KR100778143B1

KR100778143B1 - 후두 임피던스 신호를 이용하는 넥마이크를 구비한 골도헤드셋

Info

Publication number: KR100778143B1
Application number: KR1020050074546A
Authority: KR
Inventors: 송철규
Original assignee: 백다리아
Priority date: 2005-08-13
Filing date: 2005-08-13
Publication date: 2007-11-23
Also published as: KR20070019894A

Abstract

본 발명은 넥마이크 골도 헤드셋에 관한 것으로, 사용자의 목에 접촉하여 발성 시 성대의 울림을 센싱하여 음성 신호로 변환하는 넥마이크; 발성 시 사용자 후두의 성문 개폐에 의한 공기 임피던스의 변화를 감지하여 피치신호를 검출하는 피치신호검출부; 상기 넥마이크로부터 입력된 음성신호와 상기 피치신호검출부로부터 입력된 피치신호를 결합하여 사용자의 음성을 합성하는 음성합성부; 상기 음성합성부에서 인식된 음성 시그널을 외부로 출력하는 음성출력단자; 상기 음성출력단자 또는 외부로부터 음향 신호가 입력되는 음향입력단자; 및, 상기 음향입력단자로부터의 음향신호를 출력하는 스피커를 포함하여 소음이 심한 환경에서 사용하는 넥 마이크의 음성인식율을 개선하고, 일반인 또는 청각장애인의 난청 정도에 따라서 주파수 대역보상 조절기능과 음성의 골도 전달이 기능을 갖는 넥마이크 골도 헤드셋을 제공한다.

넥마이크, 골도, 헤드셋, 피치신호

Description

후두 임피던스 신호를 이용하는 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋{A Headphone with neck microphone using bone conduction vibration}

도 1은 본 발명에 의한 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋의 구성을 나타낸 블록도,

도 2는 도 1의 골도 헤드셋의 음향출력부 구성의 일 실시예를 나타낸 블록도,

도 3은 도 1의 음성입력부 구성의 일 실시예를 나타낸 블록도,

도 4는 음성인식부의 구성과 음성 인식 과정을 나타낸 블록도,

도 5는 음성신호와 피치신호의 실시예를 나타낸 그래프, 그리고,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 넥마이크와 전극의 착용상태를 나타낸 개략도이다.

본 발명은 넥 마이크를 포함하는 골도 헤드셋에 관한 것으로, 후두 임피던스 신호를 이용하여 피치 신호를 검출하여 음성인식율을 개선한 넥마이크를 구비하고, 외부에서 입력되는 음향신호 또는 넥마이크에서 입력되는 음성신호를 골도를 통해 사용자에게 전달하는 골도 헤드셋에 관한 것이다.

헤드셋은 통신용 무전기 및 교환기 또는 전화기용으로 사용되는 것으로, 음향을 출력하는 음향출력부와, 음성을 입력하는 음성입력부가 일체로 구성되는 것이다. 본 발명에 의한 넥마이크를 포함하는 골도 헤드셋은 음향출력부로 골도 진동부를 포함하고, 음성입력부로 넥마이크를 포함하여 구성된다.

종래의 헤드셋은 발신을 위한 마이크로폰이 외부로 노출된 상태이므로 통화시 주변 소음에 의한 잡음이 심하게 되어 주변 소음이 심한 곳에서는 통화에 장애를 받게 되며 사용상 거추장스럽고 헤드셋의 착용상태에서는 철모나 방독면의 착용이 불가하거나 두부에 심한 통증을 유발하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 헤드셋은 개개인의 청력 특성을 고려하지 않은 범용 장치이기 때문에 장기간 사용할 경우 청각장애 유발과 정신적 스트레스 유발의 위험성이 있다.

