KR100603042B1 - 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법 - Google Patents

잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크와, 마이크 각각에 결합되어, 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터와, A/D 컨버터로부터 디지털 사운드 신호를 전달받아 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부와, 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부와, 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터와 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 한다.
보청기, 노이즈, 잡음, 청각 환자,

Description

잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법{Hearing aid having noise reduction function and method for reducing noise}
도 1은 종래의 디지털 보청기 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 외형을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 잡음 제거 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음성 신호와 잡음 신호를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거된 음성 신호를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 신호 처리 방법과 종래의 스펙트럼 차감 방법에 의한 신호 처리시의 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 향상비를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210a : 제1 마이크
210b : 제2 마이크
215a : 제1 전-증폭기
215b : 제2 전-증폭기
220a : 제1 A/D 컨버터
220b : 제2 A/D 컨버터
225 : 음성 신호 분리부
227 : 저장부
230 : 특성 주파수 증폭부
235 : D/A 컨버터
240 : 후-증폭기
245 : 리시버
본 발명은 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 주변 잡음이 강한 환경(in the background noise or noisy environment)에서 청각 환자가 어음을 보다 명확히 들을 수 있도록 하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사람의 귀는 크게 외이, 중이, 내이 세 부분으로 구분된다. 사람의 귀에서 소리를 들을 수 있게 되는 경로를 살펴보면 다음과 같다. 소리의 진동이 귓바퀴에 모여져 외이도를 따라 고막으로 전달된다. 외이도는 한쪽이 고막에 의해 막힌 일종의 공명관 형태이고, 고막의 진동은 중이 안에 있는 세 이소골(즉, 망치뼈, 모루뼈, 고리뼈)을 통해 내이로 전달된다. 이소골의 진동이 고리뼈의 족판을 통해 내이 안에 있는 달팽이관에 전달되면 달팽이관 내부의 림프액이 움직이고, 달팽이관의 가운데층에 있는 수천개의 미세한 유모 세포들이 림프액의 진동을 감지하여 그 자극을 전기적인 신호로 바꾼다. 이후 전기적인 신호가 청신경을 통해 뇌로 전달됨으로써 사람이 소리를 들을 수 있게 되는 것이다.
청각이 저하 또는 상실된 상태에 있는 난청(難聽, impaired hearing) 환자의 경우 보청기의 착용을 필요로 한다. 보청기는 정상인이 들을 수 있는 대역의 음을 증폭 혹은 변형하여 난청자로 하여금 정상인과 같은 정도로 지각하도록 만들기 위한 것이다.
이러한 보청기는 주변 환경의 소음 정도에 관계없이 착용 환자에게 정확한 어음 전달을 필요로 한다. 최근 신호 처리 기술이 발전함에 따라 발전된 디지털 보청기의 신호 처리 알고리즘(예를 들어, multi-band compression algorithm, noise suppression algorithm, adaptive algorithm, feedback suppression algorithm, single or multi microphone procession and its location 등)이 개발되고 있다.
종래의 보청기 알고리즘은 주변 잡음이 있는 경우 그 잡음 성분을 최소화시켜 주는 방법을 이용하고 있었다. 그러나, 콤피스(kompis) 등의 보고서(즉, 'A combined fixed/adaptive beam forming noise-reduction system for hearing aids., Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 20th Annual International of the IEEE, Volume: 6, 29 Oct.-1 Nov. Pages:3136 - 3139 vol. 6')에 따르면, 여전히 많은 보청기 착용 환자들은 잡음 환경에서 상대방의 음성을 잘 듣지 못함으로 인해 디지털 보청기 성능에 불만을 제기하고 있다.
도 1은 종래의 디지털 보청기 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 디지털 보청기(100)는 마이크(110), 전-증폭기(Pre-Amplifier)(115), A/D 컨버터(Analog-to-Digital Converter)(120), 시그널 처리부(125), 저장부(130), D/A 컨버터(Digital-to-Analog Converter)(135), 후-증폭기(Final-Amplifier)(140) 및 리시버(145)를 포함한다.
