KR102693818B1 - 청각 보조 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

청각 보조 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부로부터 소리를 수신하는 제 1 마이크로폰; 상기 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축하는 동적 범위 압축부; 상기 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출하는 민감 소리 검출부; 상기 기 설정된 소리가 포함된 경우, 상기 기 설정된 소리를 마스킹하는 민감 소리 마스킹부; 상기 동적 범위 압축부를 통하여 동적 범위가 압축된 소리 및 상기 민감 소리 마스킹부를 통하여 상기 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리하는 소리 믹싱부; 및 상기 소리 믹싱부에 의해 처리된 소리를 출력하는 스피커를 포함하는, 청각 보조 장치를 제공한다.

Description

청각 보조 장치 및 그 제어 방법{HEARING AID DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명의 기술 분야는 소리에 민감한 자폐 스펙트럼 장애 환자들을 위한 청각 보조 장치에 관한 것으로, 주변 환경 소리의 강도를 제어하고 인위적으로 음향 환경을 생성함으로써 환자들의 소리에 대한 민감도를 둔화시키는 청각 보조 장치 및 청각 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
자폐 스펙트럼 장애는 사회적 상호교류, 언어 및 의사소통, 그리고 반복적이고 상동적인 행동의 장애를 특징으로 하는 만성적인 신경 발달 장애이다. 왜곡된 감각에 대한 반응 또한 자폐 스펙트럼 장애의 특징에 해당한다.
특히, 청각이 예민한 경우, 해당 장애를 가지고 있는 환자에겐 주변이 너무 시끄러워 공격적인 행동을 할 가능성이 높게 된다. 또한, 외부 소리에 대한 자극이 작다면 사람의 목소리에 반응을 거의 하지 않는 경향을 보이게 된다.
우리의 감각은 신경을 통해 들어오고, 이것이 뇌로 전달되어 정보로 처리되면 운동 또는 감정으로 표출된다. 자폐 스펙트럼 장애의 사람들은 이 체계에 오류가 생긴 것으로 감각 전달 체계, 정보 처리 과정 또는 운동 기능 이상과 감정 조절에 어려움을 가져 잘못 유입되고 다소 틀어진 감정이 유출되는 것이다.
이로 인해 손을 반복적으로 흔드는 것 과 같은 동작을 반복한다. 자신에게 들어오는 자극이 예민하게 느껴지는 아이의 경우 자극을 잊고 집중력을 확보하기 위해 손을 흔드는 반면, 저 강도로 자극이 들어오는 아이의 경우 스스로 각성 상태를 유지하기 위해 자기만의 방식으로 극복하고자 한다.
예를 들어, 유치원 모래 놀이 시간에 모래 놀이가 자극으로 느껴지지 않는 아이는 주위를 돌아다니면서 멈출 때마다 손을 불끈 쥐고 양 귀 옆에 손을 올리고 손을 떨게 됨으로써 자극적 행동을 대체함으로서 모래 놀이를 적응하고자 한다.
이와 같이 자폐 스펙트럼 환자들은 소리에 대한 민감도가 일반인과 다르기 때문에 이들이 받아들이는 소리에 대한 보완이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 동적 범위 압축, 민감 소리 마스킹 및 음향 환경 소리 생성을 통하여 수신된 소리의 동적 범위를 압축하고, 민감 소리를 마스킹 하여 자폐 스펙트럼 장애를 앓고 있는 환자의 청각을 보조하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 소리를 수신하는 제 1 마이크로폰; 상기 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축하는 동적 범위 압축부; 상기 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출하는 민감 소리 검출부; 상기 기 설정된 소리가 포함된 경우, 상기 기 설정된 소리를 마스킹하는 민감 소리 마스킹부; 상기 동적 범위 압축부를 통하여 동적 범위가 압축된 소리 및 상기 민감 소리 마스킹부를 통하여 상기 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리하는 소리 믹싱부; 및 상기 소리 믹싱부에 의해 처리된 소리를 출력하는 스피커를 포함하는, 청각 보조 장치를 제공한다.
