KR101253708B1

KR101253708B1 - 보청장치의 외부 소음을 차폐하는 방법

Info

Publication number: KR101253708B1
Application number: KR1020120094720A
Authority: KR
Inventors: 장동수
Original assignee: (주)알고코리아
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-04-12
Also published as: KR20120102561A; US20140064529A1

Abstract

본 발명의 목적은 보청장치 외부로부터 보청장치 내로 유입되는 소음을 주기적으로 모니터링하여 이 소음을 차폐함으로써 대응하는 음성 신호를 외부 소음 속에서도 명료하게 들리도록 한 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 소음을 차폐하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 외부 소음을 차폐하는 보청장치는 외부음을 수신하는 마이크로폰(100), 상기 마이크로폰 에 서 수신된 외부음을 증폭하는 DSP IC 증폭부(200), 외부로부터 수신한 음을 출력하는 리시버(400), 상기 DSP IC 칩 증폭부(200)의 동작 상태의 변경을 위한 디지털 메모리 토글 버튼 스위치(300)를 포함하는 외부 소음을 차폐하는 보청장치에 있어서, 상기 DSP IC 증폭부(200)는 소정 시간을 카운트하는 타이머(230), 외부로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호처리를 위해 디지털 신호로 변환하는 A-D 변환기(210), 상기 디지털 변환된 음성 신호를 임시 저장하는 입력 버퍼 메모리(220), 상기 입력 버퍼 메모리(220)에서 임시 저장되어 출력된 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기(240), 저음을 강조하거나 고음을 강조하는데 사용되는 등화기(250), dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 다시 선형 단위로 역변환시키는 고속 푸리에 역변환기(260), 상기 고속 푸리에 역변환기(260)로부터 출력되는 데이터를 임시 저장하는 출력 버퍼메모리(270) 및 상기 출력 버퍼메모리(270)로부터 출력되는 디지털 데이터를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D-A 변환기(280)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 외부 소음을 차폐하는 방법{HEARING AID FOR SCREENING ENVIRRONMENTAL NOISE AND METHOD FOR SCREENING ENVIRRONMENTAL NOISE OF HEARING AID}

본 발명은 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 소음을 차폐하는 방법에 관한 것으로, 특히 보청장치 외부로부터 보청장치 내로 유입되는 소음을 주기적으로 모니터링하여 이 소음을 차폐함으로써 대응하는 음성 신호를 외부 소음 속에서도 명료하게 들리도록 한 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 소음을 차폐하는 방법에 관한 것이다.

보청장치는 청력이 약하여 잘 들리지 않는 난청자가 외부음을 잘 들을 수 있도록 보조하기 위한 장치이다.

도 1은 종래의 디지털 보청장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 디지털 보청장치는 보청장치 외부음을 전기 신호로 변환하는 마이크로폰(M), 마이크로폰(M)에서 출력되는 전기 신호를 증폭하는 증폭부(D) 및 증폭부(D)에서 증폭된 전기 신호를 외부의 음(sound)으로 출력하는 리시버(R)를 구비한다.

또한, 디지털 보청장치는 스위치(S)를 구비하는데 이 스위치(S)는 증폭부(D)에 의해 신호가 증폭되는 증폭도를 사용자가 사용자의 청력에 맞게 조절하기 위한 증폭부(D)의 동작 상태 변경 스위치이다.

상기 스위치(S) 는 가변 저항 방식의 볼륨 조절기 또는 메모리 변경 디지털 버튼 스위치로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 보청기라고 불리 우는 보청장치는 외부 소음이 커지면 소음속에 신호가 묻히게 되어 상대방의 음성 즉 신호를 잘 알아듣지 못하게 되어 어음 명료도가 저하되는 문제점이 있다. 외부 소음의 주파수 스펙트럼은 경시변화에 따라 수시로 변화되므로 소음 제거 알고리즘을 최적으로 구현한다고 하여도 디지털 보청기의 소음 대비 어음(語音) 변별력에는 물리적인 한계가 있다.

도 2는 적색 그래프로 도시된 일반적인 외부 소음 진폭 스펙트럼과 청색으로 도시된 어음 진폭 스펙트럼을 나타낸다.

