KR102189904B1 - 음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향피드백을 경감시키기 위한 비음측정장치 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착되고, 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론을 기반으로 하여 내외부를 관통하는 음향홀을 포함하는 밀폐형 마스크, 상기 마스크와 결합되어 비강과 구강에서 발생된 음을 각각 측정하며, 상기 측정된 비강음과 구강음으로부터 피드백 신호를 제거하여 비음치를 산출하는 비음측정부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 음향피드백을 경감시키기 위한 비음측정장치는, 비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착된 밀폐형 마스크로 인하여 비강음과 구강음의 간섭영향을 최소화하여 치료의 경과를 높일 수 있으며, 마스크 내부로부터 전달받은 비강음 및 구강음의 신호에 마스크 외부에 위치한 하나 이상의 마이크로폰을 통해 측정된 비강-구강음 신호를 감산해줌으로써 비강/구강음 데이터의 신뢰도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.

Description

음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법{Nasometer to relieve acoustic feedback and method thereof}
본 발명은 음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비음과 구강음을 차폐할 수 있는 밀폐형 마스크를 이용하여 환자의 발음에 따른 비강-구강 음의 세기를 측정하는 음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 과대 또는 과소비성(Hypernasality, Hyponasality) 증상의 마비말장애(Dysarthria), 청각장애, 구개열로 인한 연인두 기능부전(Velopharyngeal incompetemce, VPI)을 동반하는 공명장애를 겪고 있는 환자들은 정상인에 비하여 비강음 수치가 높게 나타난다.
특히, 구개열로 인해 연인두 메커니즘이 제대로 작용하지 않을 경우 공명장애가 발생하게 되며, 해부 및 생리학적으로 정상임에도 불구하고 청각장애 및 고령화로 인해 장애의 원인이 되기도 한다. 이러한 장애의 경우 일상적인 의사소통에 어려움을 갖게 되며, 이를 진단 및 치료하기 위해 언어치료사들은 시각적, 청각적, 촉각적 방식 등의 주관적인 방법을 통해 유추해 내는 수준이며, 극히 일부의 해외 선진사를 통해 기 개발된 비음측정기(Nasometer)를 이용, 진단 및 치료를 수행하고 있다.
특히, 비음측정기 또는 나조미터라고 하는 비음측정용 모듈의 경우 관련분야 연구 및 대중화가 이루어지지 못해 많은 문제점을 동반하고 있다. 비음측정을 위해서는 음성발화시 발생하는 구강음과 비강음을 동시에 측정하여 비강음 비율을 수치화하여야 한다.
공명장애치료를 실시하기 위해서는 반드시 각 구강/비강음에 해당하는 정확한 크기의 음향신호를 포집하여 수치화 하여야 하며, 특히, 구강음과 비강음 사이의 간섭영향이 없어야 한다. 따라서 치료에 있어 환자의 구강/비강음의 정확하고 표준화된 수치는 매우 중요한 요소이다.
하지만, 기존의 비음측정기의 경우 음향피드백에 대한 기구 또는 신호처리 기법에 있어 미비한 실정이며, 대부분 음향피드백의 영향을 간과하고 측정된 데이터 및 치료사들의 주관적인 판단에 의존하고 있는 실정이다.
또한, 기존의 비음측정기의 경우 입과 코 사이의 인중에 부착되는 분리판 형태의 구조물, 음형포집모듈 등의 구성이 전부이며, 이러한 비음측정기의 경우 구강음이 비강음을 포집하는 마이크로폰에 포집됨으로써 음향피드백 현상을 유발하게 된다.
최근 들어 무선통신 및 헤드셋 형태의 몇 가지 모듈 결합 또는 기구 변경을 통한 비음치 측정에 대한 기술이 소개된 바 있으나 이러한 방법들은 음향피드백 경감 및 제거에 대한 기능에는 한계를 가지고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0023853 호(2018.03.07. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비음과 구강음을 차폐할 수 있는 밀폐형 마스크를 이용하여 환자의 발음에 따른 비강-구강 음의 세기를 측정하는 음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 음향피드백을 경감시키기 위한 비음측정장치에 있어서, 비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착되는 밀폐형 마스크, 상기 마스크와 결합되어 비강과 구강에서 발생된 음을 각각 측정하며, 상기 측정된 비강음과 구강음으로부터 피드백 신호를 제거하여 비음치를 산출하는 비음측정부를 포함하며, 상기 밀폐형 마스크는, 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론을 기반으로 하여 내외부를 관통하는 음향홀을 포함한다.
