KR100513714B1 - Apparatus for estimating sound power of each channel in multi-channel hearing aid and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 채널 보청기에서의 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the strength of a signal for each frequency band for obtaining a gain applied to a signal of each frequency band in a multi-channel hearing aid.
본 발명에 의한 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치는 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 변조한 후, 변조된 각 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기로 결정하는 엔벨로프 크기 계산부와 상기 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 어택/릴리스 시간 제어하는 어택/릴리스시간 제어부를 포함한다.A multi-channel hearing aid for dividing the input sound signal according to the present invention into a predetermined number of frequency bands, adjusting the sound signal of each frequency band by a corresponding gain, and outputting the sum of the sound signals of each frequency band. The apparatus for measuring the strength of the signal for each frequency band to obtain the gain in the modulated signal for each frequency band of the input sound signal by the center frequency of the frequency band, and then the magnitude of the DC component of each modulated frequency band And an envelope size calculator configured to determine the envelope size of each frequency band and an attack / release time controller for controlling the attack / release time of the envelope size of each frequency band.
본 발명에 의하면, 상기의 과정을 통해 주파수 밴드별 신호의 엔벨로프 크기를 간단한 연산만으로 계산하여 어택/릴리스 시간 제어를 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to control the attack / release time by calculating the envelope size of the signal for each frequency band through a simple operation through the above process.
Description
본 발명은 디지털 보청기에 관한 것으로서, 특히 다중 채널 보청기에서의 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to digital hearing aids, and more particularly, to an apparatus and method for measuring the strength of a signal for each frequency band for obtaining a gain applied to a signal of each frequency band in a multichannel hearing aid.
일반적으로 청각장애라고 함은 소리를 인지할 수 있는 소리의 세기 범위가 줄어든 것을 말한다. 즉, 소리를 인지하기 시작하는 문턱값과 귀에 통증을 주기 시작하는 최대 소리 세기 사이의 범위가 줄어든 것이다. 이러한 현상을 나타내는 사람에게 사용되는 보청기는 입력 신호의 세기를 그 사람의 청각 특성에 맞추어 보정하여 출력해 주어야 한다. 이 경우, 입력 신호의 변형 과정에서 일반적으로 소리의 세기 범위가 줄어들기 때문에 이러한 입력 신호의 변형을 압축(compression)이라 한다.Deafness generally refers to a reduction in the range of loudness that can perceive sound. In other words, the range between the threshold at which sound begins to be perceived and the maximum loudness at which ear pain begins to decrease is reduced. Hearing aids used for a person exhibiting such a phenomenon should be output by correcting the intensity of the input signal according to the hearing characteristics of the person. In this case, the deformation of the input signal is generally referred to as compression because the intensity range of the sound is reduced during the transformation of the input signal.
한편, 청각 이상은 주파수에 따라 다르게 나타나는 것이 일반적인 유형이기 때문에, 보청기는 주파수 밴드별로 이득을 다르게 주어야 한다. 디지털 보청기는 이러한 기능을 구현하기가 비교적 용이하기 때문에 난청자용 보청기로서 적합하다.On the other hand, since hearing impairment is a general type that appears differently according to frequency, the hearing aid should give different gains for each frequency band. Digital hearing aids are suitable as hearing aids for hearing loss because they are relatively easy to implement.
도 1은 일반적인 다중 채널 보청기의 구조를 보인 것이다. 입력 신호 x(k)는 여러 개의 주파수 밴드로 분할된다. 각각의 주파수 밴드에서 출력되는 신호는 난청자의 주파수 특성과 각 주파수 밴드별 입력 신호의 세기에 따라 계산되는 이득(gain)에 의해 조정되고, 이득에 의해 조정된 각 주파수 밴드의 신호들이 합쳐져 최종 신호 u(k)로 출력된다.1 shows a structure of a general multi-channel hearing aid. The input signal x (k) is divided into several frequency bands. The signal output from each frequency band is adjusted by the gain calculated according to the frequency characteristics of the hearing loss and the input signal strength of each frequency band, and the signals of each frequency band adjusted by the gain are added together to give the final signal u. is output as (k).
도 1에 의하면, 일반적인 다중 채널 보청기는 입력 신호를 주파수에 따라 몇 개의 채널 신호로 분할하고 각 주파수 밴드별 이득을 난청자의 청각 특성에 맞추어 조정한다. 따라서, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어는 각 주파수 밴드별로 이루어져야 하고, 이를 위해 입력 신호에 포함된 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 구하여야 한다.Referring to FIG. 1, a general multi-channel hearing aid divides an input signal into several channel signals according to frequencies and adjusts gains for each frequency band according to hearing characteristics of the hearing loss. Therefore, the attack / release time control should be performed for each frequency band, and for this purpose, the strength of the signal for each frequency band included in the input signal should be obtained.
