KR102346392B1 - 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프는 주파수 발생기를 구비하고 소리 출력 시 주파수를 변경 할 수 있도록 하여, 주파수와 볼륨, 음조 변화에 따른 소리 특성을 학습할 수 있도록 한다. 또한, 실시예에 따른 교육용 앰프는 입력 신호의 SNR 값에 기반하여 복수의 입력 신호들에 대한 간섭을 제거한다. 또한, 입력되는 원 오디오신호로부터 생성된 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호가 뇌파 유도를 위해 설정된 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기로 시간차가 변화되는 구성을 갖도록 원 오디오신호를 시(time)변조하고 시 변조 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호를 출력하여 알파파를 유도함으로써, 시 변조 오디오신호의 청취 시 바이노럴 비트를 이용한 뇌파 유도 원리에 상응하는 오디오신호를 출력하여 청취자의 집중력을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

주파수발생기를 구비한 교육용 앰프 {EDUCATIONAL AMP WITH FREQUENCY GENERATOR}
본 개시는 교육용 앰프에 관한 것으로 구체적으로, 주파수 발생기를 구비하여 주파수 변화에 따른 소리 특성을 경험 및 학습시키기 위한 교육용 앰프에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
앰프(amp)는 증폭기라고 하며 외부 기기로부터 유입된 신호 값을 증폭해 음향의 성능과 음질을 높이는 역할을 한다. 제품에 내장된 내장형과 별도로 장착하는 외장형으로 나눌 수 있는데 일반적으로 앰프는 외장형 앰프를 의미한다.
주로 홈시어터, 카오디오에서 많이 사용되며 자동차의 경우 헤드유닛에서 자체적으로 내 보낼 수 있는 출력이 한정되어 있으므로 앰프를 통해 소리를 증폭시킴으로써 자동차 내에서 강렬한 사운드를 만들어 낼 수 있다. 헤드유닛에서는 소스(CD, Tape, Radio)에 기록된 데이터를 재생해 앰프로 보내는 역할만 하게 되고 앰프는 그 신호를 증폭해 각 스피커로 보내는 역할을 하므로, 앰프를 장착하면 자체출력만으로는 불가능한 시스템의 업그레이드를 해결해 주며 자신만의 개성 있는 시스템을 구성할 수 있다.
또한 앰프는 학교, 가정내의 오디오 시스템에서 아이들의 시청각 교육을 위한 교구로 활용되기도 한다. 종래 시청각 교육용 앰프는 볼륨과 톤 컨트롤만을 변경시켜 소리를 출력할 수 있다.
1. 한국 등록특허공보 제10-0884761호(2005.09.08) 2. 한국 등록특허공보 제10-2045183호(2019.11.08)
실시예에 따른 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프는 주파수 발생기를 구비하고 소리 출력 시 주파수를 변경할 수 있도록 하여, 주파수와 볼륨, 음조 변화에 따른 소리 특성을 경험 및 학습할 수 있도록 한다.
또한, 실시예에 따른 교육용 앰프는 입력 신호의 SNR 값에 기반하여 복수의 입력 신호들에 대한 간섭을 제거한다. 또한, 입력되는 원 오디오신호로부터 생성된 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호가 뇌파 유도를 위해 설정된 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기로 시간차가 변화되는 구성을 갖도록 원 오디오신호를 시(time)변조하고 시 변조 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호를 출력하여 알파파를 유도함으로써, 시 변조 오디오신호의 청취 시 바이노럴 비트를 이용한 뇌파 유도 원리에 상응하는 오디오신호를 출력하여 청취자의 집중력을 향상시킬 수 있도록 한다.
실시예에 따른 교육용 앰프는 교육용 앰프는 디지털 신호를 입력 받아, 출력될 사운드의 주파수, 볼륨, 음조를 포함하는 사운드 세부 조건을 제어하는 제어모듈; 및 제어모듈로부터 출력된 디지털 변조 신호를 증폭하여 출력하는 증폭모듈; 을 포함하고, 제어모듈;은 20hz부터 20khz까지의 주파수를 선택적으로 발생시키는 주파수 발생기; 를 포함한다.
바람직하게 제어모듈; 은 블루투스를 포함하는 디지털 입력신호와 주파수 발생기로부터 입력되는 주파수를 선택하는 선택부; 및 선택부로부터 입력된 신호에 따라 사운드 세부 조건을 제어하는 보정부; 를 포함한다.
