KR101790954B1 - 스마트 귀마개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 귀마개에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 양 귀에 착용가능한 스마트 귀마개에 있어서, 외부 음성과 외부 소음을 포함한 외부 소리를 수신하여 오디오 신호로 출력하는 마이크로폰; 역 위상(antiphase) 신호를 생성하고, 상기 생성된 역 위상 신호를 이용하여사람의 음성 주파수 대역 이외의 범위를 적어도 일부 포함하는 기 설정된 범위의 상기 오디오 신호의 적어도 일부를 상쇄시키는 노이즈 제거부를 포함하는 오디오 신호 처리부; 상기 오디오 필터 또는 상기 노이즈 제거부에서 출력되는 오디오 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭부에 의해 증폭된 오디오 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

Description

스마트 귀마개{SMART EARPLUG}

본 발명은 소음 현장에서 의사소통을 가능하게 해주는 스마트 귀마개에 관한 것이다.

일반적으로, 공장 및 작업장 등에서 발생되는 여러 종류의 소음을 막거나 줄여서, 작업자의 난청 등과 같은 산업재해를 예방하기 위해서, 작업자는 단순한 기능의 귀마개를 사용하고 있다.

이러한 단순한 기능의 귀마개는 발생되는 소음을 차단하는 효과는 있지만, 작업자 간의 대화 소리까지도 차단하기 때문에 작업 중 꼭 필요한 의사소통을 할 수 없어서 수화를 하거나, 글을 종이에 쓰는 등의 불편을 야기하며, 의사소통의 부재로 인해 업무 효율이 떨어지고, 더 큰 문제를 야기하는 경우가 발생하게 된다.

또한, 귀마개의 착용으로 인한 불편함과 대화 소리가 안들리는 불편함 때문에 일부 작업자들은 귀마개를 착용하지 않게 되고, 이로 인해 작업자들의 난청 발생으로 기업 및 개인의 손실이 발생하는 문제를 가지고 있다.

대한민국 특허공개공보 제10-2015-0021290

본 발명의 일 실시예는 소음이 발생하는 작업장 또는 산업현장 등에서 귀마개를 착용하는 경우 소음과 대화가 모두 차단됨으로써 작업자 간의 의사소통이 어려워지고, 의사소통의 부재로 인한 생산성 저하 및 산업재해 발생을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 소음 현장 작업자들이 난청 위험을 알면서도 의사소통의 어려움과 착용의 불편함 등을 이유로 방음 귀마개를 착용하지 않게 되는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 착용 시에 소음만 차단하면서 작업자 간에 의사소통을 가능하게 해주고, 인체공학 설계를 통해 장기간 사용하여도 귀가 편안한 스마트 귀마개를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 무선 통신 기능을 통해 소음 현장에서 특정 그룹 또는 관련 작업자들에게 알림 기능을 수행하거나, 서로 편리하게 의사소통을 가능하게 해주는 스마트 귀마개를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 출력되는 음성 신호의 크기를 측정하여 자동으로 볼륨을 제어하는 기능을 제공함으로써 자동 볼륨 제어 기능을 갖는 스마트 귀마개 사용자의 편의성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 외부 소음은 확실하게 차단하고 사용자간의 대화는 보다 뚜렷하게 들을 수 있는 스마트 귀마개를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 양 귀에 착용가능한 스마트 귀마개에 있어서, 외부 음성과 외부 소음을 포함한 외부 소리를 수신하여 오디오 신호로 출력하는 마이크로폰; 역 위상(antiphase) 신호를 생성하고, 상기 생성된 역 위상 신호를 이용하여사람의 음성 주파수 대역 이외의 범위를 적어도 일부 포함하는 기 설정된 범위의 상기 오디오 신호의 적어도 일부를 상쇄시키는 노이즈 제거부를 포함하는 오디오 신호 처리부; 상기 오디오 필터 또는 상기 노이즈 제거부에서 출력되는 오디오 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭부에 의해 증폭된 오디오 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 오디오 신호 처리부는 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 오디오 신호로부터 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력하는 오디오 필터를 더 포함하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 오디오 필터는 디지털 필터인 것인, 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 노이즈 제거부가 상기 미리 결정된 주파수 대역 이외의 범위의 신호를 상쇄시킨 이후에, 상기 오디오 필터가 상기 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력하는 것인, 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기와 미리 결정된 기준값을 비교함으로써 상기 오디오 신호의 증폭 크기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것인, 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기가 상기 미리 결정된 기준값 미만인 경우, 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기가 미리 결정된 기준값의 크기가 되도록 증폭시키는 것인, 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기와 상기 미리 결정된 기준값과의 비교를 통해 상기 오디오 신호의 증폭 크기를 제어하는 동작의 활성화를 온(on), 오프(off)하는 스위치를 더 포함하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 미리 결정된 기준값은 50dB 내지 80dB 사이의 어느 하나의 값을 이용하는 것인, 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 마이크로폰은 상기 사용자의 양측 귀에 각각 대응되게 배치되고, 양측의 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 출력 신호의 차이가 기 설정된 범위 내인지 여부에 따라 노이즈인지 음성 신호인지 판한하는 제어부를 더 포함하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 양측의 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 오디오 신호의 소리의 크기를 비교하여 노이즈인지 음성 신호인지 여부를 판단하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 출력 신호가 노이즈라고 판단되는 경우, 상기 오디오 신호 처리부가 상기 출력 신호를 완전히 제거하거나, 완전히 필터링하거나, 기 설정된 범위 내로 약화시키거나, 기 설정된 범위만 제거 또는 필터링하도록 제어하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 출력 신호가 음성이라고 판단되는 경우, 상기 오디오 신호 처리부가, 상기 출력 신호를 그대로 통과시키거나, 필터링하지 않거나, 기 설정된 범위 내로 강화시키거나, 기 설정된 범위만 제거 또는 필터링하도록 제어하는 스마트 귀마개가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 소음이 발생하는 작업장 또는 산업현장 등에서 귀마개를 착용하는 경우 소음과 대화가 모두 차단됨으로써 작업자 간의 의사소통이 어려워지고, 의사소통의 부재로 인한 생산성 저하 및 산업재해 발생을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 소음 현장 작업자들이 난청 위험을 알면서도 의사소통의 어려움과 착용의 불편함 등을 이유로 방음 귀마개를 착용하지 않게 되는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 착용 시에 소음만 차단하면서 작업자 간에 의사소통을 가능하게 해주고, 인체공학 설계를 통해 장기간 사용하여도 귀가 편안한 스마트 귀마개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 통신 기능을 통해 소음 현장에서 특정 그룹 또는 관련 작업자들에게 알림 기능을 수행하거나, 서로 편리하게 의사소통을 가능하게 해주는 스마트 귀마개를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 출력되는 음성 신호의 크기를 측정하여 자동으로 볼륨을 제어하는 기능을 갖는 스마트 귀마개를 제공함으로써 스마트 귀마개 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 외부 소음은 확실하게 차단하고 사용자 간의 대화는 보다 뚜렷하게 들을 수 있다는 장점이 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개를 도시한 정면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 구성요소를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 마이크로폰을 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 마이크로폰의 다른 예를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 출력부를 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 무선 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 필터링 과정을 보여주는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개를 도시한 정면도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개를 도시한 사시도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 구성요소를 도시한 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개(100)는 연결부(111), 행거(112), 하우징(120), 이어패드(130), 마이크로폰(140), 오디오 신호 처리부(150), 증폭부(160) 및 출력부(170)를 포함할 수 있다.

