KR102175163B1 - Method and apparatus of noise reduction and audio playing apparatus with non-magnetic speaker - Google Patents

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Abstract

소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는 입력부, 상기 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정하는 주기 추정부, 상기 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 소음 제거부, 상기 소음의 크기 변화에 따라 상기 소음 패턴을 업데이트하는 소음 업데이트부, 및 상기 소음 패턴이 제거된 상기 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 음향 장치가 개시된다.An input unit for receiving a speech signal including noise, a period estimating unit for estimating a period of a noise pattern in the speech signal, and subtracting and removing the noise pattern from the speech signal in a frequency domain using the estimated period of the noise pattern Disclosed is a sound device including a noise removal unit, a noise update unit for updating the noise pattern according to a change in the amount of the noise, and an output unit for outputting the voice signal from which the noise pattern is removed.

Description

소음 제거 방법 및 장치와 무자석 스피커를 사용하는 음향 재생 장치{Method and apparatus of noise reduction and audio playing apparatus with non-magnetic speaker}A noise reduction method and apparatus, and a sound reproduction apparatus using a non-magnetic speaker TECHNICAL FIELD

본 개시는 일정한 주기를 가지는 패턴이 반복되어 발생하는 소음에 영향을 받지 않고 원활한 의사전달이 가능하게 하는 음성 커뮤니케이션(communication) 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 촬영 시에 디스플레이(display) 장치와 헤드셋(headset) 또는 스피커(speaker) 장치를 이용하여 엔터테인먼트(entertainment), 커뮤니케이션(communication), 환자진단 서비스를 제공하기 위해, 의료진과 환자가 MRI에서 발생하는 소음에 영향을 받지 않고 원활한 의사전달이 가능하게 하는 음성 커뮤니케이션 방법과 촬영 중 환자에게 멀티미디어를 재생하는 음향 재생 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a method and apparatus for voice communication enabling smooth communication without being affected by noise generated by repeating patterns having a constant period. In addition, the present disclosure provides entertainment, communication, and patient diagnosis services using a display device, a headset, or a speaker device during magnetic resonance imaging (MRI). The present invention relates to a voice communication method that enables medical staff and patients to communicate smoothly without being affected by noise generated by MRI, and to a sound reproducing apparatus for reproducing multimedia to a patient during photographing.

본 개시는 MRI 소음환경에서 환자에게 소리를 전달하기 위한 음향 재생 장치에 관한 것으로서, MRI 보어 내부 또는 외부의 모든 위치에서 잘 작동하는 무자석 스피커(non-magnet speaker)의 구조와 그것을 작동시키기 위한 알고리즘을 사용하여 음성 및 오디오 등의 음향 신호를 재생하고 능동적으로 MRI의 소음을 감쇄시킬 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a sound reproducing apparatus for transmitting sound to a patient in an MRI noisy environment, the structure of a non-magnet speaker that works well in all positions inside or outside the MRI bore and an algorithm for operating it The present invention relates to a system capable of reproducing sound signals such as voice and audio and actively attenuating the noise of MRI.

음성 커뮤니케이션을 위한 잡음제거 방법 중 하나로 빔포밍(beamforming) 방식을 이용한 잡음제거 방법으로서, 다수의 마이크에 의해 소음과 음성신호가 섞인 입력을 받아 MKDR(Maximum-Kurtosis Distortionless Response) 알고리즘과 MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 알고리즘 기법으로 음성신호를 복원하는 방법이 있다. As one of the noise reduction methods for voice communication, it is a noise reduction method using the beamforming method. It receives an input mixed with noise and voice signals from multiple microphones, and uses the MKDR (Maximum-Kurtosis Distortionless Response) algorithm and MVDR (Minimum Variance). There is a method of restoring the speech signal by using the Distortionless Response) algorithm.

MRI 환경은 강력한 자기장이 존재하는 환경으로서, 일반적인 자성체 성분이 포함된 물질은 사용할 수가 없다. 따라서, MRI의 강자기장 환경에서는 일반적인 다이나믹 스피커(dynamic speaker)를 사용하지 못한다. 이러한 강자기장 환경에서 환자에게 음향 신호를 전달하기 위해 기존에는 공기압(pneumatic) 방식의 스피커나 압전(piezo-electro) 방식의 스피커를 사용하였다. 이러한 방식의 스피커들은 자성물질이 사용되지 않아서 MRI의 이미지에 영향을 미치지 않으면서 강자기장 환경에서도 작동이 가능하다. 하지만 이러한 스피커들은 저역의 재생 능력이 제한되고 출력의 한계가 있어서 전체적으로 안 좋은 특성을 갖는다. The MRI environment is an environment in which a strong magnetic field exists, and materials containing general magnetic substances cannot be used. Therefore, a general dynamic speaker cannot be used in a strong magnetic field environment of MRI. Conventionally, a pneumatic speaker or a piezo-electro speaker has been used to transmit acoustic signals to patients in such a strong magnetic field environment. Speakers of this type do not use magnetic materials, so they can operate in a strong magnetic field environment without affecting the MRI image. However, these speakers have a bad overall characteristic because their ability to reproduce low frequencies is limited and their output is limited.

일부 실시예를 통하여 주기적인 패턴을 갖는 높은 소음 레벨의 환경에서 화자와 상대방의 음성 커뮤니케이션에 필요한 전체적인 시스템과 방법을 제시한다. 또한, 일부 실시예를 통하여 주기적인 패턴을 갖는 높은 소음 레벨의 MRI 환경에서 환자와 의료진의 음성 커뮤니케이션에 필요한 잡음 제거 방법과 촬영 중 환자에게 추가 서비스를 제공하도록 MRI 보어 내/외부에 분포하는 다양한 세기의 자기장 환경에서 모두 작동 가능한 구조를 갖는 음향 재생 장치를 제시한다. 이를 위하여 MRI 자기장을 이용하여 동작하는 무자석 다이나믹 스피커를 사용하는 음향 재생 장치와 자기장 세기의 변화에 적응하여 일정한 음향 성능을 유지하도록 하는 제어 방법 및 제어 장치를 포함하는 음향재생 시스템을 제안한다. 그리고 이를 통하여 헤드셋의 위치에 따른 정자기장의 변화에 영향을 받지 않고 어디서든 작동하는 MRI향 음향 재생 시스템을 구성한다.Through some embodiments, an overall system and method required for voice communication between a speaker and a counterpart in an environment with a high noise level having a periodic pattern are presented. In addition, according to some embodiments, a method for removing noise required for voice communication between patients and medical staff in a high noise level MRI environment having a periodic pattern, and various intensities distributed inside/outside the MRI bore to provide additional services to the patient during imaging. We present a sound reproducing apparatus having a structure that can operate both in the magnetic field environment of To this end, a sound reproducing apparatus using a magnetic-free dynamic speaker operating using an MRI magnetic field, a control method for maintaining a constant acoustic performance by adapting to a change in magnetic field strength, and a sound reproducing system including a control device are proposed. And through this, the MRI sound reproducing system is constructed that operates anywhere without being affected by the change of the static magnetic field according to the position of the headset.

일부 실시예에 따른 음향 장치는, 소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는 입력부, 상기 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정하는 주기 추정부, 상기 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 소음 제거부, 상기 소음의 크기 변화에 따라 상기 소음 패턴을 업데이트하는 소음 업데이트부, 및 상기 소음 패턴이 제거된 상기 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.The acoustic device according to some embodiments includes an input unit receiving a speech signal including noise, a period estimating unit estimating a period of a noise pattern in the speech signal, and the speech in a frequency domain using the estimated period of the noise pattern. A noise canceling unit that subtracts and removes the noise pattern from a signal, a noise update unit that updates the noise pattern according to a change in the size of the noise, and an output unit that outputs the voice signal from which the noise pattern has been removed. .

상기 주기 추정부는, 상기 소음을 발생시키는 기기로부터 상기 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 상기 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산할 수 있다.The period estimating unit may obtain period information of the noise from the device generating the noise, or may calculate period information through data of the voice signal acquired for a predetermined time.

상기 소음 제거부는, 상기 소음 패턴과 상기 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 정렬부, 상기 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키고, 잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 계산부를 포함할 수 있다.The noise canceling unit includes an alignment unit that matches the noise pattern and the timing index of the current frame of the voice signal, removes the spectrum of the noise frame with timing from the current frame of the voice signal, and removes residual noise through post-processing. It may include a calculation unit to allow.

상기 소음 업데이트부는, 상기 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단하고, 상기 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 상기 소음 패턴을 업데이트하고, 상기 소음 제거부에 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 제거하도록 요청하고, 상기 소음 패턴이 제거된 출력이 상기 입력된 소음보다 크게 증폭되어 발산하는지 여부를 판단하고, 상기 출력이 발산하는 경우, 상기 주기 추정부에 소음 패턴 정보를 초기화시키도록 요청할 수 있다.The noise update unit determines the presence or absence of speech in the current frame of the speech signal, updates the noise pattern when there is no speech in the current frame of the speech signal, and updates the noise pattern from the speech signal to the noise reduction unit. Request to remove the noise pattern, determine whether or not the output from which the noise pattern is removed is amplified and emit larger than the input noise, and if the output is emanating, the noise pattern information is initialized to the period estimation unit. Can be asked to do.

일부 실시예에 따른 소음 제거 방법은, 소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는 단계, 상기 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정하는 단계, 상기 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 단계, 상기 소음의 크기 변화에 따라 상기 소음 패턴을 업데이트하는 단계, 및 상기 소음 패턴이 제거된 상기 음성 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The noise reduction method according to some embodiments includes receiving a voice signal including noise, estimating a period of a noise pattern in the voice signal, and using the estimated period of the noise pattern in the frequency domain. And subtracting and removing the noise pattern from, updating the noise pattern according to a change in the size of the noise, and outputting the voice signal from which the noise pattern has been removed.

상기 소음 패턴의 주기를 추정하는 단계는, 상기 소음을 발생시키는 기기로부터 상기 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 상기 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.Estimating the period of the noise pattern may include obtaining period information of the noise from the device generating the noise, or calculating period information through data of the voice signal acquired for a predetermined time. .

상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 단계는, 상기 소음 패턴과 상기 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 단계, 상기 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키는 단계, 및 잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 단계를 포함할 수 있다.The subtracting and removing the noise pattern may include matching the noise pattern with the timing index of the current frame of the voice signal, removing the spectrum of the timing noise frame from the current frame of the voice signal, and remaining It may include removing the noise through post-processing.

상기 소음 패턴을 업데이트하는 단계는, 상기 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단하는 단계, 상기 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 상기 소음 패턴을 업데이트하고 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 제거하는 단계, 상기 소음 패턴이 제거된 출력의 발산 여부를 판단하는 단계, 및 상기 출력이 발산하는 경우, 소음 패턴 정보를 초기화시키는 단계를 포함할 수 있다.The updating of the noise pattern may include determining the presence or absence of voice in the current frame of the voice signal, and if voice does not exist in the current frame of the voice signal, updating the noise pattern and from the voice signal Removing the noise pattern, determining whether the output from which the noise pattern has been removed is emitted, and when the output is emitted, initializing noise pattern information.

일부 실시예에 따른 음향 재생 장치는, 무자석 스피커가 장착되어 음향 신호를 출력하는 음향 출력부, 정자기장의 세기 변화에 의한 상기 무자석 스피커의 출력 변화에 따라 코일의 길이 또는 전류의 세기를 선택하는 선택부, 및 상기 선택된 코일의 길이 또는 상기 선택된 전류의 세기를 이용하여 상기 음향 신호를 재생하는 재생부를 포함할 수 있다.The sound reproducing apparatus according to some embodiments includes an audio output unit that outputs an acoustic signal by mounting a non-magnetic speaker, and selects a length of a coil or an intensity of a current according to a change in output of the non-magnetic speaker due to a change in the intensity of a static magnetic field. It may include a selector, and a reproducing unit for reproducing the sound signal using the length of the selected coil or the strength of the selected current.

상기 음향 출력부는, 복수의 길이를 갖는 멀티 코일을 포함하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서와, 상기 무자석 스피커의 출력 변화를 측정하기 위한 분석 센서를 포함하고, 상기 선택부는, 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 상기 멀티 코일 중 하나 이상의 코일을 선택하고, 상기 재생부는, 상기 선택된 코일을 사용하는 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 특성에 따라 상기 음향 신호를 재생할 수 있다.The sound output unit includes a magnet-free dynamic transducer including a multi-coil having a plurality of lengths, and an analysis sensor for measuring a change in output of the magnet-free speaker, and the selection unit includes: At least one of the multi-coils may be selected, and the reproducing unit may reproduce the sound signal according to characteristics of the non-magnetic dynamic transducer using the selected coil.

상기 음향 출력부는, 음성 코일에 흐르는 전류의 세기를 조정하는 전류 세기 조정부를 포함하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서와, 상기 무자석 스피커의 출력 변화를 측정하기 위한 분석 센서를 포함하고, 상기 선택부는, 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 상기 전류 세기 조정부의 전류의 세기를 선택하고, 상기 재생부는, 상기 선택된 전류의 세기를 사용하는 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 특성에 따라 상기 음향 신호를 재생할 수 있다.The sound output unit includes a magnetic-free dynamic transducer including a current intensity adjustment unit for adjusting the intensity of the current flowing through the voice coil, and an analysis sensor for measuring a change in output of the non-magnetic speaker, and the selection unit, the The current intensity adjustment unit of the magnetic-free dynamic transducer may select a current intensity, and the reproducing unit may reproduce the acoustic signal according to characteristics of the non-magnetic dynamic transducer using the selected current intensity.

상기 음향 출력부의 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 상기 멀티 코일은, 서로 다른 지름을 갖는 복수의 환형 코일을 포함하고, 상기 복수의 환형 코일이 하나의 진동판에 연결될 수 있다.The multi-coil of the magnetic-free dynamic transducer of the sound output unit may include a plurality of annular coils having different diameters, and the plurality of annular coils may be connected to one diaphragm.

상기 음향 출력부의 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 상기 멀티 코일은, 진동판에 연결된 코일을 복수 묶음으로 나누고, 상기 선택부의 선택에 따라 작동되는 상기 코일의 묶음의 개수가 달라질 수 있다.The multi-coil of the magnetic-free dynamic transducer of the sound output unit divides the coil connected to the diaphragm into a plurality of bundles, and the number of bundles of the coils operated according to the selection of the selection unit may vary.

상기 음향 출력부의 상기 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 상기 전류 세기 조정부는, 가변 저항 또는 저항 크기 셀렉터와, 이득(gain) 컨트롤러를 포함하고, 저항 크기의 선택을 통해 상기 선택부에서 선택한 전류의 세기를 조정할 수 있다.The current intensity adjustment unit of the magnetic-free dynamic transducer of the sound output unit includes a variable resistor or resistance size selector and a gain controller, and adjusts the intensity of the current selected by the selection unit through selection of a resistance size. I can.

일부 실시예에 따른 능동 소음 제어 방법은, 출력 장치의 위치에 따른 정자기장의 세기에 따라 출력 장치를 선택하는 단계, 상기 선택된 출력 장치에 사용되는 이득을 조정하는 단계, 상기 선택된 출력 장치와 상기 이득을 반영하여 능동 소음 제어 신호를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 능동 소음 제어 신호를 상기 선택된 출력 장치에 출력하여 소음 제어를 행하는 단계를 포함할 수 있다.The active noise control method according to some embodiments includes selecting an output device according to the strength of a static magnetic field according to a position of the output device, adjusting a gain used in the selected output device, and determining the selected output device and the gain. Reflecting and calculating an active noise control signal, and outputting the calculated active noise control signal to the selected output device may include performing noise control.

상기 출력 장치를 선택하는 단계는, 상기 출력 장치에 포함되는 멀티 코일에서 가장 짧은 길이의 코일부터 순서대로 작동시키는 단계, 상기 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서를 통해 획득한 출력 신호를 분석하는 단계, 상기 출력 신호의 파형이 상기 출력 장치에 입력되는 입력 신호의 파형으로부터 변형된 것인 왜곡의 발생 여부와, 소음보다 출력을 크게 재생 가능한지 여부를 판단하는 단계, 및 왜곡이 발생하지 않고 출력이 재생 가능한 코일 중 가장 짧은 코일을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The selecting of the output device may include sequentially operating the shortest coil from the multi-coil included in the output device, and analyzing the output signal obtained through an analysis sensor for measuring the response of the output device. Steps, determining whether distortion occurs in which the waveform of the output signal is transformed from the waveform of the input signal input to the output device, and whether the output can be reproduced louder than noise, and the output is output without distortion. It may include the step of selecting the shortest coil among the reproducible coils.