이상에서와 같은 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프는 소리 출력 시 주파수를 변경할 수 있도록 하여, 주파수와 볼륨, 음조 변화에 따른 다양한 소리 특성을 경험 및 학습할 수 있도록 한다.
또한, SNR이 낮은 환경에서도 복수의 입력 신호들에 대한 간섭을 제거하여 출력사운드의 품질을 향상시킨다.
또한, 바이노럴 비트의 발생 원리에 입각하여 시 변조 오디오 신호가 학습용 오디오신호이기 때문에, 시 변조 오디오신호의 청취 시 뇌파 유도와 학습효과를 동시에 제공하는 장점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프의 구성을 나타낸 블록도
도 2는 실시예에 따른 보정부(130)의 데이터 처리 구성을 보다 자세히 나타낸 도면
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 주파수 발생기를 구비한 교육용 앰프는 제어모듈(100), 증폭모듈(200)을 포함하여 구성될 수 있고 블루투스, AUX 신호, I2S 인터페이스 신호 등 외부 디지털 신호를 입력 받아 제어모듈(100)에서 신호 처리 후 증폭모듈(200)에서 소리를 증폭하여 출력한다. 도 1에 도시된 바와 같이 실시예에 따른 주파수 발생기를 구비한 교육용 앰프는 충전기 및 외부 어댑터와 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.
제어모듈(100)은 선택부(110), 보정부(130) 및 주파수 발생기(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에서 제어모듈(100)은 디지털 신호를 입력 받아, 출력될 사운드의 주파수, 볼륨, 음조를 포함하는 사운드 세부 조건을 제어 및 보정한다.
또한, 실시예에서 제어모듈(100)은 바이노럴 비트 주파수(Binaural Beat Frequency: BBF)를 이용한 뇌파 유도를 위한 오디오신호를 생성하기 위해, 입력되는 원 오디오신호를 변조하여 사람의 좌우 양쪽 귀에 각각 제공되는 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호를 생성하고, 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호는 실질적으로 동일한 신호로서 구성되되 그 출력 시간 차이가 상기 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기로 변환되도록 한다.
이하 바이노럴 비트 효과(Binaural Beat Effect)의 발생 원리에 대해 간략하게 설명한다.
인간을 포함한 두 귀를 가진 생물의 귀는 사운드의 방향을 좌우 귀로 들어오는 동일 음의 도달 시간차로 판단을 한다. 이를 위해서는 양쪽 귀로 들어오는 여러 사운드를 분간하여 어떤 사운드가 하나의 소스로부터 나온 것인지, 즉 동일한 사운드인지를 판별해야 하고, 그 동일한 사운드가 어느 정도의 시간차를 두고 좌우 귀에 도달했는지를 알아내야 한다. 동일한 사운드라는 것은 뇌에서 패턴인식으로 판별을 할 수 있지만, 도달시간은 언제가 출발시간인지 알 수 없기 때문에 원천적으로 측정이 불가능하다. 따라서 뇌에서는 동일한 사운드에 대해 좌우 귀에 입력되는 위상 차를 측정하여 사운드의 도달시간 차이를 측정하게 되고, 이를 통해 방향을 감별하는 방법을 사용하고 있다. 인간의 귀가 얼굴의 양쪽에 있어서 음이 두 귀(L,R)에 도달할 때까지는 거리차(d)가 발생한다. 파장(wave length)이 긴 음파의 경우에는 거리 차(d)에 의해 방향에 따라 좌(L)우(R) 귀에 도달하는 사운드의 시간차 및 위상차가 발생하게 된다. 이에, 인간을 비롯하여 두 귀를 가진 동물들은 이때의 위상차를 측정하여 음원의 방향을 감별할 수 있게 된다. 이러한 청각 현상을 바이노럴 효과(Binaural Effect)라고 한다. 바이노럴 효과는 인간의 두 뒤로 음원의 방향감과 임장감을 느끼게 하여 음의 입체감을 만들어낸다. 반면, 사운드의 파장이 짧을 때도 위상차가 발생하지만, 이때는 좌우 귀 안에 수 주기의 사운드가 들어가기 때문에 위상차만으로 좌우 두 귀의 도달시간 차이를 측정할 수 없다. 이러한 청지각의 착각현상과 바이노럴 효과에 의해 바이노럴 비트 효과 (Binaural Beat Effect)가 발생하게 된다.
