KR200486563Y1 - 음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치 - Google Patents

음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 사용자의 양 귀에 착용하는 이어폰이나 헤드폰과 같은 음향 출력 장치를 통해 특정 주파수 대역으로 좌우 음향을 번갈아 출력하여 집중력 향상과 관련된 뇌파가 유도되도록 제공하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치에 관한 것이다. 본 고안은 사용자의 뇌가 반응하고 있는 대상인 유의미한 음성을 뇌파 유도 수단으로 직접 이용함으로써, 유의미한 음성을 구성하는 오디오 데이터 기반으로 생성된 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 집중력 향상 관련 뇌파를 유도할 수 있는 최적의 특정 주파수로 사용자의 양 귀에 교번 출력하여 해당 특정 주파수에 따라 사용자의 뇌파가 거부감 없이 적극적으로 반응하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 집중력 향상과 관련된 뇌파로 사용자의 뇌파를 용이하게 유도하여 높은 집중력 향상을 지원하는 효과가 있다.

Description

음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치{Apparatus for enhancing concentration using sound and sound output device therefor}
본 고안은 음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 사용자의 양 귀에 착용하는 이어폰이나 헤드폰과 같은 음향 출력 장치를 통해 특정 주파수 대역으로 좌우 음향을 번갈아 출력하여 집중력 향상과 관련된 뇌파가 유도되도록 제공하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치 및 이를 위한 음향 출력 장치에 관한 것이다.
뇌파의 발견 이후 뇌파에 대한 연구가 상당히 이루어지고 있으며, 이러한 뇌파를 자극하여 특정 신체 기능의 효율을 높이기 위한 연구가 지속되고 있다.
이러한 뇌파는 델타파(0.5~4Hz), 세타파(4~8Hz), 알파파(8~13Hz), SMR파(12~16Hz), 베타파(13~30Hz), 감마파(30~120Hz)로 분류될 수 있다.
상술한 뇌파 중에서, 집중도와 관련도가 높은 뇌파는 알파파와 SMR파 및 베파타이며, 최근 이러한 집중도 관련 뇌파를 활성화하여 사용자의 집중도를 높이기 위한 각종 장치가 등장하고 있다.
일례로, 눈의 자극을 통해 집중력 향상을 도모하는 장치가 제공되고 있으며, 이러한 장치는 LED 광원의 깜박임을 통해 뇌로 이어지는 몸의 센서 중 가장 큰 영향력을 미치는 기관인 눈을 자극하여 사용자의 집중력과 관련된 알파파와 베타파와 같은 뇌파를 유도함으로써, 사용자의 집중력을 높이도록 동작한다.
그러나, 이러한 기존 장치는 사용자가 LED 광원이 구비된 안경을 착용해야 하므로 사용자가 해당 안경 착용시 사용자의 시야를 가리게 되어 일상 생활을 하면서 사용할 수 없을 뿐만 아니라 인위적인 광에 의한 자극에 대한 사용자의 거부감이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 개선하여 일상 생활에서도 사용이 가능하도록 신체 기관 중 뇌파에 영향을 미치는 기관인 청각을 이용한 집중력 향상을 지원하는 장치가 제공되고 있으며, 이러한 장치는 이어폰으로 특정 노이즈를 듣도록 하여 상기 알파파와 베타파를 활성화함으로써 사용자의 집중도를 높이고 있다.
그러나, 이러한 청각을 이용한 집중력 향상을 지원하는 기존 장치는 의미 없는 특정 신호를 반복적으로 사용자의 양 귀에 출력함으로써, 이러한 특정 신호에 민감한 사용자에 대해서는 오히려 집중력을 저하시키는 문제를 발생시키며, 이어폰을 통해 오디오를 청취하는 경우 해당 장치를 사용할 수 없으므로 사용상 한계가 발생하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2002-0009225호
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 고안은 사용자의 양 귀에 착용하여 청각을 통해 사용자의 집중력과 관련된 뇌파를 유도함으로써 사용자의 집중력을 향상시킴과 더불어 기존과 같이 의미없는 신호가 아닌 사용자가 청취하는 다양한 유의미한 음성을 이용한 청각 자극을 통해 사용자의 집중력 관련 뇌파를 유도함으로써 사용자의 거부감을 최소화하는 동시에 강의나 토론, 연설, 영화 감상 등과 같이 집중이 필요한 대상이 음성인 경우 해당 음성 청취에 대한 집중력 향상을 유도할 수 있도록 하여 일상 생활에서의 사용 편의성 및 집중력 향상 효과를 높이는데 그 목적이 있다.