상기 밀폐형 마스크는, 실리콘 재질로 형성되며, 좌우 대칭하는 구조로 상기 밀폐형 마스크의 전면에 분산되어 형성되고, 내측에 메쉬 형태의 얇은 투과막이 삽입된 음향홀, 상기 밀폐형 마스크의 내주면에서 외측으로 돌출되어 비음과 구강음을 차폐하는 분리막, 상기 분리막을 중심으로 상측에 위치하며, 비강에서 발화된 음을 전달하는 제1 통공, 그리고 상기 분리막을 중심으로 하측에 위치하며, 구강에서 발화된 음을 전달하는 제2 통공을 포함할 수 있다.
상기 음향홀은, 하기의 수학식과 같이, 상기 밀폐형 마스크의 전체 면적에 대비하여 음향홀의 면적비율이 도출될 수 있다.
Figure 112018125865189-pat00001
여기서,
Figure 112018125865189-pat00002
는 사용자의 음향 대역에 포함된 중심주파수,
Figure 112018125865189-pat00003
는 마스크의 전체 부피, l은 음향홀의 입구부 높이, c는 공기중 음속을 나타낸다.
상기 비음측정부는, 상기 비강에서 발화되는 음을 포집하는 제1 마이크, 상기 구강에서 발화되는 음을 포집하는 제2 마이크, 상기 마스크의 외부로 전달된 비강음 및 구강음을 포집하는 제3 마이크, 그리고 제1 마이크(210), 제2 마이크(220) 및 제3 마이크(230)로부터 수신된 신호를 이용하여 비음치를 산출하고, 산출된 비음치를 외부의 모니터에 송신하는 신호처리모듈을 포함하며,
상기 제1 마이크 및 제2 마이크는 상기 신호처리모듈의 내부에 위치하고, 상기 제3 마이크는 상기 신호처리모듈의 외측 또는 상기 밀폐형 마스크의 외주면 일측에 위치할 수 있다.
상기 신호처리모듈은, 하기의 수학식과 같이, 상기 제1 마이크와 제2 마이크에서 측정된 신호로부터 제3 마이크에서 측정한 신호를 감산하여 비음치를 연산할 수 있다.
Figure 112018125865189-pat00004
여기서,
Figure 112018125865189-pat00005
는 비강음이고,
Figure 112018125865189-pat00006
는 구강음이고,
Figure 112018125865189-pat00007
는 제1 마이크에서 측정된 신호음이고,
Figure 112018125865189-pat00008
는 제2 마이크에서 측정된 신호음이고,
Figure 112018125865189-pat00009
는 제3 마이크에서 측정된 신호음을 나타낸다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 비음측정장치를 이용한 비음측정방법에 있어서, 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론을 기반으로 하여 내외부를 관통하는 음향홀이 포함된 밀폐형 마스크를 비음치 측정 대상자의 안면에 부착하는 단계, 그리고 상기 밀폐형 마스크에 연결된 비음측정부를 이용하여 사용자의 안면에 부착된 밀폐형 마스크로부터 비강음과 구강음을 측정하고, 상기 측정된 비강음 및 구강음으로부터 피드백 신호를 제거하여 비음을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 마이크는, 상기 밀폐형 마스크의 내부로부터 전달받은 비강음을 측정하는 제1 마이크와 구강음을 측정하는 제2 마이크, 그리고 상기 마스크의 외부로 전달된 비강음 및 구강음을 측정하는 제3 마이크를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착된 밀폐형 마스크로 인하여 비강음과 구강음의 간섭영향을 최소화하여 치료의 경과를 높일 수 있으며, 마스크 내부로부터 전달받은 비강음 및 구강음의 신호에 마스크 외부에 위치한 하나 이상의 마이크로폰을 통해 측정된 비강-구강음 신호를 감산해줌으로써 비강/구강음 데이터의 신뢰도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 밀폐형 마스크를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 밀폐형 마스크를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 비음측정부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치에 포함된 밀폐형 마스크와 비음측정부가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치를 이용하여 비음을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 S540단계에서 음향비드백을 경감시키기 위한 비음산출과정을 계략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비음 측정 장치는 대상자의 안면에 부착되는 밀폐형 마스크(100)와, 밀폐형 마스크(100)에 연결 고정되며 밀폐형 마스크의 내부와 외부에서 발화된 구강음 및 비강음을 측정하는 비음측정부(200)를 포함한다.