또한, 상기 청각 보조 장치는 상기 스피커로부터 출력되는 소리를 수신하는 제 2 마이크로폰; 및 상기 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 소리의 민감도를 추정하는 소리 민감도 추정부를 더 포함하고, 상기 소리 믹싱부는 상기 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 소리의 민감도에 기초하여 상기 출력되는 소리의 파워를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 청각 보조 장치는 사용자에 따른 음향 환경 소리를 생성하는 음향 환경 소리 생성부를 포함하고, 상기 소리 믹싱부는 상기 생성된 음향 환경 소리를 믹싱 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소리 믹싱부는 상기 마스킹된 소리와 상기 생성된 음향 환경 소리의 파워 비율을 제어하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음향 환경 소리는 상기 사용자에 의해 기 설정되거나 실시간으로 잔향 처리된 랜덤(random) 잡음인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기 설정된 소리는 멀티-라벨(multi-label) 심층 신경망 학습을 통하여 결정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기 설정된 소리는 사용자에 의해 설정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 민감 소리 마스킹부는 상기 수신된 소리 중 상기 기 설정된 소리가 포함되어 있지 않은 경우, 상기 수신된 소리를 바이패스(bypass) 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 청각 보조 장치는 반대 위상 소리를 생성하는 ANC 소리 생성부를 더 포함하고, 상기 ANC 소리 생성부는 상기 제 1 마이크로폰이 수신한 소리 및 상기 제 2 마이크로폰이 수신한 소리 중 적어도 하나의 소리의 반대 위상 소리를 생성하고, 상기 생성된 반대 위상 소리를 상기 소리 믹싱부로 전달하고, 상기 소리 믹싱부는 상기 반대 위상 소리를 믹싱 처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 소리를 수신하는 단계; 상기 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축하는 단계; 상기 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출하는 단계; 상기 기 설정된 소리가 포함된 경우, 상기 기 설정된 소리를 마스킹하는 단계; 상기 동적 범위가 압축된 소리 및 상기 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리하는 단계; 및 상기 처리된 소리를 출력하는 단계를 포함하는, 청각 보조 장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 자폐 스펙트럼 장애 환자의 민감 영역 및 무자극 영역을 제외한 범위로 소리를 동적 범위 압축하여 자폐 스펙트럼 장애 환자가 민감해 하거나 무자극해 하는 범위를 제외하고 소리를 들을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 자폐 스펙트럼 장애 환자가 민감해 하는 소리를 마스킹한 소리를 출력하여 자폐 스펙트럼 장애 환자를 정신적 및 신체적으로 보조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 장치의 구성도를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 범위 압축부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 민감 소리 검출부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 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 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
보청기와 같은 기존의 청력 보조 기기는 환자의 청력 손실로 인한 소리 인지의 민감도를 보상 해주기 위한 것이다. 기존의 보청기와 달리 소리의 민감도를 둔화시키기 위한 관련 기술은 Active Noise Cancelling(이하, ANC) 기술에 해당한다. ANC 청각 기기 혹은 노이즈 캔슬링 이어폰을 착용하게 될 경우, 과도하게 주변 소리를 상쇄시킴으로써 자연스럽지 않은 먹먹하고 조용한 환경이 되며 이는 자폐 스펙트럼 장애 환자들에게 필요한 모든 자극을 없애는 결과를 가져온다.
자폐 스펙트럼 장애 환자들의 경우, 옆에서 누가 달그락거리는 소리, 물소리 등 일반적인 소리가 자폐 스펙트럼 장애 환자들에게는 드라이기 소리, 제트기 소리 등으로 크게 들릴 수 있다. 즉, 자폐 스펙트럼 장애 환자들의 경우 소리가 너무 민감하게 들리기 때문에 스트레스가 쌓이게 되며 이로 인한 불안감이 조성될 수 있다.
뿐만 아니라, 자폐 스펙트럼 장애 환자들의 경우 큰 소리만 아닌 작은 소리에 대해서도 민감할 수 있다. 즉, 노이즈 캔슬링을 통하여 소리를 아예 없애는 경우 자폐 스펙트럼 장애 환자들의 경우 자극이 사라지게되어 스스로 자극을 만들어 내는 문제가 발생한다. 즉, 자폐 스펙트럼 장애 환자들이 심리적으로 편안함을 느끼는 환경을 구현해야만 한다.