일 예시로 좌측과 우측 이어패드(130)를 연결해주는 연결부(111)와, 연결부(111)의 양단에 연결되어 이어패드(130)가 귀에 잘 고정될 수 있도록 착용 후에 귀 뒤쪽에 위치하도록 구성된 행거(112)를 포함할 수 있다. 예컨대, 연결부(111)는 플렉서블한 선이나 밴드 형태로 구성될 수 있으며, 행거(112)는 귀에 착용 시에 유연하게 휠 수 있는 플렉서블한 플라스틱이나 고무 등의 재료로 구성될 수 있으며, 복원력에 의해 착용 후에 행거(112)를 통해서 하우징(120) 및 이어패드(130)가 사용자의 귀 옆에 밀착하도록 함으로써 종래의 귀마개에 비해 착용감을 향상시킬 수 있다. 여기서 연결부(111)는 전기적 신호 및 전력을 전달하는 수단으로 사용될 수도 있다. 일 예로 전원공급부(210)는 양 측의 하우징(210) 중 한쪽에만 제공되고, 다른 한쪽으로는 연결부(111)를 통해 전력이 공급될 수 있다.

하우징(120)은 이어패드(130) 옆 쪽에 마련됨으로써 사용자의 귀 옆쪽에 각각 위치할 수 있으며, 출력부(170), 전원공급부(210), PCB(191)를 내장하여 보호하고, 소음을 차단하는 역할 등을 할 수 있다.

이어패드(130)는 하우징(120) 각각에 사용자의 귀를 향하도록 마련되고, 출력부(170)가 노출되도록 귀나 귀 둘레에 밀착됨으로써 하우징(120)과 함께 사용자의 귀에 소음이 유입됨을 차단하도록 하며, 예컨대 밀착성을 위하여 쿠션부재로 이루어질 수 있으며, 귀 또는 귓구멍에 보다 잘 밀착하기 위해 출력부(170)가 하우징(120)으로부터 돌출된 구조를 가질 수 있다.

마이크로폰(140)은 외부로부터 유입되는 소리를 수신하여 오디오 신호로 출력하는 기능을 수행하며, 일 예시로 좌우 하우징(120)에 설치될 수 있다. 즉, 두 개의 마이크로폰(140)이 사용자의 양측 귀에 각각 대응되게 배치될 수 있다.

도 3에서와 같이, 마이크로폰(140)은 일 예시로서, 하우징(120)에 외부와 연결되도록 설치되고 소리를 수신 또는 수집하기 위한 수집관(141)과, 수집관(141)의 입구측에 전후로 이격되도록 배치되는 전측판(142) 및 후측판(143)과, 전측판(142)과 후측판(143)에 전원이 인가되도록 함과 아울러, 소리가 수신됨으로써 서로 접촉되거나 이격되는 전측판(142)과 후측판(143)에 의해 변환되는 전기 신호를 오디오 신호로서 출력하는 회로부(144)를 포함할 수 있다. 여기서 수집관(141)은 하우징(120)의 내측에 고정되되, 하우징(120)에 형성되는 홀(미도시)을 통해서 외부와 연결될 수 있다. 전측판(142)과 후측판(143)은 전도성 재질의 플레이트로 이루어질 수 있고, 회로부(144)에 의해 진동이 가능하도록 수집관(141)의 내측에 설치될 수 있다.