밀폐형 마스크(100)는 비음치 측정이 요구되는 대상자의 코와 입을 전부 커버하도록 부착된다. 즉, 밀폐형 마스크(100)는 대상자가 발화할 경우 발생되는 비강음 및 구강음이 공기중에 노출되는 것을 최소화하고, 발화된 비강음 및 구강음을 비음측정부(200)에 포함된 마이크에 포집되게 한다.
한편, 밀폐형 마스크(100)는 대상자의 피부에 밀착하여 부착되는 것으로 생체 적합 재질의 실리콘 타입으로 형성되는 것이 바람직하며, 실리콘 재질 이외에 피부감작성, 세포 독성 등의 생물학적 안정성 평가를 만족하는 소재이면 그 어떠한 것을 사용해도 무방하다. 또한, 밀폐형 마스크(100)는 연령별 규격에 맞게 사이즈별로 형성된다.
그리고, 비음측정부(200)는 케이스의 일측면이 외측으로 돌출되어 밀폐형 마스크(100)의 전면에 형성된 제1관통공(140)과 제2관통공(150)에 삽입하여 연결 고정한다.
이때, 비음측정부(200)는 돌출부의 내측에 제1 마이크(210)와 제2 마이크(220)를 포함하고, 제1 마이크(210)와 제2 마이크(220)는 사용자의 발화시 발생되는 비음과 구강음을 포집하여 신호처리한다. 이때, 제1 마이크와 제2 마이크에 포집된 음에는 잡음이 포함되어 있을 수 있으므로, 비음측정부(220)는 외측에 위치한 제3 마이크(210)로 포집된 공기중에 노출된 비강음 및 구강음을 감산하여 비음치를 산출한다.
도 2a는 도 1에 도시된 밀폐형 마스크를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 1에 도시된 밀폐형 마스크를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
밀폐형 마스크(100)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본체(110)와, 좌우 대칭하는 구조로 본체(110)의 전면에 분산되어 형성된 음향홀(120)과, 본체(110)의 내주면에서 외측으로 돌출되어 대상자의 인중에 안착되는 분리막(130)을 포함한다. 또한, 밀폐형 마스크(100)는 전면 중앙에 위치하며, 분리막(130)을 중심으로 상측과 하측에 각각 위치한 제1 통공(140) 및 제2 통공(150)을 포함한다.
먼저, 본체(110)는 실리콘 재질로 형성되며, 대상자의 코와 하악면을 전부 커버하는 형태로 형성된다.
그 다음, 음향홀(120)은 본체(110)의 내측에 다수개 형성되며, 본체(110)의 외부 면적에 좌우 대칭되게 위치한다. 음향홀(120)은 본체(110)의 내외부가 관통되도록 형성되며, 내측에는 메쉬 형태 얇은 투과막이 삽입된다. 따라서, 음향홀(120)은 밀폐형 마스크(100) 내부의 공기 흐름을 원활하게 하고, 대상자의 발화시 발생되는 음향 하울링 현상을 방지한다.
한편, 음향홀(120)은 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론에 기반으로 본체(110)의 전체 면적에 대비한 비율이 도출된다.
이에 대해 상세하게 설명하면, 헬름홀츠 공명기는 차폐된 구의 체적 및 구조에 따라 공진 특성을 보이므로, 밀폐형 마스크(100)에 헬름홀츠 공명기 이론을 적용하면 사용자의 발화시 발생된 음을 증폭시키는 장점이 있다.
밀폐형 마스크(100)는 대상자가 착용하는 것으로 그 크기가 한정될 수 밖에 없으므로, 밀폐형 마스크(100)의 내측에 포함된 음향홀(120)의 크기 및 개수를 조절하여 증폭 효과를 증대시킨다.