주파수별 신호의 세기를 구하기 위해서 가장 널리 사용되는 방법이 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform : 이하에서 FFT라 한다)을 이용하는 방법이다. 그러나, FFT는 많은 연산을 필요로 하므로 실시간 구현에 어려움이 있다. 또한, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어를 위하여 FFT를 사용할 경우, 연산량으로 인해 주파수 해상도를 높일 수가 없고(낮은 주파수 해상도), 매우 짧은 시간 동안의 특성이 계산되는(높은 시간 해상도) 문제점이 있다.The most widely used method for obtaining the strength of a signal for each frequency is a method using a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT). However, since the FFT requires a lot of computation, it is difficult to implement in real time. In addition, when FFT is used to control attack and release time, the frequency resolution cannot increase the frequency resolution (low frequency resolution) and the characteristics are calculated for a very short time (high time resolution). There is this.
주파수별 신호의 세기를 구하기 위하여, 입력 신호의 절대값을 엔벨로프(Envelope) 크기로 사용하는 방법도 있다. 그런데, 이 방법에 의하면, 엔벨로프(Envelope) 크기가 정확하지 않게 결정되기 때문에 정확한 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어가 어렵다.In order to obtain the strength of the signal for each frequency, there is also a method of using the absolute value of the input signal as an envelope size. However, according to this method, accurate attack / release time control is difficult because the envelope size is incorrectly determined.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위하여 적은 연산으로 엔벨로프 크기를 계산함으로써 어택/릴리스 시간 제어가 효과적으로 이루어진 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다. The present invention was devised to solve the above problems, and in order to obtain a gain applied to a signal of each frequency band, the strength of the signal for each frequency band with effective attack / release time control is calculated by calculating the envelope size in a small operation. It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus and a method thereof.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치는, 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치에 있어서, 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 엔벨로프 크기 계산부; 및 시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 어택/릴리스 시간 제어부를 포함함을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the apparatus for measuring the intensity of a sound signal for each frequency band in a multi-channel hearing aid according to the present invention divides the input sound signal into a predetermined number of frequency bands, and the sound signal of each frequency band. The apparatus for measuring the strength of a signal for each frequency band for obtaining the gain in a multi-channel hearing aid for outputting the sound signal of each frequency band by adding the sound signal of the corresponding frequency band after adjusting the corresponding gain, the frequency of the input sound signal Shifting a signal of each band by the center frequency of the corresponding frequency band, calculating the magnitude of the DC component of the shifted signal of each frequency band, and calculating an envelope size of the input sound signal for each frequency band. Envelope size calculation unit; And an attack / release time controller for controlling the calculated envelope size according to a change in the calculated envelope size over time.
본 발명의 상기 엔벨로프 크기 계산부는, 각 주파수 밴드별로, 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 변조파 생성부; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 피크값 검출부; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 평균신호 생성부; 및 상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 합산부를 구비함이 바람직하다. The envelope magnitude calculating unit of the present invention, for each frequency band, a modulated wave generator for generating a real modulation component and an imaginary modulation component by multiplying the input sound signal with a cosine wave having a frequency equal to the center frequency of the frequency band and a sine wave, respectively ; A peak value detector for detecting a maximum value and a minimum value in each of the real modulation component and the imaginary modulation component; An average signal generator for outputting a result of averaging the detected maximum value and the detected minimum value for each real modulation component and the imaginary modulation component as an average signal; And an adder for adding the average signal of the real modulation component and the average signal of the imaginary modulation component to obtain the magnitude of the DC component of the modulated frequency band.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법은, 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치에 있어서, 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 단계; 및 시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 한다. In order to achieve the above another object, in the multi-channel hearing aid according to the present invention, the method for measuring the intensity of a sound signal for each frequency band divides the input sound signal into a predetermined number of frequency bands, and sounds for each frequency band. A device for measuring the strength of a signal for each frequency band for obtaining the gain in a multi-channel hearing aid that adjusts a signal by a corresponding gain and then sums and outputs a sound signal of each frequency band, the device comprising: Shifting the signal for each frequency band by the center frequency of the corresponding frequency band, calculating the magnitude of the DC component of the signal for each shifted frequency band, and calculating the envelope size of the input sound signal for each frequency band. Doing; And controlling the calculated envelope size according to a change in the calculated envelope size over time.