도 2에 도시된 차분 또는 차이(Difference)는 어음 진폭 스펙트럼에서 외부 소음 진폭 스펙트럼을 차감한 차이를 나타낸다. 여기서, 어음(語音)은 음성(音聲) 기관(器官)이 움직여서 일어나는 소리이다. 상기 차분이 양수(+)로 큰 경우는 해당 주파수에서 어음 성분이 강한 것을 나타내고, 반대로 양수가 작거나 음수로 큰 경우는 해당 주파수에서 외부 소음 성분이 강한 것임을 나타낸다. 외부 소음은 소음 신호 주파수가 높아질수록 크기가 커지는 반면에 어음은 어음 신호 주파수가 높아질수록 크기가 작아지기 때문에, 특히 주파수가 높은 음성은 외부 소음으로 인해 어음 변별력이 현저히 낮아지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 디지털 보청장치에 부착되는 메모리 버튼의 토글 스위치를 활용하거나 디지털 보청기에 내장된 DSP(Digital Signal Processor) IC(Integrated Circuit) 칩의 타이머를 활용하여 외부 소음을 필요시마다 또는 수시로 모니터링함으로써 발화자의 어음 변별력을 향상시킬 수 있는 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 소음을 차폐하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 소음을 차폐하는 보청장치는, 외부음을 수신하는 마이크로폰, 상기 마이크로폰에서 수신된 외부음을 증폭하는 DSP IC 증폭부, 외부로 부터 수신한 음을 출력하는 리시버, 상기 DSP IC 칩 증폭부의 동작 상태의 변경을 위한 디지털 메모리 토글 버튼 스위치를 포함하는 외부소음을 차폐하는 보청장치에 있어서,

삭제

상기 DSP IC 증폭부는 소정 시간을 카운트하는 타이머, 외부로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호 처리를 위해 디지털 신호로 변환하는 A-D 변환기, 상기 디지털 변환된 음성 신호를 임시 저장하는 입력 버퍼메모리, 상기 입력 버퍼메모리에서 임시 저장되어 출력된 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기, 저음을 강조하거나 고음을 강조하는데 사용되는 등화기, dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 다시 선형 단위로 역변환시키는 고속 푸리에 역변환기, 상기 고속 푸리에 역변환기로부터 출력되는 데이터를 임시 저장하는 출력 버퍼 메모리 변환하는 D-A 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 보청장치의 소음을 차폐하는 방법은 마이크로폰을 통해 수신된 외부음을 받아 A-D 변환기에서 디지털 음성 및 소음으로 변환한 후, 고속 푸리에 변환기에 의해 고속 푸리에 변환처리되어 출력된 N개 분량의 복소수 데이터를 저장하고, 이 복소수 데이터에서 진폭 성분만 별도로 연산한 후 선형 단위로 dB단위형태로 변환출력하고, 상기 dB단위로 변환된 N/2개 분량의 진폭 스펙 트럼을 입수하여 DSP IC 증폭부의 타이머에 설정된 일정 주기 동안 소음 스펙트럼으로 평균화하여 임시 저장하거나, 사용자가 디지털 토글 버튼 스위치를 누를 때마다 일정 시간동안 소음 스펙트럼으로 평균화하여 (소음 + 어음) 신호에서 소음 스펙트럼이 차감된 신호를 임시 저장하는 어음신호 임시저장단계; 실시간으로 연속 연산하여 생성된 (소음 + 어음) 스펙트럼으로부터 상기 어음신호 임시저장단계에서 임시 저장되었던 어음 스펙트럼에서 주파수 별로 진폭을 상승시키거나 강하시켜서 이득을 변경시키는 이득 변경단계; 상기 이득 변경단계에서 진폭 스펙트럼 이득을 변경한 후 사용자의 취향에 따라 등화기에 의해 저역 혹은 고역에서 이퀄라이징을 수행하고, 등화기를 거친 후에는 리시버의 최대 출력을 고려하여 지나치게 크게 증폭되어 리시버의 왜곡이 발생하지 않도록 최대 출력을 주파수 별로 다르게 제한 설정하는 최대출력 제한설정단계; 및 dB단위의 진폭 스펙트럼을 다시 선형 단위로 역변환시키고, 고속 푸리에 역변환기에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 역변환시킨 데이터들을 출력 버퍼메모리에 저장한 후, 순차적으로 D-A 변환기를 통해 리시버로 출력시켜 사용자가 리시버를 통해 최적하게 외부 소음을 차폐하고 어음만 증폭시킨 사운드를 출력하는 사운드 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법은, 현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크면, 어음 신호가 소음 신호보다 상당히 크므로 어음 구간으로 판단하여 소음을 줄이지 않고, 현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크지 않으면, 소음 레벨이 큰 구간으로 판단하여 소음을 줄이는 단계; 어음과 소음의 차이 즉 diff(차이) = 10dB이면, 어음레벨이 소음레벨보다 10dB 만큼 큰 정도이므로 어음 레벨을 0dB 줄이고, diff=5dB 이면, 어음레벨이 소음레벨보다 5dB 만큼 큰 정도이므로, 어음 레벨을 5dB 줄이는 단계; 및 diff = 0dB이면, 어음 레벨이 소음 레벨과 같으므로 어음 레벨을 10dB 줄이고, diff = -5dB이면, 소음 레벨이 어음 레벨보다 5dB만큼 큰 정도이므로, 어음 레벨을 15dB 줄이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 디지털 보청기 사용자들은 외부 소음이 차폐되어 어음이 상대적으로 강조되어 증폭된 소리를 들을 수 있어 어음 변별력 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 종래의 디지털 보청장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 적색 그래프로 도시된 일반적인 외부 소음 진폭 스펙트럼과 청색으로 도시된 어음 진폭 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 본 발명의 외부 소음을 차폐하는 보청장치의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 [{소음+어음}-{소음} 스펙트럼] 프로세스를 상세히 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 소음을 차폐하는 방법을 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에 있어서 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