마이크(110)는 외부의 아날로그 사운드 신호(예를 들어, 음성 등)를 입력받아 전-증폭기(115)로 전달하고, 전-증폭기(115)는 마이크(110)로부터 전달받은 아날로그 사운드 신호를 미리 지정된 크기로 증폭시킨다. 그리고, 증폭된 아날로그 사운드 신호는 A/D 컨버터(120)로 전달되고, A/D 컨버터는 전달받은 증폭된 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환한다. 변환된 디지털 사운드 신호는 시그널 처리부(125)로 전달되며, 시그널 처리부(125)는 저장부(130)에 저장된 신호 처리 알고리즘(즉, 시그널 프로세싱 알고리즘)을 이용하여 디지털 시그널 신호를 처리하고, 처리된 디지털 시그널 신호를 D/A 컨버터(135)로 전달한다. D/A 컨버터(135)는 전달받은 디지털 시그널 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 시그널 신호를 후-증폭기(140)로 전달한다. 후-증폭기(140)는 전달받은 아날로그 시그널 신호를 미리 지정된 크기로 증폭한 후, 증폭된 아날로그 시그널 신호를 리시버(145)로 전달한다. 리시버(145)는 전달받은 아날로그 시그널 신호를 보청기를 착용한 청각 환자에게 제공한다.
이와 같은 종래의 디지털 보청기(100)는 스펙트럼 차감법(Spectrum Subtraction) 등이 주로 사용되고 있었다. 그러나, 이러한 방법은 외부의 잡음이 강할 경우 외부 잡음이 적절히 제거되지 못하고 오히려 잡음마저 증폭되어 청각 환자에게 불편함을 제공하는 원인이 되고 있었다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 잡음 신호 가운데 음성 신호만을 분리하여 청각 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리하여 제공할 수 있는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 디지털 보청 기에 있어서, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크; 마이크 각각에 결합되어, 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터; 상기 둘 이상의 A/D 컨버터로부터 상기 디지털 사운드 신호를 전달받아 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기가 제공된다.
상기 둘 이상의 마이크는 서로간에 상이한 지향 방향을 가지고, 각각의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 음성 신호 분리부의 상기 신호처리 알고리즘은 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘일 수 있다.
상기 디지털 보청기는 상기 아날로그 사운드 신호 및 상기 디지털 음성 신호를 각각 미리 지정된 크기 또는 배율로 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 디지털 보청기가 음성 신호만을 추출하여 출력하는 방법에 있어서, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 단계; 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 사운드 신호를 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고 리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 단계; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 단계; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계; 및 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 외부의 소리는 서로 상이한 지향 방향을 가지는 둘 이상의 마이크를 통해 입력되는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법이 제공된다.
상기 둘 이상의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주변 잡음이 강한 환경에서 청각 환자가 어음을 보다 더 잘 들을 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이며, ICA 알고리즘을 디지털 보청기에 탑재하여 적어도 두개 이상의 마이크에 의해 입력된 음성 신호와 주변 잡음 신호를 분리하여 잡음 환경 속에서도 높은 노이즈 감쇄 효과를 얻을 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 단순히 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가를 보상하는 것에 그치지 않고, 신호원 분리 기술(Source Separation)을 적용하여 원천적인 노이즈 감쇄(Noise Reduction)를 수행한 후 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리를 수행하는 디지털 보청기에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기의 구성을 나타낸 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 외형을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기(200)는 2개 이상의 마이크(210a, 210b - 마이크의 수량은 둘 이상으로 구현될 수 있으나, 여기서는 두개로 구성된 경우를 가정하여 제1 마이크(210a), 제2 마이크(210b)라 칭함), 각각의 마이크(210a, 210b)와 각각 결합된 전-증폭기(215a, 215b), 각각의 전-증폭기(215a, 215b)와 각각 결합된 A/D 컨버터(220a, 220b), 음성 신호 분리부(225), 저장부(227), 특성 주파수 증폭부(230), D/A 컨버터(235), 후-증폭기(240) 및 리시버(245)를 포함한다.