100Hz와 110Hz는 눈으로 봤을 때 거의 구분이 가지 않는다. 국부적으로 봤을 때는 마치 동일 주파수의 사인파가 위상이 같았다 엇갈렸다 하는 것처럼 보인다. 마찬가지로 사람의 귀도 유사한 두 개의 사운드가 한꺼번에 들렸을 때 그 차이를 잘 인지하지 못하기 때문에 마치 좌우 귀에 위상차가 수시로 변하는 동일 주파수의 사운드가 인가된 것처럼 느끼게 된다. 위상차가 수시로 변하는 것은 물리적으로는 음원의 방향이 머리의 좌우편으로 주기적인 변화를 일으키는 것과 동일한 효과를 일으킨다. 이때 음원의 방향이 좌편과 우편을 왔다 갔다 하는 주기는 두 음의 주파수 차이인 10Hz와 일치하게 된다. 즉, 10hz의 주기를 가지고 두 파형이 겹쳤다 어긋났다를 반복하게 된다.
즉, 특정 음이 머리를 기준으로 왼편과 오른편을 특정 주기로 왔다 갔다 할 때 왼편과 오른편에서 출력되는 음의 주파수 차에 의해 발생하는 것이 바이노럴 비트(binaural beat)이며, 이러한 바이노럴 비트(binaural beat)를 머릿속에서 느끼게 되는 현상이 바이노럴 비트 효과(binaural beat effect)이다. 이러한 바이노럴 비트 효과가 뇌파유도의 기능이 있다는 사실은 이미 공지된 기술이다.
실시예에 따른 제어모듈(100)의 보정부(130)는 좌우 스피커를 통해 학습용 오디오신호를 출력함에 있어서, 입력되는 원 오디오신호로부터 생성된 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호가 뇌파 유도를 위해 설정된 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기로
시간차가 변화되는 구성을 갖도록 원 오디오신호를 시(time) 변조하고 시 변조 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호를 출력하여 알파파를 유도함으로써, 시 변조 오디오신호의 청취 시 바이노럴 비트를 이용한 뇌파 유도 원리에 상응하는 오디오신호를 출력하여 청취자의 집중력을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 창출한다. 이를 위해 제어모듈(100)은 제1 오디오신호는 원 오디오신호이고, 제2 오디오신호는 원 오디오신호에 비해 출력시간 차이가 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기를 갖도록 원 오디오신호가 시(time) 변조한다. 이때, 제1 오디오신호 및 상기 제2 오디오신호는 각각의 출력 시간 차이가 상기 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기를 갖도록 상기 원 오디오신호가 각각 시(time) 변조된 오디오신호이다.
증폭모듈(200)은 제어모듈(100)로부터 출력된 펄스 폭 변조(PWM, Pulse width Modulation)신호 등의 디지털 신호를 증폭하여 출력한다.
실시예에서 제어모듈의 주파수 발생기(150)는 20hz부터 20khz까지의 주파수를 발생시킨다. 선택부(110)는 블루투스를 포함하는 디지털 입력신호와 주파수 발생기로부터 입력되는 주파수를 선택하고, 보정부(130)는 선택부(110)로부터 입력된 신호에 따라 사운드 세부 조건을 제어한다.
도 2는 실시예에 따른 보정부(130)의 데이터 처리 구성을 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 보정부(130)는 신호처리부(20) 및 공분산 정보 처리부(40)을 포함하여 구성될 수 있고, 신호처리부(120)는 SNR 측정부(122), 제1파라미터결정부(24), 제2파라미터결정부(126) 및 간섭제거부(28)을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에 따른 공분산 정보 처리부(40)는 음성신호 결정부(42) 및 공분산정보 결정부(44)를 포함하여 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2,…, 210-M)의 개수는 구현 방법에 따라 2부터 M(M은 3이상의 자연수)까지 다양할 수 있다. 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2……210-M)은 예를 들어, 마이크로폰(또는 마이크)을 포함할 수 있다. 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2…… 210-M)은 사용자(10)로부터 발화되는 음성 신호들 s(t)를 수신할 수 있다. 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2……210-M)은 서로 떨어진 채로 배치되므로, 하나의 음원 위치에서 발생하는 음성 신호들은 서로 다른 시간에 서로 다른 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2……210-M)로 수신될 수 있다. 예를 들어, 음성 신호들 중 일부는 시간 t1에 입력 장치(210-1)로 수신되고, 다른 일부는 시간 t2에 입력 장치(210-2)로 수신되고, 다른 일부는 시간 tM에 입력 장치(210-M)로 수신될 수 있다. 사용자(10)의 위치가 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2,…중 입력 장치(210-1)에 가깝다면, 시간 t1은 시간 t2……tM보다 작을 수 있다. 서로 다른 시간에 수신된 음성 신호들은 서로 다른 위상(phase)을 가질 수 있다.