본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치는 사용자의 양 귀로 음향을 출력하는 음향 출력 장치의 좌측 스피커를 통해 좌측 음향 신호가 출력되도록 하고, 상기 음향 출력 장치의 우측 스피커를 통해 우측 음향 신호가 출력되도록 하는 음향 출력부 및 뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 오디오 데이터에 따른 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 알파파를 중심으로 하는 5~20Hz의 미리 설정된 특정 주파수로 번갈아 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 상기 사용자의 집중력과 관련된 뇌파를 유도하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 오디오 데이터는 강의, 토론, 연설, 대사, 대화 중 어느 하나에 따른 유의미한 음성에 대한 음성 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부 및 하나 이상의 오디오 데이터가 저장되는 저장부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 오디오 데이터 중 상기 사용자 입력부를 통한 사용자 입력을 기초로 선택된 오디오 데이터를 기반으로 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 사용자 입력에 따라 상기 특정 주파수를 가변하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 증폭하는 증폭부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 특정 주파수에 따라 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 각각 출력 대상 및 차단 대상으로 교번하여 설정하며, 미리 설정된 설정정보에 따라 상기 출력 대상과 차단 대상을 상기 증폭부를 통해 서로 다른 증폭률로 증폭한 후 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 상기 좌측 및 우측 음향 신호가 번갈아 출력되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 좌측 및 우측 음향 신호를 상기 특정 주파수에 따라 교차 차단하기 위한 상기 특정 주파수를 가지며 상호 반대 위상을 가진 제 1 및 제 2 차단 신호를 상기 좌측 및 우측 음향 신호와 각각 대응되도록 생성하고, 상기 제 1 차단 신호에 따라 상기 좌측 음향 신호를 선택 출력하고, 상기 제 2 차단 신호에 따라 상기 우측 음향 신호를 선택 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 사용자 입력에 따라 상기 제 1 및 제 2 차단 신호의 듀티비 및 제 1 및 제 2 차단 신호 상호 간 위상차 중 적어도 하나를 조절하며, 상기 듀티비 및 위상차 중 적어도 하나가 조절된 상기 제 1 및 제 2 차단 신호에 따라 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 출력할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 외부 음성을 음성 신호로 변환하는 마이크부 또는 외부 장치로부터 상기 오디오 데이터를 입력받는 인터페이스부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 마이크부 또는 인터페이스부로부터 수신된 음성 신호 또는 오디오 데이터를 기초로 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안과 관련된 일 예로서, 상기 음향 출력부는 상기 음향 출력 장치로 유선 또는 무선으로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상을 위한 음향 출력 장치는 좌측 스피커 및 우측 스피커와, 상기 좌측 스피커 및 우측 스피커와 각각 대응되어 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 각각 상기 좌측 스피커 및 우측 스피커로 출력하는 음향 출력부 및 뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 오디오 데이터에 따른 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 알파파를 중심으로 하는 5~20Hz의 미리 설정된 특정 주파수로 번갈아 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 상기 사용자의 집중력과 관련된 뇌파를 유도하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 고안은 사용자의 뇌가 반응하고 있는 대상인 유의미한 음성을 뇌파 유도 수단으로 직접 이용함으로써, 유의미한 음성을 구성하는 오디오 데이터 기반으로 생성된 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 집중력 향상 관련 뇌파를 유도할 수 있는 최적의 특정 주파수로 사용자의 양 귀에 교번 출력하여 해당 특정 주파수에 따라 사용자의 뇌파가 거부감 없이 적극적으로 반응하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 집중력 향상과 관련된 뇌파로 사용자의 뇌파를 용이하게 유도하여 높은 집중력 향상을 지원하는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 사용자가 뇌를 사용하여 의미를 이해할 필요가 있는 집중 대상인 동시에 청취 대상인 음성을 양쪽 귀에 번갈아가면서 공급할 수 있으며, 이를 통해 음성을 우뇌와 좌뇌에 시간적으로 분리 공급하여 우뇌와 좌뇌의 정보 교환을 강요하는 동시에 사용자의 집중력 향상과 관련된 뇌파의 유도를 위한 수단으로 이용함으로써, 집중력이 필요한 대상인 음성을 청취하면서 집중력 향상과 관련된 뇌파가 사용자의 뇌에 유도되도록 하여 해당 음성에 대한 사용자의 집중력 및 이해도를 크게 높이는 동시에 음성 청취와 뇌파 유도가 함께 이루어져 뇌파 유도 과정의 사용자 편의성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치가 구성되는 사용자 단말 및 음향 출력 장치를 도시한 예시도.