제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)는 각각 전방향과 후방향으로 독립하여 구비되어 외부의 아날로그 사운드 신호를 입력받는다. 제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)가 각각 상이한 방향으로 구비된 경우의 외형도가 도 3에 예시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)는 각각 상이한 지향 방향을 가지며, 각각의 마이크는 지향성 소리 입력부와 무지향성 소리 입력부를 함께 구비할 수 있다.
제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)를 통해 입력된 아날로그 사운드 신호는 각각 제1 전-증폭기(215a)와 제2 전-증폭기(215b)로 입력되며, 제1 전-증폭기(215a)와 제2 전-증폭기(215b)는 입력된 아날로그 사운드 신호를 미리 지 정된 크기로 증폭한다.
그리고, 증폭된 아날로그 사운드 신호는 각각 제1 A/D 컨버터(220a)와 제2 A/D 컨버터(220b)로 전달되어 디지털 사운드 신호로 변환된다. 변환된 각각의 디지털 사운드 신호는 음성 신호 분리부(225)로 전달되고, 음성 신호 분리부(225)는 저장부(227)에 저장된 신호 처리 알고리즘을 이용하여 입력된 디지털 사운드 신호 내에서 음성 신호만을 추출(또는 잡음 신호 제거)한다. 이때, 저장부(227)는 독립된 구성 요소로 존재하거나 음성 신호 분리부(225)의 일 구성 요소로 포함될 수 있다.
음성 신호 분리부(225)를 통해 분리된 디지털 음성 신호는 특성 주파수 증폭부(230)로 전달되고, 특성 주파수 증폭부(230)는 환자의 청각 손실 특성에 맞게 주파수별로 증폭한다. 이때, 특성 주파수 증폭부(230)는 당해 환자에 상응하는 청각 손실 특성이 저장부(227)에 저장되어 있는 경우 해당 정보를 이용하여 디지털 음성 신호를 증폭할 수 있을 뿐 아니라, 특성 주파수 증폭부(230)가 하드웨어 타입으로 동작하는 경우 설정된 동작 특성에 따라 디지털 음성 신호를 증폭할 수 있다.
증폭된 디지털 음성 신호는 D/A 컨버터(235)로 전달되고, D/A 컨버터(235)는 전달받은 디지털 음성 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 후-증폭기(240)는 전달받은 아날로그 음성 신호를 증폭하여 리시버(245)로 전달한다. 리시버(245)는 전달받은 아날로그 음성 신호를 보청기 착용 환자의 귀에 출력한다.
이외에도, 도 2에는 도시되지 않았으나 전원 공급부 및 제어 신호 입력부 등이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 보청기(200)는 후크(Ear hook)(310), 푸쉬 버튼(Push Button)(315), 배터리 소 켓(Battery Socket)(320) 등을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 잡음 제거 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음성 신호와 잡음 신호를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거된 음성 신호를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 신호 처리 방법과 종래의 스펙트럼 차감 방법에 의한 신호 처리시의 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 향상비를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 보청기(200)는 2개 이상의 마이크(210a, 210b)를 통해 외부의 아날로그 사운드 신호를 입력받고, 입력된 아날로그 사운드 신호는 전-증폭기(215a, 215b)를 통해 증폭된다(단계 410).
단계 415에서 디지털 보청기(200)는 두개 이상의 A/D 컨버터(220a, 220b)를 이용하여 복수의 전-증폭기(215a, 215b)를 통해 증폭된 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환한다.
단계 420에서 디지털 보청기(200)의 음성 신호 분리부(225)는 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 음성 신호만을 추출한다. 음성 신호 분리부(225)가 ICA 알고리즘을 이용하여 음성 신호만을 추출하는 방법을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
독립 요소 분석(ICA)이란 선형적으로 혼합된(Mixing) 신호들로부터 통계적으 로 상호 독립적인 신호들을 분리해내는 기술이다.
2개의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력된 신호원들은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004025332711-pat00001
Figure 112004025332711-pat00002
여기서, s1(t), s2(t)는 독립적인 신호들로서 각각의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력받은 신호원들을 의미하고,
Figure 112004025332711-pat00003
,
Figure 112004025332711-pat00004
는 a11, a12, a21, a22의 가중치에 의해 선형적인 조합으로 만들어진 신호들을 의미한다. 즉, 각각의 신호원들은 음향 필드(acoustic field)에서 임의로 섞여서 마이크로 입력되는데, 이러한 과정을 가중치를 각 신호원에 곱하여 표시한 것이다.