실시 예에 따르면, 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2,…은 음성 신호들 s(t)와 함께 잡음 신호들 n(t)를 수신할 수 있다. 음성 신호들과 유사한 원리로, 잡음 신호들은 서로 다른 시간에 서로 다른 복수의 입력 장치들(210-1, 210-2,…로 수신되므로, 잡음 신호들은 서로 다른 위상을 가질 수 있다. 입력 신호들 x1(t), x2(t),…은 서로 다른 시간에 입력 장치들(210-1, 210-2,…을 통해 수신된 음성 신호들 및 잡음 신호들을 포함할 수 있다. 본 문서에서 입력 신호는 오디오 신호로 지칭될 수 있다. 예를 들어, i번째 입력 장치(210-i)(i는 1부터 M 사이의 자연수)를 통해 수신되는 입력신호 xi(t)는 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다.
수학식 1: Xi(t) = Si(t) + ni(t)
수학식 1에서, si(t)는 i 번째(i는 1부터 M까지의 자연수) 입력 장치(210-i)로 수신되는 음성 신호를 나타내고, ni(t)는 i 번째 입력 장치 (210-i)로 수신되는 잡음 신호를 나타낼 수 있다. 서로 다른 입력 장치들로 수신되는 음성 신호들은 서로 다른 위상을 가지며, 서로 다른 입력 장치들로 수신되는 잡음 신호들은 서로 다른 위상을 가지므로, 수학식 1은 하기의 수학식 2로 표현될 수 있다.
수학식 2 : Xi(t) = S1(t-tsri) + ni(t-tn1i)
수학식 2에서, s1(t-ts,i)는 첫 번째 입력 장치(210-1)로 수신되는 음성 신호 s1(t)와 i번째 입력 장치(210-i)로 수신되는 음성 신호 si(t)의 위상 차이 ts,i를 반영한 것일 수 있다. 동일한 원리로, n1(t-tn,i)는 첫 번째 입력장치(210-1)로 수신되는 잡음 신호 n1(t)와 i번째 입력 장치(210-i)로 수신되는 잡음 신호 ni(t)의 위상 차이 tn,i를 반영한 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 신호 처리부(20)은 측정된 SNR 값이 임계 값 이상인 제1 주파수 대역에 대하여 제1파라미터(parameter)에 기반하여 신호 간섭제거를 수행하고, 측정된 SNR 값이 임계 값 미만인 제2 주파수 대역에 대하 여 제2 파라미터에 기반하여 신호간섭제거를 수행할 수 있다. 본 문서에서, 신호간접제거는 교육용 앰프가 입력 신호들의 방향성을 제어하기 위하여 가중치(weight)를 적용하는 동작을 의미할 수 있다. 본 문서에서, 파라미터는 입력 신호들에 대한 주파수 대비 위상 변화를 나타낼 수 있다. 실시예에 따른 교육용 앰프는 파라미터에 기반하여 결정된 가중치(weight)를 입력 신호들에게 적용함으로써 입력 신호들에 포함되는 잡음 신호들을 감쇠시킬 수 있다. 파라미터는 변화율, 스티어링 벡터(steering vector) 또는 블로킹 매트릭스(blocking matrix)로 지칭될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 신호처리부(120)는 신호간섭제거를 수행하기 위한 일련의 동작을 수행하는 소프트웨어 모듈 또는 하드웨어 모듈을 포함할 수 있다.
