KR100304661B1 - 디지털보청기및디지털보청기용난청보상방법 - Google Patents

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Abstract

디지털 보청기가 개시된다. 본 발명에 의한 디지털 보청기는, 외부 음성을 입력하기 위한 음성 입력부와, 상기 음성 입력부의 출력을 입력하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈과, 외부로부터 난청 데이터를 입력하여 저장하기 위한 난청 데이터 저장 모듈과, 난청 보상 알고리즘을 저장하고 있는 프로그램 메모리와 데이터를 임시로 저장하기 위한 데이터 메모리를 구비하며 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력되는 디지털 데이터를 상기 난청 데이터를 이용하여 상기 난청 보상 알고리즘에 따라 난청이 보상된 데이터를 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈로 출력하는 프로그래머블 디지털 신호처리부 및 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력된 아날로그 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 출력부를 포함하여, 하드웨어의 변경없이 프로그램 메모리의 보청 알고리즘을 변경함으로써 디지털 보청기용 보청 알고리즘의 개선 및 변형이 용이하고, 보청의 정밀한 보상이 가능하며 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가에 쉽게 대응할 수 있다.

Description

디지털 보청기 및 디지털 보청기용 난청 보상 방법{Digital hearing aid and compensation method for hearing impairment thereof}
본 발명은 디지털 보청기에 관한 것으로, 특히 하드웨어의 변경없이 프로그램 메모리의 보청 알고리즘을 변경함으로써 디지털 보청기용 보청 알고리즘의 개선 및 변형이 용이한 디지털 보청기 및 보청의 정밀한 보상이 가능하고 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가에 쉽게 대응할 수 있는 디지털 보청기용 난청 보상 방법에 관한 것이다.
소리를 듣는 것은 단순한 감각작용 이상의 의미를 갖는다. 듣는 능력을 상실할 경우 사회적인 활동을 정상적으로 할 수 없고 그 결과로 정신적인 지체까지 이르게 할 수 있다. 듣는 능력의 손실에 의해 생기는 난청(hearing impairment)을 보상해주기 위해 사용하는 도구인 보청기(hearing aid)는 난청인의 청력기관으로 입력되는 음향신호를 변형하여 결과적으로 뇌에 의해 인식되는 정도를 정상인과 같아지도록 하는데 그 목적을 두고 있다.
현재 상용화되어 있는 보청기는 크게 아날로그, 디지털, 그리고 아날로그/디지털 혼합형의 세가지 종류로 분류할 수 있다. 현재 보청기 시장의 대부분을 차지하고 있는 아날로그 보청기는 지난 수십년간 기능면에서 많은 발전을 이루어왔지만, 가능한 신호처리 방법이 가청영역을 제한된 대역수(주로 2-3대역)로 압축하거나 증폭시키는 등의 기본적인 것들로 제한될 수 밖에 없었다. 이는 아날로그 회로가 유연성이나 신뢰성이 떨어지며 기능조정이 용이하지 않기 때문에 복잡한 신호처리 방법을 구현하기가 곤란하다는 등의 여러 가지 문제점에 의한 것이다. 따라서, 디지털 회로를 내장한 디지털 보청기에 대한 요구는 오랫동안 계속되어 왔으며, 이에 필요한 디지털 신호처리 알고리즘의 개발도 계속되어 왔다. 디지털 보청기의 경우 회로의 유연성과 신뢰성 면에서 갖는 장점 뿐만 아니라 복잡한 고성능 신호처리 알고리즘을 쉽게 실현시킬 수 있으며, 특히 감음 신경성 난청환자에 대한 비선형 교정 방법과 같은 고성능 난청 보상 알고리즘을 효율적으로 구현할 수 있다.
디지털 신호처리 알고리즘의 개발과 함께 디지털 보청기 개발을 위해 필수적인 요소는 소형이고 저전력에서 동작하는 프로세서의 개발이다. 최근의 반도체 제작 기술의 발달은 이러한 요구조건을 만족하는 보청기 전용 프로세서를 개발하기 위한 기술력을 갖추고 있다. 따라서 디지털 보청기 시스템을 위해서는 보청기 내부에서 일어나는 신호의 흐름을 가장 효율적으로 연결할 수 있도록 하는 하드웨어가 필요하다.