그리고, 헤드셋의 음성출력부는 헤드폰 또는 이어폰으로 구성되는데 음향기기에서 처리되어 인가된 스테레오 음향이 헤드폰 또는 이어폰의 스피커를 통해 출력되도록 되어 있어서 2채널의 스테레오 기능을 갖도록 되어 있다. 즉, 일반적인 투웨이 스피커는 우퍼와 트위터가 1개의 캐비닛에서 소리를 전달하므로 우퍼를 이용하여 저음을 전달할 수 있으나 헤드셋의 경우에는 귀에 꽂는 이어폰이나 헤드폰을 사용하므로 저주파의 음을 증폭하여 출력하는 데에는 한계가 있었다.

한편, 소음 환경에서의 업무처리 시 소음에 의해 영향을 받지 않고 의사소통을 위한 장치에 대한 수요가 늘어나고 있다. 넥마이크는 소음 환경에서 음성 입력을 위한 장치로서 목 부분에 접촉 장착되어 발성이 이루어질 때 목 부분의 성대 울림을 센싱하여 음성파형을 얻게 되는데, 넥마이크로 입력된 음성은, 모음 음소의 경우 성도의 특성을 나타내는 포먼트의 위치 정보가 많이 소실되고, 음질을 결정하는 주요변수인 피치 정보의 손실이 크다. 따라서, 음성인식률도 일반 마이크보다 낮게 나타나고 넥마이크 자체 또는 전달 특성상 채널 잡음도 존재하게 된다.

일반적으로 음성인식, 합성 및 분석과 같은 디지털 음성신호 처리기술에 있어서 기저기술이라 할 수 있는 기본 주파수(pitch frequency) 즉, 피치를 정확히 검출하는 것은 매우 중요하다. 이러한 기본 주파수는 음의 전이구간이나 잡음에 혼탁된 음에서는 음의 변화가 심하고 구간별 문턱값을 설정하기가 힘들기 때문에 검출하기가 매우 어렵다.

따라서 피치 정보를 정확히 검출하면, 음성인식에 있어서는 화자에 따른 영향을 최소화하여 포만트 주파수(formant frequency)를 통한 인식의 정확도를 높일 수 있게 되고, 음성합성의 경우에는 포만트 주파수와 성도성분을 분리하여 임의로 합성함으로써 자연성과 개성을 변경 및 유지할 수 있다. 또한, 분석 시에는 피치에 동기시켜 분석함에 따라 성문의 영향을 제거하고 분석에 따른 오차를 줄여 정확한 성도 파라미터를 통한 고음질을 얻을 수 있게 된다. 이러한 피치를 검출하기 위하여 종래의 검출방법으로는 파형의 주기성을 강조한 후 결정논리에 의해 피치를 검출하는 병렬처리법, AMDF법, ACM법 등의 시간 영역법과 음성 스펙트럼의 고조파 간 격을 측정하여 유성음의 기본 주파수를 검출하는 고조파 분석법, Lifter법, Combfiltering법 등의 주파수 영역법 및 상기 시간 영역법과 주파수 영역법의 장점을 이용한 시간-주파수 혼성영역법이 있는데, 시간 영역법은 시간영역에서 수행되므로 영역의 변환이 불필요하고, 합, 차, 비교 및 논리 등 간단한 연산만이 필요한 반면, 음소가 천이구간에 걸쳐 있는 경우에는 프레임 내의 레벨변화가 심하고 피치주기가 변동하여 피치검출이 어렵고, 특히 잡음이 섞인 음성에서는 피치 검출을 위한 결정논리가 복잡하여 검출오류가 증가하는 단점이 있다.

상기 주파수 영역법은 한 프레임(20~40ms) 단위로 이루어진 스펙트럼 구간에서 음소의 천이나 변동이 일어나거나 배경잡음이 발생하여도 평균화되므로 그 영향을 적게 받으나, 처리과정상 주파수 영역으로의 변환과정이 필요하여 계산이 복잡하며, 기본 주파수의 정밀성을 높이기 위해 FET의 포인터수를 늘리는 경우 그 만큼 처리시간이 길어지는 결점이 있다.