상기 출력 장치를 선택하는 단계는, 상기 출력 장치에 포함되는 전류 세기 조정부에서 가장 큰 크기의 저항부터 순서대로 작동시키는 단계, 상기 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서를 통해 획득한 출력 신호를 분석하는 단계, 상기 출력 신호의 파형이 상기 출력 장치에 입력되는 입력 신호의 파형으로부터 변형된 것인 왜곡의 발생 여부와, 소음보다 출력을 크게 재생 가능한지 여부를 판단하는 단계, 및 왜곡이 발생하지 않고 출력이 재생 가능한 저항값 중 중 가장 큰 저항값을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The selecting of the output device includes sequentially operating from the largest resistance in the current intensity adjustment unit included in the output device, and analyzing the output signal obtained through an analysis sensor for measuring the response of the output device. The step of, determining whether distortion is generated in which the waveform of the output signal is transformed from the waveform of the input signal input to the output device, and whether the output can be reproduced louder than noise, and output without distortion It may include the step of selecting the largest resistance value among the reproducible resistance values.

상기 이득을 조정하는 단계는, 상기 출력 장치에 포함되는 멀티 코일 중 선택된 코일을 사용하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 출력과 입력된 소음의 레벨 정보에 기초하여 이득값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the gain may include calculating a gain value based on an output of a non-magnetic dynamic transducer using a selected coil among multi-coils included in the output device and level information of an input noise. .

상기 이득을 조정하는 단계는, 상기 출력 장치에 포함되는 전류 세기 조정부의 저항값 중 선택된 저항값에 의한 출력과 입력된 소음의 레벨 정보에 기초하여 이득값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the gain may include calculating a gain value based on an output based on a selected resistance value among resistance values of a current intensity adjusting unit included in the output device and level information of an input noise.

상기 능동 소음 제어 신호를 산출하는 단계는, 상기 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서와 상기 선택된 출력 장치 사이의 출력 특성 정보, 및 상기 분석 센서를 통해 입력되는 소음 정보에 기초하여, 상기 분석 센서를 통해 입력되는 소음의 크기가 줄어들도록 상기 능동 소음 제어 신호를 생성하는 필터를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the active noise control signal may include output characteristic information between an analysis sensor for measuring a response of the output device and the selected output device, and noise information input through the analysis sensor, the analysis sensor It may include the step of configuring a filter for generating the active noise control signal to reduce the amount of noise input through.

상기 능동 소음 제어 신호를 산출하는 단계는, 상기 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서와 상기 선택된 출력 장치 사이의 출력 특성 정보, 및 상기 분석 센서를 통해 입력되는 소음 정보에 기초하여, 상기 선택된 음향 출력 장치에 대해 미리 입력된 고정 필터를 사용하여 상기 능동 소음 제어 신호를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In the calculating of the active noise control signal, the selected sound is based on output characteristic information between the analysis sensor for measuring the response of the output device and the selected output device, and noise information input through the analysis sensor. It may include calculating the active noise control signal using a fixed filter previously input to the output device.

일부 실시예에 따른 무자석 스피커는, 음성 코일, 상기 음성 코일과 연결된 진동판, 상기 진동판의 중심과 상기 진동판의 가장자리 사이에 상기 진동판의 한쪽 편에 부착되고, 상기 진동판의 진동을 흡수하기 위한 진동 흡수부, 및 스피커의 전면 또는 후면에 위치하고, 상기 진동판에 부착된 상기 진동 흡수부가 지지할 수 있는 이격으로 설치된 스토퍼를 포함할 수 있다.The non-magnetic speaker according to some embodiments includes a voice coil, a vibration plate connected to the voice coil, and is attached to one side of the vibration plate between the center of the vibration plate and the edge of the vibration plate, and absorbs vibration for absorbing the vibration of the vibration plate. And a stopper positioned at a front or rear side of the speaker and provided at a distance to support the vibration absorbing unit attached to the diaphragm.

상기 진동 흡수부는 압축성 재질의 댐퍼일 수 있다.The vibration absorbing unit may be a damper made of a compressible material.

일부 실시예에 따른 자기 공명 영상(MRI) 시스템은, 자기장을 발생하는 보어, 상기 보어(bore) 측의 제1 사용자의 음성을 포함하는 음향 신호를 입력받는 제1 음성 입력 장치, 상기 MRI를 제어하는 제2 사용자의 음성을 포함하는 음향 신호를 입력받는 제2 음성 입력 장치, 무자석 스피커를 사용하여 상기 제2 사용자의 음성을 포함하는 음향 신호를 상기 제1 사용자에게 출력하는 제1 출력 장치, 상기 제1 사용자의 음성을 포함하는 음향 신호를 상기 제2 사용자에게 출력하는 제2 출력 장치, 상기 제1 출력 장치의 위치에 따른 MRI 정자기장의 세기에 따라, 상기 제2 음성 입력 장치의 음향 신호에 능동 소음 제어를 행하여 상기 제1 출력 장치에 전달하는 능동 소음 제어 장치, 및 상기 제1 음성 입력 장치의 음향 신호로부터 소음 패턴을 추정하여 주파수 영역에서 소음 패턴을 제거하여 상기 제2 출력 장치에 전달하는 소음 제거 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.The magnetic resonance imaging (MRI) system according to some embodiments is a first voice input device receiving an audio signal including a bore generating a magnetic field, a voice of a first user on the bore side, and controlling the MRI A second voice input device that receives an audio signal including the voice of the second user, and a first output device that outputs the sound signal including the voice of the second user to the first user using a non-magnetic speaker, A second output device that outputs an acoustic signal including the voice of the first user to the second user, and according to the strength of the MRI static magnetic field according to the position of the first output device, the sound signal of the second voice input device An active noise control device that performs active noise control and transmits it to the first output device, and removes the noise pattern from the frequency domain by estimating a noise pattern from the sound signal of the first voice input device and delivers it to the second output device. It may include a noise cancellation signal processing device.

상기 제1 음성 입력 장치는, 지향성 마이크를 포함할 수 있다.The first voice input device may include a directional microphone.

도 1a는 일부 실시예에 따른 시간영역에서 샘플단위로 소음을 처리하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 1b는 시간영역에서 샘플단위로 소음을 처리하는 방식을 사용한 잡음제거 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 주파수영역에서 버퍼(또는 프레임) 단위로 소음을 처리하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 2b는 일부 실시예에 따른 주파수영역에서 버퍼(또는 프레임) 단위로 소음을 처리하는 방식을 통한 잡음제거 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 위치에 따른 MRI 정자기장 세기의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4h은 무자석 스피커에 대한 능동 소음 저감 성능 테스트 결과를 위치별로 나타낸 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 음향 장치의 개략적인 블록도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 주기성을 갖는 소음을 제거하는 신호처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 음향 재생 장치의 개략적인 블록도이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 음향 재생 장치의 구체적인 블록도이다.
도 9는 MRI 자기장의 방향 및 무자석 다이나믹 스피커의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 무자석 다이나믹 스피커의 멀티 코일 방식의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 무자석 다이나믹 스피커의 멀티 코일 방식의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 8에 도시된 무자석 다이나믹 스피커의 전류세기 조정부의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 8에 도시된 정자기장 세기 분석부의 일 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 일부 실시예에 따른 무자석 스피커의 댐퍼 및 스토퍼 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 일부 실시예에 따른 소음 제거 방법의 흐름도이다.
도 16은 일부 실시예에 따른 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 17은 일부 실시예에 따른 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 나타내는 구체적인 흐름도이다.
도 18은 일부 실시예에 따른 능동 소음 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 19은 일부 실시예에 따른 능동 소음 저감 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 20은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상(MRI) 시스템을 나타낸다.
도 21은 MRI 소음에 알고리즘을 적용하여 소음을 차단한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
1A is a diagram illustrating a method of processing noise in a sample unit in a time domain according to some embodiments.
1B is a diagram showing a result of a noise reduction simulation using a method of processing noise in units of samples in a time domain.
2A is a diagram illustrating a method of processing noise in a buffer (or frame) unit in a frequency domain according to some embodiments.
2B is a diagram illustrating a result of a noise removal simulation through a method of processing noise in a frequency domain in units of buffers (or frames) according to some embodiments.
3 is a diagram showing a change in MRI static magnetic field strength according to a location.
4A to 4H are diagrams showing results of an active noise reduction performance test for a non-magnetic speaker for each location.
5 is a schematic block diagram of an acoustic device according to some embodiments.
6 is a diagram illustrating a signal processing method for removing periodic noise according to some embodiments.
7 is a schematic block diagram of a sound reproducing apparatus according to some embodiments.
8 is a detailed block diagram of a sound reproducing apparatus according to some embodiments.
9 is a diagram showing a direction of an MRI magnetic field and a structure of a non-magnetic dynamic speaker.
10 is a diagram showing an embodiment of a multi-coil method of a magnetic-free dynamic speaker.
11 is a diagram showing another embodiment of a multi-coil method of a magnetic-free dynamic speaker.
12 is a view showing an embodiment of the current intensity adjustment unit of the non-magnetic dynamic speaker shown in FIG.
13 is a flowchart illustrating an operation according to an embodiment of the static magnetic field strength analyzer illustrated in FIG. 8.
14 is a diagram illustrating a structure of a damper and a stopper of a magnetic-free speaker according to some embodiments.
15 is a flow chart of a noise reduction method according to some embodiments.
16 is a schematic flowchart illustrating a voice communication noise reduction algorithm according to some embodiments.
17 is a detailed flowchart illustrating a voice communication noise reduction algorithm according to some embodiments.
18 is a flowchart illustrating an active noise control method according to some embodiments.
19 is a diagram illustrating an active noise reduction algorithm according to some embodiments.
20 illustrates a magnetic resonance imaging (MRI) system according to some embodiments.
21 shows a simulation result of blocking noise by applying an algorithm to MRI noise.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, the term "unit" used in the specification refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and the "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. The “unit” may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, "unit" refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables. The functions provided within the components and "units" may be combined into a smaller number of components and "units" or may be further separated into additional components and "units".

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

의학 관련 분야에서 사용되는 영상 장비들 중 MRI는 인체에 끼치는 영향이 거의 없어 많이 사용되지만, 큰 소음과 긴 스캔 시간 때문에 의료진과 환자가 불편함을 겪고 있다. MRI 동작 중 환자는 좁은 보어(bore) 안에서 큰 소음과 함께 공포감을 겪게 되며, 의료진은 환자의 상태를 모니터링 하기 위해 음성을 MRI 소음과 함께 듣게 되므로 스트레스를 받게 되는 문제가 발생한다.Among the imaging equipment used in medicine-related fields, MRI is widely used because it has little effect on the human body, but medical staff and patients suffer from discomfort due to loud noise and long scan time. During the MRI operation, the patient experiences fear with loud noise in a narrow bore, and the medical staff listens to the voice along with the MRI noise to monitor the patient's condition, causing stress.

스캔 룸(scan room) 안의 환자에게 들리는 소음을 차단하기 위해 귀마개(earplug or earmuff)를 착용하는데, 이 방식에서는 컨트롤 룸(control room)에서 의료진이 말하는 음성을 들을 수 없고 의료진이 듣게 되는 소음을 저감하지 못한다. 이 밖에도 헬기 또는 제트기 소음이나 공장의 소음같은 큰 레벨의 소음 환경에서도 의사소통에 큰 불편함을 겪고 있다.Earplugs or earmuffs are worn to block the noise audible to the patient in the scan room.In this way, the voice spoken by the medical staff cannot be heard in the control room, and the noise that the medical staff hear is reduced. can not do. In addition, even in a noisy environment such as helicopter or jet noise or factory noise, communication is experiencing great inconvenience.

일부 실시예는 잡음제거 기술과 능동소음제어 장치를 이용하여 주기성을 갖는 소음을 감쇄시켜 주면서 양방향 음성 커뮤니케이션을 가능하게 하는 방법을 제시한다. 잡음제거 기술을 적용하여 잡음을 차단한 음성신호를 전달하고, 능동소음 제어 장치를 이용해 화자에게 들리는 소음 또한 저감되면서 상대방의 음성을 듣게 된다. 이를 통해 상대방의 상황을 계속 모니터링 할 수 있으며 화자 또한 현재 진행 상황을 묻는 등의 의사전달이 가능하다.Some embodiments propose a method of enabling two-way voice communication while attenuating periodic noise by using a noise reduction technology and an active noise control device. The noise reduction technology is applied to deliver a voice signal that blocks noise, and an active noise control device is used to reduce the noise audible to the speaker, while listening to the other party's voice. Through this, the situation of the other party can be continuously monitored, and the speaker can also communicate such as asking about the current progress.

또한, CT, MRI, 초음파 등과 같은 첨단화된 영상장비들이 발전하면서 영상 의학의 필요성 및 중요성이 날로 커지고 있다. 이러한 첨단 영상 장비 중에서도 MRI는 세부적인 인체 구조를 다른 장비들보다 더 명확하게 보여줌으로써 의사나 환자에게 더 많은 정보를 제공하고 있으며, 인체에 무해하여 활용도가 점점 더 높아지고 있다. 또한, 기술 발전과 더불어 MRI는 더 강력한 자기장을 사용함으로써 더 짧은 시간 동안에 더 정밀한 영상을 얻을 수 있게 발전되고 있다. 하지만 사용되는 자기장의 세기가 더 세질수록 MRI의 소음은 더 커지고 있으며, 100dB를 상회하는 소음의 크기는 환자에게 큰 불편함을 안겨주고 나아가서 긴 촬영시간 동안 이어지는 소음으로 인하여 청각 기관의 손상이 우려되고 있는 현실이다. 따라서 이렇게 소음이 큰 MRI촬영 환경에서 청각 기관을 보호하거나 외부의 음성 정보 또는 음악 등을 피촬영자에게 들려줄 수 있는 장치 또는 방법들이 필요하게 된다.In addition, as advanced imaging equipment such as CT, MRI, and ultrasound develops, the necessity and importance of imaging medicine are increasing day by day. Among these advanced imaging equipment, MRI provides more information to doctors and patients by showing detailed human body structure more clearly than other equipment, and is being used more and more because it is harmless to the human body. In addition, with the advancement of technology, MRI is being developed to obtain more precise images in a shorter time by using a stronger magnetic field. However, as the strength of the magnetic field used increases, the noise of the MRI is getting louder, and the noise level exceeding 100dB causes great discomfort to the patient, and furthermore, damage to the auditory organs is concerned due to the noise that continues for a long time. It is reality. Accordingly, there is a need for a device or method capable of protecting an auditory organ in such a noisy MRI environment, or providing external voice information or music to a subject.

일부 실시예는 잡음 차단 기술과 능동 소음 제어 헤드셋 또는 스피커 장치, 및 디스플레이 장치를 이용하여 환자와 의료진이 긴 시간 동안 듣게 되는 MRI 소음을 감쇄시켜 주면서 양방향 음성 커뮤니케이션 및 기타 서비스 등을 가능하게 해주는 방법 및 MRI 보어 내부 및 외부의 모든 위치에서 잘 작동하는 무자석 스피커(Non-magnet speaker)의 구조와 그것을 작동시키기 위한 알고리즘을 사용하여 음성 및 오디오 등의 음향 신호를 재생하고 능동적으로 MRI의 소음을 감쇄시킬 수 있는 장치를 제시한다. 잡음 차단 기술을 적용하여 컨트롤 룸의 의료진에게 MRI 잡음을 차단한 환자의 음성신호를 전달하고, 능동 소음 제어 헤드셋을 착용한 환자는 헤드셋을 통해 의료진의 음성을 듣게 된다. 이를 통해 의료진은 환자의 상태를 계속 모니터링할 수 있으며 환자 또한 의료진을 통해 현재 진행 상황을 물어보거나 하는 등의 의사전달이 가능하다. 또한 이 방법과 장치를 이용하여 촬영 중 환자에게 멀티미디어 컨텐츠(multimedia contents)를 제공하거나 의사가 환자를 원격으로 진단하거나 환자 맞춤형 다양한 보조 정보를 제공하는 서비스가 가능하다.In some embodiments, a method for enabling two-way voice communication and other services while attenuating MRI noise that patients and medical staff hear for a long time by using a noise canceling technology, an active noise control headset or speaker device, and a display device, and Using the structure of a non-magnet speaker that works well in all locations inside and outside the MRI bore and the algorithm to operate it, it reproduces sound signals such as voice and audio, and actively attenuates MRI noise. Present a device that can be used. The noise canceling technology is applied to transmit the voice signal of the patient who has blocked MRI noise to the medical staff in the control room, and the patient wearing the active noise control headset hears the medical staff's voice through the headset. This allows the medical staff to continuously monitor the patient's condition, and the patient can also communicate with the medical staff, such as asking about the current progress. In addition, using this method and apparatus, a service that provides multimedia contents to a patient during shooting, a doctor remotely diagnoses a patient, or provides various assistance information tailored to the patient is possible.