도 4에서와 같이, 마이크로폰(240)은 또 다른 예시로서, 하우징(120; 도 1에 도시)에 외부와 연결되도록 위치하고 소리를 수신 또는 수집하기 위한 멤브레인(241)과, 멤브레인(241)의 외주면에 권선되고, 자기장 내에서 멤브레인(241)의 진동에 의한 전기 신호를 오디오 신호로서 출력하는 코일(242)과, 코일(242)의 내측과 외측에 각각 배치되어, 상기의 자기장을 제공하는 제 1 및 제 2 영구자석(243,244)와, 멤브레인(241)이 소리의 수신에 의해 진동하도록 멤브레인(241)을 탄성 지지하는 탄성연결부(245)를 포함할 수 있다. 탄성연결부(245)는 일 예시로 탄성을 가진 재질로 이루어지거나, 다른 예로서 주름구조와 같이 탄성을 제공할 수 있는 구조를 가질 수 있으며, 멤브레인(241)에 연결된 상태로 본체(246)에 고정될 수 있다. 멤브레인(241)은 하우징(120)의 내측에 위치하되, 하우징(120)에 형성되는 홀(미도시)을 통해서 외부와 연결됨으로써 외부로부터 전달되는 소리가 수신되도록 할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 오디오 신호 처리부(150)는 노이즈 대역의 신호를 상쇄시키기 위한 노이즈 제거부(151)와 음성 주파수 대역을 선택 출력하기 위한 오디오 필터(152)를 포함할 수 있다.

오디오 신호 처리부(150)의 노이즈 제거부(151)는 외부로부터 들어오는 외부 음성과 외부 소음(즉, 노이즈) 중에서 노이즈 대역의 신호를 상쇄시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 노이즈 대역으로 결정된 주파수 대역의 범위에서만 오디오 신호를 상쇄시키기 위해, 먼저 노이즈 대역의 범위에서 오디오 신호를 검출한 후 그 오디오 신호와 크기는 같고 파형이 반대인 반대 신호(inverted signal) 또는 역 위상 신호(antiphase signal)를 간섭(interference) 신호로서 생성하고, 노이즈 대역의 범위에서 원 신호와 간섭 신호를 더함으로써, 노이즈 대역의 범위의 신호만을 상쇄시킬 수 있다.

일반적으로, 사람의 음성 주파수 또는 가청 주파수의 범위는 200Hz ~ 3,500Hz이다. 따라서, 노이즈 제거부(151)가 사람의 음성 주파수 대역을 제외한 부분을 노이즈 대역으로 선택하여 제거하기 위해서, 예컨대 3,500Hz나 4,000Hz 이상의 주파수 대역만을 노이즈 대역으로 선택하여, 이 대역 내에서 오디오 신호 상쇄를 통해 노이즈 제거(noise cancelling) 기능을 수행하거나, 또 다른 예로 200Hz 이하, 3,500Hz 이상의 주파수 대역을 노이즈 대역으로 선택하여, 이 대역 내에서 오디오 신호 상쇄를 통해 노이즈 제거(noise cancelling) 기능을 수행할 수 있으며, 노이즈 대역의 범위의 변경에 따라 다양하게 응용 가능할 것이다.

노이즈 제거부(151)는 능동 노이즈 제거 또는 저감을 위해 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 이용하여 구현될 수 있으다. 노이즈 제거부(151)는 상술한 바와 같은 노이즈 제거를 통해서 미리 결정된 노이즈 대역의 주파수 범위 내에서만 신호 상쇄를 수행함으로써 효과적으로 외부 소음 또는 노이즈를 제거 가능하다.

또한, 오디오 신호 처리부(150)의 오디오 필터(152)는 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호로부터 소음 신호 대역을 필터링하여 음성 신호 대역을 선택 출력하는 기능을 수행한다.

따라서, 오디오 필터(152)가 사람의 음성 주파수 대역을 선택하여 출력하기 위해서, 예컨대 3,500Hz나 4,000Hz 이하의 주파수 대역만 통과시키는 경우 3,500Hz나 4,000Hz 이하의 범위가 음성 주파수 대역으로 선택되고, 3,500Hz나 4,000Hz 이상의 고주파 대역은 필터링하여 제거할 수 있다. 이 경우, 오디오 신호로부터 소음 또는 노이즈에 해당하는 신호와 음성에 해당하는 신호를 분리하기 위하여, 낮은 주파수 범위만 통과시키는 로우패스 필터(low pass filter)가 사용될 수 있으며, 원하지 않는 주파수 대역, 즉 상대적으로 고주파에 해당하는 소음에 해당하는 주파수 대역을 필터링하여 음성 신호 대역만이 증폭부(160)에 전달되도록 할 수 있다.

또한, 200Hz ~ 3,500Hz 이내 또는 이 범위 근처의 주파수 대역만을 통과시키기 위해 로우패스 필터 대신 밴드패스 필터(band pass filter)를 사용하는 것도 가능하며, 선택 출력하는 주파수 대역은 예컨대, 200Hz ~ 4,000Hz, 250Hz ~ 3,500Hz 또는 250Hz ~ 3,000Hz 등 다양하게 설정 가능할 것이다.

