KR101223830B1 - 보청기와 과도 현상 검출 및 감쇠 방법 - Google Patents

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Abstract

보청기는 입력 신호의 급속 과도 현상을 검출하는 수단(15) 및 감쇠된 과도 현상을 가진 신호를 사용자에게 제공하기 전에 검출된 과도 현상을 감쇠시키는 수단(16, 12, 13)을 구비한다. 검출은 대역 분할 필터 뱅크(11)의 상류에서 신호의 피크 차를 측정하고 그 피크 차를 적어도 하나의 피크 차 제한치와 비교함으로써 수행된다. 그 다음에, 만일 과도 현상이 검출되면, 상태 머신(20)은 신호의 피크 레벨과 절대 평균 레벨을 분석하고, 과도 현상을 감쇠시키기 위하여 적어도 과도 현상의 지속기간 동안 이득 계산기(12)가 입력 신호의 피크 레벨 또는 절대 평균 레벨을 따르도록 속박한다. 이득 계산기(12)의 속박은 검출된 과도 현상에 따라서 각 주파수 대역에서 수행된다. 본 발명은 급속 과도 현상을 검출하는 방법을 또한 제공한다.

Description

보청기와 과도 현상 검출 및 감쇠 방법{HEARING AID AND A METHOD OF DETECTING AND ATTENUATING TRANSIENTS}
본 발명은 보청기에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 입력 신호를 동적으로 수정하는 수단을 구비한 보청기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 보청기에서 신호를 처리하는 방법에 관한 것이다.
현대의 보청기에 있어서, 증폭 이득은 사용자의 청각 손실을 조정하기 위한 처방전(prescription)에 따라서 설정되고, 순간 음향 레벨에 따라서 동적으로 수정된다. 최신 보청기에 있어서, 이것은 각각의 주파수 대역에서 수행된다. 보청기의 피팅(fitting)은 하한을 구성하는 청취 임계 레벨(hearing threshold level; HTL)과 상한을 구성하는 상위 안락 레벨(upper comfort level; UCL) 사이에서 재생 음향의 레벨을 한정하는데 목표를 두고 있다. 청각 손실이 있는 사람은 청각 손실이 존재하는 주파수에서 높은 HTL을 갖고, UCL은 일반적으로 청각 손실에 의해 덜 영향을 받는다. 즉, 매우 큰 음향은 정상 청각을 가진 사람에게 주는 것과 거의 동일한 불쾌감을 야기한다. 따라서, 상위 안락 레벨을 초과하지 않고 음향 레벨의 큰 변화를 관리하기 위하여 보청기로부터의 출력 신호를 소정 형태로 동적 감소 또는 압축하는 것이 필요하다. 이것은 매우 크고 매우 짧은 지속기간으로 발생하는 과도 잡음(transient noise)의 경우에 특히 그렇다.
현대의 보청기는 일반적으로 보청기 출력 변환기로부터의 증폭된 음향을 UCL 이하로 유지하기 위하여 음향 신호의 레벨을 동적으로 압축 또는 제한하는 몇 가지 방법을 갖고 있다. 압축기(compressor)는 일반적으로 레벨 검출기 및 이득 레벨을 조절할 수 있는 증폭기를 구비하고 있다. 레벨 검출기는 입력 신호의 일반 레벨의 측정치, 예를 들면 피크 레벨, 엔벨로프, 또는 소정의 시간 창(time window) 중에서 조우되는 소정의 평균치를 제공한다. 최신 보청기에 있는 압축기는 일반적으로 스피치(speech)를 충실히 및 이해할 수 있게 재생할 목적으로 사용자의 청각 손실에 대한 보청기 피팅의 절차 중에 최적화된 설정(setting)을 갖는다. 다른 음향들은 물론 보청기에 의해 또한 재생되지만, 스피치 신호의 처리 품질이 탁월하다.
잡음 중에 있는 스피치 신호는 청각 장애자가 이해하기가 특히 어렵고, 따라서 최적화 처리는 보청기가 사용자에게 맞추어질 때 이러한 요소를 고려한다. 과도 잡음은 프로세서가 반응하고 감쇠하기엔 너무 짧기 때문에 특별한 문제점을 갖는다. 반복적인 과도 현상(transient)은 또한 과도 음향이 끝난 후 최대 수 초 동안 보청기의 증폭을 상당히 감소시킬 수 있다.
많은 요소들이 결과적인 이득 감소 신호의 품질에 영향을 준다. 증폭기의 품질, 이득이 감소되는 속도, 및 입력 신호에서 피크의 검출 방법 및 속도는 모두 재생 신호의 인지되는 품질에 영향을 준다. 느린 어택 타임(attack-time), 즉 이득을 감소시킴에 있어서의 느린 속도는 입력 레벨이 부드러운 것(soft)으로부터 큰 것(loud)으로 변화할 때 너무 많은 이득을 야기할 수 있다. 느린 릴리즈 타임(release-time), 즉 이득이 감소된 레벨로부터 다시 정상 레벨로 올라감에 있어서의 느린 속도는 큰 음향 직후의 부드러운 음향에 너무 작은 이득이 인가되게 할 수 있다.
이 출원에서, 보청기는 청각 손실을 완화하기 위해 청각 장애자가 귀걸이형 또는 귓속형으로 착용하도록 설계된 배터리 구동형의 작은 마이크로 전자 장치로서 이해하여야 한다. 사용하기 전에, 보청기는 소위 청력도(audiogram)로 귀착되는 청력 테스트에 기초하여, 사용자가 음향을 인지하는데 어려움이 있는 가청 주파수 범위 부분의 주파수를 증폭시킴으로써, 청각 장애자의 비보조 청취의 초기 성능의 처방전에 따라 보청기 피터에 의해 조정된다. 보청기는 하나 이상의 마이크로폰, 배터리, 신호 프로세서를 포함한 마이크로 전자회로, 및 음향 출력 변환기를 포함한다. 신호 프로세서는 디지털 신호 프로세서가 바람직하다. 보청기는 인간의 귀 뒤에 또는 귀 속에 고정하기에 적합한 케이스에 봉입된다.
보청기의 마이크로폰은 주변으로부터의 음향을 아날로그 전기 신호로 변환한다. 보청기의 디지털 신호 프로세서는 마이크로폰으로부터의 아날로그 전기 신호를 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 형태로 변환하고, 후속의 신호 처리는 디지털 영역에서 실시된다. 디지털 신호는 디지털 대역 통과 필터의 대응하는 뱅크에 의해 복수의 주파수 대역으로 분할되고, 각 대역 통과 필터는 각 주파수 대역을 처리한다. 대역 통과 필터의 뱅크는 일반적으로 대역 분할 필터(band-split filter)라고 표시된다. 각 주파수 대역에서의 신호 처리는 이득 계산 및 압축을 포함한다. 각 주파수 대역에서의 신호 처리 후에, 디지털 출력 신호를 음향으로 변환하기 전에 복수의 주파수 대역이 합산된다.
따라서, 디지털 보청기는 입력 신호의 복수의 상이한 주파수 대역을 별도로 독립적으로 증폭하고, 그 다음에 결과적인 주파수 대역 신호를 결합하여 재생을 위한 일관된(coherent) 가청 범위 주파수를 형성할 수 있다. 증폭 처리 부분은 각 주파수 대역의 강약 변화(dynamics)를 제어하기 위해 적용되는 압축 알고리즘을 수반하고, 증폭 이득 및 압축기 파라미터는 각각의 대역마다 별도로 제어되어 특수 청각 손실에 대해 음향 재생을 맞출 수 있다.
최신 보청기에 설치된 압축기는 일반적으로 스피치를 충실히 및 이해할 수 있게 재생할 목적으로 사용자의 청각 손실에 대한 보청기 피팅 절차 중에 최적화된 설정을 갖는다. 다른 음향들은 물론 보청기에 의해 또한 재생되지만, 스피치 신호의 처리 품질이 탁월하다. 잡음에서의 스피치 신호는 청각 장애자가 이해하기가 특히 어렵고, 따라서 최적화 처리는 보청기가 사용자에게 맞추어질 때 이러한 요소를 고려한다.
예리한 과도 잡음은 보청기 사용자와 잘 조화되지 않는다는 것이 잘 알려져 있다. 칼과 접시가 함께 부딪히는 소리, 유리가 부딪히는 쨍소리, 종이가 부서지는 소리, 문닫는 소리 또는 다른 큰 과도 잡음은 소위 상위 안락 레벨의 임계치를 초과할 뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 압축기에 의해 경감시키는 것이 불가능하고, 보청기 사용자에 의해 참을 수 없는 잡음으로 인지될 수 있다.
따라서, 가장 예리한 과도 현상을 안락하게 감쇠시키면서 잡음 속의 스피치를 충실하고 이해할 수 있게 재생할 수 있는 보청기가 요구되고 있다.