도 3은 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 상세 구성도.
도 4는 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 동작 예시도.
도 5는 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 차단 신호에 대한 듀티비 조절 과정을 나타낸 동작 예시도.
도 6은 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 좌우측 음향 신호의 증폭률 조절 과정을 나타낸 동작 예시도.
도 7은 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 외부 음성을 이용한 뇌파 유도 과정에 대한 동작 예시도.
도 8 및 도 9는 본 고안에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치의 성능 검사 결과에 대한 도면.
이하, 도면을 참고하여 본 고안의 상세 실시예를 설명한다.
본 고안은 뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 오디오 데이터 기반으로 생성된 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 사용자의 양 귀에 착용되는 이어폰(earphone)이나 헤드폰(headphone)과 같은 음향 출력 장치(10)의 좌측 스피커(11)(speaker)(11) 및 우측 스피커(12)로 미리 설정된 주파수 범위 내의 특정 주파수에 따라 번갈아 출력하는 집중력 향상 장치(100)를 제공하며, 이를 통해 사용자의 양 귀에 번갈아 출력되는 음성에 따라 사용자의 뇌가 의미 이해를 위해 적극적으로 활성화되어 반응하도록 유도하는 동시에 사용자의 좌측 귀와 연관된 뇌 부분과 사용자의 우측 귀와 연관된 뇌 부분이 상기 특정 주파수에 따라 번갈아 가면서 활성화됨으로써 사용자의 집중력 향상과 관련된 뇌파의 유도를 적극적으로 이끌어 낼 수 있다.
이때, 상기 집중력 향상과 관련된 뇌파는 알파파(8~13Hz), SMR파(12~16Hz), 베타파(13~30Hz) 중 어느 하나일 수 있다.
즉, 기존의 뇌파 유도를 위한 장치는 무의미한 음향을 특정 주파수로 출력하게 되는데 이러한 무의미한 음향에 대해서는 사용자가 의미를 해석할 필요가 없어 해당 음향에 의한 수동적인 뇌파 조절이 이루어지므로, 집중력 향상과 관련된 뇌파에 사용자의 뇌파가 동조될 때까지 상당한 시간이 소요될 뿐더러 해당 음향에 거부감을 느끼는 사용자의 경우 뇌파 유도 효율이 저하되는 반면, 본 고안은 사용자가 적극적으로 청취하고자 하는 유의미한 음성을 사용자의 양 귀에 집중력 향상과 관련된 뇌파의 유도를 위한 특정 주파수로 교번 출력하여 사용자의 뇌파가 상기 음성에 대한 거부감 없이 음성의 의미 해석을 위해 활성화된 상태에서 상기 뇌파 유도를 위한 특정 주파수에 따라 집중력 향상과 관련된 뇌파에 사용자의 뇌파를 동조시킬 수 있으므로 사용자의 뇌가 뇌파 유도 과정에 거부 반응 없이 능동적으로 반응하도록 지원하여 기존보다 집중력 향상 효과를 높일 수 있다.
우선, 도 1 및 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치(100)의 구성 예시도로서, 도시된 바와 같이, 상기 집중력 향상 장치(100)는 별도의 모듈 또는 장치로 구성되거나 사용자 단말(1) 또는 헤드폰과 같은 음향 출력 장치(10)에 내장되어 구성될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 집중력 향상 장치(100)는 음향 출력부(110)와 제어부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 음향 출력부(110)는 좌측 스피커(11)와 우측 스피커(12)를 구비한 음향 출력 장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 좌측 스피커(11)에 좌측 음향 신호를 출력하고, 우측 스피커(12)에 우측 음향 신호를 출력할 수 있다.