1996년초 덴마크 오티콘(Oticon)사와 위덱스(Widex)사에 의해 전용 프로세서를 채용한 최초의 디지털 보청기가 상품화되었다. 이들 디지털 보청기의 출현은 디지털 신호처리 칩이 내장된 완전한 디지털 보청기 시대를 열었다. 디지털 보청기에 구현된 기술은 과거 아날로그 보청기에 비해 우수한 고성능 보청기 기술과 부가기능을 갖추고 있지만, 아직 디지털 신호처리용 칩의 계산용량과 전력 소비 문제 때문에 2개 혹은 3개의 주파수 대역에서 보상을 수행하도록 설계되었고, 이 때문에 보상의 정밀도와 증폭율이 떨어지는 문제점이 있다.
종래의 디지털 보청기가 갖는 또 다른 단점은 디지털신호처리용 칩이 프로그래밍 가능한 프로세서가 아닌 전용 프로세서를 사용하였기 때문에 성능의 향상을 위해 보청기 알고리즘을 바꾸는 경우 프로세서를 다시 설계해야 한다는 점이다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 하드웨어의 변경없이 프로그램 메모리의 보청 알고리즘을 변경함으로써 디지털 보청기용 보청 알고리즘의 개선 및 변형이 용이한 디지털 보청기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 보청의 정밀한 보상이 가능하며 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가에 쉽게 대응할 수 있는 디지털 보청기용 난청 보상 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 디지털 보청기를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 디지털 보청기용 난청 보상 방법을 설명하기 위한 알고리즘 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 디지털 보청기용 난청 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 라우드니스 교정 함수의 예를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...디지털 신호 처리 모듈,
12...아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈,
14...마이크로폰,
16...스피커폰,
18...난청 데이터 저장 모듈.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 디지털 보청기는, 외부 음성을 입력하기 위한 음성 입력부; 상기 음성 입력부의 출력을 입력하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈; 외부로부터 난청 데이터를 입력하여 저장하기 위한 난청 데이터 저장 모듈; 난청 보상 알고리즘을 저장하고 있는 프로그램 메모리와 데이터를 임시로 저장하기 위한 데이터 메모리를 구비하며 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력되는 디지털 데이터를 상기 난청 데이터를 이용하여 상기 난청 보상 알고리즘에 따라 난청이 보상된 데이터를 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈로 출력하는 프로그래머블 디지털 신호처리부; 및 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력된 아날로그 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로그래머블 디지털 신호처리부는, 난청 보상 알고리즘을 저장하고 있는 프로그램 메모리와 데이터를 임시로 저장하기 위한 데이터 메모리 및 상기 난청 보상 알고리즘을 수행하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어를 구비하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어 모듈; 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈과 인터페이스 하기 위한 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈 인터페이스부; 및 상기 난청 데이터 저장 모듈과 인터페이스 하기 위한 난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 난청 데이터 저장 모듈은, 외부로부터 상기 난청 데이터를 입력하기 위한 송수신 드라이버 및 상기 송수신 드라이버에서 출력되는 난청 데이터를 저장하기 위하여 전기적으로 소거 및 기록이 가능한 불휘발성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부는, 상기 송수신 드라이버와 인터페이스 하기 위한 송수신 드라이버 인터페이스부 및 상기 불휘발성 메모리와 인터페이스 하기 위한 메모리 인터페이스부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈 인터페이스부는 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈의 신호변환 속도, 기본 이득, 동작 모드를 조절하고, 데이터 교류를 위해 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈이 정하는 데이터 포맷으로 데이터를 변환하는 코덱 인터페이스부를 구비하며, 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈은, 상기 음성 입력부에서 출력되는 외부 음성을 증폭하기 위한 제 1 증폭부와, 상기 제 1 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 디지털 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 상기 코덱 인터페이스부에서 출력되는 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 코덱과, 상기 코덱에서 출력되는 