공기역학적 검사, 성대 진동 검사, 청각심리 검사, 음향 검사 등 많은 검사들이 이용되고 있다. 특히 음향분석학적 검사에는 많은 음향지표들이 발표되어 amplitude perturbation인 shimmer와 frequency perturbation인 jitter가 음성의 조황성(roughness)과 관계가 있는 것으로 보고되고 있다.2) 또한 정상음성에서 음성의 떨림에 대한 영향을 최소화 하고 pitch의 시간에 따른 "smooth change"를 배제하기 위하여 pitch perturbation quotient (PPQ), amplitude perturbation quotient (APQ), relative average perturbation (RAP)등이 고안되어 이용되고 있다.3)4) 그러나 한국인에 있어서 음향분석학적 지표들의 정상 수치와 연령에 따른 변화의 정상 역치 값은 아직 많은 연구가 이루어지지 않고 있다. 이에 저자들은 음성의 노화 현상에 따른 음향지표의 변화와 후두 생리학적 특성 변화와의 관계를 알아보고자 하였으며, 한국인의 연령별 음향지표 값을 구하여 향후 음향분석학적 연구의 기초 자료로 활용하고자 본 연구를 시행하였다.

대상 및 방법


   청력 및 조음이 정상이며 후두에 병변이 없고 정상 발성이 가능한 남녀 300명(남자 141명, 여자 159명)을 무작위로 추출하여 연구 대상으로 하였다. 평균 연령은 남자 35세(12~70), 여자 39세(12~79)였다(Table 1). 음향학적 분석을 위해 음성 표본은 피검자를 방음 시설이 된 음성분석실에서 편히 앉은 자세로 여러 차예 발성 연습을 하여 발성을 안정시킨 후 가장 편안한 상태로 "아" 모음을 마이크에서 10 cm 떨어진 곳에서 약 5초씩 세 번 발성하게 하여 DAT(Digital Audio Tape, Sony, 592S-J)에 녹음한 후, 이중 가장 안정된 발성이 이루어진 음성 표본을 선택하여 Kay사의 CSL hardware system(IBM)와 Multidimensional voice program(MDVP) 4305, KAY Elemetrics Corp., NJ, USA)를 이용하여 음성 표본을 재생한 후 음향학적 분석을 시행하였다.

   음성 분석에 사용된 지표로는 평균 기본 진동수(average fundamental frequency, F0), frequency perturbation 인 Jitt(Jitter percent), RAP (relative average perturbation), PPQ(pitch period quotient), sPPQ (smoothed pitch perturbation quotient), amplitude perturbation인 Shim (Shimmer percent), APQ(amplitude perturbation quotient), sAPQ (smoothed amplitude perturbation quotient), noise-related analysis 인 NHR(noise-toharmonic ratio), VTI(voice turbulence index), SPI(soft phonation index), voice break analysis 인 DVB(degree of voice break), sub-harmonics components 인 DSH(degree of sub-harmonic component), voice irregularity analysis 인 DUV(degree of voiceless), tremor components인 FTRI(F0 tremor intensity index)등의 음성 지표 값을 구하였으며, 연령에 따른 각각의 평균값을 남녀로 구분하여 비교하였다.
   측정값에 대한 통계학적 분석은 ANOVA Scheffe's test를 이용하여 각 결과의 평균, 표준편차를 비교, 분석하였다.