그리고, 상기 시간 영역법의 계산시간 절감과 피치의 정밀성 등의 장점과 주파수 영역법의 배경잡음이나 음소변화에 대해서도 피치를 정확히 검출할 수 있는 장점을 취한 상기 시간-주파수 혼성영역법에는 Cepstrum법, 스펙트럼 비교법 등이 있는데, 이러한 시간-주파수 혼성영역법은 시간과 주파수영역을 왕복할 때 오차가 가중되어 나타나므로 피치추출의 영향을 줄일 수 있으나, 시간과 주파수 영역을 동시에 적용하기 때문에 계산과정이 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 노인성 난청 또는 소음성 난청 장애인을 위한 장치가 통신 복지 대책의 일환으로 그 수요가 날로 증가하고 있으나, 난청 보조 기술은 극히 평범한 수준 에 머물러 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후두 임피던스를 이용하여 넥마이크의 음질을 개선하고 골도 진동을 통해 사용자에게 음향 신호를 전달함으로써 소음이 심한 환경에서 사용하는 기존의 넥 마이크의 단점을 개선하고, 일반인 또는 청각장애인의 난청 정도에 따라서 주파수 대역보상 조절기능과 음성의 골도 전달이 가능한 넥마이크 골도 헤드셋을 제공한다.

또한, 본 발명은 음성신호의 출력을 스피커와 골도 진동부에서 동시에 발생하게 하여 일반 헤드셋에 스테레오와 우퍼의 기능을 구비한 넥마이크 골도 헤드셋을 제공한다.

그리고, 본 발명에 의하면, 후두 공기 임피던스 신호인 피치신호를 검출하여, 넥마이크로 부터의 음성신호와 바이오 임피던스 방법에 의해 얻어진 정확한 피치신호를 결합함으로써 음성인식율을 크게 개선한 넥마이크 골도 헤드셋을 제공한다.

본 발명은 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋에 관한 것으로, 사용자의 목에 접촉하여 발성 시 성대의 울림을 센싱하여 음성 신호로 변환하는 넥마이크; 발성 시 사용자 후두의 성문 개폐에 의한 공기 임피던스의 변화 를 감지하여 피치신호를 검출하는 피치신호검출부; 상기 넥마이크로부터 입력된 음성신호와 상기 피치신호검출부로부터 입력된 피치신호를 결합하여 사용자의 음성을 합성하는 음성합성부; 상기 음성합성부에서 인식된 음성 시그널을 외부로 출력하는 음성출력단자; 상기 음성출력단자 또는 외부로부터 음향 신호가 입력되는 음향입력단자; 및, 상기 음향입력단자로부터의 음향신호를 출력하는 스피커를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 피치신호검출부는, 자극 전류원을 발생하는 발진기, 상기 발진기로부터 인가되는 전압신호를 전류신호로 변환하는 전압전류변환기, 상기 전압전류변환기로부터 입력된 전류신호를 사용자 후두부에 인가하는 자극전류전극과 성문 개폐로 인한 후두부 임피던스 변화에 의해 진폭 변조된 후두 내부 공기 임피던스 신호를 추출하는 전압감지전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋은 음성인식부를 더 포함하며, 상기 음성인식부는 상기 음성합성부로부터 음성을 검출하고, 검출된 음성에서 특징을 추출하며 추출된 합성부는 상기 넥마이크로부터 입력되는 신호에서 음성을 검출하고, 검출된 음성에서 특징을 추출하며, 추출된 특징과 상기 피치신호검출부에서 추출된 피치신호를 기준 모델과 비교하는 유사도 측정을 통해 음성을 인식하여 인식된 음성 시그널을 음성출력단자에 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 추출된 특징은 포만트 신호인 것을 특징으로 한다.

상기 자극전류전극과 상기 전압감지전극은 각 한 쌍으로 구성되며 사용자 목의 결후를 가로질러 목 둘레에 착용 가능한 밴드에 가로 방향으로 차례로 설치하되, 내 측에 상기 전압감지전극이 배치되고 외측에 상기 자극전류전극이 배치되는 것을 특징으로 한다.

