KR101888936B1 - 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 관한 것으로서, 상기 청력 보호구 착용시 귀 외측에 위치하여 외부의 소음신호를 입력받는 제1 마이크; 상기 청력 보호구의 내측에 구비되어, 상기 소음신호의 역위상 신호를 귀 내측으로 출력하는 스피커; 및, 상기 제1 마이크로부터 소음신호를 수신하여 필터링하고 필터링된 소음신호를 위상제어 하여 역위상 신호를 생성하되, 사전에 설정된 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 필터링하는 역위상신호 생성부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 청력 보호구에 의하여, 외부의 경고음이나 음성 등을 필터링하여 통과 또는 증폭시킴으로써, 소음 외에 작업에 필요한 외부 음원을 듣게 하여 원활한 작업을 수행할 수 있다.
상기와 같은 청력 보호구에 의하여, 외부의 경고음이나 음성 등을 필터링하여 통과 또는 증폭시킴으로써, 소음 외에 작업에 필요한 외부 음원을 듣게 하여 원활한 작업을 수행할 수 있다.
Description
본 발명은 소음을 그 신호와 역위상을 갖는 음을 발생시켜 소음을 감쇄시키되, 경고음이나 음성 등 소통이 필요한 음원을 필터링하여 통과 또는 증폭시키는, 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 관한 것이다.
일반적으로 귀마개는 외부 소음으로부터 착용자의 귀를 보호하기 위한 것으로, 소음 차단용 귀마개, 방한용 귀마개, 수중에서의 방수용 귀마개 등으로 구별될 수 있다. 여기서, 소음 차단용 귀마개(이하, "청력보호구"라 칭함)는 공장, 터널 등의 건설 현장에서 발생하는 소음이 작업자의 귀로 유입되는 것을 차단하기 위한 용도로 사용하는 것이며, 통상 스폰지, 솜, 수지재의 마개 등이 적용되고 있다.
그러나 이러한 귀마개 형태의 소음 제거 방식(또는 수동소음 제거 방식)에서는 절연 및 흡수 등의 소재가 이용되므로, 특히 귀 주위를 덮는 컵이나 캔의 형태가 사용되어야 한다. 따라서 상기 방식은 이러한 부피가 큰 마개 등을 착용해야 한다는 불편이 따르게 되고, 특히, 소음을 줄여주는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
한편, 청력 보호구 외에도 이어폰이나 헤드폰에서도 주변 소음(또는 환경 소음)을 제거(또는 감소)시키는 기술들이 제시되고 있다. 특히, 음향에서 상쇄간섭원리를 사용하여 소음을 역위상의 소음으로 제거하는 능동소음제어(ANC, Active Noise Cancellation) 방식을 적용하는 기술들이 제시되고 있다[특허문헌 1,2.3]. 구체적으로, 종래의 능동소음제어(ANC, Active Noise Cancellation) 방식은 제거 대상이 되는 노이즈 신호와 위상이 180도 차이가 나고 크기가 동일한 역위상 소음제어 신호(안티 노이즈, Anti-Noise)를 생성하여 노이즈 신호에 합성함으로써 노이즈 신호를 제거하는 방식이다. 이러한 방식은 이어폰 또는 헤드폰에 배치된 마이크를 통해 노이즈를 입력받고 이를 기초로 역위상 소음제어 신호를 생성하게 된다. 이를 위해, 역위상 소음제어 신호를 생성하기 위한 기초 신호가 되는 노이즈 신호를 귀 바깥에서 측정하거나, 이어폰 기구물을 통과하여 사용자의 귀 내부로 유입되는 노이즈를 측정하기도 한다.
상기와 같은 능동소음제어(ANC) 방식을 청력 보호구에도 이러한 적용한다면, 청력 보호구도 헤드폰 형태가 아닌 이어폰 형태로 개발될 수 있을 것이다.