결     과


   기본 진동수의 평균값은 남자에서 122.4±2.4 Hz였으며, 여자에서는 209.1±3.1 Hz였다(Table 2).
   남자의 경우 20대가 되면서 기본 진동수가 10대 보다 낮아져 40대까지 안정된 상태가 유지되나 40대에서 개인간의 변화폭이 심하고 기본진동수의 불안전성이 두드러지게 나타나는 양상을 보였다(p<0.05). 이후 연령 증가에 따라 50대에서 20, 30대에 비하여 통계적으로 유의하게 높은 진동수를 나타냈으며(p<0.05) 60대에 다시 낮아졌다. 기본 진동수는 20대, 50대, 60대의 연령군에서 가장 두드러지게 안정되어 있는 것으로 나타났다. 여자에서는 10대에서 30대까지 연령 증가에 따라 기본 진동수의 점진적 감소를 보이다 50대 이후 두드러진 감소를 나타냈다. 기본 진동수의 불안전성은 50대에서 가장 두드러지게 나타났다. 남녀간의 연령별 기본 진동수는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05) (Fig. 1).
   Frequency perturbation 인 Jitt는 남자에서 1.11±1.11%, 여자에서 1.26± 0.80%였으며, RAP는 각각 0.66±0.74%, 0.8±0.60%, PPQ는 0.63±0.57%, 0.75±0.51%, sPPQ는 0.88±0.81%, 0.90±0.54%였다(Table 2). Frequency perturbation은 남자의 경우는 30대까지 점차적으로 감소하다가 40대에서 최고점을 이룬 후 다시 감소하는 경향을 보였으며, 40대가 40대 이전 연령군과 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 여자의 경우는 소아에서부터 노인으로 연령이 증가할수록 점진적으로 감소하는 경향을 나타냈으며 10대 연령군이 다른 연령군에 비해 유의한 차이가 있었다(p<0.05)(Fig. 2).
   Amplitude perturbation에서 Shim은 남자에서 2.71±1.25%, 여자에서 2.96±1.72%, APQ는 2.18±0.95%, 2.13±1.14%, sAPQ는 3.98±1.59%, 3.69±1.83%였다(Table 2). Amplitude perturbation은 남자의 경우 30대까지 안정된 상태를 보이다 40대 이후 점진적으로 증가하여 50대에서 최고점을 이룬 후 다시 감소하였으며, 50대에서 모든 다른 연령군과 비교하여 유의한 차이를 나타냈다(p<0.05). 여자의 경우는 전 연령에 걸쳐 큰 변화가 없었으며, 연령에 따른 유의한 차이도 없었다(Fig. 3).
   Noise-related analysis에서 NHR은 남자에서 0.12±0.00, 여자에서 0.12±0.00, VTI는 0.04±0.06, 0.05±0.11, SPI는 20.87±14.43, 15.51±10.02였다 (Table 2). 잡음대 조파비는 남녀 모두에서 연령에 따른 유의한 차이는 없었고, 남녀간에도 통계적으로 유의한 차이는 없었다. VTI는 연령변화에 따라 비교적 일정한 값을 보였고, 남녀간이나 연령간 유의성은 나타나지 않았다. SPI는 남녀간에 통계적으로 유의한 차이는 있었으나(p<0.05), 연령에 따른 유의성은 관찰되지 않았다(Fig. 4).
   Voice break analysis인 DVB는 남녀 모두에서 0%, tremor components인 FTRI은 남자에서 0.41±0.45%, 여자에서 0.35±0.21%로 남녀간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다.
   Sub-harmonics component인 DSH은 남자에서 0.31±1.96%, 여자에서 1.21±4.73%, Voice irregularity analysis인 DUV은 남자에서 0.24±1.02%, 여자에서 0.53±2.66%로 여자에서 통계적으로 유의하게 증가된 값을 보이기는 하였으나, 개인별 차이가 심하고 연령별 변화가 심하였다.