이때, 음향홀(120)의 크기 및 개수는 본체의 전체 면적에 대비하여 조절된다.
즉, 음향홀(120)은 하기의 수학식 1을 이용하여 본체(110)의 전체 면적 대비 음향홀(120)의 비율이 도출된다.
Figure 112018125865189-pat00010
여기서,
Figure 112018125865189-pat00011
는 사용자의 음향 대역에 포함된 중심주파수,
Figure 112018125865189-pat00012
는 마스크의 전체 부피,
Figure 112018125865189-pat00013
은 음향홀의 입구부 높이, c는 공기중 음속을 나타낸다.
일반적으로 사람의 음성 대역 주파수는 500 ~ 8kHz를 기준으로 한다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 비음측정장치는 4kHz를 중심주파수로 하여 본체(110)의 전체 면적대비 음향홀(120)의 비율을 도출한다.
이때, 중심 주파수를 4kHz를 기준으로 하는 이유는 중심 주파수를1~2kHz 또는 6~8kHz로 사용할 경우 저주파 또는 고주파 음성대역에서의 음성신호의 크기가 낮아지므로 이를 것을 방지하기 위함이다.
음향홀(120)의 비율을 도출하는 것에 대하여 예를 들어 설명하면, 외부 면적이 대략 1.67*10-2[m2]을 가진 성인 마스크를 기준으로, 사용자의 음향 대역에 포함된 중심주파수는 4kH이고, 본체(110)의 부피는 약 1.88*10-4[m3]이며, 음향홀(120)의 입구부 높이는 2mm라고 가정한다.
상기 가정된 수치를 수학식 1에 적용하면 음향홀(120)의 면적비율은 2.02*10-2[m2]가 산출되므로, 음향홀(120)은 본체(110)의 외부 면적에 대비하여 대략 12%의 비율로 구성된다.
그 다음, 분리막(130)은 공명장애환자 치료 과정에 있어 비강음과 구강음 사이에 발생하는 간섭을 최소화할 수 있도록 본체(110)의 내주면에 형성되며, 외측으로 돌출되어 사용자의 입과 코 사이의 인중에 안착된다.
분리막(130)은 사용자의 발화시 비강음과 구강음이 차폐되는 것이 목적이므로 가로방향으로 길게 형성된다. 따라서, 밀폐형 마스크(100)는 분리막(120)에 의해 비강 구역과 구강 구역으로 분리된다.
그리고, 밀폐형 마스크(100)는 분리된 비강 구역과 구강구역에 제1 통공(140)과 제2 통공(150)을 형성한다. 즉, 제1 통공(140)은 분리막(120)을 중심으로 상측에 위치하며 본체(110)의 내외부가 관통된 형성으로 구성되고, 제2 통공(150)은 분리막(120)을 중심으로 하측에 위치하며 본체(110)의 내외부가 관통된 형성으로 구성된다.
도 3은 도 1에 도시된 비음측정부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비음측정부(200)는 제1 마이크(210), 제2 마이크(220), 제3 마이크(230) 및 신호처리모듈(240)을 포함한다.
제1 마이크(210)는 비음측정부(200)의 내측에 위치하며, 사용자의 발화시 비강 구역에 발생된 음을 포집하여 신호처리한다.
제2 마이크(220)는 비음측정부(200)의 내측에 위치하며, 사용자의 발화시 구강 구역에 발생된 음을 포집하여 신호처리한다.
제3 마이크(230)는 비음측정부(200)의 외측에 위치하며, 밀폐형 마스크(100)의 외부로 전달된 비강음 및 구강음을 포집하여 신호처리한다.
신호처리모듈(240)은 제1 마이크(210), 제2 마이크(220) 및 제3 마이크(230)로부터 수신된 신호를 이용하여 비음치를 산출한다. 그 다음, 신호처리모듈(240)은 산출된 비음치를 외부의 모니터 또는 다른 서버에 전달하고, 사용자는 모니터를 통해 출력된 측정결과를 이용하여 진단 및 치료를 수행한다.