여기서, 오디오 필터(152)는 디지털 필터 또는 아날로그 필터로 구성될 수 있으며, 특히 디지털 필터의 경우 소프트웨어로 필터의 특성을 정밀하게 조정가능하여 고정밀도의 필터를 구현 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 오디오 신호 처리부(150)에서 노이즈 제거부(151)의 노이즈 대역의 오디오 신호 상쇄 기능 및 오디오 필터(152)의 음성 대역의 선택 출력을 통해 보다 효과적으로 외부 소음 또는 노이즈를 제거하고 음성 신호만 선택하여 출력하는 것이 가능해진다. 또한, 노이즈 대역과 음성 대역의 결정은 선택 출력을 위한 음성 대역 이외의 주파수 대역을 노이즈 대역으로 미리 설정하거나, 필요에 따라 노이즈 대역과 음성 대역의 일부분이 중첩되도록 설정하는 것도 가능할 것이다.

여기서, 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호가 오디오 신호 처리부(150)에서 처리되는 과정에 있어서, 노이즈 제거부(151)가 먼저 미리 결정된 노이즈 대역의 범위의 신호를 상쇄시킨 이후에, 오디오 필터(152)가 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력함으로써, 노이즈 제거를 통해 상쇄된 노이즈 대역 범위의 신호가 다시 한번 필터링을 통한 선택 출력으로 제거되는 것이 가능하다. 또한, 위와 반대의 순서로 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호가 먼저 오디오 필터(152)를 통해 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력하고 난 이후에, 노이즈 제거부(151)를 통해 미리 결정된 노이즈 대역의 범위의 신호를 상쇄시키는 기능을 수행하는 것도 가능하다.

증폭부(160)는 도 2에서와 같이, 오디오 신호 처리부(150)에 의해 출력되는 음성 신호를 증폭하여 출력부(170)에 전달하도록 한다. 출력부(170)는 증폭부(160)에 의해 증폭된 음성 신호에 따라 사용자의 귀에 음성을 출력하도록 하우징(120)으로부터 노출되도록 마련된다.

또한, 증폭부(160)와 통신하는 제어부(180)는 자동 볼륨 제어를 위해 오디오 신호 처리부(150)에서 선택 출력된 오디오 신호의 크기와 미리 결정된 기준값을 비교하여 기준값보다 작거나 큰 경우에 기준값 또는 기준값 근처의 범위로 신호 크기를 맞추기 위해서 증폭부(160)에서 수행하는 신호 증폭의 크기를 제어할 수 있다.

이와 같은 자동 볼륨 제어 기능은 스마트 귀마개의 사용자가 듣기에 적당한 크기의 음성 신호를 적응적으로 만들어주기 위함이며, 미리 결정된 음성 신호의 크기 관련 기준값은 예컨대, 50dB 내지 80dB, 또는 40dB 내지 70dB, 또는 55dB 내지 75dB 사이의 어느 하나의 값을 이용할 수 있으며, 사용자의 선호도 또는 청력에 따라 적절하게 변경 가능할 것이다. 또한, 음성 신호의 크기 관련 기준값이 특정 값이 아닌 위에서 예시한 범위와 유사한 범위로 설정될 수도 있다. 예컨대, 55dB 내지 75dB의 범위를 기준값으로 설정하는 경우, 이 기준 범위 내에 있는 경우에는 신호 크기의 증폭을 수행하지 않고, 이 범위 내에 있지 않는 신호 크기에 대해서만 신호 증폭을 수행하는 것도 가능할 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 스마트 귀마개는, 이와 같은 자동 볼륨 제어 기능, 즉 오디오 신호 처리부(150)에서 출력된 오디오 신호와 미리 결정된 기준값과의 비교를 통해 오디오 신호의 증폭 크기를 제어하는 동작을 활성화시키기 위한 스위치를 더 포함할 수 있다. 사용자가 자동 볼륨 제어 기능을 활성화시키기 위해서는 자동 볼륨 제어 스위치를 온(on)하고, 자동 볼륨 제어 기능을 비활성화시키는 경우에는 자동 볼륨 제어 스위치를 오프(off)시킴으로써, 자동 볼륨 제어 기능이 필요없는 경우에 스마트 귀마개에서의 배터리 소모를 감소시킬 수 있다.

또한, 자동 볼륨 제어 스위치를 통해 사용자가 선호하는 출력되는 음성 신호의 크기를 높음, 중간, 낮음 또는 높은, 낮음과 같이 선택할 수 있도록 구성가능하며, 사용자의 선호도나 청력 상태에 따라 자동 볼륨 제어되는 음성 신호의 출력 크기가 사용자별로 선택할 수 있도록 구현하는 것도 가능할 것이다.

출력부(170)는 일 예시로서 도 5에 도시된 바와 같은 드라이버 유닛 구조를 가질 수 있다. 도 5를 참조하면, 진동판에 해당하는 다이어프램(171)이 사용자의 귀측을 향하여 진동이 가능하도록 본체(175)에 설치될 수 있고, 본체(175)에 설치되는 아마추어(172)에 음성 신호로서 전기 신호가 수신되는 코일(173)이 권선되며, 코일(173) 측에 자기장을 인가하도록 영구자석(174)이 설치될 수 있는데, 자기장 내에서 전기 신호가 인가되는 코일(173)을 통해서 다이어프램(171)에 진동이 발생되도록 함으로써 음성이 사용자의 귀에 출력되도록 할 수 있으며, 이러한 스피커 구조 외에도 공지된 다양한 방식의 스피커가 사용될 수 있음은 물론이다.