MRI 환경에서의 소음저감 및 커뮤니케이션 방법으로는 스캔 룸 안의 마이크로 MRI 소음이 섞인 환자의 음성 신호가 입력되고, 입력 신호에서 소음 성분을 샘플단위로 빼주어 컨트롤 룸으로 음성신호를 출력하는 방법이 있다. 또한 귀마개(earplug) 형태로 구성된 입출력 장치를 이용하여 환자의 음성을 의료진에게 전달하고, 외부 오디오 신호를 환자에게 들려주는 방법과 장치에 관한 기술이 있으며, 오디오 신호를 전달할 때 귀마개의 외부 마이크에서 입력된 신호를 이용하여 능동 소음 제어(Active Noise Control:ANC) 방식으로 소음을 제거한다.As a noise reduction and communication method in an MRI environment, there is a method of inputting a patient's voice signal mixed with micro MRI noise in the scan room, subtracting the noise component from the input signal by sample unit and outputting the voice signal to the control room. In addition, there is a technology on the method and device for transmitting the patient's voice to the medical staff and hearing the external audio signal to the patient using an input/output device configured in the form of earplugs. When transmitting audio signals, input from the external microphone of the earplugs Noise is eliminated by Active Noise Control (ANC) method using the generated signal.

일부 실시예는 MRI 환경에서 음향 재생을 위한 스피커로서, MRI에서 발생하는 강자기장을 이용하는 무자석 다이나믹 스피커(non-magnet dynamic speaker)를 이용한다. 무자석 다이나믹 스피커는 자석을 사용하지 않는 구조의 스피커로서, MRI 환경에 존재하는 정자기장과 음성 코일(voice coil)에 흐르는 전류사이에 발생하는 로렌쯔힘으로 진동판을 움직여서 소리를 발생시킨다. 이러한 구조의 스피커는 일반적인 스피커에 존재하는 영구자석이 없어도 MRI에 존재하는 강력한 정자기장을 사용함으로써 넓은 대역의 소리를 효과적으로 재생할 수 있다.In some embodiments, as a speaker for sound reproduction in an MRI environment, a non-magnet dynamic speaker using a strong magnetic field generated in MRI is used. Magnetic-free dynamic speaker is a speaker of a structure that does not use magnets, and generates sound by moving the diaphragm by Lorentz force generated between the static magnetic field existing in the MRI environment and the current flowing through the voice coil. A speaker with this structure can effectively reproduce a wide range of sound by using a strong static magnetic field existing in MRI even if there is no permanent magnet existing in a general speaker.

MRI 촬영 중 제공할 수 있는 기타 서비스와 관련하여, 디스플레이 장치/머리 장착(head-mounted) 오디오(audio) 재생 장치를 이용하여 촬영 중 환자의 안정을 위한 엔터테인먼트 서비스를 제공하거나 환자와 의사가 커뮤니케이션하면서 환자의 움직임 정보 등을 피드백으로 제공해주는 방법이 있다.Regarding other services that can be provided during MRI, a display device/head-mounted audio playback device is used to provide entertainment services for the patient's stability during imaging, or while the patient and the doctor communicate. There is a way to provide feedback such as patient motion information.

MRI 환경과 같이, 소음의 레벨이 크고 화자의 위치와 음성취득 마이크의 거리가 멀어져 마이너스(minus) SNR(Signal to Noise Ratio)의 상황일 경우 음성 대비 소음의 크기가 커서 음성 전달이 어려운 단점이 있으며 잡음제거의 효과가 크지 않다. 또한 이러한 환경에서 음성 신호의 유무를 판단하는 기술은 부정확하기 때문에 제거할 소음 성분을 업데이트 하는 방식을 사용하는 데에는 한계점이 있다. In the case of a negative SNR (Signal to Noise Ratio) because the noise level is high and the distance between the speaker's position and the voice acquisition microphone is large, as in the MRI environment, there is a disadvantage that voice transmission is difficult due to the large amount of noise compared to the voice. The effect of noise reduction is not great. In addition, since the technology for determining the presence or absence of a voice signal in such an environment is inaccurate, there is a limitation in using the method of updating the noise component to be removed.

도 1a는 일부 실시예에 따른 시간영역에서 샘플단위로 소음을 처리하는 방식을 나타낸 도면이다. 도 1b는 시간영역에서 샘플단위로 소음을 처리하는 방식을 사용한 잡음제거 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 1b에서 위쪽의 파형은 입력을 나타내고, 아래쪽의 파형은 출력을 나타낸다.1A is a diagram illustrating a method of processing noise in a sample unit in a time domain according to some embodiments. 1B is a diagram showing a result of a noise reduction simulation using a method of processing noise in units of samples in a time domain. In Fig. 1B, the upper waveform represents the input, and the lower waveform represents the output.

도 1a의 단계 110에서는, 입력 신호의 주기정보를 입력한다.In step 110 of FIG. 1A, period information of an input signal is input.

단계 120에서는, 입력 신호로부터 소음을 주기적인 소음 패턴으로 저장한다.In step 120, noise from the input signal is stored as a periodic noise pattern.

단계 130에서는, 시간 영역에서 샘플 단위로 소음 패턴의 샘플을 제거한다.In step 130, samples of the noise pattern are removed in units of samples in the time domain.

단계 140에서는, 음성의 존재 유무를 판단한다. 음성이 존재하는 것으로 판단될 경우, 다음 샘플의 처리를 위하여 단계 130으로 되돌아간다.In step 140, it is determined whether or not there is a voice. If it is determined that voice is present, the process returns to step 130 for processing the next sample.

단계 140에서 음성이 존재하지 않는 것으로 판단될 경우, 단계 150에서는, 소음만이 존재하는 것으로 추정할 수 있으므로, 소음 패턴을 업데이트한다. 다음 샘플의 처리를 위하여 단계 130으로 되돌아간다.When it is determined in step 140 that there is no voice, in step 150, since it can be estimated that only noise is present, the noise pattern is updated. Return to step 130 for processing of the next sample.

도 1a와 같이 입력 신호로부터 주기적인 소음 패턴을 저장하고 시간영역에서 샘플 단위로 처리하면 소음의 패턴이 완벽히 동일하지 않은 부분에 대해서는 도 1b의 결과처럼 잡음제거 효과가 크지 않거나 오히려 소음이 증폭될 수 있으며, 이와 같은 상황에 대해서 출력 신호가 발산하는지 여부에 대한 판단이 없다. 출력 신호가 '발산'한다는 것은 도 1b와 같이 입력에 비하여 출력이 크게 증폭되는 경우를 나타낸다.If a periodic noise pattern is stored from the input signal and processed in a sample unit in the time domain as shown in FIG. 1A, the noise reduction effect may not be great or the noise may be amplified as the result of FIG. 1B for portions in which the noise pattern is not completely identical. There is no judgment as to whether or not the output signal is emitted for such a situation. That the output signal is'dispersed' indicates a case in which the output is greatly amplified compared to the input as shown in FIG. 1B.

도 2a는 일부 실시예에 따른 주파수영역에서 버퍼(또는 프레임) 단위로 소음을 처리하는 방식을 나타낸 도면이다. 도 2b는 일부 실시예에 따른 주파수영역에서 버퍼(또는 프레임) 단위로 소음을 처리하는 방식을 통한 잡음제거 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 2b에서 위쪽의 파형은 입력을 나타내고, 아래쪽의 파형은 출력을 나타낸다.2A is a diagram illustrating a method of processing noise in a buffer (or frame) unit in a frequency domain according to some embodiments. FIG. 2B is a diagram illustrating a result of a noise reduction simulation through a method of processing noise in a frequency domain in units of buffers (or frames) according to some embodiments. In FIG. 2B, the upper waveform represents the input, and the lower waveform represents the output.

도 2a의 단계 210에서는, 소음 패턴을 버퍼에 저장한다.In step 210 of FIG. 2A, the noise pattern is stored in the buffer.

단계 220에서는, 소음 패턴으로부터 소음의 주기를 추정한다. 또는, 외부로부터 소음의 주기를 입력받을 수 있다.In step 220, a period of noise is estimated from the noise pattern. Alternatively, a period of noise may be input from the outside.

단계 230에서는, 소음 패턴과 입력 버퍼에 FFT(Fast Fourier Transform)를 행하여 주파수 영역으로 전환한다.In step 230, FFT (Fast Fourier Transform) is performed on the noise pattern and the input buffer to switch to the frequency domain.

단계 240에서는, 버퍼 단위로 입력 버퍼로부터 소음 패턴의 크기를 감산한다. 또한, 감산한 결과로부터 잔류 잡음 제거를 더 행할 수 있다.In step 240, the size of the noise pattern is subtracted from the input buffer in units of buffers. Further, residual noise can be further removed from the subtracted result.

단계 250에서는, 잡음 제거된 결과에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)을 행하여 시간 영역으로 전환한다.In step 250, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) is performed on the noise-removed result to convert to the time domain.

단계 260에서는, 음성의 존재 유무를 판단한다. 음성이 존재하는 것으로 판단될 경우, 다음 버퍼의 처리를 위하여 단계 230으로 되돌아간다.In step 260, it is determined whether or not there is a voice. If it is determined that voice is present, the process returns to step 230 for processing of the next buffer.

단계 260에서 음성이 존재하지 않는 것으로 판단될 경우, 단계 270에서는, 소음만이 존재하는 것으로 추정할 수 있으므로, 소음 패턴을 업데이트한다.If it is determined in step 260 that there is no voice, in step 270, since it can be estimated that only noise is present, the noise pattern is updated.

단계 280에서는, 업데이트한 소음 패턴의 발산 여부를 판단한다. 업데이트한 소음 패턴이 발산할 경우, 이러한 소음 패턴을 사용하여 소음 제거를 할 경우, 입력에 비하여 출력이 크게 증폭, 즉, 발산할 수 있다. 따라서, 소음 패턴의 주기를 다시 추정하기 위하여, 단계 210으로 되돌아간다.In step 280, it is determined whether the updated noise pattern is emitted. When the updated noise pattern is emitted, when noise is removed using this noise pattern, the output can be significantly amplified, that is, emitted, compared to the input. Thus, in order to again estimate the period of the noise pattern, it returns to step 210.

업데이트한 소음 패턴이 발산하지 않을 경우, 업데이트한 소음 패턴을 사용하여 다음 버퍼의 처리를 할 수 있도록 단계 230으로 되돌아간다.If the updated noise pattern does not emit, the process returns to step 230 so that the next buffer can be processed using the updated noise pattern.

도 2a와 같이, 주파수 영역에서 버퍼(또는 프레임) 단위로 소음을 처리하는 방식에 의하면, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 입력에서 소음이 제거되고 발산하지 않는 출력을 얻을 수 있다.As shown in FIG. 2A, according to the method of processing noise in the frequency domain in units of buffers (or frames), as shown in FIG. 2B, noise is removed from the input and an output that is not emitted can be obtained.

도 3은 위치에 따른 MRI 정자기장 세기의 변화를 나타낸 도면이다. 도 3에서 가로축(Z)은 보어의 중심으로부터 보어의 입구쪽으로의 방향, 예컨대, MRI의 보어에 환자가 누워있고, 환자의 머리가 보어 중심에 있다고 가정할 경우, 환자의 다리쪽 방향이 될 수 있다. 도 3에서 세로축(R, Y)은 보어의 중심으로부터 반지름 방향이며 지표면에 수직한 방향이 될 수 있다. 도 3에서 지면(紙面)을 관통하는 방향(X축 방향)은 보어의 중심으로부터 반지름 방향이며 지표면에 수평인 방향이 될 수 있다. 도 3에서 각각의 자기력선의 수치는 가우스(Gauss)를 나타낸다. 누설 자기력선(stray field line)은 바깥쪽으로부터 0.05→0.1→0.2→0.5→1→2→5→10→20→50→100→200(mT)를 나타낸다.3 is a diagram showing a change in MRI static magnetic field strength according to a location. In FIG. 3, the horizontal axis (Z) is a direction from the center of the bore toward the entrance of the bore, for example, when the patient is lying in the bore of the MRI and the patient's head is in the center of the bore, it may be the direction toward the patient's leg. have. In FIG. 3, the vertical axes R and Y may be in a radial direction from the center of the bore and may be a direction perpendicular to the ground surface. In FIG. 3, the direction penetrating the ground (X-axis direction) may be a radial direction from the center of the bore and a direction horizontal to the ground surface. In FIG. 3, the numerical value of each line of magnetic force represents Gauss. The stray field line represents 0.05→0.1→0.2→0.5→1→2→5→10→20→50→100→200(mT) from the outside.

무자석 다이나믹 스피커의 경우는 MRI의 보어 내부에 형성되어 있는 정자기장을 사용하기 때문에, 정자기장의 세기가 스피커의 출력에 중요한 영향을 미친다. 하지만 도 3에 나타나 있듯이, MRI의 보어 외부에서는 MRI의 중심으로부터 멀어질수록 정자기장의 세기가 급격하게 약해져서, 3T(테슬라) MRI의 경우에 중앙으로부터 약 1.8m 떨어진 거리에서 자기장의 세기가 MRI 중심에 비하여 1/60인 50mT 정도로 줄어들게 된다.In the case of a non-magnetic dynamic speaker, since the static magnetic field formed inside the bore of the MRI is used, the strength of the static magnetic field has an important influence on the output of the speaker. However, as shown in Figure 3, outside the bore of the MRI, the strength of the static magnetic field decreases sharply as the distance from the center of the MRI decreases, and in the case of 3T (Tesla) MRI, the strength of the magnetic field is at a distance of about 1.8m from the center of the MRI. In comparison, it is reduced to about 1/60 of 50mT.

도 4a 내지 도 4h은 무자석 스피커에 대한 능동 소음 저감 성능 테스트 결과를 위치별로 나타낸 도면이다. 도 4a는 보어 중심(보어 중심으로부터 0cm)의 위치를 나타낸다. 도 4b는 보어 단부로부터 보어 내측으로 10cm(보어 중심으로부터 60cm)의 위치를 나타낸다. 도 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 및 4h는 각각 순서대로 보어 단부로부터 보어 외측으로 20cm, 50cm, 60cm, 70cm, 80cm, 및 90cm(보어 중심으로부터 90cm, 120cm, 130cm, 140cm, 150cm, 및 160cm)의 위치를 나타낸다. 도 4a 내지 도 4h에서 'ANC off'(a)는 능동 소음 저감을 행하지 않은 경우의 MRI 소음을 나타내고, 'ANC on'(b)은 능동 소음 저감을 행한 경우의 저감된 소음을 나타낸다.4A to 4H are diagrams showing results of an active noise reduction performance test for a non-magnetic speaker for each location. Figure 4a shows the location of the bore center (0 cm from the bore center). 4B shows a location of 10 cm (60 cm from the center of the bore) into the bore from the bore end. Figures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, and 4h are, respectively, 20cm, 50cm, 60cm, 70cm, 80cm, and 90cm from the bore end to the bore outward (90cm, 120cm, 130cm, 140cm, 150cm, and 160cm). In FIGS. 4A to 4H,'ANC off' (a) indicates MRI noise when active noise reduction is not performed, and'ANC on' (b) indicates reduced noise when active noise reduction is performed.

도 4a 내지 도 4h에서는 'ANC off'(a) 보다 'ANC on'(b)이 보다 더 소음이 저감된 결과를 나타내고 있다. 그러나, 보어 중심으로부터 거리가 점차 멀어짐에 따라, 'ANC off'(a)와 'ANC on'(b)의 출력의 차이가 점점 줄어들고, 도 4e 내지 도 4h에서는 고주파수 영역에서 'ANC on'(b)의 소음이 'ANC off'(a)보다 점차로 더 커지는 결과를 나타내고 있다.In FIGS. 4A to 4H,'ANC on' (b) shows a result of more noise reduction than'ANC off' (a). However, as the distance from the center of the bore gradually increases, the difference between the outputs of'ANC off' (a) and'ANC on' (b) gradually decreases, and in FIGS. 4E to 4H,'ANC on' (b ) Shows the result that the noise of'ANC off' (a) gradually increases.