SNR 측정부(122)는 입력 신호들에 대한 SNR 을 주파수 대역 별로 측정할 수 있다. SNR측정부(122)는 측정된 SNR 값이 지정된 임계 값 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 본 문서에서, SNR 값이 지정된 임계 값 이상인 주파수 대역은 제1 주파수 대역으로, SNR 값이 지정된 임계 값 미만인 주파수 대역은 제2 주파수 대역으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 차량 노이즈(car noise)와 같이 저주파 대역의 잡음 신호가 많은 환경에서, 제2 주파수 대역은 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 고주파 대역의 잡음 신호가 많은 환경에서, 제2 주파수 대역은 제1 주파수 대역보다 높은 주파수 대역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 파라미터 결정부(24)는 제1 주파수 대역에 대한 제1 파라미터를 결정할 수 있다. 제1 파라미터 결정부(24)는 공분산 정보 처리 부(140)로부터 수신된 공분산 정보에 기반하여 제1 파라미터를 결정할 수 있다. 본 문서에서, 공분산 정보는 복수의 음성 신호들 간 상관 관계를 의미하거나, 복수의 잡음 신호들 간 상관 관계를 의미할 수 있다. 실시예에 따른 교육용 앰프는 음성 신호들 간 상관 관계에 기반하여 음성 신호의 음원 위치(예: 위상 또는 방향)를 결정할 수 있다. 공분산 정보는 예를 들어, 공분산 벡터 또는 공분산 행렬을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 파라미터 결정부(24)는 신호의존 빔포밍의 종류에 기반하여 다양한 방식으로 제1파라미터를 결정할 수 있다. 신호의존 빔포밍의 종류는 예를 들어, 음성 신호에 대한 공분산 행렬과 잡음 신호에 대한 공분 산 행렬 간 차이를 이용함으로써 음성 신호의 왜곡을 최소화할 수 있는 MVDR(minimum variance distortionless response) 빔포밍, 잡음 신호에 대한 공분산 행렬의 역행렬과 음성 신호에 대한 공분산 행렬을 이용함으로써 입력 신호의 SNR을 향상시킬 수 있는 최대(max) SNR 빔포밍, 최대 SNR 빔포머에서 이용되는 고유벡터(eigenvector)의 영 공간(null space)을 이용함으로써 잡음 신호를 효율적으로 제거할 수 있는 GSC(generalized sidelobe canceler) 빔포밍을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 파라미터 결정부(26)는 제2 주파수 대역에 대한 제2 파라미터를 결정할 수 있다. SNR 값이 임계 값 미만인 제2 주파수 대역에서 측정된 공분산 정보의 결과 값은 SNR 값이 임계 값 이상인 제1주파수 대역에서의 공분산 정보의 결과 값에 대비하여 정확도가 낮을 수 있으므로, 제2 파라미터 결정부(26)는 제1 주파수 대역에서 결정된 제1 파라미터로부터 제2 파라미터를 추정할 수 있다. 제2 파라미터 결정부(26)는 예를 들어, 제1 주파수 대역에서 채널(또는 주파수) 간 위상 차이가 가지는 선형성(linearity)을 이용하여 제1 파라미터로부터 제2 파라미터를 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 파라미터 결정부(26)는 DNN(deep neural networks) 모델에 기반하여 제1 파라미터로부터 제2 파라미터를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 간섭제거부(128)는 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 기반하여 입력 신호간섭제거를 수행할 수 있다. 간섭제거부(128)는 예를 들어, 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 기반하여 결정된 가중치들을 입력 신호들에게 적용함으로써 음성 신호들 간 위상 차이(예: 수학식 2에서 ts,i)를 보상할 수 있다. 간섭제거가 수행되면, 입력 신호들 x1(t), x2(t)……xM(t)은 잡음 신호가 제거(또는 감쇠)된 신호 y(t)로 출력될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 공분산 정보 처리부(140)는 제1 파라미터를 결정하기 위하여 이용되는 공분산 정보를 신호처리부(120)에게 전송하는 소프트웨어 모듈 또는 하드웨어 모듈을 포함할 수 있다.
음성 신호 결정부(42)은 수신된 입력 신호에서 음성 신호의 존재 여부 또는 음성 신호의 존재 확률을 결정(또는 추정)할 수 있다. 예를 들어, 음성 신호 결정부(142)은 하나의 채널에 대한 잡음 제거(noise suppression, NS)를 위하여 이용되는 SPP(speech presence probability) 추정 알고리즘 또는 복수의 채널에 대한 NS를 위하여 이용되는 CGMM 기반(complex Gaussian mixture model based) 추정 알고리즘을 이용하여 주파수 대역(예: 제1 주파수 대역)에서 음성 신호가 존재하는 구간을 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 공분산 정보 결정부(44)는 음성 신호 결정 부(42)에 의하여 결정된 음성 신호와 입력 장치들(210-1, 210-2……210-M)로 수신된 입력 신호에 기반하여 음성 신호에 대한 공분산 정보 또는 잡음 신호에 대한 공분산 정보를 결정할 수 있다. 공분산 정보는 예를 들어, 음성 신호에 대한 공분산 행렬 Cs(f) (f 는 주파수를 나타낼 수 있다) 및 잡음 신호에 대한 공분산 행렬 Cn(f)을 포함할 수 있다.