이하에서는 도 4를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 마스크와 비음측정부가 결합하는 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치에 포함된 밀폐형 마스크와 비음측정부가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 비음측정부(200)는 밀폐형 마스크(100)의 전면에 연결 고정한다. 부연하자면, 비음측정부(200)는 직육면체 형상으로, 일측면에는 외측으로 돌출된 제1돌부(200-1) 및 제2돌부(200-2)가 형성된다. 한편, 제1돌부(200-1)의 내측에는 제1 마이크(210)가 위치하고, 제2돌부(200-2)의 내측에는 제2 마이크(210)가 위치한다.
그 다음, 비음측정부(200)는 제1돌부(200-1) 및 제2돌부(200-2)를 이용하여 밀폐형 마스크(100)의 제1 통공(140) 및 제2 통공(150) 내에 끼워넣기 식으로 결합된다.
따라서, 제1돌부(200-1)의 내측에 포함된 제1 마이크(210)는 제1 통공(140)을 통해 밀폐형 마스크(100)의 내부에 발생된 비강음을 포집한다. 그리고 제2돌부(200-2)의 내측에 포함된 제2 마이크(220)는 제2 통공(150)을 통해 밀폐형 마스크(100)의 내부에 발생된 구강음을 포집한다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치를 이용하여 비음을 측정하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비음 측정 장치를 이용하여 비음을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비음측정부(200)과 밀폐형 마스크(100)의 전면에 연결 및 고정된 상태에서, 제1 마이크(210)는 연결된 밀폐형 마스크(100)의 내부로부터 전달받은 비강음을 포집한다(S510).
또한, 제2 마이크(220)는 밀폐형 마스크(100)의 내부로부터 전달받은 구강음을 포집한다(S520).
마지막으로, 제3 마이크(230)는 밀폐형 마스크(100)의 외부로 노출된 비강음과 구강음을 포집한다(S530).
한편, 사용자가 발화하게 되면 비강음과 구강음이 동시에 발생되므로 비음측정부(200)에 포함된 제1 마이크(210), 제2 마이크(220) 및 제3 마이크(230)가 밀폐형 마스크(100)의 내외부로부터 비강음 또는 구강음을 포집하는 단계(S510, S520 및 S530)는 동시에 이루어진다.
S510, S520 및 S530 단계와 같이, 제1 마이크(210), 제2 마이크(220) 및 제3 마이크(230)가 포집한 비강음 및 구강음에 대하여 신호처리를 완료한 다음에는 측정된 신호를 신호처리모듈(240)에 전달한다.
그 다음, 신호처리모듈(240)은 전달받은 신호를 이용하여 비음치를 산출한다(S540).
비음치는 하기의 수학식 2와 같이, 비강음과 구강음의 측정 데이터를 통해 산출된다.
Figure 112018125865189-pat00014
그러나, 밀폐형 마스크(100)에는 음향홀(120)이 포함되어 있으며, 음향홀(120)은 밀폐형 마스크(100)의 내외부가 관통되도록 형성되므로 밀폐형 마스크(100)의 내측에 발생된 비강음과 구강음을 완전하게 차폐 분리되여 포집될 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 비음측정부(200)는 S510단계와 S520단계에서 측정된 비강음과 구강음으로부터 S530단계에서 측정된 비강음 및 구강음을 가감하여 신뢰도가 높은 비음치를 산출한다.
도 6은 도 5에 도시된 S540단계에서 음향비드백을 경감시키기 위한 비음산출과정을 계략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 마이크(210)는 밀폐형 마스크(100)의 내부에서 발생된 비강음을 포집한다. 그러나, 제1 마이크(210)에서 포집된 음은 비강음만 포함된 것이 아니라 음향홀(110)을 통해 유입되며 상대적으로 감소된 구강음이 포함될 수 있다.
그리고, 제2 마이크(220)는 밀폐형 마스크(100)의 내부에서 발생된 구강음을 포집한다. 그러나, 제2 마이크(220)에서 포집된 음은 구강음만 포함된 것이 아니라 음향홀(110)을 통해 유입되며 상대적으로 감소된 비강음이 포함될 수 있다.
따라서, 비음측정부(200)는 제3 마이크(230)를 통해 밀폐형 마스크(100) 내부에서 발생된 비강음 및 구강음보다 상대적으로 감소된 구강 및 비강음을 추가로 포집한다.