MRI의 보어 외부에서는 약한 자기장의 세기로 인하여 스피커가 충분한 출력을 내지 못하게 된다. 이러한 문제로 인하여 도 4e 내지 도 4h에 나타나 있듯이, 무릎이나 발의 촬영 시와 같이 머리가 보어 외부로 나와 있는 경우에는 MRI 소음(noise)의 크기에 상응하는 만큼의 출력을 스피커가 내지 못함으로써 왜곡(distortion) 등이 발생하게 되고, 결국 스피커의 왜곡으로 인하여 정상적인 음향을 재생하지 못하거나 능동 소음 제어 성능이 감소하게 된다. 도 4e 내지 도 4h를 참조하면, MRI의 보어로부터 멀어질수록 MRI 소음을 포함하는 신호(a)보다 MRI 소음이 저감된 신호(b)의 소음이 더 큰 경우가 발생하는 것을 알 수 있다.Outside the bore of the MRI, the speaker does not produce sufficient output due to the weak magnetic field strength. Due to this problem, as shown in Figs. 4E to 4H, when the head is bore outside, such as when photographing a knee or foot, the speaker does not output an output corresponding to the size of the MRI noise. distortion), and eventually, due to distortion of the speaker, normal sound cannot be reproduced or active noise control performance is reduced. 4E to 4H, it can be seen that, as the distance from the bore of the MRI increases, the noise of the signal (b) with reduced MRI noise is greater than the signal (a) including the MRI noise.

촬영 중 환자가 제공받는 멀티미디어 등은 환자가 선택할 수 없는 수동적인 방법으로 제공받는 서비스이며 컨텐츠 또한 미리 엔터테인먼트 시스템에 입력시킨 범위에 한정적이다. Multimedia provided by the patient during shooting is a service provided by a passive method that the patient cannot select, and the content is also limited to the range previously entered into the entertainment system.

도 5는 일부 실시예에 따른 음향 장치(500)의 개략적인 블록도이다.5 is a schematic block diagram of an acoustic device 500 according to some embodiments.

도 5를 참조하면, 음향 장치(500)는 입력부(510), 주기 추정부(520), 소음 제거부(530), 소음 업데이트부(540), 및 출력부(550)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the acoustic device 500 may include an input unit 510, a period estimation unit 520, a noise canceling unit 530, a noise update unit 540, and an output unit 550.

입력부(510)는 소음을 포함하는 음성 신호를 입력받을 수 있다. 입력부(510)는 마이크를 포함할 수도 있고, 저장 매체에 녹음된 음성 신호나 네트워크를 통하여 전송된 음성 신호를 입력받을 수도 있다.The input unit 510 may receive an audio signal including noise. The input unit 510 may include a microphone, and may receive a voice signal recorded in a storage medium or a voice signal transmitted through a network.

주기 추정부(520)는 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정한다. 주기 추정부(520)는, 소음을 발생시키는 기기로부터 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산할 수 있다.The period estimating unit 520 estimates the period of the noise pattern in the voice signal. The period estimating unit 520 may obtain period information of a noise from a device that generates noise, or may calculate period information through data of a voice signal acquired for a predetermined time.

소음 제거부(530)는 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 음성 신호로부터 소음 패턴을 감산하여 제거한다. 소음 제거부(530)는, 소음 패턴과 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 정렬부, 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키고, 잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 계산부를 포함할 수 있다.The noise canceling unit 530 subtracts and removes the noise pattern from the voice signal in the frequency domain using the estimated period of the noise pattern. The noise canceling unit 530 is an alignment unit that matches the noise pattern and the timing index of the current frame of the voice signal, removes the spectrum of the noise frame with timing from the current frame of the voice signal, and removes residual noise through post-processing. It may include a calculation unit to allow.

소음 업데이트부(540)는 소음의 크기 변화에 따라 소음 패턴을 업데이트한다. 소음 업데이트부(540)는, 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단한다. 소음 업데이트부(540)는, 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 소음 패턴을 업데이트한다. 소음 업데이트부(540)는, 소음 제거부(530)에 음성 신호로부터 소음 패턴을 제거하도록 요청한다. The noise update unit 540 updates the noise pattern according to the change in the noise level. The noise update unit 540 determines whether there is a voice in the current frame of the voice signal. The noise update unit 540 updates the noise pattern when there is no voice in the current frame of the voice signal. The noise update unit 540 requests the noise canceling unit 530 to remove the noise pattern from the voice signal.

소음 업데이트부(540)는, 소음 패턴이 제거된 출력이 입력된 소음보다 크게 증폭되어 발산하는지 여부를 판단하고, 출력이 발산되는 경우, 주기 추정부(520)에 소음 패턴 정보를 초기화시키도록 요청할 수 있다. 출력 신호가 '발산'한다는 것은 도 1b와 같이 입력에 비하여 출력이 크게 증폭되는 경우를 나타낸다.The noise update unit 540 determines whether the output from which the noise pattern is removed is amplified and emitted larger than the input noise, and when the output is emitted, the period estimating unit 520 requests the period estimating unit 520 to initialize the noise pattern information. I can. That the output signal is'dispersed' indicates a case in which the output is greatly amplified compared to the input as shown in FIG. 1B.

출력부(550)는 소음 패턴이 제거된 음성 신호를 출력할 수 있다. 출력부(550)는 음성 신호를 소리로 출력하는 스피커를 포함할 수도 있고, 음성 신호를 저장 매체에 녹음하거나, 네트워크를 통하여 음성 신호를 전송할 수도 있다.The output unit 550 may output a voice signal from which the noise pattern has been removed. The output unit 550 may include a speaker that outputs an audio signal as sound, may record an audio signal in a storage medium, or may transmit an audio signal through a network.

일부 실시예는 화자(예컨대, 환자)가 상대방과 커뮤니케이션하기 위해서 화자(예컨대, 환자)의 음성을 취득하는 하나 이상의 마이크로 구성된 음성입력장치, 화자(예컨대, 환자)에게 음원 신호를 재생하면서 외부 소음을 상쇄하는 ANC 기능을 포함한 음향 재생 장치, 그리고 입력된 음성신호에서 잡음을 제거하는 잡음제거 시스템으로 구성된다. 또한 상대방이 화자(예컨대, 환자)와 커뮤니케이션하기 위해 상대방의 음성을 취득하기 위한 하나 이상의 마이크로 구성된 음성 입력장치와 상대방에게 전달되는 소리를 재생하는 스피커 또는 헤드폰 장치로 구성될 수 있다.In some embodiments, a speaker (e.g., a patient) is a voice input device composed of one or more microphones that acquires the speaker's (e.g., patient) voice in order to communicate with the other party, while reproducing a sound source signal to the speaker (e. It consists of a sound reproducing device including an offset ANC function, and a noise reduction system that removes noise from the input voice signal. In addition, in order for the other party to communicate with a speaker (eg, a patient), a voice input device configured with one or more microphones for acquiring a voice of the other party and a speaker or headphone device for reproducing a sound transmitted to the other party may be provided.

- 음성 커뮤니케이션을 위한 잡음제거-Noise reduction for voice communication

화자로부터 입력장치로 입력된 신호는 잡음제거 시스템을 거쳐 잡음이 제거된 음성 신호가 전달되고 전달된 신호는 스피커 또는 헤드셋 장치로 상대방에게 재생된다. 또한 상대방으로부터 입력장치로 입력된 신호 역시 전달되어 화자가 착용하거나 장착하고 있는 ANC 장치 또는 스피커로 출력된다.A signal input from a speaker to an input device passes through a noise reduction system, and a voice signal from which noise is removed is transmitted, and the transmitted signal is reproduced to the other party through a speaker or headset device. In addition, the signal input from the other party to the input device is also transmitted and output to the ANC device or speaker worn or mounted by the speaker.

도 6은 일부 실시예에 따른 주기성을 갖는 소음을 제거하는 신호처리 방법을 나타낸 도면이다. 입력장치로 입력된 음성신호에서 잡음신호를 제거하기 위한 잡음제거 시스템은 도 6과 같이 주기적인 소음을 발생하는 기기로부터 입력된 소음주기정보와 마이크로 입력된 잡음신호를 실시간 분석하여 잡음신호의 주기적인 특성을 추출하고, 이 추출된 특성 정보를 이용하여 입력된 신호에서 잡음 신호만을 제거하여 음성신호만 전달하는 신호처리장치이다.6 is a diagram illustrating a signal processing method for removing periodic noise according to some embodiments. The noise reduction system for removing the noise signal from the voice signal input to the input device is a periodic noise signal by analyzing the noise period information input from the device generating periodic noise and the noise signal inputted into the microphone in real time as shown in FIG. It is a signal processing device that extracts features and transfers only voice signals by removing only noise signals from input signals using the extracted feature information.

도 1a와 같이 시간영역에서 앞서 저장한 소음을 현재 입력 신호에서 감산하는(subtract) 방식을 사용할 경우, 시간영역에서 현재 샘플(sample) 값에 해당하는 소음 패턴이 일치하지 않는 경우에는 소음 신호가 저감되지 않거나 오히려 증폭할 수 있는 문제점이 있다. When using a method of subtracting the noise previously stored in the time domain from the current input signal as shown in FIG. 1A, when the noise pattern corresponding to the current sample value in the time domain does not match, the noise signal is reduced. There is a problem that cannot be done or can be amplified.

일부 실시예는 도 2a와 같이 사전 또는 실시간 분석된 잡음신호의 주기 특성 정보를 획득한다. 또한, 음성신호처리에 적합한 형태의 프레임을 구분하여 입력된 잡음신호의 각 주기에 맞는 프레임의 주파수 처리된 잡음신호 데이터를 획득한다. 그리고, 주기 특성 정보와 잡음신호 데이터를 이용하여 현재 프레임에 해당하는 신호의 스펙트럼(spectrum)을 빼 주는 방식을 사용한다. 따라서, 패턴이 정확히 일치하지 않는 상황에서도 증폭하지 않고 알고리즘이 강건하게 작동한다. 저장된 잡음신호 데이터는 현재 프레임의 시간 정보를 일치시켜 처리하기 위해, 소음 패턴을 이용하여 주기적인 소음의 주기 정보를 찾아내거나 기기에서 입력된 소음주기정보들을 시간영역 또는 주파수 영역에서 처리하여 주기 특성을 파악한다.In some embodiments, periodic characteristic information of a noise signal analyzed in advance or in real time as shown in FIG. 2A is obtained. Also, by classifying a frame in a form suitable for speech signal processing, frequency-processed noise signal data of a frame suitable for each period of the input noise signal is obtained. In addition, a method of subtracting a spectrum of a signal corresponding to a current frame is used by using periodic characteristic information and noise signal data. Therefore, the algorithm works robustly without amplification even in situations where the patterns do not match exactly. In order to process the stored noise signal data according to the time information of the current frame, the period characteristics are determined by finding period information of periodic noise using noise patterns or processing noise period information input from the device in the time domain or frequency domain. To grasp.

도 7은 일부 실시예에 따른 음향 재생 장치(700)의 개략적인 블록도이다.7 is a schematic block diagram of a sound reproducing apparatus 700 according to some embodiments.

도 7을 참조하면, 음향 재생 장치(700)는 음향 출력부(710), 선택부(720), 및 재생부(730)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the sound reproducing apparatus 700 includes a sound output unit 710, a selection unit 720, and a reproduction unit 730.

음향 출력부(710)는 무자석 스피커가 장착되고, 음향 신호를 출력한다. 음향 출력부(710)는, 복수의 길이를 갖는 멀티 코일, 예컨대, 멀티 음성 코일을 포함하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서와, 무자석 스피커의 출력 변화, 스피커 응답 및 소음 수준을 측정하기 위한 분석 센서, 예컨대, 마이크를 포함할 수 있다. 음향 출력부(710)의 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 멀티 코일은, 서로 다른 지름을 갖는 복수의 환형 코일을 포함하고, 복수의 환형 코일이 하나의 진동판에 연결될 수 있다. 음향 출력부(710)의 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 멀티 코일은, 진동판에 연결된 코일을 복수의 묶음으로 나누어 작동시킨다. 여기에서 작동되는 코일의 묶음의 개수는 선택부(720)의 선택에 따라 달리할 수 있다. The sound output unit 710 is equipped with a non-magnetic speaker and outputs an sound signal. The sound output unit 710 includes a non-magnetic dynamic transducer including a multi-coil having a plurality of lengths, for example, a multi-voice coil, and an analysis sensor for measuring an output change, a speaker response, and a noise level of the non-magnetic speaker, For example, it may include a microphone. The multi-coil of the magnetic-free dynamic transducer of the sound output unit 710 includes a plurality of annular coils having different diameters, and a plurality of annular coils may be connected to one diaphragm. The multi-coil of the magnetic-free dynamic transducer of the sound output unit 710 divides the coil connected to the diaphragm into a plurality of bundles and operates. The number of bundles of coils operated here may vary depending on the selection of the selection unit 720.

또한, 음향 출력부(710)는, 음성 코일에 흐르는 전류의 세기를 조정하는 전류 세기 조정부를 포함하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 음향 출력부(710)의 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 전류 세기 조정부는, 가변 저항 또는 저항 크기 셀렉터와, 이득(gain) 컨트롤러를 포함하고, 저항 크기의 선택을 통해 선택부(720)에서 선택한 전류의 세기를 조정할 수 있다.In addition, the sound output unit 710 may include a non-magnetic dynamic transducer including a current intensity adjustment unit that adjusts the intensity of the current flowing through the voice coil. The current intensity adjusting unit of the non-magnetic dynamic transducer of the sound output unit 710 includes a variable resistor or resistance size selector and a gain controller, and the current selected by the selection unit 720 is You can adjust the intensity.

선택부(720)는 정자기장의 세기 변화에 의한 무자석 스피커의 출력 변화에 따라 코일의 길이 또는 전류의 세기를 선택한다. 선택부(720)는, 코일 길이 조정부에 의해 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 멀티 코일 중 하나 이상의 코일을 선택할 수 있다. 또한, 선택부(720)는 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 전류 세기 조정부의 전류의 세기를 선택할 수 있다.The selector 720 selects the length of the coil or the strength of the current according to the change in the output of the non-magnetic speaker due to the change in the strength of the static magnetic field. The selection unit 720 may select one or more coils from among multiple coils of the non-magnetic dynamic transducer by the coil length adjustment unit. In addition, the selector 720 may select the current intensity of the current intensity adjustment unit of the non-magnetic dynamic transducer.

재생부(730)는 선택된 코일의 길이 또는 선택된 전류의 세기를 이용하여 음향 신호를 재생한다. 재생부(730)는, 선택된 코일을 사용하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 특성에 따라 음향 신호를 재생할 수 있다. 또한, 재생부(730)는, 선택된 전류의 세기를 사용하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 특성에 따라 음향 신호를 재생할 수 있다. The reproducing unit 730 reproduces the sound signal by using the selected coil length or the selected current strength. The reproducing unit 730 may reproduce an acoustic signal according to characteristics of a non-magnetic dynamic transducer using the selected coil. In addition, the reproducing unit 730 may reproduce an acoustic signal according to characteristics of the non-magnetic dynamic transducer using the selected current intensity.

도 8은 일부 실시예에 따른 음향 재생 장치의 구체적인 블록도이다.8 is a detailed block diagram of a sound reproducing apparatus according to some embodiments.

일부 실시예에 따른 MRI환경에서 스피커를 사용한 음향 재생 장치(800)는 1)멀티 음성 코일(Multi voice coil, 810)을 포함하는 무자석 스피커, 2)코일 길이 조정부(830), 3)전류세기 조정부(840), 4)정자기장 세기 분석부(850)로 구성되어 있다.The sound reproducing apparatus 800 using a speaker in an MRI environment according to some embodiments includes: 1) a magnet-free speaker including a multi-voice coil 810, 2) a coil length adjusting unit 830, 3) a current intensity It consists of an adjustment unit 840, 4) a static magnetic field strength analysis unit 850.

무자석 스피커는 멀티 음성 코일(810)을 포함한다. 또한, 스피커 응답 및 소음 수준을 측정하기 위한 분석 센서(820), 예컨대, 마이크를 포함할 수 있다. 멀티 음성 코일(810)은, 복수의 환형 코일을 포함하고, 복수의 환형 코일이 하나의 진동판(860)에 연결될 수 있다. The magnet-free speaker includes a multi-voice coil 810. In addition, an analysis sensor 820 for measuring speaker response and noise level, for example, may include a microphone. The multi-voice coil 810 may include a plurality of annular coils, and a plurality of annular coils may be connected to one diaphragm 860.

코일 길이 조정부(830)는 멀티-레이어 음성 코일을 구성하는 각각의 코일 중 선택된 코일에 출력하고자 하는 음향 신호를 입력해 줌으로써, 사용되는 코일의 전체 길이를 조정할 수 있다. The coil length adjustment unit 830 may adjust the total length of the used coil by inputting an audio signal to be output to a selected coil among each of the coils constituting the multi-layer voice coil.