또한, 상기한 소음 차단용 청력보호구는 소음을 차단하기 위해 착용자의 귀를 막기 때문에 착용자는 소음 외에 작업의 원활한 수행을 위해 외부 음원(경고나 음성 대화나 명령 등)을 듣기 위해서는 청력보호구를 떼어낸 후에 들어야 하는 문제점이 있었다. 이에 따른 작업 불편함으로 작업현장 등에서는 소음 차단용 청력보호구를 사용하지 않는 경우도 많다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소음을 그 신호와 역위상을 갖는 음을 발생시켜 소음을 감쇄시키되, 경고음이나 음성 등 소통이 필요한 음원을 필터링하여 통과 또는 증폭시키는, 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 통과 또는 증폭시키려는 소통 음원(소통이 필요한 음원)을 주파수 패턴으로 설정하여 사용자가 원하는 주파수 패턴을 선택하여 조합하도록 제공하는, 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 관한 것으로서, 상기 청력 보호구 착용시 귀 외측에 위치하여 외부의 소음신호를 입력받는 제1 마이크; 상기 청력 보호구의 내측에 구비되어, 상기 소음신호의 역위상 신호를 귀 내측으로 출력하는 스피커; 및, 상기 제1 마이크로부터 소음신호를 수신하여 필터링하고 필터링된 소음신호를 위상제어 하여 역위상 신호를 생성하되, 사전에 설정된 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 필터링하는 역위상신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서, 상기 역위상신호 생성부는, 다수의 대역통과필터들로 구성되는 제1 필터부; 다수의 위상 제어기들로 구성하되, 각 위상 제어기는 상기 제1 필터부의 각 대역통과필터에 대응되도록 구성되는 위상제어부; 다수의 이득 제어기들로 구성하되, 각 이득 제어기는 상기 위상제어부의 각 위상 제어기에 대응되도록 구성되는 이득제어부; 상기 이득제어부의 출력을 온 또는 오프 시키는 제1 스위치; 상기 제1 스위치의 출력을 합성하는 제1 합성기; 및, 상기 위상 제어부 및 이득제어부를 제어하여 상기 소음신호의 역위상 신호를 생성하도록 제어하고, 상기 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 상기 제1 필터부를 제어하는 주제어부를 포함하는 것을 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서, 상기 주제어부는, 소통에 필요한 주파수 패턴을 소통패턴으로 설정하는 소통패턴 설정부; 상기 제1 마이크 및 상기 제2 마이크로부터 입력되는 소음신호 또는 변이신호의 필터링을 제어하되, 상기 소통패턴의 주파수 대역들 이외의 주파수들을 통과하도록 각 대역통과필터의 통과대역을 설정하는 필터제어부; 필터링된 소음신호 또는 변이신호를 입력받는 신호수신부; 소음신호의 역위상 신호를 보상하기 위한 보정값을 산출하여 생성하되, 상기 변이신호로부터 위상차, 진폭 변동분을 산출하고 소음신호의 위상과 진폭을 보정하는 보정값을 생성하는 보정값 생성부; 및, 보정값에 따라 소음신호의 역위상 신호를 보정하여 생성하도록 위상과 이득을 제어하는 위상이득 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서, 상기 청력 보호구는, 상기 보호구 착용시 귀 내측에 위치하여 상기 외부의 소음신호가 귀 내부로 인입되는 신호 및 상기 스피커의 출력신호를 측정하여 변이신호를 입력받는 제2 마이크; 및, 상기 제2 마이크로부터 변이신호를 수신하여 역위상 신호를 보상할 보상신호를 추출하는 보상신호 추출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서, 상기 역위상신호 생성부는 상기 변이신호를 필터링하는 제2 필터부를 포함하고, 상기 주제어부는 상기 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 상기 제2 필터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부는 동일한 다수의 대역통과필터들로 구성되고, 상기 주제어부는 상기 제2 필터부의 필터링을 상기 제1 필터부의 주파수 대역 필터링과 동일하게 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 의하면, 외부의 경고음이나 음성 등을 필터링하여 통과 또는 증폭시킴으로써, 소음 외에 작업에 필요한 외부 음원을 듣게 하여 원활한 작업을 수행할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 의하면, 사용자가 원하는 주파수 패턴을 선택하여 조합하게 함으로써, 통과 또는 증폭시킬 음원들을 각 작업 환경에 맞게 설정할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 청력 보호구의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이어폰부의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 역위상신호 생성부의 구성에 대한 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보상신호 추출부의 구성에 대한 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주제어부의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이어폰부의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 역위상신호 생성부의 구성에 대한 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보상신호 추출부의 구성에 대한 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주제어부의 구성에 대한 블록도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구의 구성을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구는 마이크와 스피커를 구비하는 이어폰부(100)와, 마이크의 신호를 분석하여 소음 제거를 위한 역위상 신호를 생성하는 회로부(200)로 구성되어 있다.
