KR101083771B1 - 다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다채널 마이크로폰과 이를 구비한 이식형 보청기에 대한 발명으로서 상부, 하부에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성된 본체, 상기 본체의 상부면 공간에 설치되고 외부음성신호를 전기신호로 변환하는 상부 감지소자, 상기 본체의 하부면 공간에 설치되고 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 하부 감지소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의해서 이식형 보청기의 인체내 잡음을 감소시키고, 마이크로폰의 감도를 향상시킬수 있다.

Description

다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기{MULTI-CHANNEL MICROPHONE AND IMPLANTABLE HEARING DEVICE FOR HAVING THE SAME}

본 발명은 다채널 마이크로폰 및 이를 구비하고 인체에 이식하는 보청기에 관한 것이다.

일반적으로 이식형 보청기의 마이크로폰은 하나의 마이크로폰만을 이용하여 체외에 위치하거나 두피를 절개하여 이식한다. 체외에 위치시키는 경우에는 귀의 근처에 위치시켜 외부의 음향을 포집하고 이를 유선 내지 무선을 이용하여 체내에 이식된 보청기로 전송한다. 이 방법은 외부에 마이크로폰이 노출되어 있어 미용상 좋지 못하며 유선 연결의 경우 감염 등의 우려가 있다.

근래 상기의 미용상의 문제점과 감염의 우려를 해결하기 위한 이식형 보청기에서는 마이크로폰까지 모든 시스템을 체내에 이식하는 방법을 사용하고 있다. 이식형 마이크로폰의 감도는 공기중에서 노출된 채로 사용되는 일반적인 마이크로폰의 감도에 비하여 다소 떨어진다. 즉 일반적인 마이크로폰의 감도는 가청 주파수의 전체 대역에서 일정하지만, 피하에 이식된 이식형 마이크로폰의 감도는 고주파수 대역에서 현저히 저하된다. 이는 이식형 마이크로폰을 덮고 있는 피부에 의해 외부의 소리 신호가 감쇠되고, 그 감쇠된 소리신호가 이식형 마이크로폰에 입력되기 때문이다.

이러한 이식형 마이크로폰의 감도저하의 문제를 극복하기 위해 진동막의 크기를 조절하여 가청주파수대역의 최적의 감도를 얻을 수 있도록 하는 기술과 신호증폭기술이 연구되고 있는 실정이다. 도1은 인체내부와 외부에서의 음향전달 특성에 관한 도식이다. 도1에 도시된 바와 같이 원래 음향이 진행하던 매질 1을 인체 외부라 하고 인체외부인 매질1과 상이한 매질 2를 인체 내부라 할 경우 인체 외부에서 인체 내부를 향해 전파되는 음향신호는 인체 내부와의 경계면에서 일부는 반사되며 일부는 인체 내부로 투과하게 된다. 이와 같이 인체 외부에서 내부로의 투과는 100 % 일어나지 않으며 이에 따라 인체 내부에 위치한 마이크로폰에서의 인체외부 음향 포집시에는 감도의 저하가 발생한다. 도 1에서와 같이 매질 1에서 매질 2에 음파가 수직으로 입사했을 때, 매질 1의 음향 임피던스 (acoustic impedance)를 Z₁ 매질 2의 음향 임피던스를 Z₂ 라 하고, 입사하는 소리의 강도를 I_i, 반사하는 소리의 강도를 I_r이라 하면 투과율은

과 같다. 인체 외부가 일반적인 생활환경에서 공기임을 감안하면 기체의 음향임피던스와 인체의 음향 임피던스를 고려할 때 피부에 도달된 음파의 아주 적은 양만이 인체를 투과하게 되어 이식형 마이크로폰에서의 감쇠는 매우 크다 할 수 있다. 또한 피부를 투과하는 음파는 1 ㎑ 이상의 음성 대역 고주파 영역에 대하여 감쇠가 많이 일어남으로 포집되는 신호의 신호 대 잡음비는 매우 좋지 못하다. 이와 같이 신호 대 잡음비가 낮은 환경에서 생체에 동잡음이 부과 될 경우 신호 대 잡음비는 더욱 낮아지며 이에 따라 보청기 사용자의 청음 명료도 또한 더욱 나빠지게 된다.