본 발명의 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로, 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 단계; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 단계; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 단계; 및 상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 단계를 구비함이 바람직하다.본 발명의 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로, 상기 실수 변조 성분의 평균 신호와 상기 허수 변조 성분의 평균 신호를 각각 저역 통과 필터링하는 단계를 더 구비함이 바람직하다 .본 발명의 상기 제어하는 단계는, 상기 엔벨로프의 크기 mag[n]을 계산함에 있어, 입력 신호의 세기가 커지고 있을 때는 mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기), 입력 신호의 세기가 작아지고 있을 때는 mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기) 에 의해 계산함이 바람직하다. (여기서, mag[n-1]은 직전 시간의 엔벨로프의 크기이고, actrl 및 rctrl은 각각 상승 시간 및 하강 시간을 결정하는 상수이며, 상기 상승 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 상기 하강 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다.)The calculating of the present invention may include: generating a real modulation component and an imaginary modulation component by multiplying an input sound signal by a cosine wave having a frequency equal to the center frequency of the frequency band and a sine wave for each frequency band; Detecting a maximum value and a minimum value in each of the real modulation component and the imaginary modulation component; Outputting a result of averaging the detected maximum value and the detected minimum value for each real modulation component and the imaginary modulation component as an average signal; And calculating the magnitude of the DC component of the modulated frequency band by adding the average signal of the real modulated component and the average signal of the imaginary modulated component. The calculating of the present invention comprises the steps of: And low pass filtering the average signal of the real modulated component and the average signal of the imaginary modulated component, respectively. The controlling of the present invention includes calculating the magnitude mag [n] of the envelope. When the strength of the input signal is increasing, mag [n] = actrl × mag [n-1] + (1-actrl) × (envelope size of the frequency band sound signal), and the strength of the input signal is decreasing. It is preferable to calculate by mag [n] = rctrl x mag [n-1] + (1-rctrl) x (envelope size of the corresponding frequency band sound signal). (Where mag [n-1] is the magnitude of the envelope of the immediately preceding time, actrl and rctrl are constants that determine the rise time and fall time, respectively, and the rise time is gradually increased in magnitude to the first element). It takes time to reach the stationary, and the fall time is the time required to reach the second predetermined value by gradually decreasing the size of the envelope.)
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2는 M-밴드 필터 뱅크(10)를 사용한 디지털 보청기의 구조를 좀 더 자세히 그린 것이다(여기서, M은 1보다 큰 정수이다). M-밴드 압축 회로(20)는 M개의 주파수 밴드들로 나누어진 소리 신호들에 대하여 각각의 주파수 밴드에 대응한 이득을 계산하게 된다.Figure 2 illustrates in more detail the structure of a digital hearing aid using the M-band filter bank 10 (where M is an integer greater than one). The M-band compression circuit 20 calculates a gain corresponding to each frequency band for sound signals divided into M frequency bands.
M-밴드 압축 회로(20)가 이득을 계산하기 위해 사용하는 정보에는 어택/릴리스 시간 제어된 주파수 밴드별 신호의 세기와 난청자의 청각 특성(Hearing Loss) 정보가 있다. 난청자의 청각 특성 정보는 초기에 한번 측정하여 설정(setting)하면 되지만, 어택/릴리스 시간 제어된 주파수 밴드별 신호의 세기는 입력 신호로부터 매번 측정되어야 한다. Information used by the M-band compression circuit 20 to calculate gain includes attack / release time-controlled frequency band-specific signal strength and hearing loss information. The hearing loss information of the hearing loss may be measured and set at an initial stage, but the strength of the signal according to the attack / release time controlled frequency band should be measured from the input signal each time.