사용자 설정에 따라 주파수 대역별로 음향신호의 주파수 특성을 보상하기 위한 대역별 이득조정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋은, 상기 음향입력단자로부터의 음향신호를 진동으로 변환하여 골도를 통해 전달하는 골도진동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 음향입력단자에서 인가되는 음향 신호를 필터링하여 20Hz~3kHz 영역의 저주파 신호를 출력하는 저음필터부;와 상기 저음필터부의 신호를 증폭하는 저음증폭부;를 더 포함하고, 상기 골도 진동부는 상기 저음증폭부로부터 인가되는 신호레벨이 입력되어 상기 20Hz~3kHz 영역의 음향신호를 진동으로 변환하여 골도를 통해 전달하는 것이 바람직하다.

상기 골도진동부는 전압을 인가받아 유도자장이 형성되어 음향 레벨에 따르는 진동으로 변환하는 진동구동부와 사용자의 외이 주변에 접촉하여 진동구동부의 진동을 사용자의 골도에 전달하는 골도 진동자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점 들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

헤드셋은 사용자의 음성을 입력하는 음성입력부와 외부로부터 입력된 음향신호를 출력하는 음향출력부로 구성되는 것으로 본 발명에 의한 헤드셋은 음성입력부 로 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함하고, 음향출력부로 골도에 진동을 전달하여 음향신호를 사용자에게 전달하는 골도 진동부를 포함하여 소음 공간에서도 클리어하게 음성을 전달하고 전달받을 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 헤드셋의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 헤드셋의 음향출력부를 나타낸 블록도이며, 도 3은 음성입력부를 나타낸 블록도이고, 도 4는 음성인식부의 구성과 음성 인식 과정의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 5는 음성 신호와 피치신호를 나타낸 그래프이고, 도 6은 음향출력부의 넥마이크와 전극의 착용상태의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 헤드셋은 음향입력단자(110), 음량조절부(120), DSP(디지털 시그널 프로세서,160), 이득조정부(130), 스피커(170)를 포함하여 사용자에게 음향을 전달하는 음향출력부(100)와 음성출력단자(210), 음성합성부(220), 넥마이크(230), 피치신호검출부(240)를 포함하여 음성을 입력하는 음성입력부(200)로 구성된다.

음향입력단자(110)는 외부로부터 음향신호가 입력되거나 음성입력부(200)의 음성출력단자(210)로부터 사용자가 입력한 음성신호가 입력된다. 음량조절부(120)는 사용자의 조작에 다라 음향신호의 세기를 조절한다.

이득조정부(130)는 주파수 대역별로 주파수 특성을 보상하기 위한 대역별 이득조정부로서 사용자의 청각 특성에 따라 설정된 주파수 영역을 강화하도록 DSP(160)에 신호를 인가한다. 즉, 이득조정부(130)를 조정하여 원하는 주파수 영역을 강화시킬 수 있다. 스피커(170)는 음향입력단자(110)에서 인가되는 음향 신호를 출력한다. 스피커(170)는 이어폰 또는 헤드폰의 형태로 사용자의 외이에 접촉하여 청도를 통해 음향신호를 전달하는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이 음향출력부(200)는 골도를 통해 음향을 전달하는 골도진동부(140)를 더 포함하여 스피커(170)를 이용하여 청도를 통해 음향을 전달하고 골도진동부(140)를 이용하여 골도의 진동으로 음향을 전달할 수 있다. DSP(160)는 음향입력단자(110)에서 입력되는 음향신호의 레벨에 해당하는 전압을 골도진동부(140)에 입력한다.

골도진동부(140)는 전압을 인가받아 유도자장이 형성되어 음향 레벨에 따르는 진동으로 변환하는 진동구동부(141)와 사용자의 외이 주변에 접촉하여 진동구동부의 진동을 사용자의 골도에 전달하는 골도 진동자(142)로 구성하는 것이 바람직하다. 진동구동부(141)는 계자와 진동코일로 구성되어 입력되는 전압에 따라 진동하여 골도진동자(142)에 진동을 전달한다.