WO-A1-2007031499호는 보청기에서 과도 잡음을 감쇠시키는 방법 및 장치에 대하여 개시하고 있다. 이 방법은 입력 신호의 포락선(envelope curve)을 검출하는 단계, 포락선 모서리의 경사도 및/또는 높이를 결정하는 단계, 및 입력 신호의 다음 제로 천이(zero transition)의 바로 부근에서만 결정된 모서리의 경사도 및/또는 높이에 의존해서 보청기의 출력 신호를 감쇠시키는 단계를 포함한다.
보청기로서 구체화되는 장치는 입력 신호의 포락선을 검출하는 검출 소자와, 포락선 모서리의 경사도 및/또는 높이를 결정하는 데이터 처리 소자와, 보청기의 출력 신호를 감쇠시키는 감쇠 소자를 포함한다.
상기 종래의 방법은 입력 신호의 5개의 다른 파라미터, 즉 포락선, 경사도, 신호 피크, 모서리 존재(edge presence) 및 제로 천이를 분석 및 추출해야 하는 단점이 있다. 이 방법은 또한 각 신호 피크를 완화시키는 정확한 감쇠 레벨을 계산해야 하는 추가의 복잡성도 가지고 있다. 더욱이, 제로 교차 규칙은 감쇠에 기인하는 파형의 제로 교차시의 경사도의 변화가 재생 음향에 클릭 및 아티팩트를 도입할 수 있기 때문에 클릭이 시스템에 의해 생성되지 않는다는 것을 보증하지 못한다. 따라서, 보청기에서 입력 신호의 급속 과도 현상 피크를 검출하고 취급하기 위한 더 간단하고 고속인 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은, 제1 태양으로서, 마이크로폰, 입력 신호를 복수의 주파수 채널 입력 신호로 분할하는 필터 뱅크를 가진 신호 프로세서 및 출력 변환기, 및 상기 채널로부터의 출력 신호를 합산하는 합산기를 포함하고, 각각의 주파수 채널은 채널 음향 레벨 계산기, 채널 이득 계산기 및 채널 증폭기를 포함하며, 각각의 채널 음향 레벨 계산기는 채널 입력 신호로부터 파라미터 집합을 유도하도록 적응되고, 각각의 채널 이득 계산기는 각 채널 증폭기의 이득을 동적으로 제어하도록 적응되며, 각각의 채널 증폭기는 사용자의 처방전에 따라서 신호들을 처리하도록 적응되고, 각각의 채널 이득 계산기와 각각의 채널 증폭기는 함께 채널 압축기를 형성하는 것인 보청기에 있어서, 신호 프로세서가 필터 뱅크의 상류에 배치된 과도 현상 검출기를 포함하고, 상기 과도 현상 검출기는 입력 신호의 경사도를 결정하고 만일 입력 신호의 경사도가 미리 정해진 값을 초과하면 각각의 채널 음향 레벨 계산기에 신호를 제공하는 수단을 구비하고, 각각의 채널 음향 레벨 계산기는 유도된 파라미터 집합에 기초하여 각각의 주파수 채널에서 채널 이득 계산기와 채널 증폭기의 압축 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 보청기를 제공한다.
이 구성은 과도 신호를 스피치 신호와 다르게 취급하는 그러한 방법으로 복수의 주파수 채널에서 적절한 동작을 취하고 이득 계산기의 행동을 변경하기 위하여 충분히 고속으로 응답하는 과도 현상 검출기를 구비한 보청기 프로세서를 제공한다. 스피치 신호가 32 kHz의 샘플 레이트에서 5 dB/샘플에 대응하는, 예컨대 160,000 dB/s보다 느리게 상승하는 과도 현상을 가질 뿐이라는 사실이 주어지면, 5 dB/샘플보다 더 빠르게 상승하는 특정 레벨 이상의 모든 과도 현상이 본 발명에 따른 과도 현상 검출기에 의해 상기 방법으로 검출 및 처리될 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 이득 제어기는 90% 백분위수 예측기(percentile estimator)를 포함한다. 이 백분위수 예측기는 상승하는 신호 값이 엔벨로프 값을 신호 레벨만큼 빠르게 상승하게 하고 하강하는 신호 값이 엔벨로프 값을 고정된 시간 상수에 따라서 하강하게 하는 방법으로 신호 레벨을 따름으로써 신호의 엔벨로프를 출력한다. 시간 상수는 백분위수 예측기의 평균 레벨이 신호 에너지의 90%와 대략 동일하게 되는 그러한 방법으로 선택된다. 이러한 종류의 백분위수 예측기는 예를 들면 WO-A1-95/15668호에 나타나 있다.
제2 태양에 있어서, 본 발명은 입력 신호에서 과도 현상을 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 입력 신호에서 광대역 과도 현상을 검출하는 단계와, 입력 신호를 복수의 주파수 대역으로 분할하는 단계와, 각 주파수 대역을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 처리 단계는 대역 입력 신호로부터 대역 파라미터의 집합을 유도하는 단계와, 사용자 처방전에 따라서 각 주파수 대역의 신호에 대한 대역 이득 레벨을 계산하여 적용하는 단계를 포함하며, 대역 이득 레벨을 계산하는 단계는 광대역 과도 현상의 레벨 및 유도된 대역 파라미터 집합의 레벨에 따라서 과도 음향을 압축하는 단계와, 보청기에 의한 재생을 위해 각 주파수 대역으로부터의 출력 신호를 함께 가산하는 단계를 포함한다.
추가의 특징 및 장점들은 첨부된 청구범위로부터 알 수 있다.
디지털 보청기에 있어서, 신호는 나이퀴스트 기준에 따라서 샘플링된다. 즉, 샘플 레이트는 재생되는 신호의 최고 주파수의 2배이다. 예를 들어서, 만일 신호가 32 kHz로 샘플링되면, 재생될 수 있는 최고 주파수는 16 kHz일 것이다. 경험에 의하면 160,000 dB/초보다 더 높은 경사도를 가진 과도 현상 피크가 스피치 음향에는 실제로 없지만 다른 음향에서는 자주 발생한다는 것을 알았다. 따라서, 32 kHz의 샘플 레이트로 수행하는 디지털 보청기의 과도 현상 검출 시스템의 경사도 레벨 검출기는 5 dB/샘플 이상의 경사도에 반응하도록 유리하게 구성될 수 있다.
만일 경사도 레벨 검출기가 5 dB/샘플 이상의 임의의 경사도에 반응하도록 허용되면, 매우 낮은 레벨에서 너무 많은 급속 과도 현상이 검출될 것이다. 그러므로, 음향 레벨 제한치를 과도 현상 검출 시스템에 도입하여 상기 제한치 이하의 과도 현상은 검출되지 못하게 한다.
입력 신호의 급속 과도 현상 피크를 검출하고 취급하기 위한 보다 간단하고 고속인 보청기 시스템이 제공된다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명을 더 자세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 보청기의 과도 현상 검출 및 감쇠 장치를 보인 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 보청기의 과도 현상 검출 및 처리 장치를 보인 도이다.
도 3은 대표적인 음향 선택으로부터 취해지고 사이즈를 잰 후 분류된 샘플당 레벨 증가 대 과도 음향을 보인 그래프도이다.
도 4는 보청기에서 시간에 따른 입력 신호 레벨의 오실로그램도이다.
도 5는 도 4의 입력 신호에 대응하는 시간에 따른 레벨 측정치의 집합을 보인 그래프도이다.
도 6은 시간에 따른 압축기의 입력 레벨의 집합 및 대응하는 이득 레벨을 보인 그래프도이다.
도 7은 도 6의 레벨 측정치에 대응하는 검출기 파라미터의 그래프도이다.
도 8은 본 발명에 따른 과도 현상 감쇠 시스템의 상태를 보인 그래프도이다.
도 1은 보청기의 종래 기술에 따른 과도 현상 검출 및 감쇠 장치를 블록도로 보인 것이다. 입력은 입력 신호의 가용 주파수 범위를 복수의 주파수 대역으로 분할하는 대역 분할 필터 블록(2)에 접속된다. 복수의 주파수 대역의 각 주파수 대역은 엔벨로프 계산 블록(3), 비스피치(non-speech) 경사도 검출 블록(4), RMS 계산 블록(5), 스피치 특성 입력 블록(6) 및 이득 계수 계산 블록(7)을 각각 구비한 자신의 검출 및 감쇠 수단을 갖고 있다. 도 1에는 하나의 예시적인 임의 주파수 대역만이 도시되어 있고, 나머지 주파수 대역은 명확성을 위해 제시되어 있다. 검출 및 감쇠 수단(3,4,5,6,7)의 출력은 이득 값이고, 이것은 증폭기(8)에서 특정 주파수 대역의 신호를 증폭하기 위해 사용된다. 복수의 주파수 대역에서의 이러한 증폭의 결과는 복수의 주파수 대역에 공통인 대역 합산 블록(9)에서 재결합된다.