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부 및 상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 신호를 증폭하여 상기 음성 출력부로 출력하기 위한 제 2 증폭부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 디지털 보청기용 난청 보상 방법은, (a) 외부 음성 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계; (b) 상기 디지털 데이터를 다중 대역으로 분할하여 출력하는 단계; (c) 상기 각 대역별 출력 신호의 포락선을 각각 추정하는 단계; (d) 상기 포락선과 난청자의 난청 데이터로부터 얻어진 라우드니스 교정 함수로부터 해당 대역의 난청 보상 이득을 계산하는 단계; (e) 각 대역별로 계산된 상기 난청 보상 이득을 상기 단계 (b)에서 각 대역별로 분할되어 출력된 신호에 각각 곱한 후 가산함으로써 난청이 보상된 데이터를 출력하는 단계; 및 (f) 상기 난청이 보상된 데이터를 아날로그 신호로 변환한 후, 음성 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 (b)는 상기 디지털 데이터를 0-350 Hz, 350-700 Hz, 700-1200 Hz, 1200-1750 Hz, 1750-2450 Hz, 2450-3500 Hz, 3500-4900 Hz, 4900-6000 Hz 의 8개 대역으로 분할하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (c)는, 입력신호 값을 v_i (k)라 하고, 직전의 포락선 추정값을 v_i (k-1)이라 할 때, 입력신호의 크기가 직전의 포락선 추정값보다 크거나 같은 경우(
Figure pat00001
), 포락선 추정값 값 v_i (k)는수학식
Figure pat00002
와 같이 어택 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^a)에 의해 결정되고, 입력신호의 크기가 포락선 추정값 보다 작은 경우 (
Figure pat00003
), 포락선 추정값 값 v_i (k)는 수학식
Figure pat00004
와 같이 릴리스 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^r)를 적용하여 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (d)의 라우드니스 교정함수는 상기 난청 데이터로부터 4개의 가변점을 갖도록 생성되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 디지털 보청기 및 디지털 보청기용 난청 보상 방법의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 결과로 얻어지는 디지털 보청기는 성능의 개선이 용이한 프로그래밍 가능한 디지털신호처리용 코어를 사용하였다는 점과, 다중 주파수 대역(8개 대역)에서 동작하는 정밀한 난청 보상 알고리즘, 그리고 감음 신경성 난청에 대응하기 위한 비선형 라우드니스 교정 방법을 사용하였다는 점에서 과거의 발명과 구별된다.
본 발명에 의한 디지털 보청기는 전용 디지털신호처리용 프로세서 대신에 프로그래밍이 가능한 디지털신호처리용 프로세서를 사용한 것으로, 프로그래밍이 가능한 디지털신호처리용 프로세서는 프로그램을 저장하는 전용 메모리를 갖고 있고, 메모리에 저장된 명령코드에 따라 동작하므로, 프로세서로의 성능이나 동작특성의 개선이 하드웨어의 변경없이 프로그램 메모리내에 저장되어 있는 명령코드를 바꿈으로써 쉽게 이루어질 수 있는 프로세서를 말한다.
따라서 프로그래밍이 가능한 디지털신호처리용 프로세서의 사용은 디지털 보청기 개발 단계 및 디지털 보청기의 새로운 기능 추가등 기능 변경면에서 요구되는 시스템의 유연성을 가장 잘 보존할 수 있다.
도 1에 본 발명에 의한 디지털 보청기의 블록도를 도시하였다.
도 1에 도시된 디지털 보청기는, 외부 음성을 입력하기 위한 마이크로폰(14)과, 마이크로폰(14)의 출력을 입력하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)과, 외부로부터 난청 데이터를 입력하여 저장하기 위한 난청 데이터 저장 모듈(18)과, 난청 보상 알고리즘을 저장하고 있는 프로그램 메모리(102)와 데이터를 임시로 저장하기 위한 데이터 메모리(106)를 구비하여 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)에서 출력되는 디지털 데이터를 난청 데이터를 이용하여 난청 보상 알고리즘에 따라 난청이 보상된 데이터를 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)로 출력하는 프로그래머블디지털 신호처리부(10) 및 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)에서 출력된 아날로그 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 스피커폰(16)을 구비하고 있다.
프로그래머블 디지털 신호처리부(10)는, 난청 보상 알고리즘을 저장하고 있는 프로그램 메모리(102)와 데이터를 임시로 저장하기 위한 데이터 메모리(106) 및 난청 보상 알고리즘을 수행하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어(104)를 구비하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어 모듈(100)과, 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)과 인터페이스 하기 위한 코덱 인터페이스부(110) 및 난청 데이터 저장 모듈(18)과 인터페이스 하기 위한 난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부(115)를 구비하고 있다.