동잡음의 주요 요인으로 심박동음, 소화기관 활성운동, 혈액의 흐름, 뼈사이의 마찰 등과 같은 수없이 많은 생체내의 음향이 원인이 되고, 생체내의 음향은 밀폐되어 있는 공간에서 공명형상을 일으키고, 이식된 마이크로폰에 전달되어 외부에서 들리는 음향의 감쇠와 더불어 외부음향을 간섭하게 된다.

보다 구체적으로 단일 마이크로폰 혹은 단일 마이크로폰을 여러 위치에 부착시킨 형태의 경우 사람이 음식을 씹을 때 발생하는 치아의 마찰음, 음식물의 파쇄음, 머리카락 스치는 소리 등의 다양한 동체 동잡음이 이식된 마이크로폰으로 유입된다. 이 소리는 피부를 투과해 전달되는 음향에 비하여 인체 내부에서 전파됨으로 그 크기가 매우 크고 주파수 특성이 일정하지 않아 사실상 제거가 불가능하다. 이러한 동잡음의 영향으로 이식형 보청기에서는 생체내 잡음에 의한 음향의 감도가 떨어지는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 하나의 이식형 마이크로폰 내부에 다수의 음향 신호 감지 소자를 삽입하여 다채널 마이크로폰을 구현하고 이를 이용하여 생체 내부에서 발생하는 동잡음을 제거하고 수집을 원하는 음향 신호만을 수집하여 보청기에서는 청음명료도를 향상시키고 생체 음향 신호 포집에서는 원하는 신호의 신호 대 잡음비를 높이기 위함이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다채널 마이크로폰으로서 상부, 하부에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성된 본체, 상기 본체의 상부면 공간에 설치되고 외부음성신호를 전기신호로 변환하는 상부 감지소자 및 상기 본체의 하부면 공간에 설치되고 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 하부 감지소자를 포함하고 있으며, 상기 상부 감지소자에 음성신호가 입사하는 방향으로 설치되는 상부 진동막, 상기 하부 감지소자에 음성신호가 입사하는 방향으로 설치되는 하부 진동막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상부 감지소자와 연결되어 있고, 상부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제1출력단자, 상기 하부 감지소자와 연결되어 있고, 하부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제2출력단자, 상기 제1출력단자와 상기 제2출력단자를 각각 둘러싸고 상기 본체의 내부와 외부를 밀폐시키는 제1피드쓰루와 제2피드쓰루를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 상부면 엣지, 하부면 엣지에 돌출되어 있는 제1지지부는 상기 상부 진동막과 하부 진동막의 엣지 부분이 부착되는 부분으로 상기 상부 진동막과 상부 감지소자사이, 하부 진동막과 하부 감지소자 사이에 소정의 간격이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 상부 진동막 또는 하부 진동막의 엣지부분을 사이에 두고 상기 본체의 엣지부분에 돌출되어 있는 상기 제1지지부에 접착되는 링 형상의 고정캡을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 감지소자는 마이크로폰 바탕소자 또는 가속도 센서 같은 진동감지소자 일 수 있으며, 상기 본체는 상부면, 하부면에 소정의 부피를 갖는 공간과 측부면에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성되고, 본 발명인 다채널 마이크로폰은 상기 본체의 측부면 공간에 설치되어 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 측부 감지소자를 더 포함한다.

또한 다채널 마이크로폰은 상기 측부 감지소자 외측에 설치되는 측부 진동막, 상기 측부 진동막 외측면에 부착되는 코팅부, 상기 측부 감지소자와 연결되어 있고, 측부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제3출력단자, 상기 제3출력단자를 둘러싸고 내외부를 밀폐시키는 제3피드쓰루를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 측부면 엣지에 돌출되어 있는 제2지지부는 상기 측부 진동막이 상기 측부 감지소자와 소정의 간격이 형성되도록 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 상, 하부 진동막 및 측부 진동막 엣지부분을 사이에 두고 상기 본체의 엣지부분에 돌출되어 있는 제1지지부, 제2지지부의 상부에 접착되는 다각형상의 고정캡을 더 포함한다.