입력 신호의 크기가 작을 때는 이득을 크게 하고, 입력 신호의 크기가 커질 때는 이득을 작게 하는 디지털 보청기에 있어서, 이득을 결정하고자 할 때 소리의 세기를 알아야 한다. 또한, 신호의 엔벨로프의 크기는 해당 신호의 세기에 비례하므로 엔벨로프의 크기를 이용하여 이득을 계산할 수 있다. 이와 같이, 디지털 보청기는 동적 압축기(dynamic compressor), 즉 입력 신호의 세기를 보청기 착용자의 특성에 맞게 변형시키는 장치를 사용하기 때문에 입력 신호가 갑자기 커지거나 또는 갑자기 작아지는 경우 적절한 조정을 해 주어야 한다. 예를들어, 입력 신호가 커질 경우 출력 신호도 따라서 커지게 되므로 입력 신호를 적당하게 줄여 주어야 하며, 반대로 입력 신호가 작아질 경우는 입력 신호를 적절하게 키워 주어야 한다. 난청자용 디지털 보청기에서는 큰 변화량을 갖는, 즉 동적 범위(Dynamic Range)가 넓은 입력 신호를 난청자의 좁아진 동적 범위(Dynamic Range)에 맞추어 주어야 하므로 출력 신호의 범위가 적게 된다.In a digital hearing aid having a large gain when the input signal is small and a small gain when the input signal is large, the sound intensity is required when determining the gain. In addition, since the magnitude of the envelope of the signal is proportional to the strength of the corresponding signal, the gain may be calculated using the magnitude of the envelope. As such, the digital hearing aid uses a dynamic compressor, i.e., a device that modifies the strength of the input signal according to the characteristics of the wearer of the hearing aid. Therefore, the digital hearing aid needs to be properly adjusted when the input signal suddenly increases or decreases. For example, if the input signal is large, the output signal is also large, so the input signal should be reduced accordingly. If the input signal is small, the input signal should be appropriately raised. In hearing aid digital hearing aids, the input signal with a large amount of change, i.e., a wide dynamic range, has to be matched to the narrow dynamic range of the hearing loss, thereby reducing the range of the output signal.
보청기와 같이 소리의 세기에 따라 이득을 조정하는 장치에서, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어는 소리의 세기가 변할 때 이득을 적절하게 조정하는 것으로서 편안한 청취감과 음성 인지도 향상을 위해 필수적이다. 이하에서, 엔벨로프의 크기를 사용한 어택/릴리스 시간 제어에 대하여 살펴본다.In devices that adjust the gain according to loudness, such as hearing aids, attack and release time control is an appropriate adjustment of gain as the loudness changes, which is essential for comfortable listening and improved speech recognition. . Hereinafter, the attack / release time control using the size of the envelope will be described.
도 3은 동적 범위(dynamic range)가 좁아진 청각 특성을 가지는 일반적인 난청자를 위한 보청기에서, 입력 신호의 변화에 따라 출력 신호가 변하는 예를 보여준다. 도 3을 살펴보면, 어느 정도의 조정시간이 지나면 출력값이 적당한 세기로 수렴하는 것을 알 수 있다. 입력 신호의 세기가 변화할 때 입력 신호의 세기에 대응하여 순간적으로 출력 신호의 세기를 변화시키는 장치를 구현하는 것은 불가능하다. 따라서, 출력 신호의 세기를 조정하는데 시간이 걸리게 되고, 그 시간은 상승 시간(Rise Tme)과 하강 시간(Fall Time)으로 정의된다. 여기서, 상승 시간은 출력 신호의 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 하강 시간은 출력 신호의 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다. 제1 소정치 및 제2 소정치는 사전에 결정됨이 바람직하며, 추후 가변가능하다. 예컨대, 도 4의 Tr은 상승 시간(Rise Time)으로서 상승된 출력이 안정상태의 2dB에 도달할 때까지 걸리는 시간으로 정의되며, Tf는 하강 시간(Fall Time)으로서 하강된 출력이 안정상태의 2dB에 도달할 때까지 걸리는 시간으로 정의된다. 이 때, 제1 소정치는 안정(stable)상태의 출력 신호값에서 2dB 낮은 값이며, 제2 소정치는 안정 상태의 출력 신호값에서 2dB 높은 값이다. Tr과 Tf를 결정하는 어택 시간 상수 및 릴리스 시간 상수를 각각 actrl, rctrl이라고 할 때, 일반적으로 사용하게 되는 이득값 계산 방법은 다음과 같다.FIG. 3 illustrates an example in which an output signal changes according to a change in an input signal in a hearing aid for a general hearing loss person having a hearing characteristic with a narrow dynamic range. Looking at Figure 3, it can be seen that after a certain adjustment time the output value converges to the appropriate intensity. When the intensity of the input signal changes, it is impossible to implement an apparatus that instantly changes the intensity of the output signal in response to the intensity of the input signal. Therefore, it takes time to adjust the intensity of the output signal, which is defined as a rise time (Rise Tme) and a fall time (Fall Time). Here, the rise time is a time required for the envelope of the output signal to gradually increase to reach the first predetermined value, and the fall time to reach the second predetermined value as the envelope of the output signal gradually decreases. It takes time to do it. The first predetermined value and the second predetermined value are preferably determined in advance, and may be changed later. For example, Tr of FIG. 4 is defined as a rise time (Rise Time) and is defined as a time taken until the output rises to 2 dB of stable state, and Tf is a fall time (Fall Time) to 2 dB of stable state. It is defined as the time it takes to reach. At this time, the first predetermined value is 2 dB lower than the stable output signal value, and the second predetermined value is 2 dB higher than the stable output signal value. When attack time constant and release time constant which determine Tr and Tf are actrl and rctrl, respectively, the gain value calculation method generally used is as follows.
mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)mag [n] = actrl × mag [n-1] + (1-actrl) × (envelope size of corresponding frequency band sound signal)
mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)mag [n] = rctrl × mag [n-1] + (1-rctrl) × (envelope size of corresponding frequency band sound signal)
여기에서 F는 입력 신호의 세기와 난청자의 청각 특성에 따라 이득을 결정하는 함수이며, mag는 입력 신호의 세기를 나타내는 값으로서, 본 발명은 mag를 적은 연산량으로 효과적으로 구하기 위한 것이다.Here, F is a function of determining the gain according to the strength of the input signal and the hearing characteristics of the hearing loss, mag is a value representing the strength of the input signal, the present invention is to effectively obtain mag with a small amount of calculation.
본 발명에서는 계산량을 줄이기 위해 직각 변조(Quadrature Modulation)를 변형한 방법을 사용한다. 도 5는 직각 변조(Quadrature Modulation) 특성을 보여준다. 도 5는 정밀한 저역통과 필터를 사용하여 도 5의 (a)에 도시된 입력 신호를 도 5(b)와 도 5(c)에 도시된 바와 같이 기본 밴드(base band)로 옮긴 후, 다시 도 5(d)에 도시된 바와 같이 재구성(Reconstruction)이 가능한 신호로 변조하는 구조를 보여준다. 즉, 입력 신호는 와 만큼 변조(modulation)되어 필터링 또는 신호의 전송 등에 사용된다.In the present invention, a method of modifying quadrature modulation is used to reduce the amount of computation. 5 shows quadrature modulation characteristics. FIG. 5 illustrates the use of a precision lowpass filter to transfer the input signal shown in FIG. 5A to the base band as shown in FIGS. 5B and 5C, and then back to FIG. As shown in 5 (d), a structure for modulating a reconstruction capable signal is shown. That is, the input signal Wow It is modulated as much as used for filtering or signal transmission.
본 발명은 재구성(reconstruction)이 목적이 아니고 적은 연산량으로 특정 주파수 밴드의 신호 세기를 계산하고자 하는 것인 만큼, 정밀한 저역통과 필터를 사용하지 않아도 된다. 또한, 본 발명에서는 한쪽 방향(예를 들어, 도 5의 (a)에서 (b)방향)으로만 변조(modulation)하여 계산된 복소(Complex) 신호에서 실수 성분과 허수 성분의 크기를 더하여 엔벨로프의 크기로 사용한다. 즉, 특정 주파수 밴드의 신호를 그 중심 주파수 만큼 변조(modulation)하면, 그 중심 주파수 성분은 직류(주파수=0)성분으로 변환된다. 따라서, 변조(modulation)된 결과에서 직류성분의 크기를 구하면 해당 신호의 엔벨로프 크기를 알게 된다.The present invention does not require the use of precise lowpass filters, as the reconstruction is not the purpose and is intended to calculate the signal strength of a particular frequency band with a small amount of computation. In addition, in the present invention, the real and imaginary components of the complex signal calculated by modulating only one direction (for example, directions of (a) to (b) in FIG. 5) are added to the envelope. Use it in size. That is, when a signal of a specific frequency band is modulated by the center frequency, the center frequency component is converted into a direct current (frequency = 0) component. Therefore, when the magnitude of the DC component is obtained from the modulated result, the envelope magnitude of the corresponding signal is known.
즉, 대역 통과 필터링되지 않은 원래의 소리 신호를 도 5(a)에서 (b)과정의 변조(modulation)만을 수행할 때, 출력 신호는 복소신호로서 변형되어, 중심 주파수 가 직류성분으로 변조된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 변조된 신호의 직류성분의 크기를 알면 주파수 에서의 원래의 소리 신호의 크기를 알 수 있게 된다.That is, when only the modulation of the original sound signal, which is not band pass filtered, is performed in the process of Figs. 5 (a) to 5 (b), the output signal is transformed as a complex signal and thus the center frequency. It can be seen that is modulated to the DC component. Therefore, knowing the magnitude of the DC component of the modulated signal, You can see the magnitude of the original sound signal at.