난청 데이터를 외부로부터 받아들이고 보관함으로써 난청자에 필요한 이득을 조정할 수 있도록 하는 난청 데이터 저장 모듈(18)은, RS232C 직렬포트를 갖고 있는 외부의 컴퓨터와 통신을 가능하게 하는 송수신 드라이버(128) 및 송수신 드라이버(128)에서 출력되는 난청 데이터를 저장하기 위하여 전기적으로 소거 및 기록이 가능한 불휘발성 메모리(EEPROM, 126)를 구비하고 있다.
난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부(115)는, 송수신 드라이버(128)와 인터페이스 하기 위한 UART(universal asynchronous receiver and transmitter) 인터페이스부(114) 및 불휘발성 메모리(126)와 인터페이스 하기 위한 EEPROM(electrically erasable programmable read only memory) 인터페이스부(112)를 구비하고 있다.
코덱 인터페이스부(110)는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어(104)에서 출력되는 데이터를 입력하여 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)에 직렬로 출력하고, 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)에서 출력되는 직렬 데이터를 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어(104)에 병렬로 출력한다.
아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈(12)은, 마이크로폰(14)에서 출력되는 외부 음성을 증폭하기 위한 제 1 증폭부(122)와, 제 1 증폭부(122)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(118)와, 아날로그/디지털 변환부(118)에서 출력되는 디지털 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 코덱 인터페이스부(110)에서 출력되는 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 코덱(116)과, 코덱(116)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부(120) 및 디지털/아날로그 변환부(120)에서 출력되는 신호를 증폭하여 스피커폰(16)으로 출력하기 위한 제 2 증폭부(124)를 구비하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 디지털 보청기의 동작을 설명하기로 한다. 청각 전문가에 의해 측정된 난청자의 난청 데이터는 적당한 포맷을 갖는 테이블로 변환되고, 변환된 테이블은 컴퓨터의 직렬 포트와 디지털 보청기의 커넥터(미도시) 사이에 연결된 3선 케이블을 통해 디지털 보청기의 송수신 드라이버(128)로 전달된다. 전달된 데이터는 UART 인터페이스부(114) 및 EEPROM 인터페이스부(112)를 거쳐 EEPROM(126)에 저장된다. EEPROM(126)의 크기는 보청기 알고리즘에서 요구하는 규격에 따라 2k bit 또는 4k bit로 결정된다.
EEPROM(126)에 저장된 난청 데이터는 외부 컴퓨터에서 새로운 데이터가 전달될 때까지 지워지지 않고 반영구적으로 보관된다. 난청 데이터를 테이블로 변환하고 테이블을 디지털 보청기로 전달하는 과정은 모두 외부 컴퓨터에서 동작하는 전용 프로그램에 의해 이루어진다.
청각 기관에 입력되는 소리를 수집하기 위한 마이크로폰(14)으로 외부 음성 또는 음향 신호가 입력되면, 이 신호는 제 1 증폭부(122)에서 증폭된 후, 아날로그/디지털 변환부(118)에서 디지털 신호로 변환된 후, 코덱(116)에 의해 디지털 데이터로 변환된다. 코덱(116)은 디지털 보청기 알고리즘의 규격에 준해 해상도와 동작속도가 결정되지만 통상 16비트 해상도와 16kHz 샘플링 주파수를 기준으로 동작한다.
코덱(116)에서 출력된 디지털 데이터는 데이터 버스를 통하여 프로그래머블 디지털신호처리 코어(104)가 읽어들여 데이터 메모리(106)에 저장한다. 프로그래머블 디지털 신호처리 코어(104)는 프로그램 메모리(102)에 저장되어 있는 난청 보상 알고리즘을 사용하여 테이블 형태로 EEPROM(126)에 저장된 난청인의 난청 데이터로부터 보상 이득을 계산한 후, 계산된 보상 이득을 이용하여 입력신호를 증폭한 다음, 코덱 인터페이스부(110), 코덱(116), 디지털/아날로그 변환부(120), 제 2 증폭부(124) 및 스피커폰(16)을 통해 사용자의 청각 기관에 전달한다.