자폐 스펙트럼 장애 환자들을 치료하기 위한 방법은 많이 연구되어 있으나 일상 생활을 보조하기 위한 소리 민감도 청각 보조 기기는 아직 보고되지 않고 있으며, 본 발명은 이를 위한 관련 핵심 기술인 음향 검출 기술, ANC 기술, 보청기의 동적 범위 압축 제어 기술과 융합하여 자폐 스펙트럼 장애 환자들을 위한 청각 보조 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 장치의 구성도를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 청각 보조 장치(100)는 참조 마이크로폰(101), 오차 마이크로폰(102), 스피커(103), 동적 범위 압축부(104), 민감 소리 검출부(105), 민감 소리 마스킹부(106), 소리 믹싱부(107), 소리 민감도 추정부(108), 음향 환경 소리 생성부(109) 및 ANC 소리 생성부(110)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 요소들은 청각 보조 장치(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 청각 보조 장치(100)는 위에서 열거된 구성 요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성 요소들을 가질 수 있다. 또한, 앞서 언급된 구성요소들이 모두 첨부된 도면들에서 상세하게 도시되지는 않으며, 중요한 일부 구성요소들만이 첨부된 도면들에서 도시될 수 있다. 그러나, 비록 모두 도시되지는 않지만, 청각 보조 장치로서의 기능을 구현하기 위해, 적어도 도 1의 구성요소들이 청각 보조 장치(100)에 포함될 수 있음을 당업자는 이해 가능하다.
보다 상세하게는, 청각 보조 장치(100)는 보청기 또는 웨어러블 장치에 대응할 수 있다. 즉, 청각 보조 장치(100)는 일반적으로 상용되는 보청기로 구현되거나 최근에 착용 가능한 다양한 웨어러블 장치로 구현될 수 있다. 이에 따라, 청각 보조 장치(100)는 일반적으로 상용되는 보청기의 구성 요소를 추가적으로 포함할 수 있으나 본 명세서에서는 본 발명의 특징에 직접적으로 관여되는 구성 요소만을 설명하도록 한다.
참조 마이크로폰(101)은 외부로부터 주변 소리를 수신할 수 있다. 이때, 참조 마이크로폰(101)은 사용자가 청각 보조 장치(100)를 착용하였을 때 고막 반대 쪽에 위치하게되는 마이크로폰에 해당한다. 즉, 이어폰에 위치하는 마이크로폰으로 외부로부터 주변 소리를 수신할 수 있다.
오차 마이크로폰(102)은 스피커(103)으로부터 출력되는 소리를 수신할 수 있다. 이때, 오차 마이크로폰(102)는 사용자가 청각 보조 장치(100)를 착용하였을 때 고막 쪽에 위치하게 되는 마이크로폰으로, 사용자가 듣게 되는 소리를 수신할 수 있다. 오차 마이크로폰(102)을 통해 수신하는 소리가 큰 경우, 소리 믹싱부(107)를 통해 감도를 조절할 수 있다.
이때, 참조 마이크로폰(101) 및 오차 마이크로폰(102)는 마이크로폰을 통해 들어온 오디오 신호를 A/D(Analog to Digital) 변환기를 통해 디지털 신호로 변경된다. 변경된 디지털 신호는 음성 검출기의 종류의 따라 디지털 입력 오디오 신호에 대해 바로 음성 검출을 수행할 수도 있고, 주파수 변환 후에 음성 검출을 수행할 수도 있다. 이는 일반적인 청각 보조 장치(100)의 실시예를 따로도록 한다.
스피커(103)는 소리 믹싱부(107)를 통하여 처리된 소리를 출력할 수 있다. 스피커(103)는 사용자의 귀에 삽입되거나 근접 배치되어 소리 믹싱부(107)를 통해 처리된 소리를 출력하여 사용자에게 제공하는 음향 출력 수단에 대응한다.
동적 범위 압축부(104)는 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축할 수 있다. 이에 대하여는 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.
