KR20010075841A - Apparatus for cancellation of noise in desktop environment using adaptive filtering - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 컴퓨터 작업 환경하에서 작업 능률의 저하를 초래하거나 게임이나 음악 청취시 오디오의 품질을 저하시킬 수 있는 컴퓨터 주변 환경의 소음을 효과적으로 제거할 수 있는 적응 필터링에 의한 컴퓨터 소음제거 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a computer noise canceling device by adaptive filtering that can effectively remove the noise of the computer surroundings that can cause a decrease in work efficiency in the computer working environment or degrade the audio quality when listening to a game or music.
컴퓨터 환경하에서 발생할 수 있는 주요 소음의 원천지는 전력공급장치(Power Supply), 냉각 팬(Fan) 등이라고 할 수 있는데, 이로부터 야기되는 소음을 줄이기 위해서 종래에는 주로 소음원에 해당되는 하드웨어를 고가의 장비로 교체하였다. 물론, 이러한 고가 장비의 도입은 고도의 집중력이 요구되거나, 잡음환경에 상당히 민감한 반응을 나타내는 업무 등을 수행하기 위해서 비용적인 측면을 감수하고서라도 반드시 필요하다고 할 수 있으나, 문서작성의 업무나 프로그램의 코딩, 캐드(CAD) 및 그래픽 작업 등 컴퓨터를 이용한 일반업무를 위해서는 절대적 필요조건에 해당되는 사항은 아니라고 할 수 있다.The main source of noise that can occur in a computer environment is a power supply, a cooling fan, etc. In order to reduce the noise caused by this, conventionally, hardware that is mainly a noise source is expensive. Replaced with. Of course, the introduction of such expensive equipment is necessary even at the expense of cost in order to perform a task that requires a high concentration or a reaction that is highly sensitive to the noise environment. It is not an absolute requirement for computer-generated general work such as coding, CAD and graphics.
따라서, 현대 사회에서 업무수행에 있어 필수 불가결하다고 판단되는 컴퓨터를 장시간 사용하는 사람들이 겪을 수 있는 컴퓨터 소음에 의한 정신적 스트레스의 완화 및 음향효과, 컴팩트 디스크(CD) 음악 등 원하는 소리를 잡음없이 들을 수 있도록 하는 방안이 필수적으로 요구된다.Therefore, it is possible to reduce the mental stress caused by computer noise, sound effects, and compact disc (CD) music without noise, which can be experienced by those who use the computer which is considered indispensable for work in modern society for a long time. It is essential to have a plan to make it work.
상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 본 발명은, 기존의 작업환경을 그대로 유지하면서도 저가의 컴퓨터용 마이크 2개를 컴퓨터 본체 및 모니터에 부가적으로 장착하고, 신호처리 분야에서 소음제거를 위해 널리 사용되고 있는 적응필터링 기법을 도입함으로써, 작업자 주변의 소음을 최대한으로 줄이기 위한 적응 필터링에 의한 컴퓨터 소음제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to meet the requirements as described above, while additionally equipped with two low-cost computer microphones on the computer main body and the monitor while maintaining the existing working environment, and for noise reduction in the field of signal processing The purpose of the present invention is to provide a computer noise reduction device by adaptive filtering to reduce noise around the operator to the maximum by introducing a widely used adaptive filtering technique.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따라 소음 제거를 위한 구성 예시도.1 is an exemplary configuration for noise reduction according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 적응 필터링에 의한 컴퓨터 소음제거 장치의 일실시예 구성도.2 is a block diagram of an embodiment of a computer noise reduction apparatus using adaptive filtering in accordance with the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 퍼스널컴퓨터(PC) 본체 11,12 : 마이크(Mic)10: personal computer (PC) main body 11, 12: microphone (Mic)