사용자가 EEPROM(126)내의 난청 데이터 값들을 변경하고자 할 경우, 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어(104)는 모든 동작을 중지하고, 컴퓨터에 의해 전달되는 난청 데이터를 송수신 드라이버(128) 및 UART 인터페이스부(114)를 통해 전달받고 데이터 메모리(106)에 일시 저장한 후, EEPROM 인터페이스부(112)를 통해 다시 EEPROM(126)에 기록한다. 모든 기록이 끝나면 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어(104)는 정상적인 동작 상태로 되돌아간다.
본 발명에 의한 디지털 보청기는 프로그램을 저장하는 프로그램 메모리(102)에 저장된 명령코드를 바꿈으로써 보청 성능이나 보청 동작특성의 개선을 하드웨어의 변경없이 쉽게 이루어질 수 있다.
다음에 상기한 디지털 보청기에서 수행되는 난청 보상 알고리즘, 즉, 디지털보청기용 난청 보상 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 디지털 보청기용 난청 보상 방법을 설명하기 위한 알고리즘 블록도이고, 도 3은 그 흐름도이다.
본 발명에 의한 디지털 보청기에 의해 실시간으로 구현되는 난청 보상 방법은, 다중 주파수 대역(8대역)에서 동작하는 비선형 라우드니스 보상 방법으로 요약된다. 난청 보상 방법은, 0-6kHz 대역을 다중 대역으로 분할하기 위한 IIR(infinite impulse response)필터 뱅크부, 필터 뱅크부의 출력으로부터 각 대역신호의 크기를 추정하는 포락선 추정부, 대역신호의 크기와 각 대역별 라우드니스 교정 함수(LSF, loudness scaling function)를 사용하여 보상 이득을 계산하는 이득 추정부, 추정된 이득을 각 대역의 출력신호에 적용하여 변조된 출력을 생성하는 출력 연산부로 구성된다.
본 난청 보상 방법의 장점은 기존 아날로그 및 디지털 보청기에서 사용하는 2-3 대역 처리 방법보다 많은 주파수 대역(8대역)을 채용함으로써 정밀한 보상이 가능하다는 점과 라우드니스 교정함수가 입력레벨을 다수의 구간(6구간)으로 분할하여 정의되기 때문에, 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가(nonlinear loudness growth)에 쉽게 대응할 수 있다는 점이다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 난청 보상 방법을 상세히 설명하기로 한다. 단계 30에서 디지털 보청기로 입력되는 16kHz로 샘플링된 음성 또는 음향 신호를 디지털 데이터로 변환한 후, 단계 32에서는 임의의 차수를 갖는 IIR(infinite impulse response) 저역통과 필터링, IIR(infinite impulseresponse) 대역 통과 필터링의 IIR(infinite impulse response) 필터링을 행하여 상기 디지털 데이터를 다음 표 1과 같은 8개의 다중 대역(제 1 내지 제 8 대역)으로 분할한다.
대 역 제 1 대역 제 2 대역 제 3 대역 제 4 대역 제 5 대역 제 6 대역 제 7 대역 제 8 대역
주파수(Hz) 0-350 350-700 700-1200 1200-1750 1750-2450 2450-3500 3500-4900 4900-6000
이 때 나머지 대역(6000-8000Hz) 신호는 처리하지 않는다.
단계 34에서는 상기 각 대역별 출력 신호의 포락선을 각각 추정한다. 포락선 추정 단계는 각 필터링된 신호의 포락선을 추정하는 것으로 어택 앤 릴리스 타임(attack and release time)을 적용하여 행해진다. 입력신호의 크기가 포락선 추정값보다 크거나 같은 경우(
Figure pat00005
)에는 수학식 1과 같이 어택 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^a)가 적용되고 입력신호의 크기가 포락선 추정값 보다 작은 경우(
Figure pat00006
)에는 수학식 2와 같이 릴리스 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^r)가 적용된다.
Figure pat00007
Figure pat00008
단계 36에서는 추정된 포락선, 즉 각 대역의 신호 크기와 난청자의 난청 데이터로부터 얻어진 라우드니스 교정 함수로부터 해당 대역의 난청 보상 이득을 계산한다.