대역 분할 필터(2)로부터의 각 주파수 대역의 신호는 2개의 분기(branch), 즉 과도 현상이 특정 주파수 대역에서 발생하는 경우에 이득 계수를 계산하는 이득 계산 분기와, 이득 증배기(8)에서 수정된 이득을 갖도록 신호를 운반하는 신호 분기로 분할된다. 또한, 이득 계산 분기는 2개의 분기, 즉 RMS 계산 블록(5)의 입력으로 가는 하나의 분기와 엔벨로프 계산 블록(3)의 입력으로 가는 다른 하나의 분기로 분할된다.
RMS 계산 블록(5)은 특정 대역에서 신호의 순간 RMS 값을 출력하고, 이 값은 이득 계수 계산 블록(7)에서 직접 사용된다. 엔벨로프 계산 블록(3)은 특정 주파수 대역에서 신호의 순간 엔벨로프 값, 즉 피크 값을 출력하고, 이 값은 스피치 특성 입력 블록(6)으로부터의 신호와 함께 비스피치 경사도 검출 블록(4)에서 사용된다. 스피치 특성 입력 블록(6)은 특정 주파수 대역에 대하여 특성화된 스피치의 최대 경사도 값을 비스피치 경사도 검출 블록(4)에 제공하고, 만일 엔벨로프 계산 블록(3)으로부터의 경사도 값이 스피치 특성 입력 블록(6)에 의해 설정된 경사도 값 제한치보다 더 가파른 경사도를 가지면, 신호가 이득 계수 계산 블록(7)에 주어진다. 이득 계수 계산 블록(7)은 이 신호를 RMS 계산 블록(5)으로부터의 RMS 값과 결합하고, 그에 따라서 이득 계수를 감소시켜서 특정 주파수 대역의 신호를 완화(dampening)시킨다.
사용시에, 도 1의 과도 현상 검출 및 감쇠 장치(1)는 대역 분할 필터(2)에서 입력 신호를 복수의 개별 주파수 대역으로 분할한다. 엔벨로프 계산 블록(3), RMS 계산 블록(5) 및 비스피치 경사도 검출 블록(4)은 복수의 주파수 대역의 각 주파수 대역에 있는 신호를 계속적으로 모니터링하고, 만일 비스피치 과도 신호가 특정 주파수 대역에서 검출되면, 이득 계수 계산 블록(7)은 신호의 다음 제로 교차까지의 짧은 시간 기간 동안에 그 주파수 대역에서 증폭기(8)에 대한 이득 값 출력을 감소시킨다. 이것은 짧은 시간 기간 동안에 당해 특정 주파수 대역에서 이득이 낮아지게 하여 과도 신호가 완화되게 한다.
그러나, 이러한 종래의 방법은 몇 가지 단점을 갖는다. 과도 현상 감쇠 장치(1)의 복잡성은 배터리 수명을 연장하기 위해 전력 소모가 최소로 유지되어야 하는 보청기에서 효과적인 구현을 어렵게 한다. 다수의 반도체 요소를 구비한 복합 회로는 동작을 위해 상당한 양의 전력을 사용하고, 자신의 과도 현상 검출 시스템을 각각 구비한 예컨대 16개의 채널 또는 주파수 대역을 가진 대역 분할 필터(2)를 포함하는 과도 현상 감쇠 장치(1)는 명백히 많은 전력을 소모하는 매우 복잡한 회로를 구성한다.
필터 뱅크로의 상류에서 또는 주파수 대역이 함께 다시 가산되는 지점으로의 하류에서 과도 현상에만 민감한 압축기의 배치를 수반한 회로 토폴로지는 가능하지만 여러 가지 이유로 비현실적이다. 대역 통과 필터 전에 또는 신호 사슬에서의 재결합 지점 후에 배치되고 정확하게 조정된 분리된 전대역(full-band) 압축기는 아마도 가장 큰 과도 현상을 완화시킬 수 있지만, 조심스럽게 조정된 신호 성능의 균형을 깨지않고 음향 품질 및 스피치 이해도를 심각하게 열화시키지 않는다.
과도 현상 분석이 대역 분할 필터로의 하류에서 수행되는 종래 기술에 따른 시스템에서, 과도 현상 검출은 필터링된 신호에서 수행된다. 이 방법은 신호의 과도 현상을 경감시킬 수 있지만, 시스템은 예측할 수 없는 방법으로 완화하도록 설계되어 일부 과도 현상을 검출치 아래의 레벨로 완화하고 다른 과도 현상을 검출치 이상의 레벨로 증폭시켜서 과도 현상 검출 및 감쇠 장치의 결정 처리를 혼란스럽게 하고 보청기로부터의 결과적인 음향 출력을 열화시킨다.
만일 과도 현상이 검출된 지점이 신호 흐름에서 가능한 한 먼 상류에 있으면, 검출된 과도 현상은 실제 입력 신호에 가능한 한 충실하게 될 것이다. 이때, 과도 현상은 필터 뱅크로의 하향 흐름의 개별 주파수 대역에서 쉽게 처리될 수 있다. 과도 음향의 검출이 과도 음향의 처리 단계가 아닌 보청기의 신호 사슬의 다른 지점에서 수행될 수 있다는 사실의 실현은 본 발명에 따른 보청기의 작동 원리에 있어서 핵심이다.
본 발명에 따른 보청기에서 사용하기 위한 과도 현상 검출 및 처리 장치를 포함한 신호 프로세서의 양호한 실시예는 도 2에 도시되어 있다. 신호 프로세서는 대역 분할 필터 뱅크(11), 채널 증폭기(13), 합산 블록(14) 및 과도 현상 검출 및 감쇠 장치(10)를 구비하고 있다. 과도 현상 검출 및 처리 장치(10)는 과도 현상 검출 블록(15), 음향 레벨 계산 블록(16), 이득 계산 블록(12), 차 노드(difference node)(27), 상수 블록(29), 승산 노드(28) 및 합산 노드(30)를 포함한다. 과도 현상 검출 블록(15)은 게이트 블록(21), 피크 유지 블록(22), 단위 지연 블록(23), 차 노드(24), 제1 임계치 비교 블록(25), 및 제2 임계치 비교 블록(26)을 포함한다. 음향 레벨 계산 블록(16)은 피크 레벨 측정 블록(17), 급속 레벨 측정 블록(18), 90% 백분위수 레벨 측정 블록(19) 및 상태 머신(20)을 포함하고 있다.
입력 신호는 대역 분할 필터 뱅크(11)와 과도 현상 검출 블록(15)의 입력에 공급된다. 필터 뱅크(11)에서, 신호는 음향 레벨 계산 블록(16) 및 채널 증폭기(13)에 의해 각 채널에서 개별적으로 처리되는 복수의 주파수 대역으로 분할된다.
과도 현상 검출 블록(15)에서, 입력 신호의 과도 현상은 하기의 방식으로 검출된다: 게이트 블록(21)은 미리 정해진 레벨(pmin) 이하의 모든 과도 현상이 과도 현상 검출 블록(15)에서 검출되지 않게 한다. 이것은 입력 신호(p(t))를 상수 제한(pmin)과 비교하고 2개의 값 중 큰 값을 출력함으로써 수행된다. 이 특징은 사용자에게 방해가 될 정도로 충분히 큰 과도 현상만이 과도 현상 검출 및 감쇠 장치(10)에 의해 처리되게 한다. 피크 유지 블록(21)의 목적은 검출 처리를 안정화시키기 위해 과도 신호의 포지티브 엔벨로프를 생성하기 위해서이다.
피크 유지 블록(21)으로부터의 출력은 단위 지연 블록(23)에 대한 하나의 입력 신호와 차 노드(24))에 대한 다른 하나의 입력 신호로 분기한다. 단위 지연 블록(23)으로부터의 출력은 차 노드(24)에서 피크 유지 블록(22)으로부터의 출력 신호로부터 감산되어 피크 차 신호(Δp)를 형성한다. 피크 차 신호(Δp)는 2개의 신호로 분기되어 제1 임계치 비교 블록(25) 및 제2 임계치 비교 블록(26)의 입력으로 각각 공급된다.
제1 임계치 비교 블록(25)에서, 피크 차 신호(Δp)는 피크 차 임계치(th1)와 비교된다. 만일 피크 차 신호(Δp)가 피크 차 임계치(th1)보다 더 높으면, 신호는 급속 과도 현상이 검출되는 음향 레벨 계산 블록(16)의 상태 머신(20)으로 보내진다. 제2 임계치 비교 블록(26)에서, 피크 차 신호(Δp)는 피크 차 임계치(th2)와 비교된다. 만일 피크 차 신호(Δp)가 피크 차 임계치(th2)보다 더 높으면, 신호는 피크 과도 현상이 검출되는 음향 레벨 계산 블록(16)의 상태 머신(20)으로 보내진다. th1과 th2의 값은 상수일 수도 있고, 또는 과도 현상 검출 및 감쇠 장치(10)가 검출 시스템의 감도를 변화하는 음향 레벨에서 안정되게 유지하도록 입력 신호에 따라 구성될 수도 있다.