이어폰부(100)는 제1 마이크(110), 제2 마이크(120), 및, 스피커(130)로 구성된다. 바람직하게는, 이어폰부(100)는 좌측과 우측의 한 쌍으로 구성될 수 있다. 도 1의 이어폰부(100)는 설명의 편의를 위하여 좌측 또는 우측에 착용하는 한 부분을 나타내고 있다. 또한, 음성이나 오디오 신호를 수신하는 오디오 단자(180)를 더 추가하여 구성될 수 있다.
도 2와 같이, 제1 마이크(110)는 공기 중으로 전파되는 소음(또는 소음 신호)을 집음하는 마이크 또는 마이크로 폰으로서, 청력 보호구 착용시에 귀 내측에 삽입되지 않고 귀 외측에 위치하여 외부에 노출되는 영역에 위치하게 된다. 즉, 제1 마이크(110)는 주변으로부터 전달되는 소음을 집음하기에 적절하도록 스피커(130)와 근접한 위치에서 반대되는 방향으로 배치한다.
한편, 제1 마이크(110)에 의해 센싱된 신호를 소음신호 N이라고 부르기로 한다. 소음신호는 회로부(200)로 입력되어, 소음제거를 위한 역위상 신호를 생성하는데 이용된다.
또한, 제2 마이크(120)는 외부로부터 내부로 전달되는 과정 중에 위상, 진폭, 주파수 특성 등이 변이된 소음 신호와 스피커(130)의 출력 신호가 더해진 신호를 외이도 안에서 집음하는 마이크 또는 마이크로 폰이다. 이를 위해, 제2 마이크(120)은 스피커(130)의 전면에 적절한 형태로 배치된다. 즉, 제2 마이크(120)로 인입된 노이즈는 이어폰부(100)의 기구물 등을 통과하는 과정에서 소음신호와 상이하게 왜곡되어 사용자의 외이도로 인입되는 신호이다.
이때 스피커(130)의 출력 신호가 제1 마이크(110)의 입력에 영향을 주는 것을 최소화하기 위하여, 스피커(130)와 제1 마이크(110) 사이에 공기의 흐름을 차단하는 차단벽(150)이 설치될 수 있다. 즉, 차단벽(150)은 스피커(130)가 출력하는 신호가 공기를 매개로 하여 제1 마이크(110)로 전파되는 것을 차단한다.
또한, 스피커(130)의 출력 신호가 이어폰부 몸체(140)와 차단벽(150)을 통하여 일으키는 진동에 의해 제1 마이크(110)로 전달되는 신호를 최소화하기 위하여 진동을 감소시켜주는 흡진재(吸振材) 또는 흡진 모듈(160)로 제1 마이크(110)를 격리시킬 수 있다. 아울러 외부로부터 입사되는 바람, 접촉 등의 비 음성 신호를 차단하기 위한 흡음재(吸音材) 또는 흡음 모듈(170)이 이어폰 몸체(140)의 바깥쪽에서 제1 마이크(110)을 감싸는 구조를 취하도록 구성될 수 있다.
한편, 제2 마이크(120)에 의해 센싱된 신호를 변이신호 M이라고 부르기로 한다. 변이신호도 회로부(200)로 입력되어, 소음제거를 위한 역위상 신호를 보정하는데 이용된다.
다음으로, 스피커(130)는 회로부(200)에 의해 생성된 역위상 소음제어 신호 또는 역위상 신호 O를 출력한다. 역위상 신호는 회로부(200)에서 소음을 제거하고 필요한 음원을 통과/증폭시킨 신호이다. 즉, 역위상 신호는 외부에서 입력되는 소음신호와 역위상을 갖는 신호로서, 소음신호와 합성되어 소음을 제거하게 된다.