저음필터부(151), 저음증폭부(152)를 더 포함하여 음향신호의 저음 영역을 필터링한 후 증폭하여 골도진동부(140)에 공급함으로써 골도진동부(140)이 우퍼와 같이 저음영역을 효과적으로 사용자에게 전달하도록 할 수 있다.

저음필터부(151)는 음향입력단자(110)에서 인가되는 음향 신호를 필터링하여 20Hz~3kHz 영역의 저주파 신호를 출력한다. 저음 증폭부(152)는 저음필터부(151)에서 필터링된 저주파 신호를 증폭하여 골도진동부(140)에 입력한다. 저음증폭부(152)로부터 증폭된 저주파 신호가 입력된 골도진동부(140)는 상기 20Hz~3kHz 영역의 음향신호를 진동으로 변환하여 골도를 통해 사용자에게 전달한다. 인간의 가청 주파수는 20Hz ~ 20kHz 정도이며 저음필터부(151)는 이중 20Hz ~ 3kHz의 저음 영역을 음향신호에서 분리하여 골도진동부(140)에 입력함으로써 골도진동부(140)가 저음역을 재생하는 우퍼 역할을 하여 본 발명에 의한 헤드셋이 2.2 채널의 스테레오 음을 사용자에게 제공할 수 있게 된다.

골도진동부(140)와 스피커(170)의 앞단에는 각각 저역 음량조절기(121)와 스피커 음량조절기(122)를 설치하여 사용자가 음량을 조절할 수 있도록 한다.

한편, 음성입력부(100)는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크(230)를 통해 사용자의 음성을 입력한다.

넥마이크(230)는 사용자 목의 결후 부분에 밀착되어 발성 시 성대의 진동을 전기신호로 변환하여 음성합성부에 입력한다. 넥 마이크(230)는 연성재질로 형성된 고정부에 의해 사용자의 목의 결후 부분에 밀착되도록 착용된다. 상기 고정부는 결후 부분의 진동을 효과적으로 전달할 수 있는 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

피치신호검출부(240)는 발진기(244), 전압전류변환부(243), 자극전류전극(242), 전압감지전극(243)으로 구성된다. 발진기(244)는 자극 전류원을 생성하기 위하여 50kHz 이하의 신호를 발진시키고, 발진기(244)의 신호는 전압전류변환부(245)에 의해 전류 신호로 바뀌어 자극전류전극(242)에 인가된다.

자극전류전극(242)은 발진기(244)로부터 인가된 전류 신호를 목 부위에 흘려주고, 전압감지전극(243)은 자극전류전극(242)으로부터 발신된 전류신호가 후두의 공기 저항에 따라 진폭 변조된 후두 임피던스 신호를 감지한다. 자극전류전극(242)과 전압감지전극(243)은 각각 한 쌍으로 구성되는 것이 바람직하고, 후두부를 가로 질러 목둘레에 착용할 수 있도록 형성된 밴드(241)에 결합되는 것이 바람직하다. 도 6에 도시된 바와 같이 자극전류전극(242)은 외측에, 전압감지전극(243)은 내측에 설치되어, 자극전류전극(242)을 통해 넓은 부위에서 전류가 후두부에 공급되고, 전압감지전극(243)은 후두부 양측에서 후두 임피던스 신호를 감지한다. 전압감지전극(243)의 사이의 거리가 멀수록 감지 영역이 커지므로 한 쌍의 자극전류전극(242) 사이에 최대한 이격하여 설치한다.

전압감지전극(243)의 감지신호는 복조부(245)를 통해 캐리어 신호가 제거되고, 필터부(246)의 고역통과필터(246a)와 저역통과필터(246b) 그리고 너치필터(246c)를 통해 잡음이 제거된다. 고역통과필터(246a)는 목의 조직 성분에 따른 0.1Hz 영역의 잡음을 필터링하여 인체 고유 저항을 제거하고, 저역통과필터(246b)는 1kHz 미만의 고주파 잡음을 필터링하며, 너치필터(246c)는 60Hz 영역의 전원 노이즈를 제거한다. 필터부(246)에서 필터링된 신호가 이득조정부(247)를 통과하면 실시간으로 피치신호를 획득할 수 있게 된다. 사용자의 목 부위에 제공되는 전류는 전기적 안전을 고려하여 50kHz, 300μA 이하로 설정한다.