음향 레벨 계산 블록(16)의 상태 머신(20)은 과도 현상 검출 블록(15)로부터의 신호를 피크 레벨 측정 블록(17), 급속 레벨 측정 블록(18) 및 90% 백분위수 레벨 측정 블록(19)으로부터의 신호와 함께 이용하여 이득 계산 블록(12) 및 증폭기(13)가 신호에 어떤 유형의 압축을 적용해야 하는지를 결정한다.
90% 백분위수 레벨 측정 블록(19)은 신호(Sslow)를 발생하고, 이 신호는 상태 머신(20)에서 사용되어 입력 신호에 과도 현상이 없을 때 사용하는 제1 압축 유형을 결정한다. 이 신호(Sslow)는 신호 레벨이 압축 제한치에 도달한 때 이득에 변화를 적용함에 있어서 수 초가 걸리는 느리게 변화하는 신호이다. 결국, 이 신호(Sslow)는 너무 느려서 특정 채널의 입력 신호들을 압축하여 과도 현상을 감쇠시킬 수 없다.
급속 레벨 측정 블록(18)은 신호(Sfast)를 발생하고, 이 신호는 과도 현상 검출 블록(15)의 제1 임계치 비교 블록(25)으로부터의 신호와 함께 상태 머신(20)에서 사용되어 입력 신호에 급속 과도 현상이 있을 때 사용하는 제2 압축 유형을 결정한다. 이 신호(Sfast)는 신호 레벨이 압축 제한치에 도달한 때 이득에 변화를 적용함에 있어서 수 밀리초 밖에 걸리지 않는다. 이 신호(Sfast)는 32 kHz의 샘플 레이트에서 4 dB/샘플과 5 dB/샘플 사이의 피크 차 값으로 과도 음향을 감쇠시키기에 충분한 고속이다.
피크 레벨 측정 블록(17)은 신호(Speak)를 발생하고, 이 신호는 과도 현상 검출 블록(15)의 제2 임계치 비교 블록(26)으로부터의 신호와 함께 상태 머신(20)에서 사용되어 입력 신호에 피크 과도 현상이 있을 때 사용하는 제3 압축 유형을 결정한다. 이 신호(Speak)는 신호 레벨이 압축 제한치에 도달한 때 이득에 변화를 적용하기 위해 몇 개의 샘플만을 취한다. 대역 분할 필터 블록(11)은 과도 현상 검출 블록(15)과 관련하여 수 개의 샘플에 대한 고유 지연을 갖기 때문에, 이 신호(Speak)는 32 kHz의 샘플 레이트에서 5 dB/샘플 이상의 피크 차 값으로 과도 음향을 감쇠시키기에 충분한 고속이다.
추가적으로, (청각 장애 중에서 전혀 진귀한 것이 아닌) 과도 잡음에 대해 비범한 감도를 가진 사람에게 괴로움을 줄 수 있는 과도 현상을 시스템이 감쇠시킬 수 있게 하기 위하여, 이러한 정밀 목적을 위한 작은 추가의 네트워크가 본 발명에 따라서 시스템에 제공된다. 이 네트워크는 상수(29) 및 증배기(28)와 함께 합산 노드(27, 30)를 포함한다. 90% 백분위수 블록(19)으로부터의 신호(Sslow)는 합산 노드(27)에서 음향 레벨 계산 블록(16)으로부터의 신호(SL)로부터 감산되고, 증배기(28)에서 상수 블록(29)으로부터의 상수(ψ)와 승산되며, 합산 노드(30)에서 이득 레벨 계산 블록(12)으로부터의 이득 레벨(GT)에 가산된다. 증폭기(13)에 제공되는 결과적인 이득 레벨은 하기 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
이득 = 이득 - (SL-Sslow)*ψ
위 식에서 ψ는 0에 가까운 양의 상수이고, 불편한 과도 음향이 보청기 사용자에게 어떻게 인지되는지에 비례하여 보청기의 피터에 의해 선택된다. 이것은 과도 현상이 입력 신호에서 검출된 경우 정상 상태에서 사용되는 압축비보다 더 높은 압축비가 각 주파수 대역에서 사용될 수 있게 한다.
이러한 관점에서, 비스피치 과도 현상을 2개의 다른 카테고리로, 즉 뒤에서 설명하는 급속 과도 현상과 피크 과도 현상으로 각각 분류하는 것이 실용적이다. 스피치 과도 현상은 160,000 dB/s 이하의 상승 시간을 가진 모든 과도 현상으로 고려된다. 급속 과도 현상은 160,000 dB/s 부근으로부터 약 450,000 dB/s 까지의 상승 시간을 가진 비스피치 과도 현상이고, 상기 범위는 가장 강한 스피치 과도 현상을 포함하지만 그렇게 강한 스피치 과도 현상은 실제로 거의 발생하지 않기 때문에 이것은 문제가 되지 않는다. 압축 설정에서의 필요한 변경은 스피치의 재생에서 문제가 되지 않을 정도로 작은 것이 고려된다. 그러나, 450,000 dB/s로부터 650,000 dB/s까지의 상승 시간을 가진 피크 과도 현상은 급속 과도 현상을 조정하고 완화하기 위하여 압축 설정에서 더 짧은 반응 시간을 요구하고 더 심오한 변경을 지시한다. 이러한 비스피치 과도 현상의 분류는 본 발명에 따라서 과도 현상 감쇠 시스템(10)에서 이득 계산 블록(12)을 제어하기 위해 사용된다.
음향 레벨 계산 블록(16)은 특수한 상황에서 어떤 종류의 이득 감소가 적절한지에 대한 정보를 이득 계산 블록(12)에 제공하기 위하여 특정 주파수 대역의 신호에 대하여 3가지 다른 유형의 분석을 수행한다. 제1 분석은 피크 레벨 블록(17)에 의해 수행되어 신호(Speak)를 제공하는 피크 레벨 측정이다. 이 신호(Speak)는 신호의 가장 빠른 피크를 따른다. 제2 분석은 급속 레벨 블록(18)에 의해 수행되어 신호(Sfast)를 제공하는 급속 레벨 측정이다. 이 신호(Sfast)는 신호의 평균 레벨을 따른다. 제3 분석은 90% 백분위수 레벨 블록(19)에 의해 수행되어 신호(Sslow)를 제공하는 90% 백분위수 레벨 측정이다. 이 신호는 신호의 90% 백분위수 레벨, 즉 신호가 임의의 시간 창을 통해 보여지는 시간의 90% 내에서 갖는 레벨을 따른다.
도 2에 도시한 양호한 실시예에 있어서, 3개의 이득 감소 상태, 즉 정상 압축 상태, 급속 과도 현상 상태 및 피크 과도 현상 상태는 상태 머신(20)에서 활용된다. 정상 압축 상태는 신호 Sslow를 이용하여 이득 레벨을 제어하고, 급속 과도 현상 상태는 신호 Sfast를 이용하여 이득 레벨을 제어하며, 피크 과도 현상 상태는 신호 Speak를 이용하여 이득 레벨을 제어한다. 이득 감소 상태의 더 미세한 분할도 본 발명의 다른 실시예에서 완전히 가능하고, 예를 들면, 위에서 설명한 것처럼 과도 잡음에 과민한 사용자에게 유리할 수 있다. 여기에서는 설명의 명확성을 위해 3가지 이득 감소 상태를 가진 실시예만을 설명하겠다.
2개의 연속적인 샘플 사이에서 피크 레벨의 차(Δp)를 나타내기 위해 이하에서는 용어 '피크 차(peak-diff)'를 사용한다. 용어 '피크 옵셋'은 Speak 신호 레벨과 더 작은 Sfast 신호 레벨 사이에 차를 만들어서 과도 현상 감쇠 시스템이 과도 음향이 끝난 후 가능한 한 빨리 정상 압축 속도로 복귀하도록 촉진하기 위해 도입된 옵셋을 나타내기 위해 사용된다. 이 실시예에서, 피크 옵셋은 약 -3 dB의 크기를 갖는다.
상태 머신(20)은 블록(17, 18, 19)에 의해 분석된 레벨 및 과도 현상 검출 블록(15)으로부터의 과도 현상 검출 출력에 따라서 적절한 이득 레벨에 대한 결정을 수행한다.
상태 머신(20)은 3개의 다른 상태, 즉 정상 상태, 급속 과도 현상 상태 및 피크 과도 현상 상태 중의 하나에 따라서 속도 레벨 신호(SL)를 출력하여 이득 계산 블록(12)의 수행 속도를 제어한다. 과도 현상이 검출되지 않는 동안, 상태 머신으로부터의 음향 레벨은 신호 Sslow의 레벨에 의해 제어된다. 급속 과도 현상이 검출된 때, 음향 레벨은 신호 레벨 Sslow와 Sfast 중에서 더 큰 값을 따른다. 피크 과도 현상이 검출된 때, 음향 레벨은 신호 레벨 Sslow, Sfast 및 Speak 중에서 가장 큰 값을 따른다. 상태 머신(20)에 의한 신호 레벨의 해석은 표 1에 나타나 있으며, 뒤에서 더 자세히 설명된다.