다음으로, 오디오 단자(180)는 음성, 오디오 플레이어, 무전기, 휴대폰 등에서 발생하는 오디오 신호를 입력하는 장치이다. 일례로서, 오디오 단자(180)는 의사소통을 위해 자신의 음성을 듣기 위한 마이크 또는 마이크로 폰일 수 있다. 또한, 오디오 단자(180)는 오디오 플레이어, 무전기, 휴대폰 등에서 발생하는 오디오 신호를 입력하는 장치 또는 단자일 수 있다.
한편, 이어폰부(100)의 제1 마이크(110), 제2 마이크(120), 오디오 단자(180)는 아날로그 신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하여 회로부(200)로 전송하는 것으로 설명한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 만약 위의 구성요소들이 아날로그 신호를 회로부(200)로 바로 전송한다면, 회로부(200)에서 아날로그를 디지털로 변환하는 전처리 작업을 수행하는 회로를 구비할 수 있다. 아날로그 신호 및 디지털 신호의 변환은 통상의 기술이므로 구체적 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 각 신호들을 필터링하는 필터는 디지털 필터로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 아날로그 신호가 각 회로부(200)의 구성요소에 전송되어 아날로그 필터로 필터링되면, 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 역위상이나 보상신호를 추출할 수 있다.
다음으로, 회로부(200)에 대하여 도 1, 도 3, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1과 같이, 회로부(200)는 제1 마이크(110)로부터 소음신호 N을 수신하여 역위상 신호 O를 생성하여 출력하는 역위상신호 생성부(201), 제2 마이크(120)로부터 변이신호 M을 수신하여 역위상 신호를 보상할 보상신호 M'을 추출하는 보상신호 추출부(202)로 구성된다. 추가적으로, 오디오 단자(180)의 음성 신호 또는 오디오 신호의 소음을 감소시키는 음성소음 제거부(204), 및, 역위상 신호 생성부(201) 및 음성소음 제거부(204)의 출력을 합성하는 합성부(203)를 더 추가하여 포함할 수 있다.
역위상신호 생성부(201)는 제1 마이크(110)로부터 소음신호 N을 수신하여 필터링하고, 필터링된 소음신호 N을 위상제어 하여 역위상 신호 또는 소음상쇄 신호(anti-noise signal)를 생성한다. 이때, 역위상 신호 또는 소음상쇄 신호는 이득(gain)을 조절하여 출력한다. 특히, 역위상신호 생성부(201)는 보상신호 추출부(202)에서 추출된 보상신호 M'을 이용하여, 역위상 신호 또는 소음상쇄 신호를 보상한다.
구체적으로, 도 3에서 보는 바와 같이, 역위상신호 생성부(201)는 다수의 대역통과필터(BPF)로 구성되는 제1 필터부(211), 다수의 위상 제어기로 구성된 위상제어부(212), 다수의 이득제어기로 구성된 이득제어부(213), 제1 스위치(214), 및 제1 합성기(215)로 구성된다. 또한, 제1 필터부(211)의 출력을 합성하여 주제어부(300)에 제공하는 제2 합성기(217)를 더 포함하여 구성한다.
제1 필터부(211)는 다수의 대역통과필터(BPF)로 구성된다. 즉, 제1 필터부(211)는 소음신호를 다수의 주파수 대역별로 분리하여 차단 또는 통과시킨다. 제1 필터부(211)는 다수의 주파수 대역을 세분화하여 각각의 주파수 대역 별로 최적화된 위상, 진폭 제어를 위하여 소음신호를 제어신호에 기반하여 다수의 주파수 대역 별로 분리한다. 이를 위하여, 제1 필터부(211)는 제1 내지 제 n 대역통과필터(BPF)를 포함하며, 주제어부(300)의 제어 신호를 기초로 상기 제1 내지 제n BPF중에서 선택적으로 차단 또는 통과하도록 제어될 수 있다.
위상제어부(212)는 다수의 위상 제어기(phase controller)들로 구성되며, 각 위상 제어기는 각 대역통과필터에 대응되도록 구성된다. 즉, 각 위상 제어기는 각 대역통과필터에 의해 통과된 신호에 대하여, 해당 통과대역의 중심 주파수를 기준으로 위상이 제어된다. 특히, 위상제어부(212)도 주제어부(300)의 제어 신호를 기초로 제1 내지 제n 위상제어기를 각각 제어한다.