이를 위해, 상기 음향 출력부(110)는 상기 좌측 스피커(11) 및 우측 스피커(12)와 각각 대응되어 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 출력하는 복수의 단자를 포함하는 잭(jack)과 같은 출력 인터페이스부로 구성될 수도 있으며, 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호와 각각 대응되는 복수의 신호 전송 라인 및 플러그를 포함하는 와이어(wire)를 통해 상기 음향 출력 장치(10) 또는 상기 좌우측 스피커(11, 12)로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 전송할 수 있다.
이때, 상기 집중력 향상 장치(100)가 상기 음향 출력 장치(10)에 내장되어 구성되는 경우 상기 음향 출력부(110)는 상기 음향 출력 장치(10) 내에 구성되는 별도의 유선 라인을 통해 상기 좌우측 스피커(11, 12)로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 전송할 수도 있다.
또한, 상기 집중력 향상 장치(100)는 전원부를 더 포함하여 구성될 수도 있으며, 상기 제어부(120)는 음향 출력부(110)와 연결되는 상기 와이어의 전원 전송 라인을 통해 상기 전원부로부터 제공되는 전원을 상기 음향 출력 장치(10)로 제공할 수도 있다.
또한, 상기 음향 출력부(110)는 상기 음향 출력 장치(10)와 무선으로 통신하는 통신부로 구성될 수도 있으며, 상기 통신부는 블루투스(bluetooth)와 같은 근거리 통신을 통해 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호 중 어느 하나를 상기 제어부(120)의 제어에 따른 특정 주파수에 따라 교번하여 전송할 수 있다.
더하여, 상기 음향 출력부(110)는 상기 제어부(120)에 포함되어 구성될 수도 있음은 물론이며, 상기 제어부(120)의 출력 단자(포트)로서 구성될 수도 있다.
또한, 상기 제어부(120)는 미리 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 상기 집중력 향상 장치(100)의 전반적인 제어 기능을 실행하며, RAM, ROM, CPU(또는 MCU), GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다.
또한, 제어부(120)는 미리 저장된 오디오(audio) 데이터를 기초로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성할 수 있으며, 집중력 향상과 관련된 뇌파의 유도를 위해 상기 제어부(120)에 미리 설정된 특정 주파수에 따라 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 교번하여(또는 번갈아) 상기 음향 출력부(110)를 통해 출력할 수 있다.
이때, 본 고안에서 설명하는 오디오 데이터는 강의, 토론, 연설, 대사, 대화 등과 같은 뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 음성에 대한 음성 정보일 수 있다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 상기 오디오 데이터의 재생시 상기 특정 주파수에 따라 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호 중 어느 하나를 선택적으로 차단하기 위한 복수의 서로 다른 제 1 및 제 2 차단 신호를 각각 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호와 매칭하여 설정하고, 상기 좌측 음향 신호에 대응되는 제 1 차단 신호에 따라 우측 음향 신호의 출력시 상기 좌측 음향 신호를 차단하고, 상기 우측 음향 신호에 대응되는 제 2 차단 신호에 따라 좌측 음향 신호의 출력시 상기 우측 음향 신호를 차단할 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 차단 신호는 상기 특정 주파수를 가질 수 있으며, 상호 반대 위상을 가지도록 구성됨으로써, 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호가 교번하여 상기 음향 출력부(110)를 통해 출력될 수 있다.
이를 통해, 상기 음향 출력부(110)는 상기 제어부(120)로부터 상기 특정 주파수에 따라 좌측 음향 신호 수신시 해당 좌측 음향 신호를 상기 음향 출력 장치(10)의 좌측 스피커(11)를 통해 출력하고, 상기 우측 음향 신호 수신시 해당 우측 음향 신호를 상기 음향 출력 장치(10)의 우측 스피커(12)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 상기 집중력 향상 장치(100)는 상기 특정 주파수에 따라 사용자의 양 귀 중 어느 한쪽에 대응되는 음성이 청취될 때 다른 한 쪽에 대응되는 음성이 차단되도록 할 수 있으며, 상기 특정 주파수에 따라 좌측 및 우측 음성이 번갈아 가면서 차단 및 청취되도록 함으로써 사용자의 뇌파가 집중력 향상과 관련된 뇌파에 동조되도록 유도할 수 있다.