상태 머신에 의한 신호 해석 이전 상태 현재 상태 제어
Δp > 5 dB/샘플 정상 피크 과도 현상 Speak
Δp > 4 dB/샘플 정상 급속 과도 현상 Sfast
Sfast 값 > (Speak-피크 옵셋) 피크 과도 현상 급속 과도 현상 Sfast
Sslow > Sfast 및
Sslow > (Speak-피크 옵셋)		 피크 과도 현상 정상 Sslow
Sslow > Sfast 급속 과도 현상 정상 Sslow
Δp > 5 dB/샘플 급속 과도 현상 피크 과도 현상 Speak
입력 신호에 피크 과도 현상이 있을 때, 상태 머신(20)의 상태는 정상 상태로부터 피크 과도 현상 상태로 변경되고 음향 레벨(SL)이 Speak를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다.
입력 신호에 급속 과도 현상이 있을 때, 상태 머신(20)의 상태는 정상 상태로부터 급속 과도 현상 상태로 변경되고 음향 레벨(SL)이 Sfast를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다.
과도 현상이 사라진 때, 입력 신호의 abs-평균값(Sfast)은 피크 옵셋보다 더 크고 상태 머신(20)의 상태는 피크 과도 현상 상태로부터 급속 과도 현상 상태로 변경되며 음향 레벨(SL)이 Sfast를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다.
신호 Sslow의 레벨이 피크 옵셋 및 피크 과도 현상 상태에서의 신호 Sfast의 레벨 둘 다보다 클 때, 상태 머신(20)의 상태는 피크 과도 현상 상태로부터 정상 상태로 직접 변경되고 음향 레벨(SL)이 Sslow를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다. 이것은 입력 신호에 큰 신호 레벨이 있고 피크의 레벨이 그 신호 레벨 아래에 있음을 암시하는 극히 드물게 발생하는 경우이다.
신호 Sslow의 레벨이 급속 과도 현상 상태에서의 신호 Sfast의 레벨보다 클 때, 상태 머신(20)의 상태는 급속 과도 현상 상태로부터 정상 상태로 변경되고 음향 레벨(SL)이 Sslow를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다. 이것은 입력 신호에 급속 과도 현상이 더 이상 없거나 또는 적어도 그 레벨이 평균 신호 레벨 아래에 있음을 의미한다.
과도 음향의 가장 큰 부분이 피크 과도 현상 상태에서 끝났을 때, 상태 머신(20)의 상태는 피크 과도 현상 상태로부터 급속 과도 현상 상태로 변경되고 음향 레벨(SL)이 Sfast를 따라서 이득 계산 블록(12)을 제어하게 한다.
상태 머신(20)이 급속 과도 현상 상태 또는 피크 과도 현상 상태에 진입한 때, 지연 타이머(도시 생략)는 미리 정해진 수로부터 0을 향하여 카운트 다운을 시작한다. 상태 머신(20)은 상태 머신(20)에 의해 해석된 조건이 변경을 암시하는 경우에도 상기 카운터가 0에 도달할 때까지 그 이득 갱신 속도를 변경하지 않는다. 이 특징은 이득 계산 블록(12)이 32 kHz의 샘플 레이트에서 약 60 밀리초와 90 밀리초 사이와 같은, 말하자면 2000 내지 3000 연속 샘플의 최소 지속기간 동안 과도 현상 억제 상태 중의 하나로 유지되는 것을 보장하도록 사용되는 이력 현상(hysteresis)을 과도 현상 감쇠 시스템에 도입한다. 이 시간 창 내에서 발생하는 과도 현상은 급속 알고리즘에 의해 또는 피크 알고리즘에 의해 감쇠되도록 보장된다.
이것은 신호가 대역 분할 필터(11)에 의해 처리되기 전에 신호 내의 과도 현상이 검출되기 때문에 대역 분할 필터(11)에 고유한 지연에 의해 과도 현상 검출 및 감쇠 장치(10)의 실제 반응 속도가 영향을 받지 않게 한다. 따라서, 신호에서 검출된 과도 현상이 증폭기(13)에 도달하면, 이득 계산 블록(12)은 이미 그 과도 현상을 감쇠할 준비가 되어 있다.
지연 타이머의 기간 중에, 즉 급속 또는 피크 과도 현상이 검출되고 시스템에 의해 처리될 때는 언제나, 90% 백분위수 레벨 측정 블록(19)으로부터의 신호(Sslow)는 갱신되지 않는다. 만일 신호가 과도 현상 처리 중에 갱신되었으면, 신호 Sslow의 레벨은 과도 현상이 끝났을 때 더 높게 될 것이고, 따라서 전체 음향은 정상 압축 처리에 의해 감쇠된다. 임의의 과도 음향은 아마도 최대 수 초까지 지속되는 짧은 묵음(brief silencing of sounds)이 이어진다는 것이 본질적인 효과이다.
신호가 증폭기(13)에 의해 각 개별 주파수 대역에서 증폭된 때, 개별 주파수 대역은 합산 블록(14)에서 함께 가산되어 복수의 주파수 대역을 포함한 출력 신호를 생성한다. 도 2에서는 하나의 주파수 대역을 음향 레벨 계산 블록(16), 이득 계산 블록(12) 및 증폭기(13)로 운반하는 하나의 채널만이 도시되어 있다.
정상 압축 상태에서, 특정 주파수 대역에서의 이득 감소는 피팅 중에 지정된 이득 레벨 및 동반 압축과 동일하다. 신호 레벨이 압축기의 제한치에 도달할 때마다 이득 레벨은 특정 주파수 대역의 이득 계산 블록(12)에 의해 그에 따라서 감소된다. 피크 과도 현상 상태에서, 과도 현상 검출 블록(15)에 의해 검출된 피크 과도 현상은 이득 계산 블록(12)에 의해 억제되고, 급속 과도 현상 상태에서, 과도 현상 검출 블록(15)에 의해 검출된 급속 과도 현상은 이득 계산 블록(12)에 의해 억제된다.
과도 현상 검출이 대역 분할 필터 뱅크(11) 앞에서 일어난다는 사실은 신호가 대역 분할 필터(11), 증폭기(13) 및 합산 지점(14)을 통과하는데 유한량의 시간이 걸린다는 사실에 기인하여 잠재적 반응 시간을 개선한다. 과도 현상 검출 블록(15)의 처리 시간은 상당히 짧아지고, 이것은 이득 계산 블록(12)의 반응 시간을 개선하여 과도 현상이 시스템에 대하여 예측가능으로 되게 한다.
도 3은 스피치에서 가장 강력한 과도 현상의 통계 분포와 과도 잡음의 각종 형태를 보인 그래프도이다. 32 kHz의 샘플 레이트에서 0.1초의 음향에 대응하는 320개의 개별 신호 샘플 값을 각각 포함한 음향 예들의 집합이 다수의 상이한 과도 음향원 및 발성된 단어로부터 기록되고, 그 다음에 기울기 값에 의해, 즉 2개의 분류된 샘플 값 간의 차에 의해 감소적으로 분류되었다. 그래프는 스피치의 과도 현상과 다른 음향의 과도 현상 간의 차를 보여준다.
2가지의 중요한 사실을 도 3의 그래프로부터 알 수 있다. 첫번째 사실은 비스피치 과도 현상이 스피치 과도 현상보다 상당히 더 빠른 상승 시간을 갖는다는 것이고, 두번째 사실은 스피치 과도 현상이 실제로는 32 kHz의 샘플 레이트에서 160,000 dB/s, 또는 5 dB/샘플보다 절대로 더 빠르게 상승하지 않는다는 것이다. 이러한 사실은 본 발명에 따른 과도 현상 검출기 및 과도 현상 검출 블록에서 이용되고, 여기에서, 스피치 과도 현상을 비스피치 과도 현상으로부터 분리할 목적으로 도 2에 도시된 과도 현상 검출 블록(15)의 제한치로서 5 dB/샘플의 제한치가 유리하게 사용될 수 있다. 과도 현상 검출기의 파라미터를 제공하기 위해 도 3으로부터 수집된 지식을 이용함으로써, 신호에 존재하는 스피치 과도 현상으로부터의 영향없이 신호에서 안전한 피크 검출 방법이 가능하게 된다.