민감 소리 검출부(105)는 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있다. 여기에서, 기 설정된 소리는 멀티-라벨(multi-labe) 심층 신경망 학습을 통하여 결정된 소리에 대응할 수 있다. 또한, 기 설정된 소리는 사용자에 의해 설정된 소리에 대응할 수 있다. 이에 대하여는, 도 3에서 자세히 설명하도록 한다.
민감 소리 마스킹부(106)는 참조 마이크로폰(101)을 통하여 수신된 소리에 기 설정된 소리가 포함된 경우, 기 설정된 소리를 마스킹할 수 있다. 보다 상세하게는, 민감 소리 마스킹부(106)는 특정 민감 소리 이벤트가 발생하는 경우, 민감 소리를 마스킹하는 소리(예를 들어, 화이트 노이즈 등)를 생성할 수 있다. 또한, 민감 소리 마스킹부(106)는 수신된 소리에 기 설정된 소리가 포함되어 있지 않은 경우, 수신된 소리를 바이패스(bypass) 처리할 수 있다.
소리 믹싱부(107)는 동적 범위 압축부(104)를 통하여 동적 범위가 압축된 소리 및 민감 소리 마스킹부(106)를 통하여 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리할 수 있다. 이때, 소리 믹싱부(107)는 순서를 정하여 믹싱 처리할 수 있다. 예를 들어, 소리 믹싱부(107)는 동적 범위 압축부(104)를 통하여 자폐 스펙트럼 장애 환자들의 음향 파워의 무자극 영역 및 민감 영역을 제외하고 소리를 압축하고, 압축한 소리 내에 특정 민감한 소리가 있는지 여부를 판단하여 마스킹된 소리를 믹싱 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 소리 믹싱부(107)는 오차 마이크로폰(102)으로부터 수신된 소리의 민감도에 기초하여 출력되는 소리의 파워를 제어할 수 있다. 마찬가지로, 소리 믹싱부(107)는 동적 범위가 압축된 소리 및 기 설정된 소리가 마스킹된 소리가 스피커(103)를 통하여 출력된 이후, 오차 마이크로폰(102)으로부터 출력된 소리를 수신하여 소리의 민감도에 기초하여 출력되는 소리의 파워를 다시 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 소리 믹싱부(107)는 음향 환경 소리 생성부(109)를 통해 생성된 음향 환경 소리를 믹싱 처리할 수 있다. 이때, 소리 믹싱부(107)는 민감 소리 마스킹부(106)를 통하여 마스킹된 소리와 음향 환경 소리 생성부(109)를 통하여 생성된 음향 환경 소리의 파워 비율을 제어하여 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 소리 믹싱부(107)는 ANC 소리 생성부(110)로부터 수신한 반대 위상 소리를 동적 범위가 압축된 소리, 기 설정된 소리가 마스킹된 소리 및 음향 환경 소리와 함께 믹싱 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 소리 믹싱부(107)는 소리 민감도 추정부(108)에서 추정된 소리 민감도에 기초하여 소리 믹싱부(107)의 출력 파워를 제어할 수 있다.
소리 믹싱부(107)는 상술한 소리들은 모두 믹싱 처리하여 스피커(103)를 통해 외부로 출력할 수 있다.
소리 민감도 추정부(108)는 오차 마이크로폰(102)으로부터 수신된 소리의 민감도를 추정할 수 있다. 보다 상세하게는, 소리 민감도 추정부(108)는 청각 보조 장치(100)의 오차 마이크로폰(102)로부터 수신된 최종 출력 소리의 강도를 기반으로 민감도를 추정할 수 있다. 이때, 소리 민감도 추정부(108)는 소리의 감도, 즉 소리의 크기(db, level)를 기준으로 소리의 민감도를 추정할 수 있다.
음향 환경 소리 생성부(109)는 사용자에 따른 음향 환경 소리를 생성할 수 있다.
보다 상세하게는, 음향 환경 소리 생성부(109)는 ANC 소리 생성부(110)에 의해 반대 위상 소리가 믹싱되어 처리되는 경우, 최종적으로 출력되는 소리가 먹먹해지는 부자연스러운 음향 환경을 보정하기 위하여, 사용자 맞춤형 음향 환경 소리를 생성할 수 있다. 즉, 음향 환경 소리는 사용자에 의해 기 설정되거나 실시간으로 잔향 처리된 랜덤(random) 잡음에 대응할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 가정의 공부방 환경에서 발생하는 소리를 예로 들 수 있다.