이때, 상기 오디오 데이터는 뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 음성 관련 음성 정보로 구성될 수 있다.
또한, 상기 오디오 데이터가 모노(mono)가 아닌 스테레오(stereo)인 경우 상기 제어부(120)는 스테레오의 오디오 데이터를 모노로 변경할 수 있으며, 모노로 변경된 오디오 데이터를 기초로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성할 수도 있다.
이에 따라, 상기 제어부(120)는 상기 오디오 데이터의 재생시 상기 오디오 데이터에 포함된 좌측 음성 정보를 기초로 좌측 음향 신호를 생성하여 출력하고, 우측 음성 정보를 기초로 우측 음향 신호를 생성하여 출력할 수 있으며, 상기 특정 주파수에 따라 상기 음향 출력부(110)를 통해 상기 좌측 음향 신호를 출력할 때 우측 음향 신호를 출력하지 않고, 상기 우측 음향 신호를 출력할 때 좌측 음향 신호를 출력하지 않을 수 있다.
이를 통해, 상기 제어부(120)는 사용자의 뇌파가 해당 음성을 이해하기 위해 활성화된 상태에 해당 음성을 구성하는 좌측 음성과 우측 음성의 교차 차단을 통해 사용자의 뇌파가 집중력 향상과 관련된 알파파, SMR파 또는 베타파에 동조되도록 유도할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는 사용자의 뇌가 반응하고 있는 대상인 유의미한 음성을 뇌파 유도 수단으로 직접 이용함으로써, 유의미한 음성을 구성하는 오디오 데이터 기반으로 생성된 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 집중력 향상 관련 뇌파를 유도할 수 있는 최적의 특정 주파수로 교번 출력하여 해당 특정 주파수에 따라 사용자의 뇌파가 거부감 없이 적극적으로 반응하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 집중력 향상과 관련된 뇌파로 사용자의 뇌파를 유도할 수 있다.
상술한 구성에서, 상기 제어부(120)는 알파파를 중심으로 5~20Hz에 속한 주파수 중 어느 하나를 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호의 교번 출력을 위한 상기 특정 주파수로 설정할 수 있으며, 상기 5~20Hz의 주파수 범위 내에서 다른 주파수 범위보다 높은 집중력 향상 효과를 제공할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 집중력 향상 장치(100)는 사용자 입력부(130) 및 저장부(140)를 포함하거나 상기 집중력 향상 장치(100)가 내장되는 사용자 단말 또는 음향 출력 장치(10)에 구성된 사용자 입력부(130) 및 저장부(140)와 상호 연결되어 동작할 수 있으며, 상기 집중력 향상 장치(100)의 제어부(120)는 상기 사용자 입력부(130) 및 저장부(140)와 상호 연결될 수 있다.
또한, 상기 사용자 입력부(130) 및 저장부(140)는 상기 제어부(120)에 포함되어 구성될 수도 있다.
이때, 상기 저장부(140)는 복수의 서로 다른 오디오 데이터가 저장될 수 있으며, 상기 제어부(120)는 상기 사용자 입력부(130)를 통한 사용자 입력을 기초로 상기 복수의 서로 다른 오디오 데이터 중 사용자 입력에 따라 선택된 오디오 데이터를 재생할 수 있으며, 재생 대상인 오디오 데이터를 기초로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부(120)는 상기 사용자 입력에 따라 상기 5~20Hz 범위 내에 속한 복수의 서로 다른 주파수 중 사용자에 의해 선택된 주파수로 상기 특정 주파수를 설정할 수 있으며, 이를 통해 사용자의 신체 특성 또는 뇌 특성에 적합한 뇌파 유도 신호가 발생되도록 지원할 수 있다.
또한, 상술한 구성을 토대로 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 상기 제 1 및 제 2 차단 신호의 듀티비(Duty Ratio)를 가변할 수 있으며, 듀티비가 가변된 상기 제 1 및 제 2 차단 신호 상호 간 미리 설정된 위상차를 가지도록 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부(120)는 상기 특정 주파수를 기초로 제 1 차단 신호를 생성하고, 상기 제 1 차단 신호의 반전 신호로서 상기 특정 주파수를 가진 상기 제 2 차단 신호를 생성할 수 있으며, 상기 제 1 차단 신호를 기반으로 위상 조절을 통해 상기 제 2 차단 신호를 생성할 수도 있다.