예를 들어, 2개의 마이크가 존재하고, 남성, 여성 두 명의 목소리 신호가 있다고 가정한다.
이 때, 마이크를 녹음 상태로 설정하고, 남성과 여성이 동시에 각자 말하기 시작하면, 결국 마이크 1과 마이크 2에서 각각 얻게 되는 신호는 남성과 여성의 목소리가 적당히 섞여 있는 음성 신호이다. 이와 같은 과정, 즉 음향 필드(acoustical field)에서 임의로 섞이는 과정을 통해 각각의 목소리가 마이크로 입력된다. ICA 알고리즘에서 고려하는 신호는 바로 센서에서 검출된(detected) 신 호만을 가지고 위 남성과 여성 목소리를 각각 분리하고자 하는 개념입니다. 이 때, 음향 필드(acoustical field)에서 섞이는 과정을 a11, a12, a21, a22 라는 원소를 가진 행렬로 보는 것이다. 따라서, 수학식 1에 제시된 바와 같이 마이크에서 얻는 신호는 원래의 신호와 가중치 행렬의 곱으로 설명할 수 있다.
이와 같이, 아날로그 사운드 신호는 신호원들과 가중치들의 곱의 합의 형태로 마이크(210a, 210b)를 통해 전-증폭기(215a, 215b)로 전달된다. 이러한 과정을 일반화시켜 하나의 통계적인 모델로 정립하면 하기의 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.
Figure 112004025332711-pat00005
여기서, A는 미지의 가역 행렬로 혼합 행렬이라 한다. ICA 알고리즘은 마이크 등의 입력 장치를 통해 측정한 신호 X만을 이용하여 혼합 행력 A의 역행렬을 찾음으로써 음원 신호를 복원한다. 따라서, 혼합 행렬 A의 역행렬인 분리 행렬 W가 추정(estimation)되어야 하며, 이는 하기의 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112004025332711-pat00006
여기서, 분리 행렬 W를 추정하기 위해서 신호원들은 서로 독립이라고 가정한 다. 즉, 하나의 음원에서 나오는 원신호가 다른 음원에서 나오는 원신호에 상호 영향을 주지않는다고 가정한다.
상술한 분리 행렬 W를 추정하기 위해 현재까지 다양한 방법들이 제시되고 있다. 이러한 방법으로는 예를 들어, 엔트로피 최대화 방법, Information Maximization 방법, Negentrophy maximization 방법, Mutual Information Minimization 방법, Maximum Likelihood Estimation 방법 등이 있다. 이중 엔트로피 최대화 방법으로 분리 행렬 W를 추정하는 방법은 하기 수학식 4와 같다. 물론, 분리 행렬 W를 추정하는 방법이 엔트로피 최대화 방법으로 제한되지 않음은 자명하다.
Figure 112004025332711-pat00007
음성 신호 분리부(225)는 상술한 수학식 4를 이용하여 음성 신호와 잡음 신호가 혼합된 아날로그 사운드 신호로부터 음성 신호를 추출(즉, 음성 신호와 잡음 신호의 분리)할 수 있다.
그리고, 음성 신호 분리부(225)에 의해 분리된 디지털 음성 신호는 특성 주파수 증폭부(230)로 전달되어 환자의 청각 손실 특성에 맞게 주파수별로 증폭된다(단계 425).
단계 430에서 디지털 보청기(200)의 D/A 컨버터(235)는 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환한다.
이후, 변환된 디지털 음성 신호는 후-증폭기(240)로 전달되고, 후-증폭기(240)는 전달받은 디지털 음성 신호를 미리 지정된 크기로 증폭한 후, 환자의 외이도에 연결되어 있는 리시버(245)를 통해 출력한다(단계 435).
도 5에는 음성 신호의 파형(510)과 잡음 신호의 파형(520)이 예시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 의해 잡음 제거된 음성 신호의 파형(610)과 스펙트럼 차감법에 의해 잡음 제거된 음성 신호의 파형(620)이 예시되어 있다.