이득제어부(213)는 다수의 이득제어기들로 구성되고, 각 이득제어기는 각 위상제어기에 대응되도록 구성된다. 각 이득제어기는 해당 위상제어기에 의해 위상 제어된 신호에 대하여 진폭을 증폭시키거나 감소시킨다. 특히, 이득제어부(213)도 주제어부(300)의 제어 신호를 기초로 제1 내지 제n 이득제어기를 각각 제어한다.
제1 스위치(214)는 주파수 대역 별로 분리된 상기 소음 신호의 각각의 성분을 전달하기 위한 온(on) 또는 오프(off) 동작을 제어한다. 특정 주파수 대역에서 상기 역위상 신호 성분이 일정 기준 이하이거나, 소통되어야할 주파수 대역이면, 해당하는 스위치가 오프 되도록 할 수 있다.
제1 합성기(215)는 제1 스위치(214)에 의해 선택된 출력 신호들을 합성한다.
또한, 제2 스위치(216)는 제1 필터부(211)의 각 대역통과필터 출력들 중에서 선택적으로 해당 성분을 전달하기 위한 온(on) 또는 오프(off) 동작을 제어한다. 즉, 특정 주파수 대역에서 소음신호 성분이 일정 기준 이하이거나, 소통되어야할 주파수 대역이면, 해당하는 스위치가 오프 되도록 제어될 수 있다.
또한, 제2 합성기(217)는 제2 스위치(216)에 의해 선택된 출력 신호들을 합성한다.
한편, 주제어부(300)는 제1 필터부(211)에 의해 필터링된 소음신호 N'과, 보상신호 추출부(202)에서 추출된 보상신호 M'을 수신하고, 이들을 이용하여 제1 필터부(211), 위상제어부(212), 이득제어부(213) 등을 제어하는 제어신호를 출력한다. 즉, 주제어부(300)는 입력되는 소음신호 N으로부터 역위상 신호 또는 소음상쇄 신호 O'를 출력하도록 제어한다.
바람직하게는, 주제어부(300)는 마이크로 프로세서, 또는 MCU(micro controller unit) 등으로 구현된다.
또한, 주제어부(300)는 보상신호 추출부(202)를 제어하기 위한 제어신호 S2를 생성하여, 보상신호 추출부(202)로 전달한다.
다음으로, 보상신호 추출부(202)는 제2 마이크(120)로부터 변이신호 M을 수신하고 필터링하고 필터링된 변이신호를 보상신호로 추출한다. 추출된 보상신호는 역위상신호 생성부(201)로 전달되어 역위상 신호를 보상하는데 이용된다.
도 4에서 보는 바와 같이, 보상신호 추출부(202)는 다수의 대역통과필터(BPF)로 구성되는 제2 필터부(221), 제2 스위치(224), 및 제3 합성기(225)로 구성된다. 제2 필터부(221) 및 제2 스위치(224)는 주제어부(300)의 제어신호 S2에 의해 제어된다.
제2 필터부(221)는 다수의 대역통과필터(BPF)로 구성되되, 바람직하게는, 제1 필터부(211)의 대역통과필터와 동일하게 구성한다. 즉, BPF의 개수나, 각 BPF의 통과 대역을 동일하게 설정한다.
제2 필터부(221)는 변이신호를 다수의 주파수 대역별로 분리하여 차단 또는 통과시킨다. 이를 위하여, 제2 필터부(221)는 제1 내지 제 n 대역통과필터(BPF)를 포함하며, 주제어부(300)의 제어 신호를 기초로 상기 제1 내지 제n BPF중에서 선택적으로 차단 또는 통과하도록 제어될 수 있다.
제2 스위치(224)는 주파수 대역 별로 분리된 변이 신호의 각각의 성분을 전달하기 위한 온(on) 또는 오프(off) 동작을 제어한다. 상기 변이 신호의 전체 주파수 대역이 상기 외부 소음신호의 전체 주파수 대역 및 각각의 주파수 대역을 동일하게 하고, 특정 주파수 대역에서 상기 변이신호 성분이 일정 기준 이하의 값을 가지면 상기 특정 주파수 대역에서는 외부 노이즈 제거의 필요성이 없으므로, 상기 특정 주파수 대역에 해당하는 특정 스위치가 오프 되도록 할 수 있다. 또한, 특정 주파수 대역이 소통 패턴의 주파수에 해당되어, 통과되어야할 신호들인 경우에도 특정 스위치를 오프시킬 수 있다.