일례로, 상기 제어부(120)는 듀티비가 50:50인 경우 상기 제 1 차단 신호와 반대 위상을 가지도록 상기 제 2 차단 신호를 생성하여 상기 제 1 차단 신호와 신호 레벨이 반대인 제 2 차단 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부(120)는 상기 사용자 입력부(130)를 통한 사용자 입력에 따라 상기 듀티비 및 위상차 중 적어도 하나를 가변할 수 있으며, 제 1 및 제 2 차단 신호 각각에 대하여 상기 듀티비 및 위상 중 적어도 하나를 개별 조절할 수도 있다.
이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 차단 신호의 듀티비가 70:30으로 조절되고 상기 제 1 및 제 2 차단 신호 상호 간 반대 위상을 가지도록 조절된 도 5의 경우와 같이, 상기 제어부(120)는 상기 듀티비 및 위상차(또는 위상) 중 적어도 하나가 가변된 제 1 및 제 2 차단 신호에 따라 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 선택적으로 출력하거나 함께 출력(겹쳐서 출력)할 수 있으며, 이를 통해 상기 제어부(120)는 상기 좌측 및 우측 음향 신호 각각의 출력을 위한 상기 특정 주파수에 따른 제 1 및 제 2 차단 신호의 듀티비 조절을 통해 상기 좌측 및 우측 음향 신호 중 어느 하나의 출력 시간을 조절할 수 있음과 동시에 상기 위상차(또는 위상) 조절을 통해 상기 좌측 및 우측 음향 신호 중 어느 하나의 출력 시간 동안 다른 하나의 차단 시간을 조절할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는 상기 특정 주파수에 따른 하나의 주기 동안 상기 좌측 및 우측 음향 신호 각각의 출력 시간 대비 차단 시간의 비율을 조절하여 매주기마다 상기 좌측 및 우측 음향 신호 중 어느 하나의 출력 시간을 다른 하나의 출력 시간에 비해 증가시키거나 좌측 및 우측 음향 신호의 출력 패턴을 다양하게 가변시킬 수 있으며, 이를 통해 사용자의 신체 특성 또는 뇌 특성에 맞추어 집중력 향상 효과가 극대화되는 좌측 및 우측 음향 신호의 교번 출력에 대한 패턴이 최적화되도록 지원할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 집중력 향상 장치(100)는 상기 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 증폭하는 증폭부(150)를 더 포함할 수 있으며, 상기 증폭부(150)는 상기 제어부(120)에 포함되어 구성될 수도 있다.
이를 통해, 상기 제어부(120)는 상기 사용자 입력부(130)를 통해 설정된 설정정보 또는 미리 설정된 설정정보에 따라 상기 증폭부(150)를 통해 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 상기 특정 주파수에 따라 상기 설정정보에 설정된 서로 다른 복수의 증폭률을 번갈아 적용하면서 상기 증폭률이 적용된 좌측 및 우측 음향 신호를 상기 음향 출력부(110)를 통해 출력할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 모두 상기 음향 출력부(110)를 통해 출력하고, 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호 중 어느 하나를 출력 대상으로 설정하고 다른 하나를 차단 대상으로 설정하되 상기 특정 주파수에 따라 출력 대상과 차단 대상을 교번하여 설정할 수 있으며, 상기 설정정보에 따라 출력 대상인 음향과 차단 대상인 음향을 상기 증폭부(150)를 통해 서로 다른 증폭률로 증폭함으로서, 출력 대상인 음향과 차단 대상인 음향 각각의 음향 크기(소리 크기)를 상이하게 출력할 수 있다.
이를 통해, 상기 제어부(120)는 좌측 및 우측 음향 신호 중 어느 하나의 음향의 크기가 크게 출력될 때 다른 하나의 음향 크기가 상기 어느 하나의 음향 크기에 작게 출력되도록 제어하여 상기 차단 대상인 음향의 차단율을 조절할 수 있으며, 이를 통해 상술한 바와 같이 좌측 및 우측 음향 신호를 교번하여 출력하는 상태와 유사한 상태로 출력할 수 있다.