도 3은 본 발명의 본 발명의 외부 소음을 차폐하는 보청장치의 블록도를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 소음을 차폐하는 보청장치는 외부음을 수신하는 마이크로폰(100), 상기 마이크로폰에서 수신된 외부음을 증폭하는 DSP(Digital Signal Processor) IC 증폭부(200), 외부로 부터 수신한 음을 출력하는 리시버(400), 상기 DSP IC 칩 증폭부(200)의 동작 상태의 변경을 위한 디지털 메모리 토글 버튼 스위치(300)를 포함한다.

상기 DSP IC 증폭부(200)는 소정 시간을 카운트하는 타이머(230), 외부로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호 처리를 위해 디지털 신호로 변환하는 A-D 변환기(210), 상기 디지털 변환된 음성 신호를 임시 저장하는 입력 버퍼메모리(220), 상기 입력 버퍼메모리(220)에서 임시 저장되어 출력된 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기(240), 저음을 강조하거나 고음을 강조하는데 사용되는 등화기(250), dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 다시 선형 단위로 역변환시키는 고속 푸리에 역변환기(260), 상기 고속 푸리에 역변환기(260)로부터 출력되는 데이터를 임시 저장하는 출력 버퍼메모리(270) 및 상기 출력 버퍼메모리(270)로부터 출력되는 디지털 데이터를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D-A 변환기(280)를 더 포함하고 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 소음을 차폐하는 보청장치의 동작을 설명한다.

먼저, 마이크로폰(100)을 통해 수신된 외부음을 받아 A-D 변환기(210)에서 디지털 음성 및 소음으로 변환한 후, 고속 푸리에 변환기(240)에 의해 고속 푸리에 변환처리되어 출력된 N개 분량의 복소수 데이터를 저장하고, 이 복소수 데이터에서 진폭 성분만 별도로 연산한 후 선형단위의 dB 단위형태로 변환출력하고(S20), 상기 dB단위형태로 변환된 N/2개 분량의 진폭 스펙트럼을 입수하여(S40), DSP IC 증폭부(200)의 타이머(230)에 설정된 일정 주기 동안 소음 스펙트럼으로 평균화하여 임시 저장하거나(S60), 사용자가 디지털 토글 버튼 스위치(300)를 누를 때마다 일정 시간동안 소음 스펙트럼으로 평균화하여 상기 단곈40으로부터의 (소음 + 어음) 신호에서 소음 스펙트럼이 차감된 신호를 임시 저장한다(S100).

즉, 실시간으로 연속 연산하여 생성된 진폭 스펙트럼은 (소음 + 어음) 스펙트럼으로부터 단계 S60에서 임시 저장되었던 소음신호를 차감한다. 이와 같이 소음 스펙트럼이 차감된 진폭스펙트럼이 진폭스펙트럼은 어음 성분이 소음성분에 비하여상대적으로 강화된 소음이 차폐된 어음스펙트럼이 된다(S80,S100).