도 2의 과도 현상 검출 블록(15)에 의해 입력 신호로부터 유도되고 본 발명에 따른 보청기에서 과도 현상 분석 및 검출 처리를 위해 사용되는 신호는 과도 신호에 대하여 입력 신호의 행동의 단순화한 실시간 모델을 표시한다. 이 모델은 그 다음에 본 발명에 따른 보청기에서 과도 현상 재생의 불편함을 감소시킬 목적으로 처방전에서 규정된 압축으로부터 압축 방식의 편차에 관한 이득 계산 블록(12)에 의해 만들어진 결정의 기초를 형성한다. 유도된 신호의 더 상세한 설명은 뒤에서 도 4, 5, 6, 7 및 8을 참조하여 설명된다.
도 4는 보청기에서 입력 신호 샘플의 레벨에 관한 오실로그램을 보인 도이다. 샘플은 약 700 밀리초의 지속기간을 갖는다. 도 4의 오실로그램에서 보여주는 샘플은 3개의 과도 현상 이벤트를 포함한다. 도 4, 5, 6, 7 및 8에 관한 이하의 설명에서, 모든 타이밍은 샘플의 시작에 참조된다. 80 밀리초인 제1 지점에서, 큰 과도 현상이 입력 신호에서 발생하고, 470 밀리초인 제2 지점에서 두번째의 더 작은 과도 현상이 발생하며, 590 밀리초인 제3 지점에서 세번째의 더 작은 과도 현상이 발생한다. 본 발명에 따른 과도 현상 검출 및 감쇠 시스템이 입력 신호의 과도 현상을 처리하는 방법은 뒤에서 더 자세히 설명된다.
도 5는 도 4의 입력 신호 샘플에 대응하는 4개의 레벨 측정 신호 그래프의 집합을 보인 그래프이다. 이 신호들은 본 발명에 따른 보청기에서 압축기의 제어 신호로서 사용된다. 제1 그래프는 실선으로 도시한 신호 SL이다. 제2 그래프는 대쉬선(dashed line)으로 도시한 신호 Sfast이다. 제3 그래프는 1점 쇄선으로 도시한 신호 Speak이다. 제4 그래프는 점선으로 도시한 신호 Sslow이다.
실선으로 도시한 도 5의 제1 신호(SL)의 그래프는 음향 레벨 제어 신호를 도 2의 음향 레벨 계산 블록(16)에 의해 계산된 것으로서 표시한다. 제1 과도 현상 전에, 신호 SL의 레벨은 신호 Sslow의 레벨에 근접하게 따라간다. 제1 과도 현상의 시작점인 지점 A에서, SL의 레벨은 신호 Speak의 레벨을 따라가기 위해 약 72 dB까지 과도 현상과 함께 급격하게 상승한다. 160 밀리초에서, 신호 SL의 레벨은 신호 Sfast의 레벨과 일치한다. 220 밀리초에서, 신호 SL의 레벨은 신호 Sslow의 레벨에 다시 도달한다. 제2 과도 현상의 시작점인 지점 B에서, 신호 SL의 레벨은 약 52 dB까지 과도 현상과 함께 상승하고, 530 밀리초에서, 신호 SL의 레벨은 신호 Sslow의 레벨까지 다시 하강한다. 제3 과도 현상의 시작점인 지점 C에서, 신호 SL의 레벨은 약 48 dB까지 2회 급격히 상승하지만, 약 610 밀리초에서 다시 신호 Sslow의 레벨까지 급격히 하강한다. 따라서, SL의 레벨은 레벨 Speak를 따라가지만, Sslow의 레벨보다 다 낮게는 될 수 없다.
대쉬선으로 도시한 도 5의 제2 신호(Sfast)의 그래프는 신호의 abs-평균 레벨을 표시한다. Sfast의 레벨은 제1 과도 현상이 발생할 때까지 40 dB 이하이다. 제1 과도 현상의 시작점인 지점 A에서, 신호 Sfast의 레벨은 급격히 상승하여 약 68 dB까지 과도 현상을 따라가고, 그 다음에 대략 신호 SL의 레벨을 따라서 다시 하강하며, Sfast의 레벨은 약 220 밀리초에서 SL의 레벨과 교차하고, 30 dB 이하로 하강한다. 제2 과도 현상의 시작점인 지점 B에서, 신호 Sfast의 레벨은 약 55 dB까지 상승한다. 제3 과도 현상의 시작점인 지점 C에서, 신호 Sfast의 레벨은 Sslow의 레벨과 거의 접촉하지 않는다.
일점 쇄선으로 도시한 도 5의 제3 신호(Speak)의 그래프는 신호의 피크 레벨을 표시한다. 피크 레벨은 입력 신호의 절대 피크 볼륨 레벨을 표시하고 특정 주파수 대역에서 신호의 엔벨로프를 형성한다. 피크 레벨은 음향 레벨 계산 블록(16)에서, 신호의 가장 빠르고 가장 큰 과도 현상을 따라가고 완화시키기 위해 이득 계산 블록(12)의, 여기에서는 음향 레벨이라고 하는 실제 입력 레벨을 결정하기 위해 사용된다.
점선으로 도시된 도 5의 제4 신호(Sslow)의 그래프는 신호의 90% 백분위수 레벨을 표시한다. 90% 백분위수 레벨은 신호가 시간의 90% 내에서 머무르는 제한치이다. 이 Sslow의 그래프는 신호 SL의 레벨이 Sslow의 레벨보다 더 높다는 점을 제외하고 신호 SL의 그래프와 동일하다. 신호 Sslow는 더 느리게 변화하는 신호이고, 또한 그 어택 타임보다 약 10배 더 느린 릴리즈 타임을 갖는다. 즉, 이 신호는 신호가 하강하는 것보다 약 10배 더 빠르게 상승한다.
과도 음향이 전체 음향 레벨을 낮추는 것을 방지하기 위해, 신호 Sslow의 값은 피크가 검출될 때마다 일정하게 유지되고, 시스템의 이력 현상이 타임아웃될 때 다시 해제된다. 이것은 그래프에서 알 수 있고, 여기에서 신호 Sslow는 전체 음향 레벨이 약간 증가한 것에 응답하여 약 190 밀리초에서, 즉 과도 현상 이벤트가 종료한 후에 수 dB 상승한다.
도 5에 도시한 3개의 레벨 측정 신호(Sslow, Sfast, Speak)로부터, 도 2의 이득 계산 블록(12)은 중간 신호(SN) 및 대응하는 이득 레벨 신호(GT)를 계산한다. 이것은 도 6에 그래프로 도시되어 있고, 도 4의 입력 신호 샘플의 그래프 및 도 5의 레벨 측정 신호의 그래프와 일시적으로 대응한다. 도 6에 실선으로 도시된 제1 신호(SN)는 90% 백분위수 이상의 음향 레벨의 표시를 얻기 위해 신호 SL의 레벨로부터 신호 Sslow를 뺀 것으로서 계산된다. 즉, 90% 백분위수는 음향 레벨 신호로부터 필터링된다. 이 신호는 도 6에서 정상화 음향 레벨 신호(SN)로서 표시되었고, 이득 조정을 계산하기 위해 사용된다.
도 6에 점선으로 도시된 제2 신호(GT)는 복수의 주파수 대역 중 하나에서 정상화 음향 레벨 신호(SN)로부터 계산된 결과적인 이득 레벨 신호를 표시한다. 입력 신호의 과도 현상에 응답하여 이득 계산 블록(12)에서 계산된 증폭기(13)의 이득 조정 레벨은 도 6의 신호 GT의 레벨에 관한 그래프로부터 명백하고, 뒤에서 더 자세히 설명된다.
이득 레벨(GT)은 지점 A에서 제1 과도 현상이 개시될 때까지 입력 신호 샘플의 최초 약 80 밀리초 동안 약 1.8배 증폭에 대응하는 약 +5 dB에서 안정된다(도 4 참조). 지점 A에서 제1 과도 현상의 시작시에, 신호 SN의 레벨은 약 +30 dB로 급격히 상승한다. 최종 결과(net result)는 검출된 과도 현상을 감쇠하기 위하여 과도 현상 검출 및 감쇠 장치가 대응하는 이득 레벨 감소를 수행한다는 것이다. 이득 레벨(GT)은 이 경우에 약 +5 dB로부터 약 -10 dB로 낮아진다. 즉, 이득은 과도 현상을 조정하기 위하여 15 dB만큼, 즉 최초 값의 1/6로 감소된다. 이득 감소량은 그 특정 주파수 대역의 이득 레벨 및 이득 감쇠율에 의존한다. 약 230 밀리초에서, 이득 레벨은 과도 현상이 발생되기 전에 있었던 +5 dB의 레벨로 GT를 복구한다. 이 방법으로 과도 음향은 특정 주파수 대역에서 전체 음향 레벨에 영향을 주지 않고 감쇠된다.
지점 B에서 제2 과도 현상이 발생한다(도 4 참조). 제2 과도 현상은 도 6에서 신호 SN의 레벨이 약 +10 dB로, 즉 최초 과도 현상보다 20 dB 아래까지 급격히 상승하게 한다. +5 dB의 이득 레벨(GT)은 제2 과도 현상이 상당히 낮은 레벨을 갖기 때문에 약 -2 dB까지 감소된다. 약 540 밀리초에서, 이득 레벨(GT)은 과도 현상이 발생되기 전에 있었던 +5 dB의 레벨로 복귀한다.