전류 세기 조정부(840)는, 저항 크기의 선택을 통해 전류의 세기를 조정할 수 있다.The current intensity adjustment unit 840 may adjust the current intensity through selection of a resistance size.

정자기장 세기 분석부(850)는 자기장의 세기에 따라 전류의 세기 또는 코일의 길이를 결정하는 부분이다.The static magnetic field strength analyzer 850 is a part that determines the strength of the current or the length of the coil according to the strength of the magnetic field.

이하, 도 8의 각각의 구성에 대하여 도 9 내지 도 14를 참조하여 설명한다.Hereinafter, each configuration of FIG. 8 will be described with reference to FIGS. 9 to 14.

1) 멀티 음성 코일(810)을 포함하는 무자석 스피커1) Magnetic-free speaker including a multi-voice coil 810

도 9는 MRI 자기장의 방향 및 무자석 다이나믹 스피커의 구조를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 무자석 스피커는 소리를 발생시키기 위한 진동판(920)과, 진동판을 움직이게 하는 음성 코일(voice coil, 910)을 포함한다. 특히 음성 코일(910)은 다양한 코일의 길이가 구현 가능하도록 멀티-레이어 코일(multi-layered coil) 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 무자석 스피커는 스피커의 동작 부분의 지지, 보호, 스피커의 사용, 스피커의 외관 등을 위한 스피커 프레임(930)과 헤드셋 케이스(940)를 포함할 수 있다.9 is a diagram showing a direction of an MRI magnetic field and a structure of a non-magnetic dynamic speaker. Referring to FIG. 9, the non-magnetic speaker includes a vibration plate 920 for generating sound and a voice coil 910 for moving the vibration plate. In particular, the voice coil 910 may be formed in the form of a multi-layered coil so that various coil lengths can be implemented. In addition, the non-magnetic speaker may include a speaker frame 930 and a headset case 940 for supporting and protecting an operating part of the speaker, use of the speaker, and external appearance of the speaker.

도 10은 무자석 다이나믹 스피커의 멀티 코일 방식의 일 실시예를 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing an embodiment of a multi-coil method of a magnetic-free dynamic speaker.

도 9의 음성 코일(910)을 멀티-레이어 코일의 형태로 구현할 경우, 도 10에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 지름 및 감긴 횟수를 갖는 환형 형태의 음성 코일을 사용할 수 있다.When the voice coil 910 of FIG. 9 is implemented in the form of a multi-layer coil, as shown in FIG. 10, an annular-shaped voice coil having different diameters and number of turns may be used.

도 11은 무자석 다이나믹 스피커의 멀티 코일 방식의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 9의 음성 코일(910)은 도 11에 나타낸 바와 같이, 동일한 지름 및 감긴 횟수를 갖는 환형 형태의 여러 음성 코일의 겹침 형태로 사용할 수 있다. 11 is a diagram showing another embodiment of a multi-coil method of a magnetic-free dynamic speaker. As shown in FIG. 11, the voice coil 910 of FIG. 9 may be used in an overlapping form of several voice coils of an annular shape having the same diameter and number of turns.

각각의 코일에 들어가는 입력 신호는 도 8의 코일 길이 조정부(830)로부터 입력받는다. 멀티-레이어 음성 코일(multi-layered voice coil)을 구성하는 각각의 코일들은 모두 하나의 진동판에 연결이 되어 있으며, 모든 코일의 중심축 방향은 MRI의 정자기장 B0의 방향과 평행하지 않은 방향을 이루도록 배치된다. The input signal entering each coil is received from the coil length adjustment unit 830 of FIG. 8. Each of the coils constituting a multi-layered voice coil is connected to one diaphragm, and the central axis direction of all coils is arranged so that the direction is not parallel to the direction of the static magnetic field B0 of the MRI. do.

도 9 내지 도 11의 멀티-레이어 음성 코일(multi-layered voice coil) 등을 이용한 무자석 다이나믹 스피커들은 헤드셋이나 논-헤드셋(non-headset) 방식의 출력 장치 등에 설치될 수 있다. 헤드셋 방식의 경우, 스피커의 진동판은 사람의 귀 방향을 향하여 배치된다. 논-헤드셋 방식의 경우, 헤드레스트(headrest) 등과 같은 형태로 사람 머리 부근에 위치하는 구조물의 형태에 무자석 다이나믹 스피커가 귀 방향을 향하여 설치될 수 있다.Non-magnetic dynamic speakers using a multi-layered voice coil of FIGS. 9 to 11 may be installed in a headset or a non-headset type output device. In the case of the headset type, the diaphragm of the speaker is disposed toward the ear of the person. In the case of a non-headset type, a non-magnetic dynamic speaker may be installed in the shape of a structure located near a person's head in a shape such as a headrest, etc. toward the ear.

2)코일 길이 조정부(830)2) Coil length adjustment unit 830

도 8에 도시된 코일 길이 조정부(830)는 음향 신호(signal)를 멀티-레이어 음성 코일의 입력부분에 입력해 주는 역할을 한다. 무자석 다이나믹 스피커의 멀티-레이어 음성 코일을 구성하는 각각의 코일 중 선택된 코일에 출력하고자 하는 음향 신호를 입력해준다. 따라서, 코일을 선택함으로써 사용되는 전체 코일의 길이를 조정할 수 있다.The coil length adjusting unit 830 shown in FIG. 8 serves to input an acoustic signal to an input portion of a multi-layer voice coil. It inputs an audio signal to be output to a selected coil among each coil constituting the multi-layer voice coil of the magnetic-free dynamic speaker. Therefore, it is possible to adjust the length of the entire coil used by selecting the coil.

3)전류 세기 조정부(840)3) Current intensity adjustment unit 840

도 12는 도 8에 도시된 무자석 다이나믹 스피커의 전류세기 조정부(840)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 전류 세기 조정부(840)는, 가변 저항 또는 저항 크기를 선택하는 저항 셀렉터(1210)와, 이득(gain) 컨트롤러(1220)를 포함하고, 저항 크기의 선택을 통해 전류의 세기를 조정할 수 있다. 전류세기 조정부(840)는 도 12와 같이 다양한 세기의 MRI 자기장 환경에서 진동판에 부착된 음성 코일의 전류의 세기를 변화시켜 무자석 스피커의 출력을 유지해주는 역할을 한다. 이를 위하여 가변 저항 등을 사용할 수 있고, 정자기장의 세기에 따른 저항값의 변화로 음성 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시킬 수 있다.12 is a view showing an embodiment of the current intensity adjustment unit 840 of the non-magnetic dynamic speaker shown in FIG. The current intensity adjustment unit 840 includes a resistance selector 1210 for selecting a variable resistance or resistance size, and a gain controller 1220, and may adjust the intensity of current through selection of the resistance size. The current intensity adjustment unit 840 serves to maintain the output of the non-magnetic speaker by changing the current intensity of the voice coil attached to the diaphragm in the MRI magnetic field environment of various intensity as shown in FIG. 12. To this end, a variable resistor or the like may be used, and the strength of the current flowing through the voice coil may be changed by changing the resistance value according to the strength of the static magnetic field.

4)정자기장 세기 분석부(850)4) Static magnetic field strength analysis unit (850)

도 13은 도 8에 도시된 정자기장 세기 분석부(850)의 일 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 정자기장 세기 분석부(850)는 자기장의 세기에 따라 전류의 세기 또는 코일의 길이를 결정하는 부분이다. 이를 위하여 위치에 따라 미리 분석된 자기장의 세기 정보를 이용하여 코일 또는 전류의 세기를 선택할 수 있다. 13 is a flowchart illustrating an operation of the static magnetic field strength analyzer 850 shown in FIG. 8 according to an embodiment. The static magnetic field strength analyzer 850 is a part that determines the strength of the current or the length of the coil according to the strength of the magnetic field. To this end, the strength of the coil or the current may be selected using information on the strength of the magnetic field analyzed in advance according to the location.

단계 1310에서는, 도 8의 코일 길이 조정부(830)에서 코일 길이(즉, 코일의 선택)를 초기화하거나, 또는 전류 세기 조정부(840)에서 코일에 흐르는 전류의 세기를 초기화한다.In step 1310, the coil length adjustment unit 830 of FIG. 8 initializes the coil length (ie, selection of the coil), or the current intensity adjustment unit 840 initializes the intensity of the current flowing through the coil.

단계 1320에서는, 도 8의 정자기장 세기 분석부에 의해, 테스트 신호를 스피커에 출력한다.In step 1320, the test signal is output to the speaker by the static magnetic field strength analyzer of FIG. 8.

단계 1330에서는, 스피커의 진동판 부근의 센서, 예컨대, 마이크 등을 통하여 입력되는 입력 신호를 분석한다. 따라서, 스피커의 출력을 센서를 통하여 분석할 수 있다.In step 1330, an input signal input through a sensor near the diaphragm of the speaker, such as a microphone, is analyzed. Therefore, the output of the speaker can be analyzed through the sensor.

단계 1340에서는, 단계 1330의 분석 결과로부터 왜곡의 발생 여부와 출력의 부족 여부를 판단한다. 왜곡은 스피커의 입력 신호, 예컨대, 테스트 신호의 파형과 스피커의 출력 신호의 파형이 같지 않고 변형이 일어난 것을 나타낸다.In step 1340, it is determined whether distortion has occurred and whether the output is insufficient from the analysis result of step 1330. Distortion indicates that the waveform of the input signal of the speaker, for example, the waveform of the test signal and the waveform of the output signal of the speaker, is not the same, and deformation occurs.

왜곡이 발생하거나 출력이 부족할 경우, 단계 1350에서 코일의 길이, 코일에 흐르는 전류의 세기를 조정한 후, 정자기장 세기 분석을 다시 행한다.If distortion occurs or the output is insufficient, the length of the coil and the strength of the current flowing through the coil are adjusted in step 1350, and then the static magnetic field strength analysis is performed again.

왜곡이 발생하지 않고, 출력이 부족하지 않은 경우, 정자기장 세기 분석 결과에 기초하여 코일의 길이, 전류의 세기를 결정할 수 있다.If distortion does not occur and the output is not insufficient, the length of the coil and the strength of the current may be determined based on the result of the static magnetic field strength analysis.

도 13의 방법을 통하여 마이크 등의 센서를 스피커 진동판 부근에 장착하여 상황에 따른 코일 및 전류의 세기를 선택할 수 있다.Through the method of FIG. 13, a sensor such as a microphone may be mounted near the speaker diaphragm to select the intensity of the coil and current according to the situation.

5)무자석 스피커 진동판 댐퍼부5) Non-magnetic speaker vibration plate damper part

도 14는 일부 실시예에 따른 무자석 스피커의 댐퍼 및 스토퍼 구조를 나타낸 도면이다. 진동판(1430)과 음성 코일(1410, 1420)의 중심축이 귀를 향하도록, 예컨대, 정자기장과 직교하게 배치된, 무자석 스피커는 음성 코일의 반원부(예컨대, 음성 코일 제1 반원부, 1410)가 중심축 방향으로 하강하는 동작 모드와, 또 다른 반원부(예컨대, 음성 코일 제2 반원부, 1420)가 중심축 반대 방향으로 상승하는 동작 모드를 동시에 발생시켜 코일을 이동시키는 힘의 합력을 소멸시킨다. 이에 따라, 음성 코일 전체는 직선적인 이동이 없이 스스로 회전만 하는 운동 모드를 가진다. 코일의 둘레와 진동판(1430)이 상호 고정되어 있고, 코일의 둘레를 따라 진동판(1430)의 지지력이 불균일하므로(진동판 형상에 따른 소재 탄성 반발력이 다름), 진동판(1430)은 어느 정도의 국부적인 직선 운동을 하게 되나, 그 진동의 크기가 작고 국부적인 진동들이 서로 상쇄되는 효과로 인해 소리를 원활하게 재생할 수 없다. +/- 전류 신호에 따라 코일이 소리를 낼 수 있게 하려면 코일이 중심축과 나란히 큰 변위의 상승, 하강 운동을 하게 하는 것이 필요하다. 어느 하나의 코일 반원부(1420)의 운동을 구속시키고, 다른 반원부(1410)를 움직이게 하면 전류 신호에 따른 코일의 변위 이동 움직임으로 소리가 재생된다. 14 is a diagram illustrating a structure of a damper and a stopper of a magnetic-free speaker according to some embodiments. The non-magnetic speaker is arranged so that the central axes of the diaphragm 1430 and the voice coils 1410 and 1420 face the ears, for example, orthogonal to the static magnetic field, the semicircle of the voice coil (for example, the voice coil first semicircle, 1410). ) To descend in the direction of the central axis and another semicircle (eg, the second semicircle of the voice coil, 1420) ascending in the opposite direction of the central axis, simultaneously generating the resultant force of the force to move the coil. Extinguish. Accordingly, the entire voice coil has a motion mode in which it rotates by itself without linear movement. Since the circumference of the coil and the diaphragm 1430 are fixed to each other, and the supporting force of the diaphragm 1430 is uneven along the circumference of the coil (the material elastic repulsion force is different depending on the shape of the diaphragm), the diaphragm 1430 is Although linear motion is performed, the magnitude of the vibration is small, and the sound cannot be reproduced smoothly due to the effect that the local vibrations cancel each other. In order for the coil to make a sound according to the +/- current signal, it is necessary to make the coil move up and down with a large displacement in parallel with the central axis. When the motion of one coil semicircle part 1420 is restrained and the other semicircle part 1410 is moved, sound is reproduced by the displacement movement movement of the coil according to the current signal.

도 14에서 코일 반원부(1420)를 구속시키는 방법으로 진동판(1430)의 한쪽 편에 진동판(1430)의 진동을 흡수하기 위한 진동 흡수부, 예컨대, 스폰지 등의 일정한 탄성과 자체 변형이 이루어지는 댐퍼(1440)를 부착하고, 그 위에 플라스틱 등의 강체 경계벽으로서, 스토퍼(1450)를 설치한다. 진동판(1430) 상승 방향으로 일종의 댐퍼(1440)-스토퍼(1450) 구조를 구성하여 진동판(1430)의 비틀림 진동을 억제하고 상하 직선운동을 크게 할 수 있다. 스폰지 댐퍼(1440)와 플라스틱 스토퍼(1450) 사이의 간격과 스폰지 댐퍼(1440)의 두께, 밀도가 중요한 인자가 될 수 있다. 진동판(1430)의 상승이 댐퍼(1440)-스토퍼(1450)에 의해 저지될 때, 과도한 힘을 받게 되면 진동판(1430)의 찌그러짐 또는 비정상 변형으로 일부 주파수를 재생하지 못하는 문제가 발생하고, 반대로 댐퍼(1440)와 스토퍼(1450) 간에 간격이 커서 저지되는 힘이 매우 작거나 없으면 소리 출력이 약해지는 문제가 발생한다. 또한 진동판(1430)에 부착된 댐퍼(1440)의 중량은 진동판 고유 진동수에 영향을 주고, 주파수 응답 특성의 변화에 영향을 주므로, 진동판(1430)의 기계적인 형상과 구조에 따라 적절한 크기 및 중량을 부착하여야 한다. In FIG. 14, a vibration absorbing part for absorbing the vibration of the diaphragm 1430 on one side of the diaphragm 1430 as a method of constraining the coil semicircular part 1420, for example, a damper having constant elasticity and self-deformation such as a sponge ( 1440) is attached, and a stopper 1450 is installed thereon as a rigid boundary wall of plastic or the like. By configuring a damper 1440-stopper 1450 structure in the upward direction of the diaphragm 1430, it is possible to suppress torsional vibration of the diaphragm 1430 and increase the vertical linear motion. The spacing between the sponge damper 1440 and the plastic stopper 1450 and the thickness and density of the sponge damper 1440 may be important factors. When the rise of the diaphragm 1430 is prevented by the damper 1440-stopper 1450, if excessive force is applied, a problem of not being able to reproduce some frequencies due to distortion or abnormal deformation of the diaphragm 1430 occurs. There is a problem in that the sound output is weakened if the impeding force is very small or there is a large gap between the 1440 and the stopper 1450. In addition, since the weight of the damper 1440 attached to the diaphragm 1430 affects the natural frequency of the diaphragm and affects the change in frequency response characteristics, the appropriate size and weight may be adjusted according to the mechanical shape and structure of the diaphragm 1430. It must be attached.

이하, 도 15 및 도 16을 통해 일부 실시예에 따른 소음 제거 방법을 설명한다.Hereinafter, a noise reduction method according to some embodiments will be described with reference to FIGS. 15 and 16.