이때, 제3 마이크(230)가 포집된 음성 신호는 밀폐형 마스크(100)의 내부에서 인중에 위치한 분리막을 통해 분리되어 각각 측정된 비강음 및 구강음신호의 합산신호와 같은 특성을 보인다.
그러므로, 신호처리모듈(240)은 하기의 수학식 3을 이용하여 비음치(nasalance)를 산출한다.
Figure 112018125865189-pat00015
여기서,
Figure 112018125865189-pat00016
는 비강음이고,
Figure 112018125865189-pat00017
는 구강음이고,
Figure 112018125865189-pat00018
는 제1 마이크에서 측정된 신호음이고,
Figure 112018125865189-pat00019
는 제2 마이크에서 측정된 신호음이고,
Figure 112018125865189-pat00020
는 제3 마이크에서 측정된 신호음을 나타낸다.
부연하자면, 신호처리모듈(240)은 제1 마이크(210)을 통해 측정된 비강음 신호에 제3 마이크(230)을 통해 측정된 감소된 비강음과 구강음 신호를 감산함으로써 비강음에 대한 구강음 간섭신호를 완전히 제거한다. 또한, 같은 방법으로 신호처리모듈(240)은 제2 마이크(220)를 통해 측정된 구강음 신호에 제3 마이크(230)을 통해 측정된 감소된 비강음과 구강음 신호를 감산함으로써 구강음에 대한 비강음 간섭신호를 완전히 제거한다.
S540단계와 같이, 신호처리모듈(240)은 비음치를 산출하고, 산출된 비음치에 대한 데이터는 일련의 음성신호 증폭기 및 노이즈 제거 필터를 거쳐 연결된 모니터링부(도시하지 않음)에 출력된다. 따라서, 언어치료사 및 대상환자는 실시간으로 측정되는 비음치를 수치된 데이터로 확인하여 치료사의 주관적인 판단이 아닌 정확한 데이터에 따른 진단 및 치료가 이루어지게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착된 밀폐형 마스크로 인하여 비강음과 구강음의 간섭영향을 최소화하여 치료의 경과를 높일 수 있으며, 마스크 내부로부터 전달받은 비강음 및 구강음의 신호에 마스크 외부에 위치한 하나 이상의 마이크로폰을 통해 측정된 비강-구강음 신호를 감산해줌으로써 비강/구강음 데이터의 신뢰도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 밀폐형 마스크 110 : 본체
120 : 음향홀 130 : 분리막
140 : 제1 통공 150 : 제2 통공
200 : 비음측정부 210 : 제1 마이크
220 : 제2 마이크 230 : 제3 마이크
240 : 음향처리모듈

Claims (10)

  1. 음향피드백을 경감시키기 위한 비음 측정 장치에 있어서,
    비음치 측정이 요구되는 대상자의 안면에 부착되는 밀폐형 마스크,
    상기 밀폐형 마스크와 결합되어 비강과 구강에서 발생된 음을 각각 측정하며, 상기 측정된 비강음과 구강음으로부터 피드백 신호를 제거하여 비음치를 산출하는 비음측정부를 포함하며,
    상기 밀폐형 마스크는,
    헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론을 기반으로 하여 내외부를 관통하는 음향홀을 포함하며,
    상기 비음측정부는,
    상기 비강에서 발화되는 음을 포집하는 제1 마이크,
    상기 구강에서 발화되는 음을 포집하는 제2 마이크,
    상기 마스크의 외부로 전달된 비강음 및 구강음을 포집하는 제3 마이크, 그리고
    상기 제1 마이크, 제2 마이크 및 제3 마이크로부터 수신된 신호를 이용하여 비음치를 산출하고, 산출된 비음치를 외부의 모니터에 송신하는 신호처리모듈을 포함하며,
    상기 신호처리모듈은,
    하기의 수학식과 같이, 상기 제1 마이크와 제2 마이크에서 측정된 신호로부터 제3 마이크에서 측정한 신호를 감산하여 비음치를 연산하는 비음 측정 장치;
    Figure 112020503170316-pat00046

    여기서, α 는 비강음이고, β는 구강음이고, α+β“는 제1 마이크에서 측정된 신호음이고, α”+β는 제2 마이크에서 측정 된 신호음이고, α“+β“는 제3 마이크에서 측정된 신호음을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐형 마스크는,
    실리콘 재질로 형성되며,
    좌우 대칭하는 구조로 상기 마스크의 전면에 분산되어 형성되고, 내측에 메쉬 형태의 얇은 투과막이 삽입된 음향홀,