이상에서와 같은 주파수발생기를 구비한 교육용 앰프는 소리 출력 시 주파수를 변경 할 수 있도록 하여, 주파수와 볼륨, 음조 변화에 따른 다양한 소리 특성을 학습할 수 있도록 한다.
또한, SNR이 낮은 환경에서도 복수의 입력 신호들에 대한 간섭을 제거하여 출력사운드의 품질을 향상시키고, 바이노럴 비트의 발생 원리에 입각하여 시 변조 오디오 신호가 학습용 오디오신호이기 때문에, 시 변조 오디오신호의 청취 시 뇌파 유도와 학습효과를 동시에 제공한다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 교육용 앰프에 있어서,
    디지털 신호를 입력 받아, 출력될 사운드의 주파수, 볼륨, 음조를 포함하는 사운드 세부 조건을 제어하는 제어모듈; 및
    상기 제어모듈로부터 출력된 디지털 변조 신호를 증폭하여 출력하는 증폭모듈을 포함하고,
    상기 제어모듈은
    바이노럴 비트 주파수(Binaural Beat Frequency: BBF)를 이용한 뇌파 유도를 위한 오디오신호를 생성하기 위해, 입력되는 원 오디오신호를 변조하여 사람의 좌우 양쪽 귀에 각각 제공되는 제1 오디오신호 및 제2 오디오신호를 생성하고,
    상기 제1 오디오신호 및 상기 제2 오디오신호는 각각의 출력 시간 차이가 상기 바이노럴 비트 주파수에 대응하는 주기를 갖도록 상기 원 오디오신호가 각각 시변조된 오디오신호인 것을 특징으로 하고,
    상기 제어모듈은
    20hz부터 20khz까지의 주파수를 선택적으로 발생시키는 주파수 발생기;
    블루투스를 포함하는 디지털 입력신호와 주파수 발생기로부터 입력되는 주파수를 선택하는 선택부; 및
    상기 선택부로부터 입력된 신호에 따라 사운드 세부 조건을 제어하는 보정부를 포함하고,
    상기 보정부는
    복수의 입력 신호들에 대한 신호 대 잡음 비(signal to ratio, SNR) 값을 주파수 대역 별로 결정하고, 상기 SNR 값이 지정된 임계 값 이상인 제1 주파수 대역에서 상기 복수의 입력 신호들의 주파수 대비 위상의 변화를 나타내는 제1 파라미터를 결정하고, 상기 제1 파라미터에 기반하여, 상기 SNR 값이 상기 임계 값 미만인 제2 주파수 대역에서 상기 복수의 입력 신호들의 주파수 대비 위상의 변화를 나타내는 제2 파라미터를 결정하고, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기반하여 상기 복수의 입력 신호들에 대한 간섭을 제거하고,
    입력신호들의 간섭을 제거하는 동작의 일부로, 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 기반하여 상기 복수의 입력 신호들에 대한 가중치들을 결정하고,
    상기 가중치들을 상기 복수의 입력 신호들에 적용함으로써, 상기 복수의 입력 신호들에 포함된 잡음 신호의 적어도 일부가 감쇠된 출력 신호를 생성하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 교육용 앰프.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094149A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Denon Ltd 増幅装置
KR100884761B1 (ko) 2007-02-22 2009-02-20 엠텍비젼 주식회사 센스 엠프 인에이블 신호 발생 회로, 이를 가지는 메모리장치 및 센스 엠프 인에이블 신호 발생 방법
KR20130130547A (ko) * 2012-05-22 2013-12-02 삼성전자주식회사 잡음을 제거하는 장치 및 이를 수행하는 방법
KR101590046B1 (ko) * 2015-12-16 2016-02-01 (주)디라직 바이노럴 비트를 이용한 뇌파 유도 오디오 장치 및 방법
KR102045183B1 (ko) 2019-09-05 2019-11-14 송문수 엠프 보호시스템.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094149A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Denon Ltd 増幅装置
KR100884761B1 (ko) 2007-02-22 2009-02-20 엠텍비젼 주식회사 센스 엠프 인에이블 신호 발생 회로, 이를 가지는 메모리장치 및 센스 엠프 인에이블 신호 발생 방법
KR20130130547A (ko) * 2012-05-22 2013-12-02 삼성전자주식회사 잡음을 제거하는 장치 및 이를 수행하는 방법
KR101590046B1 (ko) * 2015-12-16 2016-02-01 (주)디라직 바이노럴 비트를 이용한 뇌파 유도 오디오 장치 및 방법
KR102045183B1 (ko) 2019-09-05 2019-11-14 송문수 엠프 보호시스템.

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