이에 따라, 음향 환경 소리 생성부(109)는 사용자가 사전에 저장해 놓은 음원 파일을 이용하거나 실시간으로 잔향 처리된 랜덤 잡음을 생성하여 소리 믹싱부(107)로 전달할 수 있다. 이후, 소리 믹싱부(107)는 ANC 소리 생성부(110)에 의해 처리된 소리에 음향 환경 소리 생성부(109)를 통해 생성된 음향 환경 소리를 추가하여 스피커(103)를 통해 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서, 음향 환경 소리 생성부(109)는 ANC 소리 생성부(110)가 반대 위상 소리를 생성하는 것과 별개로 단독적으로 자폐 스펙트럼 장애 환자가 사전에 저장해 놓은 음원 파일을 이용하여 음향 환경 소리를 생성할 수 있음은 물론이다.
ANC 소리 생성부(110)는 반대 위상 소리를 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, ANC 소리 생성부(110)는 참조 마이크로폰(101) 및 오차 마이크로폰(102)로부터 수신한 소리 중 적어도 하나의 소리의 반대 위상 소리를 생성할 수 있다.
보다 상세하게는, ANC 소리 생성부(110)는 참조 마이크로폰(101)을 통하여 최초로 수신되는 주변 소리에 대한 반대 위상 소리를 생성하여 소리 믹싱부(107)를 통해 처리된 소리를 출력할 수 있다. 뿐만 아니라, ANC 소리 생성부(110)는 동적 범위 압축부(104)를 통해 처리된 소리를 오차 마이크로폰(102)를 통해 수신하여, 수신된 소리에 대한 반대 위상 소리를 생성하여 소리 믹싱부(107)에 전달할 수 있다. 이를 통하여, ANC 소리 생성부(110)는 귀하고 참조 마이크로폰(101), 오차 마이크로폰(102) 및 스피커(103)와의 사이에서 누설되는 소리를 제거할 수 있다.
ANC 소리 생성부(110)는 생성된 반대 위상 소리를 소리 믹싱부(107)로 전달할 수 있다.
이때, ANC 소리 생성부는 반대 위상 소리 생성부로 일반적인 청각 보조 장치(100)에서 사용되는 기술을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 범위 압축부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 일반적인 청각 보조 장치에서 사용되는 동적 범위 압축 방식을 설명하고, 도 2 의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 범위 압축부의 동작을 설명한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 일반인이 들을 수 있는 음향 파워의 범위가 제 1 범위(201)이고, 청각 보조 장치를 사용해야 하는 사용자가 잃은 청력 손실 영역(202)이 존재할 수 있다. 이 경우, 일반인이 사용하는 청각 보조 장치의 동적 범위 압축부는 제 1 범위(201)를 제 2 범위(203)로 소리 음향 파워의 동적 범위를 압축할 수 있다. 이에 따라, 제 1 범위(201)에서 나타나는 소리의 동적 범위를 제 2 범위(203)로 압축해서 표현할 수 있다.
반면, 자폐 스펙트럼 장애 환자들의 음향 파워 범위는 일반인 및 단순한 청력 손실 영역이 존재하는 사용자의 경우와 다르다.
도 2의 (b)를 참조하면, 일반인이 들을 수 있는 음향 파워의 범위가 제 1 범위(201)일 때, 자폐 스펙트럼 장애 환자의 경우 소리 크기 민감 영역(204)과 소리 무자극 영역(205)이 모두 존재할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 범위 압축부는 제 1 범위(201)를 제 3 범위(206)로 소리 음향 파워의 동적 범위를 압축할 수 있다. 이에 따라, 제 1 범위(201)에서 나타나는 소리의 동적 범위를 제 3 범위(206)로 압축해서 표현할 수 있다.