음성합성부(220)는 넥마이크(230)의 음성신호에 피치신호검출부(240)에서 검출된 피치신호를 합성하여 음성출력단자(210)에 입력한다. 피치신호의 합성으로 음성신호의 음질이 크게 향상된다.

음성인식부(150)도 4에 도시된 바와 같이 음성 신호에 대한 기준모델DB를 포함하고, 넥마이크(230)에서 입력되는 음성신호에서 음성을 검출, 검출된 음성에서 포만트 신호와 같은 특징을 추출하여 피치신호 검출부(240)에서 검출된 피치신호와 함께 상기 기준모델DB를 이용하여 유사도를 측정 음성 인식을 수행한다. 인식된 음성 시그널은 음성출력단자(210)를 통해 외부에 전달되어 통신에 이용되고, 음향출력부(200)의 음향입력단자(110)에 전달되어 스피커(170) 및/또는 골도진동부(140)를 통해 출력되어 사용자가 확인할 수 있게 된다.

이하에서는 도 1내지 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋의 작동을 설명한다.

본 발명의 헤드셋은 외형상 일반 헤드폰과 마찬가지로 음성신호를 출력할 수 있는 2개의 스피커(102)외에 증폭된 저주파의 음을 골도를 통해 전달할 수 있는 골도진동부(140)를 포함한다.

음향 기기 또는 통신기기의 수신장치로부터 전달되는 스테레오 음향신호 또는 음성출력부로부터 전달된 음성신호는 음향입력단자(110)를 통해 전달되며 이는 스피커(170)를 통해 귀로 전달된다. 전달된 음향신호는 저음증폭부(152)에 동시에 인가되는데 여기에서는 저주파의 음을 필터링하고 이를 증폭하여 골도진동부(140)로 인가된다. 골도진동부(140)는 상기에서 인가된 신호를 받아서 진동부(141)의 계자에 전압을 인가하면 계자와 진동코일 사이에 유도자장이 발생하여 진동자(142)를 진동시켜 골도를 통해 이를 전달한다.

위와 같이 음향신호를 스피커를 통해 출력하고, 음향신호의 저음영역을 골도진동부(140)를 통해 사용자에게 전달하면 골도 진동자가 우퍼와 같은 역할을 수행하여 사용자에게 2.2채널 스테레오 음을 제공하게 된다.

골도진동부(140)를 통해서 과도한 양의 진동이 발생하여 중이에 피해를 줄 수 있으므로 저주파 음량조절기(121)를 구비하여 사용자에 따라 저주파음의 증폭 정도를 조절할 수 있다. 한편 본 발명에 의한 골도 헤드셋은 사용자 개개인의 청력 특성에 따라 주파수 대역별로 주파수 특성을 보상할 수 있다. 즉, 대역별 이득조정부(130)의 조정 신호에 의해 DSP(160)에 의한 음색조절과 대역별 음량조절이 가능하게 된다. 주파수 대역별 음량보상 조절가능토록 신호처리대역은 4개 밴드로 분리하고, 밴드 중심주파수는 심리음성학적 요소를 고려 500, 1000, 2000, 그리고 3000Hz로 하는 것이 바람직하다. 또한, 난청인의 청력 동적범위가 정상인에 비해 작아지는 현상에 대한 보상으로 작은 소리는 많이 증폭하고 큰 소리는 적게 증폭하도록 함으로써 청력 라우드니스를 보충(recruit)할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 헤드셋을 이용한 음성 입력은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다. 먼저, 사용자가 발성을 하면 넥마이크(230)는 사용자 목의 결후 부분에 밀착되어 성대의 울림을 센싱하여 음성 파형을 얻는다. 피치신호검출부(240)는 발진기(144)에서 50kHz 신호를 발진하면 전압전류변환부(243)가 전압신호를 전류신호로 변환하여 자극전류전극(242)에 인가한다. 자극전류전극(242)은 목의 후두부를 가로지르는 밴드(248)에 설치되어 후두부에 전류를 흘려준다. 전압감지전극(243)은 발성 시 후두의 열림과 닫힘으로 인한 임피던스 변화를 센싱한다. 복조부(245)는 전압감지전극(243)의 감지신호에서 캐리어신호를 제거하고, 고역통과필터(246a)와 저역통과필터(246b) 그리고 너치필터(246c)를 통해 잡음을 제거하고 이득조정부를 통과하면 원하는 피치신호가 실시간으로 획득된다.