이를 위한 라우드니스 교정 함수는 해당 난청인의 청각특성 데이터를 포함하는 난청 특성표와 정상인의 청각 특성표를 이용하는 것으로, 정상인의 가청 대역을 감음신경성 난청자의 가청 대역으로 전이시키기 위해서 각 주파수에서의 입력신호 레벨과 출력되는 신호레벨 사이의 비선형적 이득관계가 정의되어져야 하므로, 본 방법에서는 라우드니스 교정 함수의 개념을 도입하여 난청 현상으로 인해 입력신호의 레벨이 줄어드는 현상을 보상하였다.
라우드니스 교정함수는 각 주파수별 입력신호 레벨에 따른 출력신호 레벨을 정의하여 난청자의 청력손실에 의해 감소되는 이득을 계산한다. 라우드니스 교정함수는 좁아진 가청대역을 모델링하기 위한 입력 파라미터로서 가청대역의 경계를 나타내는 가청최저치(hearing threshold)와 가청 한계치(UCL: Uncomfortable Level)를 사용한다. 여기서 가청한계치(UCL)는 소리가 너무 커서 불쾌하다고 느끼기 시작하는 레벨이다.
라우드니스 교정 함수는 다음 수학식 3과 같은 형식을 갖는다.
Figure pat00009
여기서
Figure pat00010
과 O_0 ^i (=HT_impaired ^i )는 정상인과 난청자의 I번째 대역에 대한 가청 최저치(hearing threshold)를 나타내며,
Figure pat00011
과 O_5 ^i (=UCL_impaired ^i )는 해당 대역의 가청 한계치(uncomfortable level)를나타낸다.
상기에서 정의된 라우드니스 교정 함수를 다이어그램으로 나타내면 도 4와 같다. 도 4는 하나의 주파수 대역에 대한 입력신호 레벨과 출력신호 레벨을 도시한 것으로, 참조부호 50은 정상인의 입출력 곡선을 나타내며, 참조부호 52는 난청자의 입출력 곡선을 나타낸다. 정상인 데이터는 정상의 청각 특성을 갖는다고 여겨지는 사람들로부터 얻은 데이터의 평균치이며, 난청자의 데이터는 임의로 가상한 결과이다. 실제 난청 데이터를 얻기 위해서는 임의의 프로토콜을 사용하여 난청자로부터 난청 데이터를 측정한다.
도 4에서 I_1 ^i ,``` I_2 ^i ,``` I_3 ^i , ```I_4 ^i는 I_0 ^i``` 과 ```I_5 ^i 사이의 임의의 위치에 놓일 수 있으며 O_1 ^i ,``` O_2 ^i ,``` O_3 ^i , ```O_4 ^i 또한 O_0 ^i``` 과 ```O_5 ^i 사이의 임의의 위치에 놓일 수 있다.
이득값(g_i (k))은 시간 k에서 추정된 포락선 크기가
Figure pat00012
v_i (k)인 경우 수학식 4와 같이 결정된다.
g_i (k) = y_i (k) - v_i (k)
여기서 y_i (k)는 라우드니스 교정 함수에 의해 정의되는 출력 값이다.
단계 38에서는 각 대역별로 계산된 상기 난청 보상 이득을 상기 단계 32에서 각 대역별로 분할되어 출력된 신호에 각각 곱하고, 단계 40에서 8개 대역의 신호를 가산함으로써 난청이 보상된 데이터를 출력한다.
상기 단계 38 및 단계 40의 출력 연산 단계는 단계 32의 필터링 단계에서 출력된 신호를 라우드니스 교정 함수를 사용하여 구한 이득값과 곱한 후 더함으로써 보상된 출력을 생성하는 단계로 수학식 5에 의해 수행된다.
Figure pat00013
다음, 단계 42에서는 난청이 보상된 데이터를 아날로그 신호로 변환한 후, 음성 신호로 변환하여 출력함으로써 난청이 보상된 신호를 난청자의 청각기관에 전달한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 디지털 보청기 및 디지털 보청기용 난청 보상 방법은, 하드웨어의 변경없이 프로그램 메모리의 보청 알고리즘을 변경함으로써 디지털 보청기용 보청 알고리즘의 개선 및 변형이 용이하고, 보청의 정밀한 보상이 가능하며 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가에 쉽게 대응할 수 있다.