즉, 음성 신호와 잡음 신호가 혼합되어 두개 이상의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력된 경우, 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 의한 잡음 제거 파형(610)이 스펙트럼 차감법에 의한 잡음 제거 파형(620)의 경우보다 음성 신호의 정확한 추출이 가능함을 알 수 있다.
도 7에는 다양한 잡음 환경 속에서 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 따른 신호 처리 결과와 스펙트럼 차감법에 따른 신호 처리 결과가 비교되어 표시되어 있다.
도 7을 참조하면, Case A는 잡담 환경 속에서 남성 단음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이고, Case B는 잡담 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이며, Case C는 자동차 잡음 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이고, Case D는 공장 잡음 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이다. 그리 고, Average는 Case A 내지 Case D의 평균치를 나타낸 것이다. 또한, 도표의 세로축은 신호 대 잡음비(SNR)를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ICA 알고리즘을 이용한 디지털 보청기가 종래의 스펙트럼 차감법에 의한 보청기에 비해 모든 경우에서 우수한 신호 대 잡음비(SNR)를 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법은 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 외부 잡음 신호 가운데 음성 신호만을 분리하여 청각 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리하여 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 디지털 보청기에 있어서,
    각각 상이한 지향 방향으로 형성되어, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크;
    각각 결합된 마이크로부터 입력되는 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터;
    상기 둘 이상의 A/D 컨버터로부터 각각 입력되는 디지털 사운드 신호를 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부;
    상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부;
    상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및
    상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 사운드 신호 및 상기 디지털 음성 신호를 각각 미리 지정된 크기 또는 배율로 증폭하는 증폭부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.
  5. 디지털 보청기가 음성 신호만을 추출하여 출력하는 방법에 있어서,
    서로 상이한 지향 방향을 가지는 둘 이상의 마이크를 통해 입력되는 외부 소리에 상응하는 각각의 아날로그 사운드 신호를 생성하는 단계;
    상기 각각의 아날로그 사운드 신호를 각각의 디지털 사운드 신호로 변환하는 단계;
    상기 각각의 디지털 사운드 신호를 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 단계;
    상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 둘 이상의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 각각 구비하는 것
    을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101083771B1 (ko) 2010-09-15 2011-11-18 경북대학교 산학협력단 다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기
KR101156648B1 (ko) * 2010-12-21 2012-06-18 (주)알고코리아 디지털 보청기의 신호처리 방법

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7840020B1 (en) 2004-04-01 2010-11-23 Otologics, Llc Low acceleration sensitivity microphone
US8472654B2 (en) 2007-10-30 2013-06-25 Cochlear Limited Observer-based cancellation system for implantable hearing instruments
KR100956167B1 (ko) * 2008-01-28 2010-05-06 주식회사베토벤보청기 한국어 주파수 특성에 맞는 다채널 디지털 보청기의 채널설정방법 및 이를 이용한 다채널 디지털 보청기
KR101253708B1 (ko) * 2012-08-29 2013-04-12 (주)알고코리아 보청장치의 외부 소음을 차폐하는 방법
KR101225678B1 (ko) * 2012-09-17 2013-01-24 (주)알고코리아 지향성 자동 조절 보청기 및 자동 조절 방법
KR101600426B1 (ko) 2014-04-10 2016-03-08 주식회사 비에스엘 보청기 잡음 제거방법 및 그 방법을 이용한 보청기 잡음 제거장치
US10284968B2 (en) 2015-05-21 2019-05-07 Cochlear Limited Advanced management of an implantable sound management system
KR20180094294A (ko) 2017-02-15 2018-08-23 연세대학교 원주산학협력단 단 채널 청력 보조 기기용 환경 분류 기반의 잡음 제거 방법
KR102239675B1 (ko) 2019-12-19 2021-04-16 주식회사 더열림 인공지능 기반 능동형 스마트 보청기 잡음 제거 방법 및 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101083771B1 (ko) 2010-09-15 2011-11-18 경북대학교 산학협력단 다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기
KR101156648B1 (ko) * 2010-12-21 2012-06-18 (주)알고코리아 디지털 보청기의 신호처리 방법

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