피치신호와 넥마이크의 음성신호는 음성합성부(220)에 입력된다. 음성합성부 (220)는 피치신호를 음성신호와 합성하여 음성출력단자(210)를 통해 출력한다. 음성신호에 피치신호를 합성함으로써 피치신호의 음질을 개선할 수 있게 된다.

음성 파형의 기준모델DB를 포함하는 음성인식부(250)를 포함하여 피치신호검출부(240)의 피치신호와 음성신호에서 추출한 포만트 신호를 이용하여 음성 인식을 수행하여 인식된 음식을 출력할 수 있다.

음성인식부(250)는 검출된 피치 신호와 넥마이크(230)의 음성 신호에서 포만트 신호를 추출하여 기준모델집합과 비교 유사도를 측정함으로써, 음성을 인식, 인식된 음성 시그널을 음성출력단자(210)로 출력한다. 후두에서 피치신호를 정확히 추출하여 음성통신을 할 때, 이를 이용함으로써 개선된 음질을 보장할 수 있게 된다.

음성출력단자(210)는 음성 시그널을 음향입력단자(110)에 인가하여 골도진동부(140) 및/또는 스피커(170)를 통해 사용자가 입력한 음성 신호를 들을 수 있도록 하고 외부로 출력하여 통신 등에 이용되도록 한다.

도 5는 피치 검출의 일 실시예를 나타낸 그래프로서, 임피던스 신호의 파형이 발생되는 구간을 유성음으로 처리하여 도시된 바와 같은 음성신호와 피치신호를 결합한다.

피치신호를 정확히 검출하면, 음성 인식 시 화자에 따른 영향을 최소화하여 포만트 주파수(formant frequency)를 통한 인식의 정확도를 높일 수 있게 되고, 음성합성 시 포만트 주파수와 성도성분을 분리하여 임의로 합성함으로써 자연성과 개성을 변경 및 유지 할 수 있다. 또한 음성 분석 시 피치신호에 동기시켜 분석하면 성문의 영향을 제거하고 분석에 따른 오차를 줄여 정확한 성도 파라미터를 통한 고음질을 얻을 수 있게 된다.

후두 신호는 발성 시 후두의 개폐에 의한 공기 임피던스의 변화를 이용하여 검출하는 것으로 음성신호에서 상기 피치신호에 해당하는 것이다. 상기와 같이 후두신호를 정확히 추출하여 넥마이크(230) 출력 신호와 결합함으로써 음성 통신에 있어서 개선된 음질을 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 디지털 통신 시스템의 음성신호 처리에 있어서, 상관관계에 따른 포만트 영향을 제거한 후두내부의 공기임피던스 변화를 이용하여 음성신호의 피치를 검출함으로써 구조가 간단하고 계산량이 적어 실시간 처리가 용이함은 물론 분해력이 우수한 특성이 있다. 따라서 본 발명은 종래의 피치 검출방법의 문제점들을 획기적으로 해결하게 된다.

본 발명에 의한 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋은 후두 임피던스를 이용하여 소음이 심한 환경에서 사용하는 넥 마이크의 음성인식율을 개선하여 보다 향상된 음질의 음성을 제공하고, 사용자의 음성과 외부 수신 음향을 골도를 통해 전달함으로써 소음 환경에서도 사용이 가능하며 난청인이 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋은 일반인 또는 청각장애인의 난청 정도에 따라서 주파수 대역보상 조절기능을 갖추어 보다 편리하게 사용할 수 있으며, 음향신호를 스피커를 통해 청도로 전달하는 것과 함께 저음 영역 을 골도로 전달함으로써 우퍼 기능을 갖는 2.2 채널 스테레오 음질을 제공한다.