도 6은 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 일실시예의 전체 구성도이다. 도 6에 의하면, 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 일실시예는 엔벨로프 크기 계산부(30) 및 어택/릴리스 시간 제어부(40)를 포함한다.6 is an overall configuration diagram of an embodiment of an apparatus for measuring the intensity of a sound signal for each frequency band in a multi-channel hearing aid according to the present invention. Referring to FIG. 6, an embodiment of the apparatus for measuring the intensity of a sound signal for each frequency band includes an envelope size calculator 30 and an attack / release time controller 40.
엔벨로프 크기 계산부(30)는 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 변조한 후, 변조된 각 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기로 결정한다.The envelope size calculating unit 30 modulates the signal for each frequency band of the input sound signal by the center frequency of the corresponding frequency band, and then obtains the magnitude of the DC component of each modulated frequency band to determine the envelope size of each frequency band. do.
어택/릴리스 시간 제어부(40)는 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 구하여진 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 어택/릴리스 시간 제어한다.The attack / release time controller 40 controls the attack / release time of the envelope size of each frequency band obtained by the envelope size calculator 30.
도 7은 엔벨로프 크기 계산부(30)의 일실시예를 좀 더 상세하게 도시한 블록구성도이다. 도 7에 의하면, 엔벨로프 크기 계산부(30)의 일실시예는 변조파 생성부(40), 피크값 검출부(50), 평균신호 생성부(60), 저역통과필터(70) 및 합산부(80)를 구비한다. 엔벨로프 크기 계산부(30)는 도 2의 M-밴드 필터 뱅크(10)에 의해 나뉘어진 각 주파수 밴드별로 대응하는 엔벨로프 크기를 계산하는데, 각 주파수 밴드별로 별도의 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 병렬적으로 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기를 계산하거나, 하나의 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 주파수를 변경하면서 순차적으로 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기를 계산할 수 있다.7 is a block diagram illustrating in more detail an embodiment of the envelope size calculator 30. Referring to FIG. 7, an embodiment of the envelope size calculator 30 includes a modulated wave generator 40, a peak value detector 50, an average signal generator 60, a low pass filter 70, and an adder ( 80). The envelope size calculation unit 30 calculates the envelope size corresponding to each frequency band divided by the M-band filter bank 10 of FIG. 2, and by the envelope size calculation unit 30 for each frequency band. The envelope size may be calculated for each frequency band in parallel, or the envelope size may be sequentially calculated for each frequency band while the frequency is changed by one envelope size calculator 30.
변조파 생성부(40)는 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수 와 동일한 주파수를 갖는 코사인파()와 사인파()를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성한다.Modulation wave generator 40 is the center frequency of the frequency band to the input sound signal Cosine wave with the same frequency as ) And sine wave ( ) Are each multiplied to produce a real modulation component and an imaginary modulation component.
피크값 검출부(50)는 변조파 생성부(40)에 의해 생성된 실수 변조 성분에서 상위 피크(peak)값들 및 하위 피크(peak)값들을 검출하는 실수성분 피크값 검출부(51) 및 허수 변조 성분에서 상위 피크값들 및 하위 피크값들을 검출하는 허수성분 피크값 검출부(52)를 구비한다.The peak value detector 50 is a real component peak value detector 51 and an imaginary modulation component for detecting upper peak values and lower peak values from the real modulation component generated by the modulating wave generator 40. The imaginary component peak value detector 52 detects the upper peak values and the lower peak values.
평균신호 생성부(60)는 실수 변조 성분의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 평균한 실수 평균신호를 생성하는 실수 평균신호 생성부(61) 및 허수 변조 성분의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 평균한 허수 평균신호를 생성하는 허수 평균신호 생성부(62)를 구비한다.The average signal generator 60 generates a real average signal generator 61 that generates a real average signal obtained by averaging the upper peak values and the lower peak values of the real modulation component, and the upper peak values and the lower peak values of the imaginary modulation component. And an imaginary average signal generator 62 generating an imaginary average signal obtained by averaging them.