고     찰


   후두는 연령이 증가함에 따라 근육조직의 긴장도와 강도의 감소와 후두 혈관의 경화성 변화 및 내분비 기능의 감소,5) 성대의 위축성 변화,6)7) 후두 연골의 골성 변화7) 등 구조적 변화와 함께 많은 기능적 변화를 동반하게 된다. 남자의 경우는 기본 진동수가 사춘기부터 40~50대까지 점차적으로 감소하다가 이후 증가하는 추세를 보이고 이는 주로 성대의 두께, 성대 조직의 경직성 변화와 연관된 것으로 생각되며,8) 특히 40~50대까지 기본 진동수가 감소하는 것은 후두의 성장에 따른 성대조직 두께의 증가와1)8) 사춘기때의 급속한 후두의 성장,9) 지속적인 성대이용에 기인한 것으로 여겨지고 있다. 40~50대 이후에 기본 진동수가 증가하는 것은 연령에 따른 노화 현상에 의하여 중추 신경계의 위축, 고혈압, 호흡계의 변화, 다양한 내분비계 및 근육의 변화와 관련이 있으며,10) 후두 조직의 탄성도 감소, 만성 부종, 실추벽의 지방 조직 축적 등과도 관련된 것으로 생각된다.9) 본 연구에서는 남자의 경우 10대에 가장 높은 기본 진동수를 나타내면서 20대에 가장 낮은 진동수를 보이고 이후 30, 40대에서 큰 변화없이 유지되다 50대에서 유의하게 상승한 후 60대에 감소하였다. 즉 한국인 남성에서는 40대에서 기본 진동수가 증가하지 않고 진동수의 불안전성이 증가되는 것은 성대 두께나 성대 조직의 경직성 변화와 같은 노화 현상이 적은 대신 지속적인 성대이용에 따른 결과로 생각되며, 50대 이후에 노화현상 즉 근육의 위축, 성대 조직의 강직도 증가와 성대 두께의 감소에 의하여 기본 진동수의 증가가 나타나는 것으로 생각된다. 또한 20, 50, 60대에서 안정된 기본 진동수를 나타낸 반면, 30, 40대에서 기본 진동수의 변화폭이 심하고 불안전성이 두드러지게 나타나 이 시기가 사회활동이나 지속적 성대이용에 따른 결과로 성대의 해부학적 변화가 쉽게 일어나는 연령군으로 생각된다. 그러나 본 연구가 기본 진동수에 영향을 미칠 수 있는 흡연유무11) 및 한국인의 성대 길이, 질량, 탄성도, 성문하 호기압, 연령에 따른 후두의 위치 변화12) 등을 고려하지 않고 얻은 결과이므로 이에 대한 더 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
   여성의 경우 일반적으로 연령에 따라 기본 진동수의 큰 변화 없이 지속되다 폐경기 이후에 기본 진동수가 감소된다. 이 현상은 testosterone-estrogen 비의 증가에 의한 성대의 남성화 작용(virilization)에 의해 성대 구조의 변화를 유발하기 때문으로 여겨지고13)14) 또한 연령증가에 따른 후두의 하강과도 관련된 것으로 보고되고 있다.12) 특히 69세에서 89세의 폐경기 이후의 여성에서 내분비 변화에 의한 성대 부종이 약 74%에서 관찰되므로, 부종에 의한 성대 조직 두께의 증가가 주로 기본 진동수를 감소시키는 것으로 생각된다.11) 본 연구에서도 한국인 여자의 경우 기본 진동수가 40대까지는 큰 변화없이 유지되나 50대 이후의 연령에 따른 점진적 감소를 보였으며, 50대에서 기본 진동수의 불안정성이 두드러져 이 시기가 폐경이후 내분비 변화에 의한 성대변화가 시작되는 시기임을 알 수 있었다.
   Pitch perturbation은 발성시의 성대 진동에 대한 불규칙성을 말하며,15) 이러한 현상을 측정하는 객관적인 방법으로 jitter가 이용되고 있다. jitter 값은 연령이 증가함에 따라 같이 증가하지만 정상인에서 후두 병변이 있는 사람보다는 더 작은 값을 갖으므로, 후두 병변의 조기 진단과 정상적 연령 증가에 따른 음성변화와의 감별 진단에 jitter가 이용될 수 있다.8)16) 연령 증가에 따라 jitter값이 증가하는 원인으로는 근육조직의 긴장도와 강도의 감소,5) 성대의 위축성 변화,6) 후두 연골의 골성 변화,7) 내분비 기능의 감소,5) 후두 혈관의 경화성 변화5) 등에 기인한 것으로 여겨진다. 그러나 jitter 값은 피검자의 상태나 검사자의 검사 방법에 따라 변화가 심한 값이므로 frequency perturbation의 측정에는 jitt(jitter percent) 이외에, 정상 음성에서 보이는 음성의 떨림에 대한 영향을 최소화하기 위하여 RAP, PPQ, sPPQ를 측정하는 것이 좀더 정확한 검사방법이다.3)4) RAP, PPQ는 absolute jitter의 상대적인 값으로, 정상인에서 나타나는 pitch의 시간에 따른 "smooth change"를 배제하고 음성의 떨림에 대하여 기본 진동수의 영향을 줄이기 위해 고안된 음성 지표이다. 