그리고, 본 발명에 의한 넥마이크를 구비한 골도 헤드셋은 음향 수신 가능한 난청 보철 용품(학습기, 보청기 등)에 적용할 수 있다.

Claims

삭제
사용자의 목에 접촉하여 발성 시 성대의 울림을 센싱하여 음성 신호로 변환하는 넥마이크;

발성 시 사용자 후두의 성문 개폐에 의한 공기 임피던스의 변화를 감지하여 피치신호를 검출하는 피치신호검출부;

상기 넥마이크로부터 입력된 음성신호와 상기 피치신호검출부로부터 입력된 피치신호를 결합하여 사용자의 음성을 합성하는 음성합성부;

상기 음성합성부에서 인식된 음성 시그널을 외부로 출력하는 음성출력단자;

상기 음성출력단자 또는 외부로부터 음향 신호가 입력되는 음향입력단자; 및

상기 음향입력단자로부터의 음향신호를 출력하는 스피커를 포함하며,

상기 피치신호검출부는, 자극 전류원을 발생하는 발진기, 상기 발진기로부터 인가되는 전압신호를 전류신호로 변환하는 전압전류변환기, 상기 전압전류변환기로부터 입력된 전류신호를 사용자 후두부에 인가하는 자극전류전극과 성문 개폐로 인한 후두부 임피던스 변화에 의해 진폭 변조된 후두 내부 공기 임피던스 신호를 추출하는 전압감지전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.
제 2항에 있어서,

음성인식부를 더 포함하며,

상기 음성인식부는 상기 음성합성부로부터 음성을 검출하고, 검출된 음성에서 특징을 추출하며 추출된 합성부는 상기 넥마이크로부터 입력되는 신호에서 음성을 검출하고, 검출된 음성에서 특징을 추출하며, 추출된 특징과 상기 피치신호검출부에서 추출된 피치신호를 기준 모델과 비교하는 유사도 측정을 통해 음성을 인식하여 인식된 음성 시그널을 음성출력단자에 공급하는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.
제 3항에 있어서,

상기 추출된 특징은 포만트 신호인 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.
제 2항에 있어서,

상기 자극전류전극과 상기 전압감지전극은 각 한 쌍으로 구성되며 사용자 목 의 결후를 가로질러 목 둘레에 착용 가능한 밴드에 가로 방향으로 차례로 설치하되, 내측에 상기 전압감지전극이 배치되고 외측에 상기 자극전류전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함하는 골도 헤드셋.
제 2항에 있어서,

사용자 설정에 따라 주파수 대역별로 음향신호의 주파수 특성을 보상하기 위한 대역별 이득조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.
제 2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음향입력단자로부터의 음향신호를 진동으로 변환하여 골도를 통해 전달하는 골도진동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함하는 골도 헤드셋.
제 7항에 있어서,

상기 골도진동부는 전압을 인가받아 유도자장이 형성되어 음향 레벨에 따르는 진동으로 변환하는 진동구동부와 사용자의 외이 주변에 접촉하여 진동구동부의 진동을 사용자의 골도에 전달하는 골도 진동자로 구성되는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.
제 7항에 있어서,

상기 음향입력단자에서 인가되는 음향 신호를 필터링하여 20Hz~3kHz 영역의 저주파 신호를 출력하는 저음필터부; 상기 저음필터부의 신호를 증폭하는 저음증폭부;를 더 포함하고, 상기 골도 진동부는 상기 저음증폭부로부터 인가되는 신호레벨이 입력되어 상기 20Hz~3kHz 영역의 음향신호를 진동으로 변환하여 골도를 통해 전달하는 것을 특징으로 하는 후두 임피던스를 이용하는 넥마이크를 포함한 골도 헤드셋.