소음 성분이 차폐된 어음 스펙트럼에서 주파수 별로 진폭을 상승시키거나 강하시켜서 이득을 변경시킨다. 이 과정은 디지털 보청장치 사용자의 청력 역치에 따라 최적의 주파수 별로 다르게 증폭된 사운드를 들려줌으로써 어음 변별력을 향상시켜주기 위한 과정이다(S120).

상기 진폭 스펙트럼 이득을 변경한 후 사용자의 취향에 따라 등화기(250)에 의해 저역 혹은 고역에서 이퀄라이징(Equalizing)을 수행한다.

상기 등화기(250)를 거친 후에는 리시버(400)의 최대 출력을 고려하여 지나치게 크게 증폭되어 리시버(400)의 왜곡이 발생하지 않도록 최대 출력을 주파수 별로 다르게 제한 설정한다(S140). 그리고 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 다시 선형단위로 역변환시고(S160), 상기 고속 푸리에 역변환기(260)에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 역변환시킨 데이터들을 출력 버퍼메모리(270)에 저장하고, 순차적으로 D-A 변환기(280)를 통해 리시버(400)로 출력시켜 사용자가 리시버(400)를 통해 최적하게 외부 소음을 차폐하고 어음만 증폭시킨 사운드를 들을 수 있다.

도 4는 도 3의 [{(소음+어음)-(소음)} 스펙트럼] 프로세스를 상세히 도시한 흐름도로서, 주파수 스펙트럼의 주파수 간격이 64이며, 소음 차폐 마진이 10dB인 일 실시예를 나타낸다.

도 4에서 주파수 스펙트럼의 간격 64는 고속 푸리에 변환기(240)에서 고속 푸리에 변환되어 신호 처리 데이터가 128개씩 처리됨을 나타내며, 도 4에서 n(1:64)는 dB단위의 소음 진폭 스펙트럼 즉, 도 3의 소음 스펙트럼 저장 프로세스를 나타내고, s(1:64)는 현재 입력된 소음 + 어음 진폭 스펙트럼 즉, 도 3의 진폭 스펙트럼을 표시한다. s(1:64)는 임시로 t(1:64) 입력 버퍼메모리(220)에 저장된 후 소음 차폐 최종 결과 즉, 도 3의 소음 차폐된 어음 스펙트럼을 저장하는 것을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 소음 차폐 마진을 10dB로 설정하였지만, 반드시 이에 한정된 필요는 없으며 당업자라면 적절히 이 마진을 변경할 수 있을 것 이다.

본 발명에서는 주변 소음이 심하다 해서 소음 차폐 마진을 10dB 이상 올리면 어음도 차폐되어 소음이 많이 줄어들지만 어음도 함께 줄어들어 어음변별력이 약화될 수 있고, 반대로 10dB 이하로 내리면 상대적으로 소음이 덜 소거되는 점을 고려하였다. 따라서 본 발명에서는 전술한 디지털 메모리 토글 버튼 스위치(300)를 통해 주변 소음 환경에 따라 소음 차폐 마진을 사용자가 업-다운 조절할 수 있도록 하였다.

또한, 주파수 스펙트럼의 간격이 64개 인 경우에는 샘플링 주파수 16kHz의 절반인 8kHz를 64개로 분할하여 주파수 분해도가 8000/64 즉, 125Hz가 된다.

주파수 분해도를 높이면 소음 스펙트럼을 세밀하게 분석하여 소음을 세밀하게 줄일 수는 있지만, 반대로 CPU 사용량이 과다해져서 전력 소모가 많아지게 된다. 본 발명에서는 상기 DSP IC 증폭부(200)의 성능에 따라 주파수 스펙트럼 간격을 64개로 분할하였지만 이 또한 사용하고자 하는 프로세서의 성능에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

도 4의 단계 S200 내지 S340을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크면, 어음 신호가 소음 신호보다 상당히 크므로 어음 구간으로 판단하고 소음을 줄이지는 않는다. 그러나 이와는 달리, 현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크지 않으면, 소음 레벨이 큰 구간으로 판단하여 소음을 줄이도록 한다.