Claims (10)

  1. 외부 음성을 입력하기 위한 음성 입력부;
    상기 음성 입력부의 출력을 입력하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈;
    외부로부터 난청자의 난청 데이터를 입력하여 저장하기 위한 난청 데이터 저장 모듈;
    상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력되는 디지털 데이터를 다중 대역으로 분할하고, 상기 난청 데이터로부터 얻어진 라우드니스 교정 함수와 상기 분할된 각 대역의 신호크기로부터 난청 보상 이득을 계산하여 생성된 난청 보상 데이터를 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈로 출력하는 프로그래머블 디지털 신호처리부; 및
    상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈에서 출력된 아날로그 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로그래머블 디지털 신호처리부는
    상기 난청 보상 데이터를 생성하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어를 구비하는 프로그래머블 디지털 신호 처리 코어 모듈;
    상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈과 인터페이스 하기 위한 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈 인터페이스부; 및
    상기 난청 데이터 저장 모듈과 인터페이스 하기 위한 난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 난청 데이터 저장 모듈은,
    외부로부터 상기 난청 데이터를 입력하기 위한 송수신 드라이버; 및
    상기 송수신 드라이버에서 출력되는 난청 데이터를 저장하기 위하여 전기적으로 소거 및 기록이 가능한 불휘발성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 난청 데이터 저장 모듈 인터페이스부는,
    상기 송수신 드라이버와 인터페이스 하기 위한 송수신 드라이버 인터페이스부; 및
    상기 불휘발성 메모리와 인터페이스 하기 위한 메모리 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈 인터페이스부는 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈의 신호변환 속도, 기본 이득, 동작 모드를 조절하고, 데이터 교류를 위해 상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈이 정하는 데이터 포맷으로 데이터를 변환하는 코덱 인터페이스부를 구비하며,
    상기 아날로그/디지털-디지털/아날로그 변환 모듈은,
    상기 음성 입력부에서 출력되는 외부 음성을 증폭하기 위한 제 1 증폭부;
    상기 제 1 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부;
    상기 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 디지털 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 상기 코덱 인터페이스부에서 출력되는 디지털 데이터를 디지털신호로 변환하는 코덱;
    상기 코덱에서 출력되는 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부; 및
    상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 신호를 증폭하여 상기 음성 출력부로 출력하기 위한 제 2 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  6. (a) 외부 음성 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계;
    (b) 상기 디지털 데이터를 다중 대역으로 분할하여 출력하는 단계;
    (c) 상기 각 대역별 출력 신호의 포락선을 각각 추정하는 단계;
    (d) 난청자의 난청 데이터로부터 얻어진 라우드니스 교정 함수와 상기 포락선으로부터 해당 대역의 난청 보상 이득을 계산하는 단계;
    (e) 상기 난청 보상 이득을 이용하여 난청이 보상된 데이터를 아날로그 신호로 변환한 후, 음성 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기용 난청 보상 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 디지털 데이터를 0-350 Hz, 350-700 Hz, 700-1200 Hz, 1200-1750 Hz, 1750-2450 Hz, 2450-3500 Hz, 3500-4900 Hz, 4900-6000 Hz 의 8개 대역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기용 난청 보상 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 단계 (c)는, 입력신호 값을 v_i (k)라 하고, 직전의 포락선 추정값을 v_i (k-1)이라 할 때, 입력신호의 크기가 직전의 포락선 추정값보다 크거나 같은 경우(
    Figure pat00014
    ), 포락선 추정값 값 v_i (k)는 수학식
    Figure pat00015
    와 같이 어택 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^a)에 의해 결정되고, 입력신호의 크기가 포락선 추정값 보다 작은 경우(
    Figure pat00016
    ), 포락선 추정값 값 v_i (k)는 수학식
    Figure pat00017
    와 같이 릴리스 시정수를 결정하는 파라매터(λ_i ^r)를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기용 난청 보상 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 라우드니스 교정함수는 상기 난청 데이터로부터 4개의 가변점을 갖도록 생성되는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기용 난청 보상 방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 (e) 단계는 각 대역별로 계산된 상기 난청 보상 이득을 상기 단계 (b)에서 각 대역별로 분할되어 출력된 신호에 각각 곱한 후 가산함으로써 난청이 보상된 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기용 난청 보상 방법.
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