본 발명인 다채널 마이크로폰을 구비한 보청기는 앞서 설명한 다채널 마이크로폰, 적응필터를 포함하는 신호처리기, 상기 신호처리기로부터 수신되는 제어전압에 의해서 진동하여 중이의 침골을 진동시키는 진동자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기는 다음과 같은 효과가 있다

인체내부에서 형성되는 잡음을 제거하여 수집을 원하는 음향신호만을 진동자에 전달시켜 줌으로 인해서 듣고자 하는 음향의 명료도를 향상시키고, 기존에 있는 1채널 이식형 마이크로폰에 비해 인체 동작음, 저작음 등의 잡음 제거로 인해 신호대 잡음비를 향상 시킬 수 있다.

도1은 인체내부와 외부에서의 음향전달 특성에 관한 도식이다.
도2는 하부 감지소자가 마이크로폰 바탕소자인 다채널 마이크로폰의 단면도이다.
도3은 하부 감지소자가 하부 진동감지소자인 다채널 마이크로폰의 단면도이다.
도4는 측부 감지소자를 포함하는 다채널 마이크로폰의 단면도이다.
도5는 측부 감지소자를 포함하는 다채널 마이크로폰의 분해사시도이다.
도6은 본 발명인 다채널 마이크로폰이 뼈에 이식된 상태를 나타내는 개략도이다.
도7은 본 발명인 다채널 마이크로폰이 연질조직 사이에 이식된 상태를 나타내는 개략도이다.
도8a은 수중에 배치된 마이크로폰을 향하여 94 dBSPL의 순음을 방사시켜 상부와 하부의 마이크로폰 바탕소자에서 감지된 신호 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력과 하부 마이크로폰 바탕소자 출력의 위상차를 측정하여 그린 그래프이다.
도 9a는 다채널 마이크로폰을 인공 뼈에 부착하여 뼈에 이식된 마이크로폰의 상태와 동등한 조건으로 실험을 수행하여 얻은 출력을 그린 그래프이다.
도 9b는 하부 진동감지소자의 출력신호와 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력 신호 위상 차이를 그린 그래프이다.
도10은 다채널 마이크로폰을 구비한 이식형 보청기를 나타내는 개략적인 확대도이다.
도11은 적응필터를 이용하여 최적의 출력신호를 얻기 위한 블럭도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 다채널 마이크로폰 및 이를 구비한 이식형 보청기에 대해서 상세히 설명한다.

도2는 하부 감지소자가 마이크로폰 바탕소자인 다채널 마이크로폰의 단면도이고 도3은 하부 감지소자가 하부 진동감지소자인 다채널 마이크로폰의 단면도이다.

도2에 도시된 바와 같이 다채널 마이크로폰은 상부면, 하부면에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성된 본체(10), 본체의 상부면 공간에 설치되고 외부음성신호를 전기신호로 변환하는 상부 감지소자(21), 상기 본체의 하부면 공간에 설치되고 생체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 하부 감지소자(22), 상기 상부 감지소자 외측에 설치되는 상부 진동막(31), 상기 하부 감지소자 외측에 설치되는 하부 진동막(32), 상기 상, 하부 진동막 외측면에 부착되는 코팅부(40), 상기 상부 감지소자(21)와 연결되어 있고, 상부 감지소자(21)에 의해 변환된 전기신호를 적응필터에 전달하는 제1출력단자(51), 상기 하부 감지소자(22)와 연결되어 있고, 하부 감지소자(22)에 의해 변환된 전기신호를 적응필터에 전달하는 제2출력단자(52), 상기 제1출력단자(51)와 상기 제2출력단자(52)를 각각 둘러싸고 내외부를 밀폐시키는 제1피드쓰루(61)와 제2피드쓰루(62)를 포함한다.