한편, diff(차이) =10dB 이면, 어음레벨이 소음레벨보다 10dB 만큼 큰 정도이므로 어음 레벨을 0dB 줄이고, diff=5dB 이면, 어음레벨이 소음레벨보다 5dB 만큼 큰 정도이므로, 어음 레벨을 5dB 줄인다.

또한, diff = 0dB 이면, 어음 레벨이 소음 레벨과 같으므로 어음 레벨을 10 dB 줄인다. 한편, diff = -5dB 이면, 소음 레벨이 어음 레벨보다 5dB 큰 정도이므로, 어음 레벨을 15dB 줄인다.

이하에서는 도 4의 프로세스를 상세히 설명한다.

단계 S200에서 소음 진폭 스펙트럼 n(1:64)과 어음 진폭 스펙트럼을 s(1:64) 저장한다. 이어서, 단계 S220에서 스펙트럼 1:64 채널 중 영번째 채널 번호 i = 0를 임시 저장한다.

다음, 스펙트럼의 현재 채널 번호 즉, 이전 채널 번호에서 1채널 증가(i = i + 1)한다(S240). 이어 채널이 64이하 인지를 확인하고(S260), 저장된 어음 신호 스펙트럼과 현재 소음 스펙트럼의 현재 채널에서의 차이 즉, diff = t(i) -n(i)를 획득하고(S280), 상기 diff ≥ 10인지를 확인한다(S300). diff(차이)가 10보다 클 경우(긍정인 경우)는 현재 채널의 저장된 어음 스펙트럼 데이터를 현재 채널의 어음 스펙트럼 메모리 공간으로 이송한다.

즉, s(i) = t(i)(S320). 이어 종료한다. 상기 단계 S260에서 채널이 64 이상인 경우는 종료해서 다시 단계 S240으로 리턴한다.

다음에, 상기 단계 S300에서 diff ≥ 10가 아닌 경우 즉, 부정인 경우는 현재 채널의 저장된 어음 스펙트럼 데이터에서 {10dB - (저장된 어음 신호 스펙트럼과 현재 소음 스펙트럼의 현재 채널에서의 차이)} 만큼을 감산해서 현재 채널의 어음 스펙트럼 메모리 공간으로 이송한다(S300).

즉, s(i) = t(i) - (10-diff).

지금까지 설명에 본 발명에 따르면, 디지털 보청기 사용자은 외부 소음이 차폐되어 어음이 상대적으로 강조되어 증폭된 소리를 들을 수 있어 어음 변별력 향상을 도모할 수 있게 된다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 소음을 차폐하는 보청장치 및 보청장치의 외부 소음을 차폐하는 방법을 도면을 참조로 하여 상세히 설명하였으나 이와 같은 설명은 예시 목적이지 전술한 바로 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해해야 할 것이 며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명이라기보다는 이하의 부속청구 범위에 의해 특정되어 지며, 이러한 본 발명의 특허청구범위는 그 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

M: 마이크로폰 D: 증폭부
S: 스위치 R: 리시버
100: 마이크로폰 200: DSP IC 증폭부
210: A-D 변환기 220: 입력 버퍼메모리
230: 타이머 240: 고속 푸리에 변환기
250: 등화기 260: 고속 푸리에 역변환기
270: 출력 버퍼메모리 280: D-A 변환기
300: 디지털 메모리 토클 버튼 스위치
400: 리시버

Claims

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현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크면, 어음 신호가 소음 신호보다 상당히 크므로 어음 구간으로 판단하여 소음을 줄이지 않고, 현재 입력레벨이 소음레벨보다 10dB 이상 크지 않으면, 소음 레벨이 큰 구간으로 판단하여 소음을 줄이는 단계;
어음과 소음의 차이 즉 diff(차이) =10dB 이면, 어음레벨이 소음레벨보다 10dB 만큼 큰 정도이므로 어음 레벨을 0dB 줄이고, diff=5dB 이면, 어음레벨이 소음레벨보다 5dB 만큼 큰 정도이므로, 어음 레벨을 5dB 줄이는 단계; 및
diff = 0dB 이면, 어음 레벨이 소음 레벨과 같으므로 어음 레벨을 10dB 줄이고, diff = -5dB 이면, 소음 레벨이 어음 레벨보다 5dB 큰 정도이므로, 어음 레벨을 15 dB 줄이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보청 장치의 어음과 소음을 비교하여 보청장치의 외부 소음을 차폐하는 방법.