스위치(181)는 마이크로폰(140)을 통한 소리의 수신과 출력부(170)를 통한 음성의 출력을 제어하도록 하우징(120)에 마련될 수 있는데, 일 예시로 마이크로폰(140)과 증폭부(160)에 전원공급부(210)로부터 공급되는 전원을 온(on)/오프(off)시키도록 하우징(120)에 돌출되도록 마련되는 스위치로 이루어질 수 있다.

한편, 스위치(181)는 하우징(120)에 돌출되도록 마련될 수 있는데, 상기의 스위치와는 다른 예로서 동작신호를 제어부(180)에 출력하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제어부(180)는 스위치(181)를 통해 제 1 설정시간 동안 마이크로폰(140)과 증폭부(160)를 동작시킬 수 있다. 또한 제 1 설정시간의 카운트를 위하여 타이머(182)가 마련될 수 있는데, 타이머(182)는 제 1 설정시간, 예컨대 1분 내지 5분 동안을 카운트하여 제 1 설정시간의 경과를 제어부(180)에 신호로서 전달할 수 있다.

또한 다른 예로서, 제어부(180)는 스위치(181)의 온(on)/오프(off) 동작을 통해 마이크로폰(140)과 증폭부(160)를 동작시키고, 증폭부(160)로부터 제 2 설정시간 동안 음성 신호가 출력되지 아니하는 경우 마이크로폰(140)과 증폭부(160)의 동작을 정지시키도록 할 수 있다. 또한 타이머(182)는 제 2 설정시간, 예컨대 30초 내지 3분을 카운트하여 제 2 설정시간의 경과를 제어부(180)에 신호로서 전달할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 스위치(181)의 연속적인 동작 횟수를 감지하여 스위치(181)의 동작 횟수 및 간격에 기초하여 제 1 및 제 2 설정시간을 자동 조절하는 기능을 구현할 수 있다. 제어부(180)는 일 예시로 PCB(191)의 일부 또는 전부로 이루어져서 하우징(120)의 내측에 설치될 수 있다. 또한, 전원 공급부(190)는 일 예시로 배터리로서 하우징(120) 내에 설치될 수 있으며, 동작에 필요한 전원을 공급시킬 수 있다.

통신부(183)는 유니캐스트, 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 등의 통신 방식을 통해 사용자의 음성 신호를 송수신하기 위한 통신 모듈을 포함한다. 음성 신호 송신의 경우, 수신인이 특정인 한 명인 경우 유니캐스트, 수신인이 특정 그룹으로 여러 명인 경우 멀티캐스트, 수신인이 통신 가능한 모든 수신인으로 설정하는 경우 브로드캐스트 방식을 사용할 수 있다.

통신부(183)는 예컨대, 블루투스, IEEE 802.11 또는 초광대역 통신(UWB) 통신 프로토콜 중 적어도 하나를 지원하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 스마트 귀마개(100)는 통신부(183)를 통해 중앙 서버로부터 중요한 알림이나 음성 메시지 등을 수신하여, 출력부(170)를 통해 알림을 출력할 수 있다.

또한, 통신부(183)를 통해 사용자 자신의 음성 신호를 통신 가능한 범위 내에서 다수의 사용자들에게 전달 가능하며, 제어부(180)에서 음성 신호 수신인을 미리 설정된 그룹 내 각 사용자의 식별 정보를 이용하여 멀티캐스트 통신으로 그룹 내 스마트 귀마개에만 음성 신호를 송신하는 것이 가능하며, 또한 통신 가능한 범위 내의 모든 스마트 귀마개를 수신인으로 지정하고 브로드캐스트 통신으로 모든 스마트 귀마개에 음성 신호 송신을 수행하는 것도 가능하다.

또한, 일 예시로 사용자의 음성 신호를 송신하기 위한 송신 모드의 동작을 활성화하는 송신 모드 스위치(184)를 더 포함할 수 있다. 송신 모드 스위치(184)가 오프(off)되어 있는 경우에는 외부의 음성이나 소음을 수신하는 일반 모드로 동작하며, 송신 모드 스위치(184)를 온(on)하는 경우, 송신 모드의 동작이 활성화되어 사용자의 음성 신호를 마이크로폰(140)을 통해 수신하고, 통신부(183)를 통해 미리 결정된 수신인, 즉 다른 스마트 귀마개들에 음성 신호를 송신할 수 있다. 이 경우, 사용자의 음성 신호도 외부 소리를 처리하는 것과 같이 오디오 필터(152) 및 증폭부(160)를 통해 소음을 제거 가능하며, 사용자 본인 음성 수신의 경우 소음의 영향이 작아 제거가 필요 없는 경우에는 오디오 필터(152)나 증폭부(160)의 처리 없이 바로 제어부(180)로 전달하여 송신하는 방법도 가능하다.