도 15는 일부 실시예에 따른 소음 제거 방법의 흐름도이다.15 is a flow chart of a noise reduction method according to some embodiments.

단계 1510에서, 소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는다.In step 1510, a voice signal including noise is input.

단계 1520에서, 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정한다. 이 때, 소음을 발생시키는 기기로부터 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산할 수 있다.In step 1520, the period of the noise pattern in the voice signal is estimated. In this case, period information of noise may be obtained from a device that generates noise, or period information may be calculated based on data of a voice signal acquired for a predetermined time.

단계 1530에서, 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 음성 신호로부터 소음 패턴을 감산하여 제거한다. 단계 1530에서는, 소음 패턴과 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 단계, 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키는 단계, 및 잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 단계를 포함할 수 있다.In step 1530, the noise pattern is subtracted and removed from the voice signal in the frequency domain by using the estimated period of the noise pattern. In step 1530, matching the noise pattern with the timing index of the current frame of the speech signal, removing the spectrum of the timing noise frame from the current frame of the speech signal, and removing residual noise through post-processing. Can include.

단계 1540에서, 소음의 크기 변화에 따라 소음 패턴을 업데이트한다. 단계 1540에서는, 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단하는 단계, 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 소음 패턴을 업데이트하고 음성 신호로부터 소음 패턴을 제거하는 단계, 소음 패턴이 제거된 출력이 입력된 소음보다 크게 증폭되어 발산하는지 여부를 판단하는 단계, 및 출력이 발산하는 경우, 소음 패턴 정보를 초기화시키는 단계를 포함할 수 있다.In step 1540, the noise pattern is updated according to the change in the noise level. In step 1540, determining the presence or absence of speech in the current frame of the speech signal, if there is no speech in the current frame of the speech signal, updating the noise pattern and removing the noise pattern from the speech signal, the noise pattern is It may include determining whether the removed output is amplified and emitted larger than the input noise, and initializing noise pattern information when the output is emanating.

단계 1550에서, 소음 패턴이 제거된 음성 신호를 출력한다.In step 1550, a voice signal from which the noise pattern has been removed is output.

도 16은 일부 실시예에 따른 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 16 is a schematic flowchart illustrating a voice communication noise reduction algorithm according to some embodiments.

도 17은 일부 실시예에 따른 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 나타내는 구체적인 흐름도이다. 도 17에서는 도 16의 주기 추정 단계(1640), 잡음 제거 단계(1650), 소음 업데이트 단계(1660)를 보다 상세히 나타내고 있다.17 is a detailed flowchart illustrating a voice communication noise reduction algorithm according to some embodiments. In FIG. 17, the period estimation step 1640, the noise removal step 1650, and the noise update step 1660 of FIG. 16 are shown in more detail.

- 화자(예컨대, 환자) 음성 획득 단계-Speaker (eg, patient) voice acquisition step

마이크로 화자의 음성과 소음 신호를 동시에 획득하여 잡음제거 처리 단계로 입력한다. 예컨대, MRI 스캔 룸에서 마이크로 환자의 음성과 소음 신호를 동시에 획득하여 잡음 차단 처리 단계로 입력한다. 이 때, 높은 소음 레벨의 환경(예컨대, MRI 환경)이므로 소음 대비 화자(예컨대, 환자) 음성이 작은 레벨로 입력된다. 따라서, 일부 실시예에서는 지향성 마이크를 사용하여 SNR을 높여준다.The voice and noise signals of the micro speaker are simultaneously acquired and input to the noise reduction processing step. For example, in the MRI scan room, a patient's voice and noise signals are simultaneously acquired and input to the noise blocking process. At this time, since the environment has a high noise level (eg, an MRI environment), a speaker (eg, a patient) voice is input at a small level compared to the noise. Therefore, in some embodiments, a directional microphone is used to increase the SNR.

- 음성 커뮤니케이션 잡음 차단 단계-Voice communication noise blocking step

이하에서는 도 16 및 17의 흐름도를 참조하여 일부 실시예에 따른 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, a voice communication noise reduction algorithm according to some embodiments will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 16 and 17.

단계 1610에서 프로그램 루프, 예컨대, 음성 커뮤니케이션 잡음제거 알고리즘을 시작한다. 프로그램 루프는, 단계 1690에서 종료된 후, 단계 1610으로 되돌아올 수 있는 것으로 나타낸 것처럼 반복하여 계속하여 수행될 수 있다.In step 1610 a program loop, e.g., a voice communication denoising algorithm, is started. The program loop may be performed repeatedly and continuously as shown, after ending at step 1690, and returning to step 1610.

단계 1620에서, 앞서 설명한 화자의 음성 획득 단계에서 얻어진 입력 신호에 대해 일부 실시예에 따른 잡음제거 알고리즘이 실행된다.In step 1620, a noise reduction algorithm according to some embodiments is executed on the input signal obtained in the speaker's speech acquisition step described above.

단계 1630에서, 주기 추정이 완료되었는지 판단하여, 주기 추정이 완료되지 않은 경우, 단계 1640에서 주기 추정 단계를 수행한다. 주기추정이 완료된 경우, 단계 1650에서 잡음 제거 단계를 수행한다.In step 1630, it is determined whether period estimation is completed, and if period estimation is not completed, a period estimation step is performed in step 1640. When period estimation is completed, a noise removal step is performed in step 1650.

단계 1640에서, 주기 추정 단계의 알고리즘이 동작하게 되면 단계 1642에서, 입력 신호를 소음 버퍼(buffer)에 저장하면서 샘플 카운트(sample count)를 시작한다. In step 1640, when the algorithm of the period estimation step is operated, in step 1642, a sample count is started while storing the input signal in a noise buffer.

단계 1644에서, 소음 버퍼를 충분한 크기만큼 저장하여 주기를 추정하기 위해 샘플 카운트가 소정의 임계값(threshold)에 도달할 때까지, 예를 들어 샘플 카운트가 소정의 임계값보다 큰 값을 가질 때까지 저장을 반복한다. In step 1644, until the sample count reaches a predetermined threshold to estimate the period by storing the noise buffer by a sufficient size, for example, until the sample count has a value greater than a predetermined threshold. Repeat saving.

단계 1646에서, 소음 버퍼를 이용하여 입력되는 소음의 주기 값을 계산함으로써 주기를 추정하거나 소음을 발생시키는 기기의 시스템으로부터 주기 정보를 입력받아 저장한다.In step 1646, the period is estimated by calculating the period value of the input noise using the noise buffer, or period information is received and stored from the system of the device generating the noise.

다음으로 단계 1650에서, 잡음 제거 단계를 수행한다.Next, in step 1650, a noise removal step is performed.

단계 1646에서 주기 정보 값의 저장이 완료되면 단계 1652에서는 프레임(frame) 단위로 입력을 저장한다. 이 때, 프레임 크기가 작을수록 잡음 제거에 있어서 왜곡을 줄일 수 있다.When the storage of the period information value is completed in step 1646, the input is stored in a frame unit in step 1652. In this case, as the frame size is smaller, distortion can be reduced in noise removal.

단계 1654에서 작은 프레임 크기에서 신호를 처리하기 위해 현재 프레임이 소음 패턴이 저장된 버퍼의 어느 타이밍에 일치하는지의 정보, 즉, 인덱스(index) 정보를 다음 수학식 1과 같이 계산한다.In step 1654, in order to process a signal at a small frame size, information indicating which timing of the current frame matches the buffer in which the noise pattern is stored, that is, index information, is calculated as shown in Equation 1 below.

Figure 112014064251377-pat00001
Figure 112014064251377-pat00001

여기에서, Index는 현재 프레임이 소음 패턴이 저장된 버퍼의 어느 타이밍에 일치하는지를 나타내는 정보이다.Here, the Index is information indicating at which timing the current frame matches the buffer in which the noise pattern is stored.

단계 1656에서는 인덱스 정보 값을 이용해 입력 프레임과 타이밍이 맞춰진 프레임 크기만큼의 소음 버퍼 신호를 각각 주파수 영역으로 전환(예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform) 수행)하고, 각각의 크기(magnitude)를 계산한다.In step 1656, the noise buffer signal corresponding to the size of the input frame and the frame whose timing is matched is converted into the frequency domain using the index information value (for example, FFT (Fast Fourier Transform) is performed), and each magnitude is calculated. do.

단계 1658에서는 계산된 크기 정보를 아래의 수학식 2와 같이 감산(subtract)하여 음성신호를 분리한다. 이 때

Figure 112014064251377-pat00002
는 추정된 음성,
Figure 112014064251377-pat00003
는 잡음이 섞인 음성, 그리고
Figure 112014064251377-pat00004
는 소음 패턴 신호를 의미한다.In step 1658, the calculated size information is subtracted as shown in Equation 2 below to separate the speech signal. At this time
Figure 112014064251377-pat00002
Is the estimated voice,
Figure 112014064251377-pat00003
Is a noisy voice, and
Figure 112014064251377-pat00004
Means the noise pattern signal.

Figure 112014064251377-pat00005
Figure 112014064251377-pat00005

분리된 음성 신호에서 잔류 잡음을 제거한 후 단계 1659에서는 시간 영역으로 전환(예를 들어, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)한다.After removing the residual noise from the separated speech signal, in step 1659, it is converted to the time domain (for example, Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)).

다음으로 단계 1660에서, 소음 업데이트 단계를 수행한다.Next, in step 1660, a noise update step is performed.

단계 1662에서 음성의 존재 유무를 판단한다. 현재 프레임에서 음성이 존재하지 않을 경우 단계 1664에서 소음 패턴 버퍼의 현재 프레임을 입력 프레임으로 대체하여 소음 정보를 갱신(update)한다. In step 1662, it is determined whether there is a voice. If there is no voice in the current frame, in step 1664, the current frame of the noise pattern buffer is replaced with an input frame, and noise information is updated.

단계 1670에서 이 출력이 발산하는지 여부를 판단한다.In step 1670, it is determined whether this output is diverging.

단계 1670에서 출력이 발산할 경우, 단계 1640으로 되돌아가 주기 추정 단계를 다시 행한다.If the output diverges in step 1670, the process returns to step 1640 and the period estimation step is performed again.

단계 1670에서 출력이 발산하지 않을 경우 단계 1680에서 오디오 출력으로 내보내고 프로그램 루프(loop)를 종료시킨다. 단계 1690의 프로그램 루프 종료 단계에서는 단계 1610으로 되돌아가 프로그램 루프를 반복시킬 수도 있다.If the output does not diverge in step 1670, the output is sent to the audio output in step 1680 and the program loop is terminated. In the program loop end step of step 1690, the program loop may be repeated by returning to step 1610.

- 상대방의 음성 및 컨텐츠 재생 단계 -The other party's voice and content playback stage

또 다른 음성입력장치로 상대방의 음성을 취득하고, 화자가 착용한 ANC 기능을 포함한 출력 장치에 있는 스피커로 능동소음제어를 하는 동시에 음성을 출력한다.Another voice input device acquires the other party's voice, and the speaker in the output device including the ANC function worn by the speaker performs active noise control and simultaneously outputs the voice.

본 발명의 일 실시예는 위치마다 다른 MRI의 B0 정자기장의 세기에 따라 전류의 세기 또는 도선의 총 길이를 변화시켜서 MRI 환경 어디서나 작동 가능한 음향 시스템을 제안하는 것이다. 음향 시스템을 구성하는 스피커는 아래의 수학식 3과 같이 흐르는 전류가 주변 자기장에 의해 힘을 받아서 움직이는 현상을 이용하여 음향을 발생시키게 된다.An embodiment of the present invention is to propose an acoustic system capable of operating anywhere in an MRI environment by changing the strength of the current or the total length of the wire according to the strength of the B0 static magnetic field of the MRI that is different for each location. The speaker constituting the sound system generates sound by using a phenomenon in which a current flowing by the surrounding magnetic field moves as shown in Equation 3 below.

Figure 112014064251377-pat00006
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여기에서, F는 도선이 받는 힘, L은 도선의 길이, I는 도선에 흐르는 전류를 의미한다.Here, F is the force received by the wire, L is the length of the wire, and I is the current flowing through the wire.

또한, 위 수학식 3의 요소 중에 자기장(B)은 MRI 환경에서 기본적으로 강하게 존재하는 요소로서, 무자석 다이나믹 스피커는 일반 자석 대신에 MRI의 정자기장을 사용하게 된다. 그러나 이러한 MRI의 정자기장은 위치마다 세기가 달라지므로, 음성 코일이 받는 힘 F는 위치마다 달라지게 된다. 이와 같이 자기장의 세기 B가 변하는 환경에서 음성 코일이 받는 힘 F를 일정하게 유지시켜주기 위해 일부 실시예에서는 도선의 길이 L 또는 도선에 흐르는 전류 I를 변화시켜 준다.In addition, among the elements of Equation 3 above, the magnetic field (B) is an element that basically exists strongly in the MRI environment, and the non-magnetic dynamic speaker uses the static magnetic field of the MRI instead of the normal magnet. However, since the strength of the static magnetic field of the MRI varies from position to position, the force F received by the voice coil varies from position to position. In order to keep the force F received by the voice coil constant in an environment in which the strength B of the magnetic field is changed, in some embodiments, the length L of the conducting wire or the current I flowing through the conducting wire is changed.

이를 위한 일부 실시예의 동작을 도 18을 참조하여 설명한다.The operation of some embodiments for this will be described with reference to FIG. 18.

도 18은 일부 실시예에 따른 능동 소음 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.18 is a flowchart illustrating an active noise control method according to some embodiments.

단계 1810에서는, 출력 장치의 위치에 따른 정자기장의 세기에 따라 출력 장치를 선택한다. In step 1810, the output device is selected according to the strength of the static magnetic field according to the location of the output device.

단계 1810에서는, 출력 장치에 포함되는 멀티 코일에서 가장 짧은 길이의 코일부터 순서대로 작동시키는 단계, 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서, 예를 들어, 마이크를 통해 획득한 출력 신호를 분석하는 단계, 출력 신호의 파형이 출력 장치에 입력되는 입력 신호의 파형으로부터 변형된 것인 왜곡의 발생 여부와 소음보다 출력을 크게 재생 가능한지 여부를 판단하는 단계, 및 왜곡이 발생하지 않고 출력이 재생 가능한 코일 중 가장 짧은 코일을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.In step 1810, the steps of sequentially operating the coils of the shortest length from the multi-coils included in the output device, analyzing the output signal acquired through an analysis sensor for measuring the response of the output device, for example, a microphone , Determining whether distortion occurs in which the waveform of the output signal is transformed from the waveform of the input signal input to the output device and whether the output can be reproduced louder than noise, and the output is reproducible without distortion. Selecting the shortest coil may be included.

또한 단계 1810에서는, 출력 장치에 포함되는 전류 세기 조정부에서 가장 큰 크기의 저항부터 순서대로 작동시키는 단계, 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서, 예를 들어, 마이크를 통해 획득한 출력 신호를 분석하는 단계, 출력 신호의 파형이 출력 장치에 입력되는 입력 신호의 파형으로부터 변형된 것인 왜곡의 발생 여부와 소음보다 출력을 크게 재생 가능한지 여부를 판단하는 단계, 및 왜곡이 발생하지 않고 출력이 재생 가능한 저항값 중 중 가장 큰 저항값을 선택하는 단계를 포함할 수도 있다.Further, in step 1810, the current intensity adjustment unit included in the output device operates in order from the largest resistance, and an analysis sensor for measuring the response of the output device, for example, an output signal acquired through a microphone is analyzed. The step of determining whether the output signal waveform is transformed from the waveform of the input signal input to the output device, determining whether distortion occurs and whether the output can be reproduced louder than noise, and the output can be reproduced without distortion. It may include the step of selecting the largest resistance value among the resistance values.

단계 1820에서는, 선택된 출력 장치에 사용되는 이득을 조정한다. 단계 1820에서는, 출력 장치에 포함되는 멀티 코일 중 선택된 코일을 사용하는 무자석 다이나믹 트랜스듀서의 출력과 입력된 소음의 레벨 정보에 기초하여 이득값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 단계 1820에서는, 출력 장치에 포함되는 전류 세기 조정부의 저항값 중 선택된 저항값에 의한 출력과 입력된 소음의 레벨 정보에 기초하여 이득값을 산출하는 단계를 포함할 수도 있다.In step 1820, the gain used for the selected output device is adjusted. In step 1820, a gain value may be calculated based on the output of the non-magnetic dynamic transducer using the selected coil among the multi-coils included in the output device and the level information of the input noise. In addition, in operation 1820, a step of calculating a gain value based on level information of the input noise and output based on a selected resistance value among the resistance values of the current intensity adjusting unit included in the output device may be included.