본체(10)는 다채널 마이크로폰의 몸체역할을 하는 부분으로 본체의 상부면, 하부면에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성되어 있다. 소정의 부피를 갖는 공간내에 감지소자가 탑재된다. 본체는 상부면 엣지 부분과 하부면 엣지 부분이 돌출되어 있는 제1지지부(11)를 포함하고 있다. 본체(10)은 티타늄 등과 같은 생체 적합성 금속물질로 형성될 수 있으며, 진동막(membrane)의 크기 변화에 따라서 본체(10)의 크기도 변경된다.

감지소자는 음성신호를 전기신호로 변환하는 소자로서 고정전극을 매우 좁은 간격으로 마주보게 하고 음파에 의한 막의 진동이 정전용량의 변화로 전환되는 원리를 이용한 소자이다. 본체(10)의 상부와 하부 소정의 부피를 갖는 공간에 상부 감지소자(21)와 하부 감지소자(22)가 설치되며, 특히 본체(10)의 하부에 설치되는 하부 감지소자(22)는 마이크로폰 바탕소자 또는 진동감지소자일 수 있다.

진동막은 상부와 하부의 감지소자를 완전히 덮도록 설치되는 상부 진동막(31)과 하부 진동막(32)이 있으며, 외부음파의 입력에 의해서 진동을 하게 되고 진동파는 감지소자에 전달된다. 진동막의 직경은 5㎜이상 10㎜미만으로 설정될 수 있다.

코팅부(40)는 생체적합성 물질로 이루어져 있으며 바람직하게는 실리콘으로되어 있을 수 있으며, 진동막의 공진주파수가 설정된 범위내로 조절되도록, 진동막의 일면에 설치된다. 코팅부(40)의 두께를 조절함으로 인해서 진동막의 공진주파수를 변화시킬 수도 있다. 진동막의 직경을 증가시키더라도 코팅부(40)에 의해서 진동막의 공진 주파수가 조절될 수 있으므로 특정 주파수 대역의 음향신호에 대한 마이크로폰의 감도가 향상될 수 있다.

제1출력단(51) 및 제2출력단(52)은 각각 상부 감지소자(21), 하부 감지소자(22)와 연결되어 있고 전환된 전기신호를 적응필터로 전달하는 역할을 한다. 출력단과 감지소자가 절연되도록 절연테이프로 감싸져 있으며 절연테이프는 테프론 수지로 형성될 수 있다. 제1피드쓰루(61)와 제2피드쓰루(62)는 본체(10)의 관통홀에 삽입된 채로 본체(10)에 접합되고 제1출력단자(51), 제2출력단자(52)를 각각 감싸고 있으며, 다채널 마이크로폰의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다.

본 발명인 다채널 마이크로폰은 본체(10)의 상, 하부에 형성되어 있는 소정부피의 공간에 감지소자가 결합되고 감지소자의 상부, 하부를 감싸도록 진동막이 설치된다. 상부 진동막(31) 또는 하부 진동막(32)의 엣지부분을 사이에 두고 본체(10)의 상부, 하부 엣지부분에 돌출되어 있는 제1지지부(11)의 상부에 접착되는 링 형상의 고정캡(70)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상부진동막(31)과 상부 감지소자(21), 하부 진동막(32)과 하부 감지소자(22) 사이에는 얇은 공기층이 형성되고 공기층의 두께가 최대한 얇게 형성될수록 다채널 마이크로폰의 감도는 향상될 수 있다. 또한 링 형상의 고정캡(70)은 상부진동막(31), 하부 진동막(32)을 본체(10)에 고정시키는 역할을 하게 된다.