제3 합성기(225)는 제2 스위치(224)에 의해 선택된 출력 신호들을 합성한다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 주제어부(300)의 세부 구성에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 주제어부(300)는 소통에 필요한 주파수 패턴을 설정하는 소통패턴 설정부(310), 제1 마이크(110) 또는 제2 마이크(120)로부터 입력되는 소음신호 또는 변이신호의 필터링을 제어하는 필터제어부(320), 필터링된 소음신호 또는 변이신호를 입력받는 신호수신부(330), 소음신호의 역위상 신호를 보상하기 위한 보정값을 산출하여 생성하는 보정값 생성부(340), 및, 보정값에 따라 소음신호의 역위상 신호(소음상쇄 신호)를 생성하도록 위상과 이득을 제어하는 위상이득 제어부(350)로 구성된다.
소통패턴 설정부(310)는 경고음이나 음성 등 소통에 필요한 주파수 패턴을 설정한다. 즉, 소통패턴은 다수의 주파수 대역으로 구성된다.
소통을 원하는 신호의 주된 성분의 주파수에 따라 제1필터부(211)를 구성하는 다수의 대역 통과 필터 중 해당 주파수를 통과시키는 필터의 역위상 신호의 생성을 억제하여 듣고자 하는 소통 신호를 제거하지 않고 들을 수 있도록 한다.
예를 들어 음성이 듣고 싶을 때에는 음성의 의미 정보를 담고 있는 1.5KHz~3.5KHz 대역의 주파수 성분만 통과시키면 되므로 이 주파수 대역에 해당하는 위상제어부(212)와 이득제어부(213)를 통해 역위상 신호의 생성을 억제시키고, 500Hz 성분의 경적음을 듣고자 할 때에는 500Hz 대역이 포함되는 대역 통과 필터의 역위상 신호의 생성을 억제시킨다.
필요에 따라 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 위상을 반전시키는 역위상 신호의 억제에서 더 나아가 위상제어부(212)와 이득제어부(213)를 통해 위상과 이득을 제어함으로써 듣고자 하는 신호를 명확하게 들을 수 있다.
따라서 청취를 원하는 다수의 외부 음원의 주파수 성분에 따라 다수의 주파수 대역별로 역위상 소음의 생성 정도를 각각 어느 수준으로 할 것인지의 결정을 위상제어부(212)와 이득제어부(213)의 제어값으로 패턴화할 수 있다.
상기 예를 들어 설명하자면 음성의 경우 그 의미를 명확하게 알아들어야 하므로 신호 대 잡음비가 커지도록 위상 값과 이득 값을 설정할 수 있으며, 500Hz 경적음의 경우 해당 경적음의 유무만 판단하면 되므로 사용자가 경적음을 충분히 알아들을 수 있는 수준의 신호 대 잡음비가 유지되도록 역위상 신호의 생성을 가급적 적게 억제하도록 위상값과 이득값을 설정하면 된다.
다음으로, 필터제어부(320)는 제1 마이크(110) 또는 제2 마이크(120)로부터 입력되는 소음신호 또는 변이신호를 상기 설정된 소통패턴에 의하여 필터링 하도록 제어한다.
즉, 필터제어부(320)는 소통패턴에 포함된 주파수 대역들을 차단하도록, 역위상신호 생성부(201)의 제1 필터부(211)를 제어한다. 제1 필터부(211)는 다수의 대역통과필터로 구성되어 있다. 따라서 필터제어부(320)는 소통패턴의 주파수 대역들 이외의 주파수들을 통과하도록 각 대역통과필터의 통과대역을 설정한다.
또한, 필터제어부(320)는 보상신호 추출부(202)의 제2 필터부(221)에 대해서도 상기 소통패턴의 주파수 대역들을 차단하도록 제어한다. 변이신호는 변이된 소음신호와 역위상 신호가 합성된 신호인데, 소통에 필요한 주파수 대역들에 대해서는 역위상 신호가 생성되지 않는다. 따라서 변이신호에는 소통패턴에 해당하는 신호들이 모두 포함되므로, 이들 신호들을 제2 필터부(221)에 의해 제거해주는 것이 바람직하다.