13 : 스피커(Speaker) 21 : 적응필터(Adaptive Filter)13: Speaker 21: Adaptive Filter
22 : 감산기22: subtractor
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 컴퓨터에서 출력되는 소음을 제거하는 장치에 있어서, 상기 컴퓨터의 소음원의 신호를 수집하기 위한 제1 수집수단; 상기 제1 수집수단에서 수집된 소음원의 신호를 청취자가 실제로 듣게 되는 청취신호에 근사하도록 최적화시키기 위한 필터링수단; 상기 필터링수단로부터 청취자가 실제로 듣게되는 청취신호에 근사한 신호를 입력받아, 이를 위상 반전시킨 후 스피커를 통해 출력하여 소음이 상쇄된 영역을 발생함으로써 소음을 제거하는 소음제거수단; 및 상기 스피커를 통해 발생되는 에러신호를 수집하여 상기 필터링수단의 계수를 최적화할 수 있도록 피드백시키는 제2 수집수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a device for removing noise output from a computer, comprising: first collecting means for collecting a signal of a noise source of the computer; Filtering means for optimizing a signal of the noise source collected by the first collecting means to approximate a listening signal actually heard by the listener; Noise removing means for receiving noise from the filtering means, the signal being approximate to the listening signal actually heard by the listener, removing the noise by generating a region where noise is canceled by inverting the phase and outputting the same through a speaker; And second collecting means for feeding back an error signal generated through the speaker to optimize the coefficient of the filtering means.
본 발명은 적응신호처리기법을 이용한 컴퓨터 소음제거 장치에 관한 것으로, 현재 퍼스널컴퓨터(PC) 환경하에서 발생할 수 있는 소음원(Noise source)에 의한 정신적 스트레스가 초래할 수 있는 사용자의 작업능률의 저하를 개선하거나, 또는 광범하게 확산되고 있는 컴퓨터 게임과 음악 등 데스크탑 환경에서 접할 수 있는 여러 종류의 소리들을 잡음없이 들을 수 있게 하며, 이를 위해 신호처리분야에서 널리 사용되고있는 적응 필터를 도입하여 원하지 않는 신호를 매순간 능동적으로 제거시킨다.The present invention relates to a computer noise canceling apparatus using an adaptive signal processing technique, which improves a decrease in work efficiency of a user, which may be caused by mental stress caused by a noise source that may occur under a personal computer (PC) environment. It allows users to listen to various kinds of sounds that can be found in desktop environments such as computer games and music, which are spreading widely or without noise. Remove it.
이를 위해, 본 발명은 컴퓨터에서 발생하는 전기적 소음, 냉각 팬(Fan) 소음 등의 소음원에 인접하여 위치시킨 마이크를 통해 소음을 직접 채집하고, 이를 적응 필터링 과정을 수행하여 청취자가 작업시 실제로 듣게 되는 소음에 근사한 추정치를 구한 후 이와 180˚위상차를 가지는 신호로 다시 모델링하여 최종적으로 컴퓨터 작업 환경하의 일반 스피커를 통해 출력시킴으로써, 청취자 주변에 일종의 소음상쇄 영역(Noise Quiet Zone)이 생기게 하여 자연스럽게 소음이 제거될 수 있도록 한다.To this end, the present invention directly collects the noise through a microphone placed adjacent to the noise source, such as electrical noise generated from the computer, cooling fan (Fan) noise, and performs the adaptive filtering process, the listener actually hears at work After approximating the noise, the model is re-modeled into a signal having a 180 ° phase difference and finally output through a general speaker under a computer working environment. To be possible.