지점 C에서 제3 과도 현상이 발생한다(도 4 참조). 제3 과도 현상은 신호 SN의 레벨이 590 밀리초에서 약 +5 dB까지 급격히 상승하게 하고, 약 600 밀리초에서 0으로 다시 하강한다. 그 결과, 이득 레벨(GT)은 일시적으로 약 +1 dB로 감소되고, 그 다음에 제3 과도 현상이 발생하기 전에 있었던 +5 dB의 명목 레벨로 복귀된다. 그 이유는 신호 SN의 레벨이 과도 현상이 발생한 때 더 높고 시스템이 그에 따라서 반응하기 때문이다. 이 행동은 더 큰 전체 음향 환경에서 정상 청각을 가진 사람에 의해 비교적 빠른 과도 현상을 인지하는 것과 일치한다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 검출된 과도 현상의 레벨은 과도 현상 감쇠 시스템이 후속적으로 과도 현상의 감쇠를 어떻게 다룰 것인지를 결정한다. 큰 과도 현상과 약한 과도 현상은 시스템에 의해 즉시 감쇠되지만, 감쇠의 정도는 과도 현상의 성질에 따라 달라진다.
입력 신호의 샘플 중에서 과도 현상 검출 행동을 보여주는 그래프가 도 7에 도시되어 있다. 피크 차(Δp)를 보여주는 이 그래프는 과도 현상 이벤트가 지점 A, B 및 C에서 발생하는 도 4, 5 및 6과 일시적으로 대응한다. 그래프는 32 kHz 샘플 레이트에서 dB/샘플로 표현되는 2개의 인접 샘플 값 간의 차를 예시한다. 이 그래프는 도 5에 일점 쇄선 그래프로 도시한 것처럼 신호의 피크 레벨의 차분몫(difference quotient)으로서 보여질 수 있고, 따라서 샘플 간 신호 피크 값이 얼마나 빨리 변하는지에 대한 측정치를 표시한다.
도 7에서, 최초 약 80 밀리초의 Δp의 그래프는 2 dB/샘플 이하의 산발적인 피크 차분 값을 나타낸다. 도 4의 최초 과도 현상 이벤트인 지점 A에서, Δp의 그래프는 큰 소리의 피크 과도 현상을 표시하는 약 12 dB/샘플의 하나의 이벤트 및 4 dB/샘플 이상의 수 개의 연속적인 이벤트를 표시한다. 이것은 도 2의 과도 현상 검출 블록(15)에서 피크 과도 현상 감쇠 응답을 발생시킨다. 도 4의 두번째 과도 현상 이벤트인 지점 B에서, 도 7의 Δp의 그래프는 약 3~4 dB/샘플의 수 개의 이벤트를 나타낸다. 이것은 도 2의 과도 현상 검출 블록(15)에서 빠른 과도 현상 감쇠 응답을 발생시킨다. 도 4의 세번째 과도 현상 이벤트인 지점 C에서, 도 7의 Δp의 그래프는 5 dB/샘플 이상의 단일 과도 현상 이벤트를 나타내고, 피크 과도 현상 감쇠 응답이 그에 따라서 일시적으로 발생된다.
도 7로부터, 과도 현상은 매우 빈번하게 발생하기 때문에 과도 현상을 정확히 검출하는 것이 부적절하다는 것을 알 수 있다. 검출된 과도 현상의 최소 상승 레벨은 시스템이 적당한 안정성을 갖게 하는 것을 고려하여야 한다. 도 2의 과도 현상 검출 블록(15)이 과도 현상 이벤트를 검출할 때마다, 신호 Speak, Sslow 및 SL의 레벨은 검출된 과도 현상을 적절히 감쇠시키기 위해 필요한 이득 감소량을 계산하기 위해 음향 레벨 계산 블록(16)에서 작동 기준(running basis)으로 분석된다.
도 8의 그래프는 과도 현상 감쇠 시스템의 3가지 상태, 즉 '정상' 압축, 급속 과도 현상 감쇠 및 피크 과도 현상 감쇠를 보여주고 있다. 그래프의 타이밍은 도 4, 5, 6 및 7의 타이밍에 대응한다. 도 4, 5, 6 및 7로부터 반복되는 지점 A, B 및 C에서 3개의 과도 현상의 주해(annotation)는 별문제로 하고, 입력 신호의 임의의 과도 현상의 검출과 관련이 없는 4개의 지점 D, E, F 및 G가 역시 도 8의 그래프에 도시되어 있다. 이 지점들은 하나의 과도 현상 검출 상태로부터 다른 과도 현상 검출 상태로 또는 정상 상태로 이동하는 것을 나타낸다. 사용시에, 과도 현상 감쇠 시스템은 앞에서 설명한 것처럼 그로부터 유도된 파라미터를 통하여 입력 신호의 분석에 따라 상기 3개의 상태 사이에서 전환한다.
2개의 과도 현상 감쇠 상태는 도 2의 이득 계산 블록(12)이 이득 레벨(GT)을 제어하기 위한 신호 Sfast를 따르는 급속 과도 현상 감쇠 상태에서 또는 이득 레벨(GT)을 제어하기 위한 신호 Speak를 따르는 피크 과도 현상 감쇠 상태에서 과도 현상 신호를 감쇠시킬 수 있게 한다. 정상 상태에서, 이득 계산 블록(12)은 이득 레벨을 계산하기 위해 신호 Sslow를 따른다.
제1 과도 현상이 발생할 때가지, 과도 현상 감쇠 시스템은 도 8의 그래프에서 정상 상태로 유지된다. 이득 계산은 신호 Sslow의 레벨의 변경에 따라서 신호의 압축을 수행한다. 제1 과도 현상이 발생한 때, 도 8의 지점 A에서, 과도 현상 감쇠 시스템은 최초로 피크 과도 현상 감쇠 상태로 전환한다. 150 밀리초인 지점 D에서, Speak 신호의 레벨로부터 피크 옵셋을 뺀 값이 신호 Sfast의 레벨과 같거나 그 이하이기 때문에(도 5 및 표 1 참조) 시스템은 급속 과도 현상 감쇠 상태로 전환하고 피크 과도 현상 이력 현상이 이 지점에서 타임아웃된다. 신호 SN의 레벨이 (도 6에 도시한 것처럼) 0에 도달하고 급속 과도 현상 이력 현상이 타임아웃되면, 과도 현상 감쇠 시스템은 약 220 밀리초인 지점 E에서 정상 상태로 전환한다.
도 8의 지점 B에서 제2 과도 현상이 발생한 때, 과도 현상 감쇠 시스템은 급속 과도 현상 감쇠 상태로 전환한다. 이것은 급속 과도 현상이 검출되었기 때문에 발생한다. 즉, 지점 B에서의 과도 현상은 피크 과도 현상 감쇠를 위한 임계치보다 낮다(도 6 및 도 7 참조). 약 560 밀리초에서 정상화 음향 레벨이 0에 도달하고 급속 이력 현상이 타임아웃되면, 과도 현상 감쇠 시스템은 지점 F에서 다시 정상 상태로 전환한다.
지점 C에서 제3 과도 현상이 발생하면, 과도 현상 감쇠 시스템은 도 8에서 피크 과도 현상 감쇠 상태로 전환한다. 제3 과도 현상은 전체 신호 레벨과 비교할 때 매우 짧고 부드럽다. 따라서, 이득은 매우 짧은 시간 동안 과도 현상 감쇠 시스템에 의해서만 감쇠되고 정상화 음향 레벨은 거의 즉시 0에 도달하며, 피크 과도 현상 이력 현상은 지점 G인 약 670 밀리초에서 타임아웃되고, 이 지점에서 과도 현상 감쇠 시스템은 다시 정상 상태로 전환한다. 비록 시스템이 지점 G까지 피크 과도 현상 검출 상태에 있다 하더라도, 이득은 짧은 기간 동안에만 감소되고, 여기에서 (도 5에서 실선 그래프로 도시한) 정상화 음향 레벨은 0 이상이다.
도 8의 그래프로부터, 과도 현상 감쇠 상태 또는 정상 상태로의 전환이 실행되기 전에 과도 상태 이력 현상 시간이라고 표시되는 소정의 시간 기간이 2개의 과도 현상 감쇠 상태 중 어느 하나에서 경과해야 한다는 것을 알 수 있다. 이 시간 기간의 존재에 대해서는 뒤에서 설명한다. 과도 현상의 검출은 도 2의 필터 뱅크(11)의 상류에서 수행된다. 과도 현상 검출 블록(15)은 과도 현상이 과도 현상 검출 블록(15)의 입력에서 주어지는 순간과 출력에서 나타나는 순간 사이에 짧은 고유 지연을 갖는다. 필터 뱅크는 또한 신호 처리시에 그룹 지연이라고 표시되는 고유 지연을 갖는다. 그러나, 필터 뱅크의 고유 지연은 과도 현상 검출 블록(15)의 고유 지연보다 더 길다.