단계 1830에서는, 선택된 출력 장치와 이득을 반영하여 능동 소음 제어 신호를 산출한다. 단계 1830에서는, 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서, 예를 들어, 마이크와 선택된 출력 장치 사이의 출력 특성 정보, 및 분석 센서를 통해 입력되는 소음 정보에 기초하여, 분석 센서를 통해 입력되는 소음의 크기가 줄어들도록 능동 소음 제어 신호를 생성하는 필터를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 단계 1830에서는, 출력 장치의 응답을 측정하기 위한 분석 센서, 예를 들어, 마이크와 선택된 출력 장치 사이의 출력 특성 정보, 및 분석 센서를 통해 입력되는 소음 정보에 기초하여, 선택된 음향 출력 장치에 대해 미리 입력된 고정 필터를 사용하여 능동 소음 제어 신호를 산출하는 단계를 포함할 수도 있다.In step 1830, an active noise control signal is calculated by reflecting the selected output device and the gain. In step 1830, based on the analysis sensor for measuring the response of the output device, for example, output characteristic information between the microphone and the selected output device, and noise information input through the analysis sensor, noise input through the analysis sensor It may include configuring a filter for generating an active noise control signal to reduce the size of the. In addition, in step 1830, based on the analysis sensor for measuring the response of the output device, for example, output characteristic information between the microphone and the selected output device, and noise information input through the analysis sensor, the selected sound output device is It may include the step of calculating an active noise control signal using the fixed filter input in advance.

단계 1840에서는, 산출된 능동 소음 제어 신호를 선택된 출력 장치에 출력하여 소음 제어를 행한다.In step 1840, noise control is performed by outputting the calculated active noise control signal to the selected output device.

이하, 능동 소음 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an active noise control method will be described in detail.

먼저 정자기장의 세기에 따른 적절한 코일의 길이 및 전류의 세기를 선택하는 과정을 거친다. 다음으로 선택된 코일 및 전류의 세기를 사용하여 해당 위치의 정자기장 세기에 적당한 출력의 음향을 출력하게 된다.First, it goes through a process of selecting an appropriate coil length and current strength according to the strength of the static magnetic field. Next, the selected coil and current strength are used to output a sound having an appropriate output for the strength of the static magnetic field at the location.

정자기장의 세기에 따른 적절한 코일의 길이 및 전류의 세기를 선택하는 과정은 위치에 따라 미리 분석된 자기장의 세기 정보를 사용할 수 있다. 미리 분석된 정보를 사용하는 과정은 도 3과 같이 미리 측정된 위치별 정자기장 세기 정보에 대한 적절한 코일의 길이 또는 전류의 세기를 정해 놓고, 스피커가 놓인 위치에 따라 코일의 길이 및 전류의 세기를 변화시켜서 사용하게 된다. In the process of selecting an appropriate coil length and current strength according to the strength of the static magnetic field, information about the strength of the magnetic field analyzed in advance may be used according to the location. In the process of using the previously analyzed information, as shown in FIG. 3, the length of the coil or the strength of the current is determined for the static magnetic field strength information measured in advance, and the length of the coil and the strength of the current are changed according to the position where the speaker is placed. And use it.

또한 마이크 등의 센서를 사용하여 자동으로 코일의 길이 또는 전류의 세기를 정할 수 있다. MRI의 정자기장 내부에 스피커가 위치하고 작동을 시작하면 정자기장 세기에 따른 전류 세기 및 코일의 자동 선택 과정이 시작된다. 도 10과 같이, 예컨대, 서로 다른 길이의 코일 1, 코일 2, 코일 3을 포함하는 멀티 코일에서, 우선 가장 짧은 코일의 길이를 선택한다. 그 다음으로 미리 입력된 테스트 신호를 시스템에 입력하여 스피커의 출력으로 나오는 신호를 마이크 등의 센서를 통해 입력받게 된다. 입력받은 신호를 분석을 해서 스피커의 왜곡(distortion)의 발생 여부 및 출력의 크기를 측정한다. 만약 왜곡이 발생하거나 출력이 부족하면 MRI 정자기장의 세기가 약한 상태이므로 그 다음 길이의 코일 길이를 선택한다. 해당 코일의 길이에 대해 테스트 신호의 재생을 통한 마이크 입력신호 분석 과정을 거치게 되고, 적절한 출력이 가능할 때까지 코일의 길이를 증가시키면서 반복 수행한다. 정자기장의 세기에 따른 전류의 세기를 정하는 과정도 이와 동일하며, 전류의 세기를 최소 수준부터 적절한 수준까지 왜곡이 발생하지 않거나 충분한 출력이 나올 때까지 반복적으로 측정을 하는 과정을 거쳐 결정을 한다.In addition, the length of the coil or the strength of the current can be automatically determined using a sensor such as a microphone. When the speaker is located inside the static magnetic field of the MRI and starts to operate, the current intensity according to the static magnetic field intensity and the automatic selection process of the coil begin. As shown in FIG. 10, for example, in a multi-coil including coil 1, coil 2, and coil 3 having different lengths, first, the length of the shortest coil is selected. Next, a pre-input test signal is input to the system, and the signal coming out of the speaker is received through a sensor such as a microphone. The received signal is analyzed to measure whether or not distortion of the speaker occurs and the size of the output. If distortion occurs or the output is insufficient, the strength of the MRI static magnetic field is weak, so the next coil length is selected. The length of the coil undergoes a process of analyzing the microphone input signal by reproducing the test signal, and repeating the process by increasing the length of the coil until an appropriate output is possible. The process of determining the current strength according to the strength of the static magnetic field is the same, and the current strength is determined from the minimum level to an appropriate level through the process of repeatedly measuring until no distortion or sufficient output is produced.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소음 제어(Active Noise Control:ANC) 시스템의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of an active noise control (ANC) system according to an embodiment of the present invention will be described.

능동 소음 제어 시스템은 MRI 이미지 촬영을 시작하기 전에 먼저 작동된다. MRI 이미지 촬영을 하기 전에 무자석 다이나믹 스피커의 배치된 위치에 따른 적당한 코일 또는 트랜스듀서(transducer)를 선택하게 된다. 멀티-레이어 코일 방식의 무자석 다이나믹 스피커의 경우는 제일 짧은 코일부터 순서대로 작동을 시킨다. 작동은 랜덤 노이즈 또는 스위프 사인(sweep sine) 신호 등의 테스트 신호를 사용한다. 최대 출력의 테스트 신호를 출력시킨 후, 마이크를 통해서 들어오는 입력 신호를 분석한다. The active noise control system is activated before starting the MRI imaging. Before taking an MRI image, an appropriate coil or transducer is selected according to the position of the magnetic-free dynamic speaker. In the case of a multi-layer coil type non-magnetic dynamic speaker, the shortest coil is operated in order. The operation uses test signals such as random noise or sweep sine signals. After outputting the test signal of maximum output, the input signal coming through the microphone is analyzed.

만약 마이크로의 입력 신호 분석 결과, 왜곡이 발생하거나 출력이 부족하면 그 다음으로 짧은 코일을 순차 작동시킨다. 순차로 작동시킨 코일에 대해서도 최대 출력의 테스트 신호에 대해 왜곡의 발생 여부와 출력의 크기를 분석하는 방식으로 코일 길이의 순서대로 특성을 테스트한다. 테스트를 하는 과정에서 코일에 대해 왜곡이 발생하지 않고 하기 수학식 4와 같이 출력(Levelspeaker)이 MRI 소음(noise)의 크기(LevelMRI _ noise) 대비 충분함이 확인되면, 현재 테스트 중인 코일을 사용하는 것으로 결정하고 다음 단계로 넘어간다.As a result of analyzing the input signal of the micro, if distortion occurs or the output is insufficient, the next short coil is sequentially operated. For the coils operated in sequence, characteristics are tested in order of coil length by analyzing whether distortion occurs and the magnitude of the output for the test signal with the maximum output. When it is confirmed that distortion does not occur in the coil and the output (Level speaker ) is sufficient compared to the level of MRI noise (Level MRI _ noise ) as shown in Equation 4 below, the coil currently being tested is Decide to use it and move on to the next step.

Figure 112014064251377-pat00007
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멀티 트랜스듀서(Multi transducer) 방식의 무자석 다이나믹 스피커의 경우는 우선 코일에 테스트 신호를 입력하여 마이크로 들어오는 스피커의 출력 신호를 분석한다. 스피커의 배치된 위치 및 MRI의 B0 정자기장과의 각도에 따라 달라지는 출력신호를 분석하여 왜곡이 발생하거나 MRI 소음(noise)의 레벨 대비 출력의 크기가 부족하면 압전 소자를 선택할 수도 있다. 코일 작동 시, 왜곡이 발생하지 않고 MRI 소음 대비 출력의 크기가 충분하면 코일을 선택하고 다음 단계로 넘어간다.In the case of a multi-transducer type non-magnetic dynamic speaker, first input a test signal to the coil and analyze the output signal of the speaker coming from the microphone. A piezoelectric element may be selected if distortion occurs by analyzing the output signal that varies depending on the position of the speaker and the angle with the B0 static magnetic field of the MRI, or if the size of the output is insufficient compared to the level of the MRI noise. When the coil is operated, if there is no distortion and the output is sufficient compared to the MRI noise, select the coil and move on to the next step.

코일 또는 트랜스듀서가 선택되면 해당 코일 또는 트랜스듀서에 대한 이득(gain)을 산출하여 반영한다. 이득은 스피커의 위치 및 MRI 정자기장 B0에 대해 무자석 다이나믹 스피커의 틀어진 각도로 인해 결정된 스피커의 출력과 MRI 소음의 레벨을 비교하여 결정한다. 또는 이득은 압전 스피커의 출력의 크기와 MRI 소음의 레벨을 비교하여 결정한다. 이때 MRI 소음의 레벨 정보는 미리 측정되어 가지고 있는 통계적인 정보를 사용하고, 스피커의 출력 크기는 코일 또는 트랜스듀서 선택을 위한 테스트 신호 분석 시 마이크로 입력된 데이터 정보를 사용한다. 이렇게 마이크 기준의 음압 레벨의 비율 정보를 바탕으로 0~1사이의 값으로 이득을 산출한다.When a coil or transducer is selected, a gain for the coil or transducer is calculated and reflected. The gain is determined by comparing the level of the MRI noise and the output of the speaker, which is determined due to the distorted angle of the non-magnetic dynamic speaker with respect to the speaker position and MRI static magnetic field B0. Alternatively, the gain is determined by comparing the magnitude of the output of the piezoelectric speaker and the level of the MRI noise. At this time, the level information of the MRI noise is pre-measured and statistical information is used, and the output size of the speaker is the data information input to the microphone when analyzing the test signal for selecting a coil or transducer. In this way, the gain is calculated with a value between 0 and 1 based on the ratio information of the sound pressure level based on the microphone.

도 19는 일부 실시예에 따른 능동 소음 저감 알고리즘을 나타내는 도면이다.19 is a diagram illustrating an active noise reduction algorithm according to some embodiments.

코일 또는 트랜스듀서가 결정되고, 이득이 결정되면 MRI 이미지 촬영을 시작하고, 발생하는 소음에 대해서 도 19와 같이 능동 소음 제어 필터(W, 1960)를 계산한다. When the coil or transducer is determined and the gain is determined, MRI imaging is started, and an active noise control filter (W, 1960) is calculated for the generated noise as shown in FIG. 19.

단계 1910에서는 무자석 다이나믹 스피커로부터 출력을 행한다.In step 1910, output is performed from a non-magnetic dynamic speaker.

단계 1920에서는, 무자석 다이나믹 스피커(1910)의 출력 특성 정보와 귀 근처 마이크(에러 마이크)의 입력 정보를 획득한다.In step 1920, output characteristic information of the magnetic-free dynamic speaker 1910 and input information of a microphone near the ear (error microphone) are acquired.

단계 1930에서는 소음 제어 필터의 업데이트를 행하여, 귀 근처의 마이크(에러 마이크, 1920)로 들어오는 MRI 소음을 줄이도록 단계 1920에서 획득한 귀 근처 마이크(1920)의 입력 정보와 무자석 다이나믹 스피커(1910)의 출력 특성 정보를 사용한다. In step 1930, the noise control filter is updated to reduce the MRI noise coming into the microphone (error microphone, 1920) near the ear, and the input information of the near-ear microphone 1920 obtained in step 1920 and the non-magnetic dynamic speaker 1910 Use the output characteristic information of.

단계 1940에서는 MRI 소음(noise)의 특성을 분석하기 위한 두 번째 마이크(레퍼런스 마이크, 1940)의 입력 신호 정보도 획득한다.In step 1940, input signal information of a second microphone (reference microphone, 1940) for analyzing characteristics of MRI noise is also obtained.

단계 1950에서는 다이나믹 스피커(1910)와 에러 마이크(1920) 사이의 전달함수를 이용하여 레퍼런스 마이크(1940)로부터의 입력을 보정한다. sh' 는 이러한 보정을 나타내는 블록이다.In step 1950, the input from the reference microphone 1940 is corrected using a transfer function between the dynamic speaker 1910 and the error microphone 1920. sh' is the block representing this correction.

단계 1960에서는 단계 1930에서 상술한 과정으로 계산, 업데이트된 제어 필터(W)와 두 번째 마이크(1940) 또는 귀 근처 마이크(1920)의 입력 신호를 합성 곱하여 최종 MRI 소음 제어 신호를 산출해낸다.In step 1960, a final MRI noise control signal is calculated by synthesizing and multiplying the input signal of the second microphone 1940 or the near-ear microphone 1920 with the control filter W calculated and updated in the process described in step 1930.

단계 1970에서는 계산된 MRI 소음(noise) 제어 신호에 이득을 반영한다.In step 1970, the gain is reflected in the calculated MRI noise control signal.

단계 1980에서는, 코일 셀렉터(coil selector) 또는 트랜스듀서 셀렉터(transducer selector)에 의해 이미 선택된 코일 또는 트랜스듀서의 입력 라인으로 제어신호를 보낸다.In step 1980, a control signal is sent to an input line of a coil or transducer already selected by a coil selector or a transducer selector.

단계 1910에서는 제어신호를 무자석 다이나믹 스피커를 통하여 출력한다. 무자석 다이나믹 스피커를 통해 출력된 제어 신호는 귀 근처에서 MRI 소음과 서로 상쇄되어 귀에 도달하는 MRI 소음의 크기를 줄여주게 된다. 줄어든 MRI 소음의 크기는 단계 1920에서 귀 근처 마이크를 통하여 다시 분석되어 단계 1930에서 제어 필터를 갱신하는 데에 다시 사용되고 이러한 반복적인 과정을 통하여 MRI 소음에 대한 능동 소음 제어를 수행하게 된다.In step 1910, a control signal is output through a non-magnetic dynamic speaker. The control signal output through the magnetic-free dynamic speaker cancels the MRI noise near the ear and reduces the amount of MRI noise reaching the ear. The reduced MRI noise level is analyzed again through a microphone near the ear in step 1920 and used again to update the control filter in step 1930. Through this repetitive process, active noise control for the MRI noise is performed.

일부 실시예는 주기적인 소음을 발생하는 기기의 동작 중 화자와 상대방이 커뮤니케이션할 수 있는 시스템과 방법을 제시하여 원활한 의사소통을 가능케 할 수 있다. 또한, 일부 실시예는 MRI 동작 중 환자와 의료진이 커뮤니케이션할 수 있는 시스템과 방법을 제시하여, 긴 MRI 촬영시간 동안 의료진이 환자의 상황을 모니터링할 수 있다. 또한 높은 소음의 환경에서 소음신호를 차단하고 음성신호를 전달하여 커뮤니케이션하는 양방향(예컨대, 환자와 의사)의 피로와 스트레스를 줄이는 장점이 있다. 일부 실시예에서 제시한 잡음을 차단하는 방법은 잡음 차단 단계에서 잡음신호의 패턴을 이용하여 주파수 영역에서 입력 신호로부터 잡음신호만의 스펙트럼을 제거하는 방식을 적용하여 정확히 소음 패턴이 일치하지 않는 경우에도 소음이 증폭되지 않고 안정적인 성능을 보인다. 추가적으로 잔류잡음제거 동작과 모니터링으로 소음 패턴을 업데이트 해주는 동작을 통해 빠르게 변화하는 소음 패턴에 적응한다는 장점이 있다.Some embodiments may provide a system and method for communicating between a speaker and a counterpart during operation of a device that generates a periodic noise, thereby enabling smooth communication. In addition, some embodiments provide a system and method for communicating between a patient and a medical staff during an MRI operation, so that the medical staff can monitor a patient's situation during a long MRI imaging time. In addition, there is an advantage of reducing fatigue and stress in both directions (for example, patients and doctors) communicating by blocking noise signals and transmitting voice signals in a high-noise environment. The method for blocking noise suggested in some embodiments applies a method of removing the spectrum of only the noise signal from the input signal in the frequency domain by using the pattern of the noise signal in the noise blocking step, even when the noise pattern does not match exactly. The noise is not amplified and it shows stable performance. In addition, it has the advantage of adapting to rapidly changing noise patterns through the operation of removing residual noise and updating the noise pattern through monitoring.