    상기 마스크의 내주면에서 외측으로 돌출되어 비음과 구강음을 차폐하는 분리막,
    상기 분리막을 중심으로 상측에 위치하며, 비강에서 발화된 음을 전달하는 제1 통공, 그리고,
    상기 분리막을 중심으로 하측에 위치하며, 구강에서 발화된 음을 전달하는 제2 통공을 포함하는 비음 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음향홀은,
    하기의 수학식과 같이, 상기 밀폐형 마스크의 전체 면적에 대비하여 음향홀의 면적비율이 도출되는 비음 측정 장치;
    Figure 112018125865189-pat00021

    여기서,
    Figure 112018125865189-pat00022
    는 사용자의 음향 대역에 포함된 중심주파수,
    Figure 112018125865189-pat00023
    는 마스크의 전체 부피, l은 음향홀의 입구부 높이, c는 공기중 음속을 나타낸다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크 및 제2 마이크는,
    상기 신호처리모듈의 내부에 위치하고,
    상기 제3 마이크는,
    상기 신호처리모듈의 외측 또는 상기 마스크의 외주면 일측에 위치하는 비음 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 비음 측정 장치를 이용한 비음측정방법에 있어서,
    헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 이론을 기반으로 하여 내외부를 관통하는 음향홀이 포함된 밀폐형 마스크를 비음치 측정 대상자의 안면에 부착하는 단계, 그리고
    상기 밀폐형 마스크에 연결된 비음측정부를 이용하여 부착된 밀폐형 마스크로부터 비강음과 구강음을 측정하고, 상기 측정된 비강음 및 구강음으로부터 피드백 신호를 제거하여 비음을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 비음을 측정하는 단계는,
    상기 밀폐형 마스크의 내부로부터 전달받은 비강음을 측정하는 제1 마이크와 구강음을 측정하는 제2 마이크, 그리고 상기 마스크의 외부로 전달된 비강음 및 구강음을 측정하는 제3 마이크를 이용하여 전달된 음을 포집하는 단계, 그리고
    상기 마이크에 포집된 음을 음향신호로 수치화하여 비음치를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 비음치를 산출하는 단계는,
    하기의 수학식과 같이, 상기 제1 마이크와 제2 마이크에서 측정된 신호로부터 제3 마이크에서 측정한 신호를 감산하여 비음치를 연산하는 비음 측정 방법;
    Figure 112020087934445-pat00047

    여기서, α 는 비강음이고, β는 구강음이고, α+β“는 제1 마이크에서 측정된 신호음이고, α”+β는 제2 마이크에서 측정 된 신호음이고, α“+β“는 제3 마이크에서 측정된 신호음을 나타낸다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밀폐형 마스크는,
    실리콘 재질로 형성되며,
    좌우 대칭하는 구조로 상기 밀폐형 마스크의 전면에 분산되어 형성되고, 내측에 메쉬 형태의 얇은 투과막이 삽입된 음향홀,
    상기 밀폐형 마스크의 내주면에서 외측으로 돌출되어 비음과 구강음을 차폐하는 분리막,
    상기 분리막을 중심으로 상측에 위치하며, 비강에서 발화된 음을 전달하는 제1 통공, 그리고,
    상기 분리막을 중심으로 하측에 위치하며, 구강에서 발화된 음을 전달하는 제2 통공을 포함하는 비음 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 음향홀은,
    하기의 수학식과 같이, 상기 마스크의 전체 면적에 대비하여 음향홀의 면적비율이 도출되는 비음 측정 방법:
    Figure 112018125865189-pat00030

    여기서,
    Figure 112018125865189-pat00031
    는 사용자의 음향 대역에 포함된 중심주파수,
    Figure 112018125865189-pat00032
    는 마스크의 전체 부피, l은 음향홀의 입구부 높이, c는 공기중 음속을 나타낸다.
  9. 삭제
  10. 삭제
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