본체(10)의 하부 소정부피의 공간에 결합되는 감지소자는 도2에 도시된 바와 같이 마이크로폰 바탕소자인 경우도 있으나 도3에 도시된 바와 같이 진동감지소자(22b)인 경우도 있다. 다채널 마이크로폰의 생체내 결합부분이 연질조직인 경우에는 마이크로폰 바탕소자가 사용되나 뼈와 같은 단단한 구조의 매질에 결합되는 경우에 하부 감지소자는 진동감지소자(22b)를 적용하는 것이 유리하다.

도4는 측부 감지소자를 포함하는 다채널 마이크로폰의 단면도이고 도5는 측부 감지소자를 포함하는 다채널 마이크로폰의 분해사시도이다.

앞선 설명과 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도4에 도시된 바와 같이 측부 감지소자(23)를 포함하는 다채널 마이크로폰은 본체(10)의 상부면, 하부면에 소정의 부피를 갖는 공간과 측부면에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성되고, 본체(10)의 측부면 공간에 설치되고 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 측부 감지소자(23), 측부 감지소자(23) 외측에 설치되는 측부 진동막(33), 측부 진동막 외측면에 부착되는 실리콘 코팅부(40), 측부 감지소자(23)와 연결되어 있고, 측부 감지소자(23)에 의해 변환된 전기신호를 적응필터에 전달하는 제3출력단자(53), 제3출력단자(53)를 둘러싸고 내외부를 밀폐시키는 제3피드쓰루(63)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본체(10)의 측부 엣지부분에 제2지지부(12)가 있고 측부 진동막(33)을 본체(10)의 상부와 단단히 결합되도록 사각형상의 고정캡(71)을 더 포함하며, 측부 감지소자(23)와 측부 진동막(33) 사이에도 소정의 공기층이 형성된다.

도5에 도시된 바와 같이 본체 내 상부, 하부, 측부 각각에 감지소자가 설치되고 각각의 감지소자 상부에 상부진동막(31), 하부진동막(32), 측부진동막(33)이 설치되며, 각 진동막을 본체에 고정시키기 위해서 본체의 상, 하부 엣지부분에 형성된 제1지지부와 측부 엣지부분에 형성된 제2지지부에 사각형상의 고정캡(71)이 결합된다.

세 개의 마이크로폰 바탕 소자 내지 진동 감지 소자로 구성된 다채널 마이크로폰은 주 신호 측정을 위한 상부 마이크로폰 바탕소자, 측부 마이크로폰 바탕소자 내지 측부 진동 감지 소자, 하부 마이크로폰 바탕소자 내지 하부 진동 감지 소자로 구성된다. 측부와 하부 감지소자의 경우 향하는 면이 뼈와 같은 단단한 구조인 경우 진동 감지소자를 사용하고 연질 구조인 경우 마이크로폰 바탕소자를 적용하는 것이 유리하다. 세 개 이상의 음향 내지 진동 감지소자를 사용하는 경우 수집하고자 하는 소리 신호에 대한 신호 대 잡음비를 잡음 제거 알고리즘을 통해 비약적으로 향상 시킬 수 있는 구조이나 신호처리시간 및 피드쓰루 장착에 따른 부피 증가를 고려하여 이식 부분의 크기와 주변 잡음 발생 상황에 알맞게 채널을 확장하여야 한다. 특히 평평한 뼈에 마이크로폰이 이식된 경우 하부 진동 감지소자와 측부 진동 감지소자에서 측정되는 신호는 거의 유사한 형태이므로 하나의 신호만을 측정하는 것이 신호처리 및 마이크로폰의 부피를 줄이는 측면에서 유리하다.

도6은 본 발명인 다채널 마이크로폰이 뼈에 이식된 상태를 나타내는 개략도이고, 도7은 본 발명인 다채널 마이크로폰이 연질 조직 사이에 이식된 상태를 나타내는 개략도이다.