합산부(80)는 실수 평균신호와 허수 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구한다. 그런데, 실수 평균신호와 허수 평균신호를 그대로 사용하는 경우 피크값의 변화가 심하여 불안정한 값이 출력될 수 있으므로 저역통과 필터링하는 것이 바람직하다.The adder 80 calculates the magnitude of the DC component of the modulated frequency band by adding the real mean signal and the imaginary mean signal. However, when the real mean signal and the imaginary mean signal are used as they are, it is preferable that the low pass filtering be performed because the peak value is so severe that an unstable value may be output.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 실수 변조 성분의 평균 신호와 허수 변조 성분의 평균 신호가 합산부(80)에 의해 합하여지기 전에 각각 저역 통과 필터링하는 실수성분 저역통과필터(71) 및 허수성부 저역통과필터(72)를 구비하는 저역 통과 필터(70)를 더 포함한다. 이때, 실수성분 저역통과필터(71) 및 허수성부 저역통과필터(72)는 각각 정확한 주파수 특성이 요구되는 것이 아니기 때문에 적은 연산량의 간단한 필터가 이용될 수 있다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the real component low pass filter 71 and the imaginary part low pass which perform low pass filtering before the average signal of the real modulation component and the average signal of the imaginary modulation component are summed by the adder 80, respectively. It further includes a low pass filter 70 having a pass filter 72. At this time, since the real frequency low pass filter 71 and the imaginary part low pass filter 72 do not require accurate frequency characteristics, a simple filter having a small calculation amount may be used.
엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 계산된 결과 값들은 어택/릴리스 시간 제어부(40)에서 사용되는 각 주파수 밴드별 엔벨로프 크기로서 사용된다.The result values calculated by the envelope size calculator 30 are used as the envelope size for each frequency band used in the attack / release time controller 40.
도 8에 의하면, 어택/릴리스 시간 제어부(40)는 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 계산된 엔벨로프 크기가 증가 상태에 있는지 여부를 검사한다(100 단계). 만약, 엔벨로프의 크기가 증가 상태에 있으면, 수학식 1에 따라 대응하는 주파수 밴드의 소리 신호의 세기를 결정하고(110 단계), 그렇지 않은 경우에는 수학식 2에 따라 대응하는 주파수 밴드의 소리 신호의 세기를 결정한다.Referring to FIG. 8, the attack / release time controller 40 checks whether the envelope size calculated by the envelope size calculator 30 is in an increased state for each frequency band (step 100). If the magnitude of the envelope is increased, the strength of the sound signal of the corresponding frequency band is determined according to Equation 1 (step 110). Otherwise, the sound signal of the corresponding frequency band is determined according to Equation 2. Determine the strength
이와 같이 결정된 각 주파수 밴드의 소리 신호의 세기는 난청자의 청각 특성에 맞추어 대응하는 주파수 밴드의 이득을 계산하는데 사용된다. 이후, 계산된 각 주파수 밴드의 이득은 보청기로 입력되는 주파수 밴드별 신호를 난청자에게 적합한 세기의 신호로 조정하는데 사용된다.The intensity of the sound signal of each frequency band thus determined is used to calculate the gain of the corresponding frequency band according to the hearing characteristics of the hearing loss. Then, the calculated gain of each frequency band is used to adjust the signal for each frequency band input to the hearing aid to a signal of strength suitable for the hearing loss.
이하에서, 도 9a에 도시된 테스트 신호를 사용하여 특정 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 구하면 도 9b 내지 도 9g에 도시된 바와 같다.Hereinafter, the envelope size of a specific frequency band is obtained using the test signal illustrated in FIG. 9A, as shown in FIGS. 9B to 9G.
도 9a는 입력 신호를 8 밴드로 나눈다고 가정하고, 8 밴드로 나뉘어진 입력 신호의 4번째와 7번째 밴드에 해당하는 신호들을 더하여 만든 테스트 신호이다. 도 9b에서 좌측 그래프와 중앙 그래프는 각각 8 밴드로 나뉘어진 신호 중 중심주파수 =0인 신호를 만큼 쉬프팅(shifting)하여 변조(modulation)한 복소(complex) 신호의 실수성분 신호와 허수성분 신호를 도시한 것이고, 우측 그래프는 실수성분 신호와 허수성분 신호를 더한 후 직류 성분을 추출한 것이다. 그리고, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 도 9f 및 도 9g는 중심주파수 가 각각 2π×1/16, 2π×2/16, 2π×3/16, 2π×4/16, 2π×5/16, 2π×6/16인 신호를 만큼 변조(modulation)한 복소(complex) 신호의 실수성분 신호, 허수성분 신호 및 직류 성분을 추출한 것이다. 4번째 밴드와 6번째 밴드 신호를 변조한 결과 신호에서, 직류성분이 0이 아닌 값이 나오는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 직류성분으로 해당 주파수 밴드 신호의 엔벨로프 크기가 표현된다는 것을 보이기 위해서, 의 특성을 갖는 간단한 저역 통과 필터를 사용하였다. 여기서 X는 입력 Y는 출력이다.9A is a test signal made by adding signals corresponding to the fourth and seventh bands of the input signal divided into eight bands, assuming that the input signal is divided into eight bands. In FIG. 9B, the left graph and the center graph are center frequencies among signals divided into 8 bands, respectively. Signal with = 0 The real component signal and the imaginary component signal of the complex signal shifted and modulated as much as shown are shifted, and the graph on the right shows the DC component after adding the real component signal and the imaginary component signal. 9C, 9D, 9E, 9F, and 9G are center frequencies. Signals of 2π × 1/16, 2π × 2/16, 2π × 3/16, 2π × 4/16, 2π × 5/16, and 2π × 6/16, respectively. The real component signal, the imaginary component signal and the direct current component of the complex signal modulated as much as described above are extracted. As a result of modulating the 4th and 6th band signals, it can be seen that the DC component has a non-zero value. Here, in order to show that the envelope size of the frequency band signal is represented by the DC component, A simple low pass filter with the characteristics of was used. Where X is input and Y is output.