다음으로, 신호수신부(330)는 필터링된 소음신호 또는 보상신호를 수신한다.
즉,신호수신부(330)는 역위상신호 생성부(201)로부터 필터링된 소음신호를 수신한다. 역위상신호 생성부(201)는 제1 필터부(211)에 의해 소음신호를 필터링하는데, 이때, 신호수신부(330)는 필터링된 소음신호를 수신한다.
또한, 신호수신부(330)는 보상신호 추출부(202)로부터 보상신호를 수신한다. 보상신호 추출부(202)는 제2 필터부(221)로 변이신호를 필터링하고, 신호수신부(330)는 해당 신호를 보상신호 M'로서 수신한다.
다음으로, 보정값 생성부(340)는 소음신호의 역위상 신호를 보상하기 위한 보정값을 산출한다.
보정값 생성부(340)는 변이신호로부터 위상차, 진폭 변동분 등을 산출하고, 소음신호의 위상과 진폭을 보정하는 보정값을 생성한다. 보정값은 소음신호의 위상을 제어하는 위상 계수, 소음신호의 진폭을 보정하는 진폭 계수 등으로 구성된다.
보정값에 의해 위상이득이 제어되어 생성된 신호가 소음상쇄 신호(또는 역위상 신호)이고, 소음상쇄 신호에 의한 결과를 다시 측정한 신호가 변이신호이다. 보정값은 변이신호로부터 생성되므로, 보정값은 피드백 제어가 된다.
또한, 바람직하게는, 보정값 생성부(340)는 각 주파수 대역별로 각 보정값들을 각각 설정할 수 있다. 즉, 각 대역통과필터(211,221)에 따른 각 소음신호의 위상, 진폭에 대한 보정을 각각 주파수 대역별로 제어하기 위하여, 각 주파수 대역별로 보정값을 설정한다.
다음으로, 위상이득 제어부(350)는 앞서 산출된 보정값에 따라 소음신호에 대하여 위상 및 진폭을 제어하되, 소음신호를 제거하는 역위상 신호를 생성하도록 제어한다. 즉, 위상이득 제어부(350)는 역위상신호 생성부(201)의 위상제어부(212) 및 이득제어부(213)를 제어한다. 특히, 보정값의 위상 계수 및 진폭 계수에 따라 위상제어부(212) 및 이득제어부(213)를 각각 제어한다. 또한, 바람직하게는, 각 주파수 대역별로 위상제어기 또는 이득제어기들 각각을 제어한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 이어폰부 110 : 제1 마이크
120 : 제2 마이크 130 : 스피커
140 ; 이어폰부 몸체 150 : 차단막
180 : 오디오 단자
200 : 회로부 201 : 역위상신호 생성부
202 : 보상신호 추출부 203 : 합성부
204 : 음성소음 제거부
211 : 제1 필터부 212 : 위상제어부
213 : 이득제어부 214 : 제1 스위치
215 : 제1 합성기 216 : 제2 스위치
217 : 제2 합성기
221 : 제2 필터부 224 : 제2 스위치
225 : 제3 합성기
300 : 주제어부 310 : 소통패턴 설정부
320 : 필터제어부 330 : 신호수신부
340 : 보정값 생성부 350 : 위상이득 제어부
120 : 제2 마이크 130 : 스피커
140 ; 이어폰부 몸체 150 : 차단막
180 : 오디오 단자
200 : 회로부 201 : 역위상신호 생성부
202 : 보상신호 추출부 203 : 합성부
204 : 음성소음 제거부
211 : 제1 필터부 212 : 위상제어부
213 : 이득제어부 214 : 제1 스위치
215 : 제1 합성기 216 : 제2 스위치
217 : 제2 합성기
221 : 제2 필터부 224 : 제2 스위치
225 : 제3 합성기
300 : 주제어부 310 : 소통패턴 설정부
320 : 필터제어부 330 : 신호수신부
340 : 보정값 생성부 350 : 위상이득 제어부
Claims (6)
- 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구에 있어서,
상기 청력 보호구 착용시 귀 외측에 위치하여 외부의 소음신호를 입력받는 제1 마이크;
상기 청력 보호구의 내측에 구비되어, 상기 소음신호의 역위상 신호를 귀 내측으로 출력하는 스피커; 및,
상기 제1 마이크로부터 소음신호를 수신하여 필터링하고 필터링된 소음신호를 위상제어 하여 역위상 신호를 생성하되, 사전에 설정된 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 필터링하는 역위상신호 생성부를 포함하고,
상기 역위상신호 생성부는,
소음신호를 다수의 주파수 대역별로 분리하는 다수의 대역통과필터들로 구성되는 제1 필터부; 및,
상기 제1 필터부를 제어하여 상기 소음신호를 필터링 한 후, 분리된 주파수 대역별로 상기 소음신호의 위상 및 이득을 제어하여 상기 소음신호의 역위상 신호를 생성하도록 제어하는 주제어부를 포함하고,
상기 주제어부는, 소통에 필요한 주파수 패턴을 소통패턴으로 설정하고, 상기 소통패턴의 주파수 대역들 이외의 주파수들을 통과하도록 상기 제1 필터부의 각 대역통과필터의 통과대역을 설정하는 것을 특징으로 하는 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구.