입력 신호에서 과도 현상이 검출된 때, 과도 현상 검출 블록(15)은 상태 머신을 위에서 설명한 것처럼 급속 과도 현상 감쇠 상태 또는 피크 과도 현상 감쇠 상태로 만든다. 과도 현상을 포함한 입력 신호가 대역 분할 필터 블록(11)을 떠날 때, 과도 현상 감쇠 블록(16)은 여전히 2개의 과도 현상 감쇠 상태 중의 하나에 있어야 한다. 과도 상태 이력 현상 시간은 과도 현상 검출 블록(15)이 과도 현상이 끝났음을 상태 머신(20)에 표시하는 경우에도 과도 현상이 여전히 감쇠되는 것을 보장한다. 그렇지 않으면, 과도 현상 감쇠 블록(16)은 신호 내의 과도 현상이 대역 분할 필터를 떠나기 전에 정상 상태로 복귀하고 과도 현상은 감쇠되지 않을 것이다.
이러한 방법으로 3개의 상이한 압축 상태 사이에서 전환하는 것의 장점은 입력 신호에서 더 크고 더 빠른 과도 현상이 다른 음향에 영향을 주지 않고 시스템에 의해 효과적으로 완화된다는 것이다. 부드러운 과도 현상에 대하여 제3의 상태를 포함시키는 이유는 많은 과도 음향이 무작위로 발생하는 불안정한 음향 환경에서 부드러운 천이를 유지하기 위해서이다. 그 결과, 보청기의 처방전에 의해 많은 이득 계수들이 요구되는 경우에도 더 즐겁고 안락한 전체 음향을 가진 보청기를 얻을 수 있다.
2: 대역 분할 필터, 3: 엔벨로프 계산
5: RMS 계산, 4: 비스피치 경사도 검출
6: 스피치 특성, 7: 이득 계수 계산
9: 대역 합산, 11: 대역 분할 필터
22: 피크 유지, 20: 상태 머신
12: 이득 계산

Claims (22)

  1. 마이크로폰, 입력 신호를 복수의 주파수 채널들로 분할하는 필터 뱅크를 가진 신호 프로세서 및 출력 변환기, 및 상기 채널들로부터의 출력 신호들을 합산하는 합산기를 포함하고, 각각의 주파수 채널은 채널 음향 레벨 계산기, 채널 이득 계산기 및 채널 증폭기를 포함하며, 상기 채널 음향 레벨 계산기 각각은 채널 입력 신호로부터 파라미터 집합을 유도하도록 적응되고, 상기 채널 이득 계산기 각각은 각 채널 증폭기의 이득을 동적으로 제어하도록 적응되며, 상기 채널 증폭기 각각은 사용자의 처방전에 따라서 신호들을 처리하도록 적응되고, 상기 채널 이득 계산기 각각과 상기 채널 증폭기 각각은 함께 채널 압축기를 형성하는 것인 보청기에 있어서,
    상기 신호 프로세서가 상기 필터 뱅크의 상류에 배치된 과도 현상 검출기를 포함하고, 상기 과도 현상 검출기는 입력 신호의 경사도를 결정하고 만일 입력 신호의 경사도가 미리 정해진 값을 초과하면 상기 채널 음향 레벨 계산기 각각에 신호를 제공하는 수단을 구비하며, 상기 채널 음향 레벨 계산기 각각은 유도된 파라미터 집합에 기초하여 각각의 주파수 채널에서 채널 이득 계산기와 채널 증폭기의 압축 속도를 제어하는 것이 특징인 보청기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 이득 계산기 각각은 유도된 파라미터 집합으로부터 선택된 파라미터를 이용하여 각 채널 증폭기의 이득 레벨을 제어하는 수단을 구비한 것인 보청기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 채널 음향 레벨 계산기 각각은 채널 입력 신호의 채널 백분위수 레벨, 채널 절대 평균 레벨 및 채널 피크 레벨을 유도하는 수단을 포함한 것인 보청기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입력 신호의 경사도를 결정하는 수단은 입력 신호의 피크 값 차를 결정하는 수단을 구비한 것인 보청기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 과도 현상 검출기는 검출된 과도 현상을 복수의 과도 현상 부류로 분류하는 수단을 포함한 것인 보청기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 채널 음향 레벨 계산기 각각은 각 채널 이득 계산기에서의 적어도 하나의 채널 과도 현상 감쇠 설정을 활성화하는 수단을 구비한 것인 보청기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널 과도 현상 감쇠 설정을 활성화하는 수단은 채널 과도 현상 감쇠 설정을 미리 정해진 시구간 동안 유지하는 수단을 각각 구비한 것인 보청기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 채널 과도 현상 감쇠 설정을 미리 정해진 시구간 동안 유지하는 수단은 상기 미리 정해진 시구간 동안 채널 백분위수 레벨의 갱신을 억제하는 수단을 각각 구비한 것인 보청기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 채널 이득 계산기 각각은 채널 과도 현상 감쇠 설정들 중에서 하나의 채널 과도 현상 감쇠 설정이 활성화될 때마다 채널 입력 신호에 전용 채널 압축비를 적용하는 수단을 구비한 것인 보청기
  10. 보청기에서 과도 신호를 처리하는 방법에 있어서,
    입력 신호에서 광대역 과도 현상을 검출하는 단계와, 상기 입력 신호를 복수의 주파수 대역들로 분할하는 단계와, 각 주파수 대역을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 처리하는 단계는 대역 입력 신호로부터 대역 파라미터의 집합을 유도하는 단계와, 사용자의 처방전에 따라 대역 이득 레벨을 계산하여 이 대역 이득 레벨을 각 주파수 대역의 신호에 대해 적용하는 단계를 포함하며, 상기 대역 이득 레벨을 계산하는 단계는 광대역 과도 현상의 레벨 및 유도된 대역 파라미터 집합의 레벨들에 따라서 과도 음향들을 압축하는 단계와, 보청기에 의한 재생을 위해 각 주파수 대역으로부터의 출력 신호들을 함께 가산하는 단계를 포함한 것인 과도 신호 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 대역 입력 신호로부터 대역 파라미터 집합을 유도하는 단계는 각각의 주파수 대역에서의 대역 입력 신호의 대역 절대 평균 레벨, 대역 피크 레벨 및 대역 백분위수 레벨을 유도하는 단계를 포함한 것인 과도 신호 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 입력 신호에서 과도 현상을 검출하는 단계는 피크 레벨 차를 계산하는 단계를 수반하는 것인 과도 신호 처리 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 입력 신호에서 과도 현상을 검출하는 단계는 과도 현상을 복수의 미리 정해진 과도 현상 부류들 중의 하나의 부류로 분류하는 단계를 수반하는 것인 과도 신호 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 대역 이득 레벨을 계산하는 단계는 과도 현상이 복수의 미리 정해진 과도 현상 부류들 중 어느 부류에 속하는지를 결정하는 단계 및 과도 현상 부류에 따라서 대응하는 복수의 이득 감소 전략들 중에서 하나의 이득 감소 전략을 선택하는 단계를 수반하는 것인 과도 신호 처리 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 미리 정해진 과도 현상 부류들은 적어도 하나의 스피치 과도 현상 부류와 적어도 하나의 비스피치 과도 현상 부류를 포함한 것인 과도 신호 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 미리 정해진 과도 현상 부류들은 하나의 스피치 과도 현상 부류와 2개의 비스피치 과도 현상 부류들을 포함한 것인 과도 신호 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 선택된 이득 감소 전략은 검출된 과도 현상의 종료 후에 미리 정해진 기간 동안 유지되는 것인 과도 신호 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 검출된 과도 현상의 처리 동안에 대역 백분위수 레벨 값의 갱신이 억제되는 것인 과도 신호 처리 방법.
  19. 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 감소 전략은 대역 입력 신호의 피크 레벨에 따른 대역 이득 제어를 수반하는 것인 과도 신호 처리 방법.
  20. 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 감소 전략은 대역 입력 신호의 대역 절대 평균 레벨에 따른 대역 이득 제어를 수반하는 것인 과도 신호 처리 방법.
  21. 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 감소 전략은 미리 정해진 기간 동안 선택된 이득 감소 전략을 이용하여 검출된 과도 현상의 동적 범위를 압축함으로써 대역 이득을 제어하는 것을 수반한 것인 과도 신호 처리 방법.
  22. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 채널 과도 현상 감쇠 설정들 중 하나의 채널 과도 현상 감쇠 설정이 활성화될 때마다 전용 압축비가 상기 대역 입력 신호에 적용되는 것인 과도 신호 처리 방법.
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