본 연구에서 남자의 경우 frequency perturbation은 30대까지 점차적으로 감소하다가 40대에서 최고점을 이루었으며 그후 다시 감소하는 양상을 보였다. 40대에서 frequency perturbation이 높은 이유는 40대 기본 진동수의 불안전성이 심한 결과와 일치하는 결과로서 연령증가에 따른 노화현상으로 생각하기 보다는 사회활동이나 지속적 성대이용에 기인한 것으로 생각된다. 여자의 경우는 전반적으로 연령이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여 연령증가에 따른 노화현상이 음성 frequency 변화에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 생각된다.
   Amplitude perturbation인의 측정에는 흔히 shimmer가 이용되며, shimmer는 주기마다 진폭의 변이로서, 연령이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타낸다.11)17) 그러나 shimmer 값의 연령에 따른 증가는 단순한 개개인의 연령 증가에 따른 결과가 아닌 개개인의 건강 상태에 따른 결과로서, 음성 평가를 위한 절대적 지표로는 부적절한 것으로 보고되고 있다.18) 이러한 개인 발성간의 변화 차이를 보정하기 위해 고안된 APQ, sAPQ를 측정하여 음성의 떨림에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 본 연구에서 남성에서 APQ, sAPQ는 30대까지 점진적 감소를 보이다가 40대부터 상승하며, 50대에서 유의하게 최고점을 이룬 후 다시 감소하는 양상을 보였다. 그러나 여자의 경우는 APQ, sAPQ 모두에서 연령에 따른 유의한 변화없이 일정한 값을 유지하였다. 일반적으로 연령 증가에 따른 후두 조절 기능의 감소나 후두 조직의 퇴행성 변화로 인하여 shimmer가 증가하는 것으로 보고되고 있으나,17)19) 본 연구를 통해 한국인 남자의 경우 amplitude perturbation은 노화현상에 의해 50대에서 가장 증가되나 여성의 경우는 연령증가에 따른 노화현상에 큰 영향이 없이 유지되는 것을 알 수 있었다. 발성의 불안정성을 나타낼 수 있는 또 하나의 지표인 잡음대 조파비를 측정한 결과 남녀 모두에 있어서 연령증가에 따라 일정한 값을 보여 한국인에 있어서는 잡음대 조파비가 연령과는 무관한 것으로 생각된다. 또한 sub-harmonics component의 음성지표들(DSH, DUV)도 개인별 측정값의 차이가 심하고 연령별 변화가 심하여 의미있는 지표로 생각되지는 않으며, 정상범위를 정하여 환자에게 적용하기도 어려운 음성지표로서 이들 지표에 대한 새로운 개발이 필요할 것으로 생각된다.
   이상에서 음향지표의 기본역치와 연령 증가에 따른 기본역치의 변화를 연구 해본 결과, 성대의 길이, 질량, 탄성도, 성문하 호기압, 연령에 따른 후두의 위치 등의 해부학적 변화의 차이, 그리고 연령에 따른 성대의 생리학적 변화의 차이로 인하여 한국인 남자에서는 50대에서 노화현상에 따른 기본 진동수의 증가와 amplitude의 변화가 두드러지게 나타났으며, 40대에서는 노화현상 보다는 흡연의 유무나 사회활동에 의한 음성 사용에 의하여 기본 진동수의 불안정성이 증가하고 이에 따른 정상 음성의 주파수변화가 심한 것을 알 수 있었다. 반면에 여성에서는 전반적으로 연령이 증가함에 따라 기본진동수, frequency perturbation의 점진적 감소만을 보이고, 폐경 이후 50대에서 기본진동수의 하강과 이에 따른 정상음성 진동수의 변화가 있을 뿐 남자에 비해 연령에 따라 큰 변화가 없으며 노화현상으로 인한 연령별 정상음성지표의 변화도 적음을 알 수 있었다.

결     론


   음성분석을 위한 음향지표는 연령간의 차이와 40, 50대에서 노화현상으로 인한 변화가 두드러진 것을 알 수 있다. 그러므로 현재까지 적용되어 온 획일화된 정상역치에 의해 환자의 음향지표를 분석하는 것은 부적절한 것으로 생각되며, 각 연령 군에 맞는, 각각의 음향지표에 대한 정상 역치를 적용하여 음향학적 분석을 시행해야 될 것으로 사료된다.
   각각의 연령 대에 따라 서로 다른 정상 역치를 적용함으로써 음성질환 환자의 조기 진단과 정상적인 연령 증가에 따른 음성 변화와의 감별에 도움이 될 것으로 생각되며, 본 논문에서 제시된 각 음향지표의 연령별 평균값이 향후 한국인의 음향분석학적 연구의 기초 자료로 활용될 수 있으리라 생각된다.


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