도6에 도시된 바와 같이 다채널 마이크로폰(1)이 외부 신호의 포집이 주목적인 경우 마이크로폰의 고정과 외부 신호음의 포집 성능을 개선하기 위해 두개골의 측두부 및 귀의 근처에 있는 피부아래의 뼈(700)에 마이크로폰(1)을 이식하며 이때 피부(500)층의 깊이가 얕은 곳이 이식하는 것이 적절하다. 인체의 외부에서 발생한 소리는 도6과 같이 피부(500)를 통과하여 연질조직(600)에 전달되며 연질조직(600)의 진동으로 인하여 다채널 마이크로폰(1)의 상부 감지소자(21)에 의해 외부 음향이 전기신호로 변환된다. 이때 인체 내부에서 발생한 생체 동잡음은 뼈(700)를 통해 마이크로폰에 진동 형태로 전달되며 이 진동은 다채널 마이크로폰(1)의 상부 감지소자(21) 및 하부 진동감지소자(22b)에 거의 동일한 세기로 전달된다. 이에 의해서 마이크로폰 내부의 두 소자의 출력신호는 각기 다른 특성을 가지게 된다. 상부 감지소자(21)의 출력신호는 포집하고자 하는 상부신호와 하부신호가 결합되어 있어 신호 대 잡음비가 낮다. 하부 진동감지소자(22b)의 출력신호는 전방 신호의 포집 성능이 낮으므로 후방 신호가 주를 이루게 된다. 이러한 두 출력 신호의 특성을 이용하여 적응 필터 통해 전방 신호의 신호 대 잡음비를 높이면 동잡음을 제거 할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 연질조직(600) 사이에 이식된 다채널 마이크로폰(1)은 사용 목적에 따라 상부 감지소자(21)의 위치가 달라진다. 인체 밖에서 발생한 음향을 포집하는 것이 목적인 경우 상부 감지소자(21)는 피부(500)를 향하고 하부 마이크로폰 바탕소자(22a)는 인체내부를 향하게 된다. 이와는 달리 인체 내부에서 발생하는 소리를 포집하는 것이 목적인 경우에는 상부 감지소자(21)가 인체 내부를 향하게 되고, 하부 마이크로폰 바탕소자(22a)가 피부(500)를 향하게 된다. 이 두 경우 모두에서 상부 감지소자(21)와 하부 마이크로폰 바탕소자(22a)는 피부를 통해 전달되는 소리와 인체조직에서 자체적으로 발생하는 소리를 모두 포집한다. 이때 각 감지소자는 그 소자가 위치하고 있는 면에서 발생 혹은 전달되는 소리를 다른 방향에서 전달 혹은 발생한 소리에 비하여 크게 포집한다. 이를 통해 두 출력 신호는 원하는 신호가 강조된 출력과 원하지 않는 잡음이 강조된 출력으로 구분되며 이를 적응필터를 사용하여 원하는 소리만을 추출할 수 있다.

앞서 설명한 다채널 마이크로폰의 이식상태와 동등한 상황에서 실험결과를 통해서 상부 마이크로폰 바탕소자와 하부 마이크로폰 바탕소자 또는 진동감지소자에서 검출되는 음향의 출력값과 상부, 하부 마이크로폰 바탕소자 또는 상부 마이크로폰 바탕소자, 하부 진동감지소자 출력의 위상차를 살펴본다.

도8a에 도시된 그래프는 수중에 배치된 마이크로폰을 향하여 94 dBSPL의 순음을 방사시켜 상부와 하부의 마이크로폰 바탕소자에서 감지된 신호 출력을 나타낸 그래프이다. 상부 마이크로폰 바탕소자의 신호 출력은 평탄 대역에서 약 -40 dB의 신호출력 크기를 보이며 3 khz 부근에서부터 감쇠하는 형태를 보인다. 하부 마이크로폰 바탕소자의 출력신호는 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력신호와 유사한 주파수 특성을 보이나 신호의 크기는 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력 신호의 크기보다 약 20 dB 작은 출력 크기를 보인다.

도 8b에 도시된 그래프는 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력과 하부 마이크로폰 바탕소자 출력의 위상차를 측정하여 그린 그래프이다. 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력과 하부 마이크로폰 바탕소자의 출력이 위상차를 가짐으로 포집시에 시간적인 도달 차이가 있음을 알 수 있으며 이를 해소하기 위해 적응 필터에서 시간 지연을 사용하는 것이 필요하다.