예컨대, 사용자가 작업 중에 자신의 음성을 미리 설정된 다른 스마트 귀마개에 송신하기 위해서, 사용자는 송신 모드 스위치(184)를 온(on)하여 송신 모드의 동작을 활성화하고, 말함으로써 다른 사용자들에게 자신의 음성 신호를 전달할 수 있으며, 다른 사용자들은 외부 소리가 아닌 통신부(183)를 통해 직접 수신되는 음성 신호를 출력부(170)를 통해 바로 출력하여 들음으로써 다른 사용자의 음성을 크고 명확하게 듣는 것이 가능해진다.

이와 같은 본 발명에 따른 스마트 귀마개에 따르면, 기계 소리 등 작업현장에 발생되는 대부분 소음과 사람의 말소리는 서로 다른 주파수 대역을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 스마트 귀마개(100)의 내부에 주파수 대역별로 소리를 분리할 수 있는 오디오 필터(152)가 마련됨으로써, 기계음 등과 같은 작업장의 소음이 사용자의 귀에 안들리게 차단하는 한편, 사람들 간의 대화는 들릴 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 스마트 귀마개(100)는 작업장 등에서 발생되는 여러 소음을 차단하면서 작업자 간에 대화 소리가 들리도록 함으로써, 소음 차단을 위한 귀마개를 착용한 상태에서도 작업자 간의 의사소통이 가능하도록 하고, 의사소통의 부재로 인한 생산성 저하 및 산업재해 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 동일 작업 그룹이나 같이 작업하는 모든 사용자들에게 통신부를 통해 음성 신호를 전달함으로써 효과적인 의사 소통을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명은 귀에 대한 소음 차폐력 및 착용감이 우수하고, 작업에 방해를 주지 않도록 사용의 편리성을 제공함으로써 작업 효율을 높일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 귀마개의 무선 통신 시스템을 도시한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 스마트 귀마개 시스템은 관리자 단말(610)과 복수 개의 스마트 귀마개를 포함하는 제1 그룹(620) 및 제2 그룹(630)과, 서버(640)를 포함할 수 있다.

관리자 단말(610)은 서버에 접속하여 무선 통신을 이용한 알람 또는 음성 메시지를 송신하거나 사용자 그룹을 설정하고 제어함으로써 특정 사용자들에게만 알람 또는 음성 메시지를 송신할 수 있다. 여기서, 알람은 특정 상황을 알려주는 전자음, 알림음 등을 포함하며 음성 메시지는 직접 녹음된 육성이나 전자 음성 등을 포함할 수 있으며, 이와 같은 알람 또는 메시지는 관리자 단말(610)의 텍스트 입력 또는 음성 입력 등을 통해서 입력가능하며, 이에 한정되지 않는다.

여기서, 관리자 단말(610)은, 스마트 귀마개 중 어느 하나일 수도 있으며, 독립적으로 제공되는 관리자용 컴퓨터(PC) 또는 스마트폰, 태블릿 등과 같은 모바일 단말기 중 하나일 수 있다.

현장에서 스마트 귀마개를 착용하는 사용자들은 작업 그룹이나 작업 환경에 따라 그룹화될 수 있다. 예컨대, 제1 작업을 수행하는 사용자들의 제1 스마트 귀마개(621), 제2 스마트 귀마개(622), 제3 스마트 귀마개(623) 및 제4 스마트 귀마개(624)가 제1 그룹으로 설정될 수 있고, 또 다른 제2 작업을 수행하는 사용자들의 제5 스마트 귀마개(631), 제6 스마트 귀마개(632), 제7 스마트 귀마개(633) 및 제8 스마트 귀마개(634)가 제2 그룹으로 설정되어 구분될 수 있다. 이와 같은, 그룹 설정 및 관리는 서버(640)를 통해 수행될 수 있으며, 또한 중앙 관리자 또는 스마트 귀마개의 사용자들은 자신의 스마트폰 또는 컴퓨터 등과 같은 관리자 단말(610)을 통해 서버(640)에 접속하여 신규 그룹 추가, 변경과 같은 설정 및 관리를 수행할 수도 있을 것이다.

도 6에서의 모든 스마트 귀마개(621,622,623,624,631,632,633,634)는 통신부(183)를 이용하여 서버(640)와 통신이 가능하며, 서버로부터 중요한 알림이나 음성 메시지 등을 수신할 수 있다. 따라서, 서버(640)를 통해 통신 가능한 모든 스마트 귀마개(621,622,623,624,631,632,633,634)에 작업과 관련된 전체 공지를 송신할 수 있으며, 작업중인 사용자들은 스마트 귀마개를 통해서 관련 공지를 들을 수 있다. 또한, 서버(640)는 각각의 스마트 귀마개의 식별 정보를 저장하고 있으며, 필요에 따라 유니캐스트, 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 중 어느 하나의 방식을 통해 알림이나 음성 메시지를 전송가능하다. 예컨대, 중앙 관리자 또는 스마트 귀마개 사용자가 특정 사용자 그룹, 예컨대 제1 그룹(620) 내의 스마트 귀마개(621,622,623,624)에만 메시지를 송신하고자 하는 경우, 제1 그룹(620) 내의 스마트 귀마개(621,622,623,624)의 식별 정보를 이용하여 관리자 단말(610)을 통해 서버(640)에 접속하여 수신인을 설정한 후 제1 그룹(620)에만 중요 알림이나 공지를 송신할 수 있다.