또한, 일부 실시예는 무자석 다이나믹 스피커를 사용하여 MRI 환경에서도 저역 소음(noise)에 대해 효과적인 능동 소음 제어를 하는 방법에 관한 것이다. 정자기장의 세기가 약한 보어 외부에서는 제대로 작동하지 않는 방식의 무자석 다이나믹 스피커를 사용하는 기존의 방법과는 다르게 일부 실시예에서는 정자기장의 세기에 구애받지 않고 작동하는 구조의 무자석 다이나믹 스피커를 사용함으로써 어디서나 능동 소음 제어를 통해 소음을 저감시킬 수 있다. 이를 위하여 음성 코일에 흐르는 총 전류의 양을 제어할 수 있는 구조를 제시하였고, 그를 위해 음성 코일의 길이 조정 또는 전류 세기의 조정을 통한 방법을 제안하였다. 이러한 방법과 소음 제어 알고리즘을 결합하여 MRI의 보어 내/외부에서 모두 작동 가능한 무자석 다이나믹 스피커를 이용한 능동 소음 제어 시스템을 사용할 수 있고, 이를 통하여 MRI의 보어 내/외부 위치에 따른 정자기장 세기의 변화 또는 스피커의 배치에 의해 형성되는 B0정자기장과의 각도에 따른 스피커의 출력 변화에 구애받지 않고 MRI 소음을 저감시킬 수 있다.In addition, some embodiments relate to a method of effective active noise control against low-frequency noise even in an MRI environment by using a magnetic-free dynamic speaker. Unlike the conventional method of using a magnetic-free dynamic speaker that does not work properly outside the bore where the strength of the static magnetic field is weak, in some embodiments, a magnetic-free dynamic speaker having a structure that operates regardless of the strength of the static magnetic field is used. Noise can be reduced through active noise control. To this end, a structure capable of controlling the total amount of current flowing through the voice coil was proposed, and a method through adjusting the length of the voice coil or adjusting the current intensity was proposed. By combining this method and the noise control algorithm, an active noise control system using a magnetic-free dynamic speaker that can operate both inside and outside the bore of the MRI can be used, and through this, the change of the static magnetic field strength according to the position inside or outside the bore of the MRI or MRI noise can be reduced regardless of the change in the output of the speaker according to the angle with the B0 static magnetic field formed by the arrangement of the speaker.

도 20은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상(MRI) 시스템을 나타낸다. 도 21은 MRI 소음에 알고리즘을 적용하여 소음을 차단한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 자기 공명 영상(MRI) 시스템은 보어(2010), 제1 음성 입력 장치(2020), 제2 음성 입력 장치(2030), 제1 출력 장치(2040), 제2 출력 장치(2050), 능동 소음 제어 장치(2060), 및 소음 제거 신호 처리 장치(2070)를 포함한다.20 illustrates a magnetic resonance imaging (MRI) system according to some embodiments. 21 shows a simulation result of blocking noise by applying an algorithm to MRI noise. The magnetic resonance imaging (MRI) system includes a bore 2010, a first voice input device 2020, a second voice input device 2030, a first output device 2040, a second output device 2050, and active noise control. An apparatus 2060, and a noise reduction signal processing apparatus 2070.

보어(2010)는 자기장을 발생한다. 자기장은 자석 또는 전자석에 의해 발생되고, 자기장이 발생할 때, 전자기파를 사용하여 보어 내의 환자의 인체 내부의 정보를 얻을 수 있다.Bohr (2010) generates a magnetic field. The magnetic field is generated by a magnet or an electromagnet, and when the magnetic field is generated, information about the inside of the patient's human body in the bore can be obtained using electromagnetic waves.

제1 음성 입력 장치(2020)는 보어(2010) 측의 제1 사용자, 예컨대, 스캔 룸의 환자의 음성을 포함하는 음향 신호를 입력받는다. 제1 음성 입력 장치(2020)는, 지향성 마이크를 사용하여 높은 소음 레벨의 환경에서도 높은 SNR로 음성을 취득할 수 있다.The first voice input device 2020 receives an audio signal including the voice of a first user at the bore 2010 side, for example, a patient in the scan room. The first audio input device 2020 can acquire audio with high SNR even in an environment with a high noise level using a directional microphone.

제2 음성 입력 장치(2030)는 MRI를 제어하는 제2 사용자, 예컨대, 컨트롤 룸의 의료진의 음성을 포함하는 음향 신호를 입력받는다.The second voice input device 2030 receives an audio signal including voice from a second user controlling the MRI, for example, a medical staff in a control room.

제1 출력 장치(2040)는 무자석 스피커를 사용하여 제2 사용자(의료진)의 음성을 포함하는 음향 신호를 제1 사용자(환자)에게 출력한다.The first output device 2040 outputs an acoustic signal including the voice of the second user (medical staff) to the first user (patient) using a magnetic-free speaker.

제2 출력 장치(2050)는 제1 사용자(환자)의 음성을 포함하는 음향 신호를 제2 사용자(의료진)에게 출력한다.The second output device 2050 outputs an acoustic signal including the voice of the first user (patient) to the second user (medical staff).

능동 소음 제어 장치(2060)는 제1 출력 장치(2040)의 위치에 따른 MRI 정자기장의 세기에 따라, 제2 음성 입력 장치(2030)의 음향 신호에 능동 소음 제어를 행하여 제1 출력 장치(2040)에 전달한다.The active noise control device 2060 performs active noise control on the sound signal of the second voice input device 2030 according to the strength of the MRI static magnetic field according to the position of the first output device 2040, and the first output device 2040 To pass on.

소음 제거 신호 처리 장치(2070)는 제1 음성 입력 장치(2020)의 음향 신호로부터 소음 패턴을 추정하여 주파수 영역에서 소음 패턴을 제거하여 제2 출력 장치(2050)에 전달한다.The noise canceling signal processing apparatus 2070 estimates a noise pattern from the acoustic signal of the first voice input apparatus 2020, removes the noise pattern in the frequency domain, and transmits the noise pattern to the second output apparatus 2050.

일부 실시예에 의하면 도 20과 같이 MRI 기기에서의 양방향 커뮤니케이션 동작이 가능하다. MRI 보어(2010) 내부의 환자가 말하는 음성이 제1 음성 입력 장치(2020)를 통해 MRI 소음과 함께 입력되고 소음 제거 신호 처리(2070)를 거쳐 소음이 제거된 음성 신호가 의료진에게 전달되고, 의료진의 음성 또한 ANC 기능을 포함한 헤드셋(2040)을 통해 환자에게 출력이 가능하다. 이 때, MRI 스캔 룸 내부에서 사용되는 음성 취득용 마이크(2020)와 헤드셋(2040) 장치는 MRI 촬영시 영향을 주지 않는 장치로 구성되어야 한다. MRI 스캔 룸 내부에서 사용되는 헤드셋(2040) 장치는 MRI 스캔 룸 또는 본체에 탑재되는 스피커(2040)로 대체되어 이용할 수도 있다. According to some embodiments, a two-way communication operation in an MRI device is possible as shown in FIG. 20. The voice spoken by the patient inside the MRI bore (2010) is input with the MRI noise through the first voice input device (2020), and the voice signal from which the noise is removed is transmitted to the medical staff through the noise reduction signal processing (2070). Voice of the patient can also be output to the patient through the headset 2040 including the ANC function. In this case, the microphone 2020 for voice acquisition and the headset 2040 used inside the MRI scan room should be configured as devices that do not affect the MRI scan. The headset 2040 device used inside the MRI scan room may be replaced with a speaker 2040 mounted in the MRI scan room or the main body.

도 21은 실제 MRI 장비에서 소음제거 알고리즘을 적용하여 MRI 소음을 차단하고 음성 신호를 얻어낸 결과이다. 21 is a result of blocking MRI noise and obtaining a voice signal by applying a noise reduction algorithm in an actual MRI equipment.

또한, 촬영 중 환자의 특징을 기반으로 한 엔터테인먼트 서비스가 가능하다. 디스플레이와 음향재생장치를 이용하여 외부와 연동된 전자기기의 컨텐츠를 환자가 선택할 수 있으며 환자의 안정을 유도하는 음악 및 영상을 제공하는 것이 가능하다. 그리고 긴 촬영시간 동안 환자의 추가 진단 및 의사와의 원격 상담을 통해 전체 병원 진료 시간을 단축하며 환자 맞춤형 의료 정보 및 광고 등을 제공할 수 있다.In addition, entertainment services based on patient characteristics during shooting are possible. By using a display and a sound reproducing device, the patient can select the contents of the electronic device linked to the outside, and it is possible to provide music and images that induce the patient's stability. In addition, it is possible to shorten the entire hospital treatment time through additional diagnosis of the patient and remote consultation with the doctor during the long shooting time, and provide customized medical information and advertisements for patients.

또한, 주기적이고 큰 레벨의 소음을 발생시키는 헬기나 공장 안에서 외부의 사람과 커뮤니케이션을 할 경우에 일부 실시예의 방법을 이용하여 잡음을 차단하면서 음성 신호를 상대방에게 전달하는 것이 가능하다. 또한, 자동차, 오토바이, 기차 등의 교통 수단, 청소기, 세탁기 등의 가전 제품 등 주기적 소음을 발생시키는 상황에서 커뮤니케이션을 할 경우에 일부 실시예를 이용하여 소음을 제거하여 음성 신호를 전달할 수 있다.In addition, when communicating with an outside person in a helicopter or a factory that generates a periodic and high level of noise, it is possible to transmit a voice signal to the other party while blocking the noise by using the method of some embodiments. In addition, when communicating in a situation that generates periodic noise, such as transportation means such as automobiles, motorcycles, and trains, and household appliances such as vacuum cleaners and washing machines, voice signals may be transmitted by removing noise using some embodiments.

한편, 본 발명의 일 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, an embodiment of the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, and the like, and are implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include. Further, the computer-readable recording medium is distributed over a computer system connected by a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the technical field to which the present invention belongs.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far, we have looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the present invention.

Claims (25)

소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는 입력부,
상기 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정하는 주기 추정부,
상기 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 소음 제거부,
상기 소음의 크기 변화에 따라 상기 소음 패턴을 업데이트하는 소음 업데이트부, 및
복수의 코일을 포함하는 무자석 스피커를 이용하여, 상기 소음 패턴이 제거된 상기 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 출력부는 상기 무자석 스피커의 출력의 변경에 따라 상기 복수의 코일 중 적어도 하나를 선택함으로써 코일의 길이를 결정하는 음향 장치.
An input unit that receives a voice signal including noise,
A period estimating unit that estimates a period of a noise pattern in the speech signal,
A noise removal unit for subtracting and removing the noise pattern from the voice signal in a frequency domain using the estimated noise pattern period,
A noise update unit for updating the noise pattern according to a change in the amount of the noise, and
Using a magnetic-free speaker including a plurality of coils, including an output unit for outputting the sound signal from which the noise pattern has been removed,
The output unit determines the length of the coil by selecting at least one of the plurality of coils according to a change in the output of the non-magnetic speaker.
제 1 항에 있어서,
상기 주기 추정부는, 상기 소음을 발생시키는 기기로부터 상기 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 상기 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
The method of claim 1,
The period estimating unit acquires period information of the noise from the device generating the noise, or calculates period information based on data of the audio signal acquired for a predetermined time.
제 1 항에 있어서,
상기 소음 제거부는,
상기 소음 패턴과 상기 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 정렬부,
상기 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키고, 잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
The method of claim 1,
The noise reduction unit,
An alignment unit that matches the noise pattern and the timing index of the current frame of the voice signal,
And a calculation unit that removes a spectrum of a noise frame with timing from the current frame of the speech signal and removes residual noise through post-processing.
제 1 항에 있어서,
상기 소음 업데이트부는,
상기 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단하고,
상기 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 상기 소음 패턴을 업데이트하고, 상기 소음 제거부에 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 제거하도록 요청하고,
상기 소음 패턴이 제거된 출력이 상기 입력된 소음보다 크게 증폭되어 발산하는지 여부를 판단하고,
상기 출력이 발산하는 경우, 상기 주기 추정부에 소음 패턴 정보를 초기화시키도록 요청하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
The method of claim 1,
The noise update unit,
It is determined whether there is a voice in the current frame of the voice signal,
If there is no voice in the current frame of the voice signal, update the noise pattern, and request the noise removal unit to remove the noise pattern from the voice signal,
It is determined whether the output from which the noise pattern is removed is amplified and emitted larger than the input noise,
When the output is diverged, the sound device is requested to initialize the noise pattern information to the period estimation unit.
소음을 포함하는 음성 신호를 입력받는 단계,
상기 음성 신호 중의 소음 패턴의 주기를 추정하는 단계,
상기 추정된 소음 패턴의 주기를 이용하여 주파수 영역에서 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 단계,
상기 소음의 크기 변화에 따라 상기 소음 패턴을 업데이트하는 단계, 및
복수의 코일을 포함하는 무자석 스피커를 이용하여 상기 소음 패턴이 제거된 상기 음성 신호를 출력하는 단계를 포함하며,
상기 출력하는 단계는, 상기 무자석 스피커의 출력의 변경에 따라 상기 복수의 코일 중 적어도 하나를 선택함으로써 코일의 길이를 결정하는 소음 제거 방법.
Receiving a voice signal including noise,
Estimating a period of a noise pattern in the voice signal,
Subtracting and removing the noise pattern from the voice signal in a frequency domain using the estimated period of the noise pattern,
Updating the noise pattern according to the change in the amount of the noise, and
Including the step of outputting the voice signal from which the noise pattern has been removed using a magnetic-free speaker including a plurality of coils,
In the outputting step, the length of the coil is determined by selecting at least one of the plurality of coils according to a change in the output of the non-magnetic speaker.
제 5 항에 있어서,
상기 소음 패턴의 주기를 추정하는 단계는,
상기 소음을 발생시키는 기기로부터 상기 소음의 주기 정보를 획득하거나, 소정 시간 동안 획득한 상기 음성 신호의 데이터를 통해 주기 정보를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 제거 방법.
The method of claim 5,
Estimating the period of the noise pattern,
And obtaining period information of the noise from the device generating the noise, or calculating period information based on data of the voice signal acquired for a predetermined time.
제 5 항에 있어서,
상기 소음 패턴을 감산하여 제거하는 단계는,
상기 소음 패턴과 상기 음성 신호의 현재 프레임의 타이밍 인덱스를 일치시키는 단계,
상기 음성 신호의 현재 프레임으로부터 타이밍이 맞춰진 소음 프레임의 스펙트럼을 제거시키는 단계, 및
잔류 잡음을 후처리를 통해 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 제거 방법.
The method of claim 5,
The step of subtracting and removing the noise pattern,
Matching the noise pattern with the timing index of the current frame of the speech signal,
Removing a spectrum of a timed noise frame from the current frame of the speech signal, and
Noise reduction method comprising the step of removing residual noise through post-processing.
제 5 항에 있어서,
상기 소음 패턴을 업데이트하는 단계는,
상기 음성 신호의 현재 프레임에서 음성의 존재 유무를 판단하는 단계,
상기 음성 신호의 현재 프레임에 음성이 존재하지 않는 경우, 상기 소음 패턴을 업데이트하고 상기 음성 신호로부터 상기 소음 패턴을 제거하는 단계,
상기 소음 패턴이 제거된 출력이 상기 입력된 소음보다 크게 증폭되어 발산하는지 여부를 판단하는 단계, 및
상기 출력이 발산하는 경우, 소음 패턴 정보를 초기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 제거 방법.
The method of claim 5,
Updating the noise pattern,
Determining the presence or absence of voice in the current frame of the voice signal,
If there is no voice in the current frame of the voice signal, updating the noise pattern and removing the noise pattern from the voice signal,
Determining whether the output from which the noise pattern has been removed is amplified and emitted larger than the input noise, and
And initializing noise pattern information when the output is divergent.
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