즉, 소리의 파형은 유지하면서 소리의 동적 범위를 자폐 스펙트럼 장애 환자들에게 맞게 압축할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 청각 보조 장치를 이용하는 자폐 스펙트럼 장애 환자들은 소리 크기 민감 영역(204)과 소리 무자극 영역(205)을 제외한 제 3 범위(206)의 음향 파워만을 인지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 민감 소리 검출부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 민감 소리 검출부는 심층 신경망(딥러닝, 머신 러닝의 하나의 방법) 등의 머신 러닝 방법을 이용하여 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 존재하는지 여부를 검출할 수 있다.
보다 상세하게는, 민감 소리 검출부는 마이크로폰이 외부로부터 수신한 다양한 소리 신호(301)를 수신할 수 있다.
이후, 민감 소리 검출부는 소리 신호에서 멜 특징 값(Mel feature, 302)를 추출할 수 있다. 민감 소리 검출부는 수신한 소리 신호(301)를 멜 필터 뱅크(mel filter bank)에 통과시키는 방법으로 멜 특징 값(302)을 추출할 수 있다.
민감 소리 검출부는 추출된 멜 특징 값(302)을 DNN 인코더(303)에 입력할 수 있다. 여기에서, DNN 인코더(303)는 50종 이상의 멀티 라벨 심층 신경망을 포함할 수 있다. 예를 들어, DNN 인코더(303)는 Resnet, VGG, Gated CNN, U-net과 같은 심층 신경망을 포함할 수 있다. DNN 인코더(303)를 통하여 소리 신호(301)는 시그모이드(sigmoid) 함수(304)로 출력될 수 있다. 즉, 소리 신호(301)는 0과 1사이의 값으로 바이너리 분류(binary classification)가 가능하며, 시그모이드 함수(304)로 출력된 값들은 Binary cross entropy loss(305)를 붙여 멀티 라벨 분류(Multi-label classification)가 가능하게 된다.
이에 따라, 자폐 스펙트럼 장애 환자들이 민감해하는 소리를 검출할 수 있다. 이러한 소리는 크기와 상관없이 자폐 스펙트럼 장애 환자 개개인 별로 트라우마처럼 존재할 수 있다. 즉, 민감 소리 검출부는 자폐 스펙트럼 장애 환자 맞춤형 특정 소리 이벤트를 검출할 수 있다.
위와 같은 방법으로 검출된 기 설정된 소리를 마스킹하기 위하여 민감 소리 마스킹부는 노이즈 캔슬링 기술과 같은 방법을 통해 마스킹할 수 있는 소리를 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, 민감 소리에 대한 역위상으로 더 큰소리 또는 아무 특색 없는 다른 소리를 생성하여 민감 소리를 마스킹할 수 있다. 예를 들어, 귀에 이명이 있는 환자들의 경우 편안한 수면 환경 조성을 위해 화이트 노이즈를 틀어놓고 자는 것과 같은 기술을 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 단계(S401)에서, 외부로부터 소리를 수신할 수 있다.
단계(S402)에서, 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축할 수 있다.
단계(S403)에서, 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있다. 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있지 않은 경우, 소리를 바이패스할 수 있다. 여기에서, 기 설정된 소리는 멀티-라벨(multi-label) 심층 신경망 학습을 통하여 결정되거나 사용자에 의해 설정된 것을 특징으로 한다.
단계(S404)에서, 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함된 경우, 기 설정된 소리를 마스킹할 수 있다.
단계(S405)에서, 동적 범위가 압축된 소리 및 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리할 수 있다. 또한, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 사용자에 따른 음향 환경 소리를 더 생성할 수 있고, 생성된 음향 환경 소리를 추가적으로 믹싱 처리할 수 있다. 여기에서, 음향 환경 소리는 사용자에 의해 기 설정되거나 실시간으로 잔향 처리된 랜덤(random) 잡음인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 마스킹된 소리와 생성된 음향 환경 소리의 파워 비율을 제어하여 믹싱 처리할 수 있다.
단계(S406)에서, 처리된 소리를 출력할 수 있다.