도 9a에 도시된 그래프는 다채널 마이크로폰을 인공 뼈에 부착하여 뼈에 이식된 마이크로폰의 상태와 동등한 조건으로 실험을 수행하여 얻은 출력을 그린 그래프이다. 도9a에 도시된 바와 같이 인공 뼈에 진동을 인가하여 측정한 하부 진동감지소자의 출력과 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력은 그 주파수 특성이 동일하며 신호의 크기만이 다르게 관찰된다.

도 9b는 하부 진동감지소자의 출력신호와 상부 마이크로폰 바탕소자의 출력 신호 위상 차이를 그린 그래프이다. 도 9b에 도시된 바와 같이 두 출력의 위상차는 거의 0°이며 이에 따라 두 신호는 상부 마이크로폰 바탕소자 및 하부 진동감지소자에서 위상차가 거의 없이 포집됨을 확인할 수 있다.

제안하는 마이크로폰의 출력은 측정하고자하는 방향의 상부 감지소자와 하부, 측부 감지소자로부터 들어온 신호를 이용하고 가중치를 고려하여 감산(subtraction) 및 위상지연감산(phase delayed subtraction) 등의 간단한 알고리즘이나 적응형 필터를 이용하여 신호 처리를 함으로써 효과적으로 생체 동잡음을 제거시킬 수가 있다,

이하 상기 설명한 다채널 마이크로폰을 구비한 이식형 보청기에 대해서 살펴본다. 도10은 다채널 마이크로폰을 구비한 이식형 보청기를 나타내는 개략적인 확대도이다.

다채널 마이크로폰을 구비한 이식형 보청기는 다채널 마이크로폰(1)과 적응필터를 포함하는 신호처리기(2), 신호처리기로부터 수신되는 제어전압에 의해서 진동하여 중이의 침골을 진동시키는 진동자(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도10에 도시된 다채널 마이크로폰(1)은 상부와 하부에 마이크로폰 바탕소자를 구비한 마이크로폰을 나타내고 있다. 마이크로폰의 구체적인 구성과 작용은 상술한 것과 실질적으로 동일하므로 설명을 생략하기로 한다. 신호처리기(2)는 인체의 외이 주변에 이식되고 인체의 외이 또는 측두골의 어느 한 부위에 이식된 다채널 마이크로폰으로부터, 실리콘 튜브에 의해 피복된 신호전송라인을 통해서 전기적 신호를 수신한다. 신호처리기(2)는 피복된 신호전송라인을 통하여 진동자(3)에 제어전압을 출력하고 진동자(3)는 인체의 중이에 이식되어 중이의 침골을 진동시킨다. 신호처리기(2)와 진동자(3)의 구체적인 구성 및 동작은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 잘 이해할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

도11은 적응필터를 이용하여 최적의 출력신호를 얻기 위한 블럭도이다.

도11에 도시된 바와 같이 신호처리기에 포함되어 있는 적응필터(500)는 최적의 출력신호를 얻기 위한 구성으로서 다수의 입력신호에 따른 적응 필터의 구조는 상부, 하부 마이크로폰 바탕소자의 출력신호를 입력하여 상부 마이크로폰 바탕소자 출력신호의 시간지연 시킨 값과 필터1를 거친 하부 마이크로폰 바탕소자의 출력 신호값을 덧셈기 1(100)에서 합하고, 덧셈기 2(200)에서는 부호를 반대로 하여 뺀다.