도 10은 12K 샘플링한 실제 음성신호를 예시한 것이고, 도 11은 도 10에 예시된 신호를 사용하여 100Hz성분 신호의 크기를 구한 것이다. 여기에서, 100Hz 만큼 변조한 후, 변조된 신호의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 구하고 상위 피크값과 하위 피크값의 평균을 직류성분으로 사용한다. 그런데, 이 과정에서 피크값들의 변화가 심하여 평균값을 그대로 사용할 수 없기 때문에, 평균값을 다시 의 특성을 갖는 간단한 저역 통과 필터를 사용하여 처리하였다.FIG. 10 illustrates a real voice signal sampled at 12K, and FIG. 11 illustrates the magnitude of a 100 Hz component signal using the signal illustrated in FIG. Here, after modulating by 100 Hz, the upper and lower peak values of the modulated signal are obtained, and the average of the upper and lower peak values is used as a DC component. However, in this process, since the peak values change so much that the average value cannot be used as it is, the average value is again used. Treatment was carried out using a simple low pass filter with the characteristics of.
본 발명에 의하면, 상기의 과정을 통해 주파수 밴드별 신호의 엔벨로프 크기를 간단한 연산만으로 계산하여 어택/릴리스 시간 제어를 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to control the attack / release time by calculating the envelope size of the signal for each frequency band through a simple operation through the above process.
도 1은 일반적인 디지털 보청기 구조를 도시한 것이다.1 illustrates a general digital hearing aid structure.
도 2는 본 발명이 적용되는 다중 채널 보청기의 구조를 도시한 것이다.2 illustrates the structure of a multi-channel hearing aid to which the present invention is applied.
도 3은 어택/릴리스 시간 제어에 의한 신호의 변화를 도시한 것이다.3 shows a change in the signal due to the attack / release time control.
도 4는 Tr과 Tf를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining Tr and Tf.
도 5은 직각 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a quadrature modulation process.
도 6은 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 전체 구성도이다.6 is an overall configuration diagram of an apparatus for measuring the intensity of a sound signal for each frequency band in a multi-channel hearing aid according to the present invention.
도 7은 도 6의 엔벨로프 크기 계산부를 보다 상세히 도시한 블록 구성도이다.7 is a block diagram illustrating in detail the envelope size calculator of FIG. 6.
도 8은 도 6의 어택/릴리스 시간 제어부의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an operation of the attack / release time controller of FIG. 6.
도 9a는 테스트 신호를 예시한 것이다.9A illustrates a test signal.
도 9b 내지 도 9g는 각각 8 밴드로 나뉘어진 입력신호에서 1 내지 6번째 밴드 신호가 중심주파수 만큼 변조된 복소 신호의 실수성분 신호, 허수성분 신호 및 직류 성분을 도시한 것이다.9B to 9G show real component signals, imaginary component signals, and direct current components of complex signals in which the first to sixth band signals are modulated by a center frequency in an input signal divided into eight bands, respectively.
도 10은 20K 샘플링된 음성 신호를 예시한 것이다.10 illustrates a 20K sampled speech signal.
도 11은 도 10에 예시된 음성 신호에서 100Hz 성분의 엔벨로프 크기를 계산한 결과를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 11 is a graph illustrating a result of calculating an envelope size of a 100 Hz component in the voice signal illustrated in FIG. 10.
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