이로써, 본 발명은 PC 작업 환경하에서 작업능률의 저하를 초래하거나 PC 게임이나 음악 청취시 오디오의 품질을 떨어뜨릴 수 있는 소음을 효과적으로 제거함으로써, 컴퓨터 사용자에게 보다 나은 주변 환경을 마련해 줄 수 있다.As a result, the present invention can provide a better environment for the computer user by effectively removing noises that may cause a decrease in work efficiency or degrade audio quality when listening to a PC game or music under a PC working environment.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 적응신호처리 기법을 이용하여 컴퓨터에서 나오는 전기적 소음, 컴퓨터 냉각장치인 팬(Fan)의 소음 등을 제거함으로써, 소음으로 인한 정신적 스트레스를 해소하고 컴퓨터 사용시 집중력을 향상시키며, 오디오 소리의 품질을 높임과 동시에 현재 범람하고 있는 컴퓨터 게임 운용시와 컴퓨터 음악 청취시 원하는 소리들을 잡음없이 들을 수 있도록 한다.The present invention removes the electrical noise from the computer, the noise of the computer cooling fan (Fan) by using an adaptive signal processing technique, to solve the mental stress caused by the noise and improve the concentration when using the computer, the quality of the audio sound At the same time, you can listen to the sound you want when operating computer games and listening to computer music.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응 필터링에 의한 컴퓨터 소음제거 장치는, 컴퓨터의 소음신호를 수집하기 위한 마이크(11)와, 마이크(11)에서 수집된 소음신호를 청취자가 실제로 듣게되는 청취신호에 근사하도록 최적화시키기 위한 적응필터(21)와, 적응필터(21)로부터 청취자가 실제로 듣게되는 청취신호에 근사한 신호를 입력받아, 이를 위상 반전시킨 후 스피커(13)를 통해 출력하여 소음이 상쇄된 영역을 발생함으로써 소음을 제거하는 감산부(22)와, 스피커(13)를 통해 발생되는 에러신호를 수집하여 적응필터(21)의 계수를 조정할 수 있도록 피드백시키는 마이크(12)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the computer noise canceling device using adaptive filtering according to the present invention includes a microphone 11 for collecting a noise signal of a computer and a listener to actually hear the noise signal collected from the microphone 11. The adaptive filter 21 for optimizing to approximate the listening signal to be received, and a signal approximating the listening signal actually heard by the listener from the adaptive filter 21, the phase is inverted and output through the speaker 13 to the noise A subtractor 22 for removing noise by generating the canceled area, and a microphone 12 for collecting an error signal generated through the speaker 13 and feeding back a feedback to adjust the coefficient of the adaptive filter 21. do.
본 발명에 따른 컴퓨터 소음제거 장치는 궁극적으로 도 1 및 도 2에서와 같이 소음원에서 발생한 신호 n(k)(101,201)가 여러 경로를 거쳐 전파된 후, 청취자의 귀에 도달했을 때 실질적으로 지각되는 신호 np(k)(102,202)를 신호처리기법을 도입하여 효과적으로 차단함을 의미한다고 할 수 있다.The computer noise canceling device according to the present invention is a signal that is substantially perceived when the signal n (k) (101,201) generated from the noise source is propagated through various paths and reaches the listener's ear, as shown in FIGS. 1 and 2. It can be said that np (k) (102, 202) is effectively blocked by introducing a signal processing technique.
이를 위해서, 소음원이 야기하는 신호 n(k)(101,201)를 마이크(11)를 이용하여 채집하고, 적응 필터링(Adaptive Filtering)을 통해 np(k)(102,202)에 가장 근사한 신호 y(k)(103, 203)를 얻어 이를 180˚위상 반전시켜서 스피커(13)로 출력하면 np(k)(102,202)와 y(k)(103,203)가 서로 상쇄되어 사실상 소음이 제거된다고 할 수 있다. 이런 과정에서 사용된 신호처리기법이 이른바 적응소음제거(Adaptive Noise Cancellation) 혹은 능동소음제거(Active Noise Cancellation)라고 하는 것인데, 이는 적응필터를 이용해서 기준입력(Reference input)에 해당되는 소음원으로부터 주요입력성분(Primary input)에 포함된 소음을 추정하여 소음이 첨가된 신호에서 원신호를 복구하는 방법이다.To this end, the signal n (k) 101, 201 caused by the noise source is collected using the microphone 11, and the signal y (k) (nearest to np (k) 102, 202 through adaptive filtering). When 103 and 203 are obtained and the phase is inverted by 180 ° and output to the speaker 13, it can be said that np (k) 102 and 202 and y (k) 103 and 203 are canceled with each other to virtually eliminate noise. The signal processing technique used in this process is called adaptive noise cancellation or active noise cancellation, which is the main input from the noise source corresponding to the reference input using an adaptive filter. This method recovers the original signal from the noise-added signal by estimating the noise included in the primary input.