또한, 미리 설정된 그룹화를 통해 제1 스마트 귀마개(621)의 사용자가 자신의 음성을 같은 그룹 내의 다른 스마트 귀마개(622,623,624)에게만 전달하도록 할 수 있다. 이 경우, 제1 그룹 내의 스마트 귀마개(621,622,623,624)는 자신의 그룹 내에 있는 스마트 귀마개들의 식별 정보를 가지고 있고, 자신의 음성을 송신 시에 제어부에서 이와 같은 식별 정보를 이용하여 자신의 그룹에 속한 스마트 귀마개에만 멀티캐스트 방식을 이용하여 음성 신호를 전달할 수 있다. 또한, 서버(640)를 통해서만 그룹 관리 및 수신인 지정을 수행하는 경우, 제1 스마트 귀마개(621)의 음성 신호가 서버(640)로 먼저 전달된 이후, 서버에서 미리 설정된 수신인들, 예컨대 제1 그룹 내의 다른 스마트 귀마개(622,623,624)에만 음성 신호를 전달하는 방법도 가능하다. 또한, 그룹 설정이 필요 없는 경우 자신의 음성 송신을 원하는 사용자가 브로드캐스트 방식을 이용하여 음성 신호를 전달 가능하며, 이 경우 통신 가능한 범위에 있는 모든 스마트 귀마개들이 그 음성 신호를 수신하도록 설정할 수도 있다. 이 경우, 블루투스, IEEE 802.11 또는 초광대역 통신(UWB) 등 사용하는 통신 프로토콜에 따라 통신 가능한 범위가 상이해 질 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 필터링 과정을 보여주는 순서도이다.

도 7을 참조하면, 제어부(180)는 양측 하우징(120), 즉 사용자의 좌우에 제공된 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호를 수집한다(S110). 여기서 제어부(180)로 수집되는 오디오 신호는 오디오 신호 처리부(150)를 거치지 않은 상태일 수 있다.

제어부(180)는 양측의 마이크로폰(140)에서 제공되는 오디오 신호를 비교하여 해당 오디오 신호가 제거해야 하는 노이즈 신호인지, 아니면 스마트 귀마개(100)의 착용자에게 제공되어야 하는 음성 신호인지 판단한다(S120). 여기서, 제어부(180)가 비교하는 오디오 신호는 소리의 진폭, 주파수, 크기일 수 있다. 이하의 실시예에서는 소리의 크기(dB)를 비교값으로 양측의 마이크로폰(140)에서 출력되는 오디오 신호를 비교하는 것을 예로 들어 설명하겠다.

구체적으로, 공장에서 발생되는 소음은 대부분 매우 크거나, 아니면 먼 곳에서 발생되는 것으로서 착용하고 있는 스마트 귀마개(100)의 양측에 제공된 마이크로폰(140)에서 수집되어 출력되는 오디오 신호의 차이가 크지 않다. 즉, 마이크로폰(140)에 수집되는 소리가 소음인 경우, 양 측의 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 소리의 크기의 차이는 상대적으로 크지 않다.

한편, 공장 내에서의 사용자 간의 대화는 상대적으로 가까운 거리에서 이뤄지며, 서로 완벽하게 얼굴을 맞대고 있는 상태가 아니라 대화자들이 서로 다른 방향을 향하고 있는 상태에서 이뤄지는 것이 일반적이다. 그에 따라, 사용자의 좌측과 우측에 제공된 마이크로폰(140)에서 수집되는 소리는 서로 다른 특성을 갖게 된다. 즉, 마이크로폰(140)에 수집되는 소리가 음성인 경우, 양 측의 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 소리의 크기의 차이는 상대적으로 크다.

제어부(180)는 상기와 같은 소음인 경우와 음성인 경우 마이크로폰(140)을 통해 출력되는 신호에 차이가 있는 점을 활용하여, 수집된 소리가 소음인지, 음성인지 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(180)는 양 측 마이크로폰(140)으로부터 수집된 오디오 신호의 차이가 기 설정된 범위 내인 경우 노이즈로 판단할 수 있고, 기 설정된 범위를 벗어나는 경우 음성으로 판단할 수 있다.

여기서, 오디오 신호의 차이는 상기 예로 든 소리의 크기, 주파수, 진폭 등의 구체적으로 구별 가능한 모든 차이점을 의미할 수 있으며, 소음과 음성을 구별하기 위한 기준은 상기와 같은 차이점들 중 하나 이상으로 설정될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기와 같은 소음과 음성의 판단이 제어부(180)에서 이뤄지는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 같은 판단은 오디오 신호 처리부(150)에서 이뤄질 수도 있다. 본 발명의 사상은 소음과 음성의 판단이 양 측 마이크로폰(140)에 수집되는 정보의 차이를 기준으로 이뤄진다는 것에 있으며, 그 판단 주체가 무엇인가에는 한정되지 않는다.

양 측 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호의 차이가 기 설정된 범위라고 판단되는 경우, 오디오 신호 처리부(150)는 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 신호를 노이즈라고 판단하여 처리한다(S130). 여기서, 오디오 신호 처리부(150)의 처리는 해당 오디오 신호를 완전히 제거하거나, 완전히 필터링하는 것을 포함하며, 기 설정된 범위 내로 해당 오디오 신호를 약화시키거나, 기 설정된 범위만 제거/필터링하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 양 측 마이크로폰(140)으로부터 출력되는 오디오 신호의 차이가 기 설정된 범위를 벗어난다고 판단되는 경우, 오디오 신호 처리부(150)는 음성이라고 판단하여 처리한다(S140). 여기서, 오디오 신호 처리부(150)의 처리는 해당 오디오 신호를 그대로 통과시키거나 필터링하지 않는 것을 포함하며, 기 설정된 범위 내로 해당 오디오 신호를 강화 시키거나, 기 설정된 범위만 제거/필터링하는 것을 포함할 수 있다.