덧셈기 2(200)의 출력 값을 적응 필터에 입력시켜 경험적으로 잡음이 제거된 최상의 값을 갖도록 하는 최적 계수를 도출하고 이를 덧셈기 1의 출력신호를 다시 시간지연 시킨 값으로부터 덧셈기 4(400)를 이용하여 빼고 최종 출력신호를 얻는다. 최종 출력신호는 다시 적응필터(500)로 되먹임시켜 출력에 따른 최적 계수 도출에 사용한다. 또한 적응 필터를 사용하지 않고 세 개 혹은 그 이상의 감지 소자의 출력 신호를 덧셈기 3(300)을 이용하여 단순히 잡음이 포함된 신호에서 강조된 잡음 값을 빼서 단순 출력신호를 얻는 방법도 있다. 덧셈기 3(300)만을 이용하여 출력신호를 얻는 방법에서는 부가적으로 각 출력의 크기를 조절하는 것을 포함하고 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 다채널 마이크로폰 2 신호처리기
3 진동자 10 본체
11 제1지지부 12 제2지지부
21 상부 감지소자 22 하부 감지소자
23 측부 감지소자 31 상부 진동막
32 하부 진동막 33 측부 진동막
40 코팅부 51 제1출력단
52 제2출력단 53 제3출력단
61 제1피드쓰루 62 제2피드쓰루
63 제3피드쓰루 70 링 형상의 고정캡
71 사각형상의 고정캡 100 덧셈기 1
200 덧셈기 2 300 덧셈기 3
400 덧셈기 4 500 적응필터

Claims (11)

1. 상부, 하부에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성된 본체;
   상기 본체의 상부면 공간에 설치되고 외부음성신호를 전기신호로 변환하는 상부 감지소자;및
   상기 본체의 하부면 공간에 설치되고 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 하부 감지소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 감지소자에 음성신호가 입사하는 방향으로 설치되는 상부 진동막, 상기 하부 감지소자에 음성신호가 입사하는 방향으로 설치되는 하부 진동막;및
   상기 상, 하부 진동막 외측면에 연결되는 코팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 상부 감지소자와 연결되어 있고, 상부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제1출력단자, 상기 하부 감지소자와 연결되어 있고, 하부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제2출력단자, 상기 제1출력단자와 상기 제2출력단자를 각각 둘러싸고 상기 본체의 내부와 외부를 밀폐시키는 제1피드쓰루와 제2피드쓰루를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 본체의 상부면 엣지, 하부면 엣지에 돌출되어 있는 제1지지부는 상기 상부 진동막과 하부 진동막의 엣지 부분이 부착되는 부분으로 상기 상부 진동막과 상기 상부 감지소자 사이, 상기 하부 진동막과 상기 하부 감지소자 사이에 소정의 간격이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 상부 진동막 또는 하부 진동막의 엣지부분을 사이에 두고 상기 본체의 엣지부분에 돌출되어 있는 상기 제1지지부에 접착되는 링 형상의 고정캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 하부 감지소자는 마이크로폰 바탕소자 또는 진동감지소자인 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
7. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체는 상부면, 하부면에 소정의 부피를 갖는 공간과 측부면에 소정의 부피를 갖는 공간이 형성되고, 상기 본체의 측부면 공간에 설치되어 인체내 음성신호를 전기신호로 변환하는 측부 감지소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 측부 감지소자 외측에 설치되는 측부 진동막;
   상기 측부 진동막 외측면에 부착되는 코팅부;
   상기 측부 감지소자와 연결되어 있고, 측부 감지소자에 의해 변환된 전기신호를 전달하는 제3출력단자;및 상기 제3출력단자를 둘러싸고 내외부를 밀폐시키는 제3피드쓰루를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 본체의 측부면 엣지에 돌출되어 있는 제2지지부는 상기 측부 진동막이 상기 측부 감지소자와 소정의 간격이 형성되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 상, 하부 진동막 및 측부 진동막 엣지부분을 사이에 두고 상기 본체의 엣지부분에 돌출되어 있는 제1지지부, 제2지지부의 상부에 접착되는 사각형상의 고정캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰.
    
11. 제1항의 다채널 마이크로폰;
    적응필터를 포함하는 신호처리기;및
    상기 신호처리기로부터 수신되는 제어전압에 의해서 진동하여 중이의 침골을 진동시키는 진동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 마이크로폰을 구비한 이식형 보청기.

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