단계(S407)에서, 출력된 소리의 민감도를 추정할 수 있다. 추정된 민감도에 기초하여 단계(S405) 및 단계(S406)으로 되돌아가 출력되는 소리의 파워를 다시 제어할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 3을 통해 상술한 실시예들은 도 4와 같이 청각 보조 장치의 제어 방법으로서 실시될 수 있음은 물론이다. 즉, 도 1 내지 도 3은 설명의 편의를 위하여 청각 보조 장치가 수행하는 것으로 기재하였으나 모든 실시예는 청각 보조 장치의 제어 방법으로 실시될 수 있음은 물론이다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, 자기 테이프, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 청각 보조 장치
101: 참조 마이크로폰
102: 오차 마이크로폰
103: 스피커
104: 동적 범위 압축부
105: 민감 소리 검출부
106: 민감 소리 마스킹부
107: 소리 믹싱부
108: 소리 민감도 추정부
109: 음향 환경 소리 생성부
110: ANC 소리 생성부

Claims (10)

  1. 외부로부터 소리를 수신하는 제 1 마이크로폰;
    상기 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축하는 동적 범위 압축부;
    상기 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출하는 민감 소리 검출부;
    상기 기 설정된 소리가 포함된 경우, 상기 기 설정된 소리를 마스킹하는 민감 소리 마스킹부;
    상기 동적 범위 압축부를 통하여 동적 범위가 압축된 소리 및 상기 민감 소리 마스킹부를 통하여 상기 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리하는 소리 믹싱부;
    상기 소리 믹싱부에 의해 처리된 소리를 출력하는 스피커;
    상기 스피커로부터 출력되는 소리를 수신하는 제 2 마이크로폰; 및
    상기 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 소리의 민감도를 추정하는 소리 민감도 추정부를 포함하고,
    상기 소리 믹싱부는
    상기 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 소리의 민감도에 기초하여 상기 출력되는 소리의 파워를 제어하는 것을 특징으로 하는 청각 보조 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    사용자에 따른 음향 환경 소리를 생성하는 음향 환경 소리 생성부를 포함하고,
    상기 소리 믹싱부는
    상기 생성된 음향 환경 소리를 믹싱 처리하는 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소리 믹싱부는
    상기 마스킹된 소리와 상기 생성된 음향 환경 소리의 파워 비율을 제어하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 음향 환경 소리는 상기 사용자에 의해 기 설정되거나 실시간으로 잔향 처리된 랜덤(random) 잡음인 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  6. 외부로부터 소리를 수신하는 제 1 마이크로폰;
    상기 수신된 소리의 동적 범위(Dynamic range)를 압축하는 동적 범위 압축부;
    상기 수신된 소리 중 기 설정된 소리가 포함되어 있는지 여부를 검출하는 민감 소리 검출부;
    상기 기 설정된 소리가 포함된 경우, 상기 기 설정된 소리를 마스킹하는 민감 소리 마스킹부;
    상기 동적 범위 압축부를 통하여 동적 범위가 압축된 소리 및 상기 민감 소리 마스킹부를 통하여 상기 기 설정된 소리가 마스킹된 소리를 믹싱 처리하는 소리 믹싱부; 및
    상기 소리 믹싱부에 의해 처리된 소리를 출력하는 스피커를 포함하고,
    상기 기 설정된 소리는 사용자에 의해 설정되며, 멀티-라벨(multi-label) 심층 신경망 학습을 통하여 결정된 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 소리는 사용자에 의해 설정된 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 민감 소리 마스킹부는
    상기 수신된 소리 중 상기 기 설정된 소리가 포함되어 있지 않은 경우, 상기 수신된 소리를 바이패스(bypass) 처리하는 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    반대 위상 소리를 생성하는 ANC 소리 생성부를 더 포함하고,
    상기 ANC 소리 생성부는
    상기 제 1 마이크로폰이 수신한 소리 및 상기 제 2 마이크로폰이 수신한 소리 중 적어도 하나의 소리의 반대 위상 소리를 생성하고,
    상기 생성된 반대 위상 소리를 상기 소리 믹싱부로 전달하고,
    상기 소리 믹싱부는 상기 반대 위상 소리를 믹싱 처리하는 것을 특징으로 하는, 청각 보조 장치.
  10. 삭제
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