여기서, 양 측 마이크로폰(140)으로는 노이즈와 음성이 동시에 수집될 수 있는데, 이 경우, 제어부(180)는 서로 대응되는 주파수/진폭에 해당하는 신호들을 비교함으로써, 노이즈와 음성 여부를 판단할 수 있으며, 각각의 신호에 대응하여 상기 S130 단계 및 S140 단계를 수행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 외부 소음은 확실하게 차단하고 사용자간의 대화는 보다 뚜렷하게 들을 수 있다는 장점이 있다.

이와 같은 스마트 귀마개는 무선 통신 기능을 통해 소음 현장에서 모든 사용자에게 중요한 공지나 알림을 수행하거나, 특정 그룹 또는 관련 작업자들에게만 알림 또는 음성 전송 기능을 수행하거나, 서로 편리하게 의사소통을 가능하게 해주는 효과를 가지고 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100 : 스마트 귀마개 111 : 연결부
112 : 행거 120 : 하우징
130 : 이어패드 140 : 마이크로폰
141 : 수집관 142 : 전측판
143 : 후측판 144 : 회로부
150 : 오디오 신호 처리부 151 : 노이즈 제거부
152 : 오디오 필터
170 : 출력부 171 : 다이어프램
172 : 아마추어 173 : 코일
174 : 영구자석 175 : 본체
180 : 제어부 181 : 스위치
182 : 타이머 183 : 통신부
184 : 송신모드 스위치
190 : 전원 공급부 191 : PCB
240 : 마이크로폰 241 : 멤브레인
242 : 코일 243 : 제 1 영구자석
244 : 제 2 영구자석 245 : 탄성연결부
246 : 본체
610 : 관리자 단말 620 : 제1 그룹
630 : 제2 그룹 640 : 서버

Claims (12)

1. 사용자의 양 귀에 착용가능한 스마트 귀마개에 있어서,
   상기 사용자의 양측 귀에 각각 대응되게 배치되고, 외부 음성과 외부 소음을 포함한 외부 소리를 수신하여 오디오 신호로 출력하는 마이크로폰;
   역 위상(antiphase) 신호를 생성하고, 상기 생성된 역 위상 신호를 이용하여사람의 음성 주파수 대역 이외의 범위를 적어도 일부 포함하는 기 설정된 범위의 상기 오디오 신호의 적어도 일부를 상쇄시키는 노이즈 제거부를 포함하는 오디오 신호 처리부;
   상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호를 증폭하는 증폭부;
   상기 증폭부에 의해 증폭된 오디오 신호를 출력하는 출력부; 및
   양측의 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 출력 신호의 차이가 기 설정된 범위 내인지 여부에 따라 노이즈인지 음성 신호인지 판단하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 양측의 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 오디오 신호의 소리의 크기를 비교하여 노이즈인지 음성 신호인지 여부를 판단하고,
   상기 제어부는, 상기 출력 신호가 노이즈라고 판단되는 경우, 상기 오디오 신호 처리부가 상기 출력 신호를 완전히 제거하거나, 완전히 필터링하거나, 기 설정된 범위 내로 약화시키거나, 기 설정된 범위만 제거 또는 필터링하도록 제어하고,
   상기 제어부는, 상기 출력 신호가 음성이라고 판단되는 경우, 상기 오디오 신호 처리부가, 상기 출력 신호를 그대로 통과시키거나, 필터링하지 않거나, 기 설정된 범위 내로 강화시키거나, 기 설정된 범위만 제거 또는 필터링하도록 제어하는 스마트 귀마개.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오디오 신호 처리부는 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 오디오 신호로부터 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력하는 오디오 필터를 더 포함하는 스마트 귀마개.
3. 제2항에 있어서,
   상기 오디오 필터는 디지털 필터인 것인, 스마트 귀마개.
4. 제2항에 있어서,
   상기 노이즈 제거부가 상기 기 설정된 범위의 신호를 상쇄시킨 이후에, 상기 오디오 필터가 상기 미리 결정된 주파수 대역을 선택하여 출력하는 것인, 스마트 귀마개.
5. 제1항에 있어서,
   상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기와 미리 결정된 기준값을 비교함으로써 상기 오디오 신호의 증폭 크기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것인, 스마트 귀마개.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기가 상기 미리 결정된 기준값 미만인 경우, 상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기가 미리 결정된 기준값의 크기가 되도록 증폭시키는 것인, 스마트 귀마개.
7. 제5항에 있어서,
   상기 오디오 신호 처리부에서 출력되는 오디오 신호의 크기와 상기 미리 결정된 기준값과의 비교를 통해 상기 오디오 신호의 증폭 크기를 제어하는 동작의 활성화를 온(on), 오프(off)하는 스위치를 더 포함하는 스마트 귀마개.
8. 제5항에 있어서,
   상기 미리 결정된 기준값은 50dB 내지 80dB 사이의 어느 하나의 값을 이용하는 것인, 스마트 귀마개.
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