- 제1항에 있어서, 상기 역위상신호 생성부는,
다수의 위상 제어기들로 구성하되, 각 위상 제어기는 상기 제1 필터부의 각 대역통과필터에 대응되도록 구성되어, 각 대역통과필터에 의해 통과된 신호에 대하여, 해당 통과대역의 중심 주파수를 기준으로 위상을 제어하는 위상제어부;
다수의 이득 제어기들로 구성하되, 각 이득 제어기는 상기 위상제어부의 각 위상 제어기에 대응되도록 구성되어 해당 위상제어기에 의해 위상 제어된 신호에 대하여 진폭을 증폭시키거나 감소시키는 이득제어부;
상기 이득제어부의 출력을 온 또는 오프 시키되, 주파수 대역 별로 분리된 상기 소음 신호의 각각의 성분을 전달하기 위한 온 또는 오프 동작을 제어하고, 특정 주파수 대역에서 상기 역위상 신호 성분이 일정 기준 이하이거나, 소통되어야할 주파수 대역이면, 해당하는 스위치가 오프 시키는 제1 스위치; 및,
상기 제1 스위치에 의해 선택된 출력 신호들을 합성하는 제1 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 청력 보호구는,
상기 보호구 착용시 귀 내측에 위치하여 상기 외부의 소음신호가 귀 내부로 인입되는 신호 및 상기 스피커의 출력신호를 측정하여 변이신호를 입력받는 제2 마이크; 및,
상기 제2 마이크로부터 변이신호를 수신하여 역위상 신호를 보상할 보상신호를 추출하는 보상신호 추출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구.
- 제4항에 있어서,
상기 주제어부는, 상기 제2 마이크로부터 입력되는 변이신호의 필터링을 제어하고, 소음신호의 역위상 신호를 보상하기 위한 보정값을 산출하여 생성하되, 상기 변이신호로부터 위상차, 진폭 변동분을 산출하고 소음신호의 위상과 진폭을 보정하는 보정값을 생성하고, 보정값에 따라 소음신호의 역위상 신호를 보정하여 생성하도록 위상과 이득을 제어하고,
상기 보상신호 추출부는 상기 변이신호를 필터링하는 제2 필터부를 포함하고,
상기 주제어부는 상기 소통 패턴의 주파수 대역을 차단하도록 상기 제2 필터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 필터부 및 제2 필터부는 동일한 다수의 대역통과필터들로 구성되고,
상기 주제어부는 상기 제2 필터부의 필터링을 상기 제1 필터부의 주파수 대역 필터링과 동일하게 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170030385A KR101888936B1 (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170030385A KR101888936B1 (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101888936B1 true KR101888936B1 (ko) | 2018-08-16 |
Family
ID=63443472
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170030385A KR101888936B1 (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 지능형 능동 소음 제어 기반 청력 보호구 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR101888936B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2017
- 2017-03-10 KR KR1020170030385A patent/KR101888936B1/ko active IP Right Grant
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