여기서, 소음원으로부터 채집된 신호를 청취자가 실제로 듣게되는 신호에 가장 가깝도록 최적화시키기 위해 채택한 필터는 일반적으로 소음제거 목적으로 많이 이용되는 에러 신호값의 최소자승평균(LMS : Least Mean Square)에 의해 제어되는 적응필터(21)이다.Here, the filter adopted to optimize the signal collected from the noise source to be closest to the signal actually heard by the listener is controlled by the least square mean (LMS) of error signal values which are commonly used for noise reduction purposes. Is an adaptive filter 21.
설명의 편의를 위해, 소음원의 신호를 n(k)(101,201), 청취자가 실질적으로 듣게되는 소음을 np(k)(102,202), 그리고 청취자가 듣기를 원하는 신호(Desired signal)를 s(k)(104, 204)라고 가정하면, (수학식 1)과 같은 식을 유도할 수 있다.For the convenience of explanation, n (k) (101,201) the signal of the noise source, np (k) (102,202) the noise that the listener actually hears, and s (k) the Desired signal that the listener wants to hear. Assuming (104, 204), we can derive an equation such as (Equation 1).
= s(k)-y(k)+np(k)│if y(k)≒np(k)= s(k)s (k) -y (k) + np (k) │ if y (k) ≒ np (k) = s (k)
(수학식 1)에서 알 수 있듯이, 청취자가 적응 필터링의 결과로 듣게 되는 신호 e(k)(205)를 소음이 제거된 신호 s(k)라고 가정한다면, 적응필터(Adaptive Filter)(21)의 출력신호 y(k)를 np(k)와 거의 동일하게 되도록 모델링하면 된다는 결론을 얻게된다. 이 경우, 에러신호 e(k)는 모니터에 부착된 마이크(12)를 통해 채집되고, 최소자승평균값을 가지도록 매순간 피드백(Feedback)되어 적응필터(21)의 필터계수들을 업데이트(Update)하는데 사용된 후 다시 재조정된다.As can be seen from Equation 1, if the signal e (k) 205 that the listener hears as a result of adaptive filtering is assumed to be a signal s (k) without noise, an adaptive filter 21 It is concluded that the output signal of y (k) can be modeled to be almost equal to np (k). In this case, the error signal e (k) is collected through the microphone 12 attached to the monitor, and fed back every second to have a least square mean value and used to update the filter coefficients of the adaptive filter 21. And then readjusted again.
이와 같은 방법으로 청취자가 작업시 듣게되는 소음에 근사한 소음을 모델링하고 이와 역상(180˚위상차)이 되는 신호를 스피커(13)를 통해 출력시키면 청취자 주변에 소음이 상쇄된 영역(Quiet Zone)(105)이 발생하게 된다.In this way, modeling the noise that is close to the noise that the listener hears while working, and outputting a signal that is reversed (180 ° out of phase) through the speaker 13, the noise zone around the listener (Quiet Zone) 105 ) Will occur.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains, and the above-described embodiments and accompanying It is not limited to the drawing.
상기한 바와 같은 본 발명은, 컴퓨터 소음을 효과적으로 제거함으로써 청취자로 하여금 소음으로 인한 정신적 스트레스에서 벗어나게 함은 물론 컴퓨터 게임 또는 음악 청취시 원하는 음을 잡음없이 들을 수 있게 하여 보다 쾌적한 환경에서의 작업을 가능케 하는 효과가 있다.As described above, the present invention effectively removes computer noise, thereby allowing the listener to be free from mental stress caused by the noise, and to listen to the desired sound without noise while listening to computer games or music, thereby enabling a more comfortable working environment. It is effective.
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