즉, 좌측 및 우측 음향 신호의 교번 출력시 사용자의 신체 특성에 따라 특정 사용자에게는 차단 대상인 음향 신호를 완전 차단할 때보다 차단 대상인 음향 신호가 일부 청취될 때 집중력 향상 효과가 높을 수 있으므로, 상기 제어부(120)는 상기 증폭부(150)를 통해 이러한 차단 대상인 음향신호의 차단율을 조절하여 사용자의 신체 특성 또는 뇌 특성에 최적화된 뇌파 유도 신호를 제공할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 집중력 향상 장치(100)는 외부 음성에 대한 음성 신호를 생성하는 마이크(mic)부(160)를 포함하여 구성되거나 상기 음향 출력 장치(10) 또는 상기 사용자 단말에 구성되는 마이크부(160)와 연결되어 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(120)는 상기 마이크부(160)와 연결되어 상기 마이크부(160)로부터 상기 외부 음성에 대한 음성 신호를 수신하여 해당 음성 신호에 대응되는 오디오 데이터를 생성하고, 상기 외부 음성에 대한 오디오 데이터를 기초로 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성한 후 상술한 바와 같이 상기 음향 출력부(110)를 통해 상기 특정 주파수에 따라 교번 출력할 수 있다.
이때, 상기 제어부(120)는 외부 음성에 대한 음성 신호를 미리 설정된 코덱(codec)으로 인코딩하여 상기 외부 음성에 대응되는 오디오 데이터를 생성하는 인코더(encoder)부 및 상기 외부 음성에 대한 오디오 데이터를 음향 출력 장치(10)를 통해 출력하기 위해 상기 오디오 데이터를 상기 코덱에 따라 디코딩하는 디코더(decoder)부를 포함하는 음향 처리부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 구성을 통해, 본 고안에 따른 집중력 향상 장치(100)는 오프라인 강의와 같은 외부 음성을 집중력 향상과 관련된 뇌파 유도에 이용할 수 있는 동시에 해당 외부 음성에 대한 사용자의 집중력을 높일 수 있어, 이미 녹음되거나 저장된 음성 이외에도 외부로부터 실시간으로 수신되는 음성에 대해서도 사용자의 집중력을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 사용자가 뇌를 사용하여 의미를 이해할 필요가 있는 집중 대상인 동시에 청취 대상인 음성을 양쪽 귀에 번갈아가면서 공급할 수 있으며, 이를 통해 음성을 우뇌와 좌뇌에 시간적으로 분리 공급하여 우뇌와 좌뇌의 정보 교환을 강요하는 동시에 사용자의 집중력 향상과 관련된 뇌파의 유도를 위한 수단으로 이용함으로써, 집중력이 필요한 대상인 음성을 청취하면서 집중력 향상과 관련된 뇌파가 사용자의 뇌에 유도되도록 하여 해당 음성에 대한 사용자의 집중력 및 이해도를 크게 높이는 동시에 음성 청취와 뇌파 유도가 함께 이루어져 뇌파 유도 과정의 사용자 편의성을 크게 향상시킬 수 있다.
즉, 기존의 무의미한 음향 청취를 통해 뇌파를 유도하는 방식에서는 음성 청취와 동시에 집중력 향상과 관련된 뇌파 유도를 지원할 수 없어 무의미한 음향을 통해 집중력 향상과 관련된 뇌파를 사용자의 뇌에 유도시킨 이후에 강의나 토론, 연설, 영화 대사, 대화 등과 같은 집중 대상인 음성을 청취하는 경우 시간이 지연될수록 집중력이 떨어지는 반면, 본 고안은 음성 청취 중에 집중력 향상과 관련된 뇌파에 동조되도록 사용자의 뇌파를 유도함으로써, 집중 대상인 음성에 대한 집중력 향상과 더불어 뇌파 유도에 대한 사용자 편의성을 높일 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 고안의 실시예에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치(100)의 성능 검사 결과에 대한 도면이다.
집중도 향상에 대한 객관적인 검증을 위해서 EEG라는 뇌파측정장치를 사용하고, 집중력 테스트용 상용 어플리케이션을 사용하여 측정하였다.
뇌파 측정 장비는 뉴로스카이 회사의 mindwave 라는 제품을 사용하고, 집중력 체크(테스트)를 위한 어플리케이션은 EFFECTIVE LEARNER을 사용하여 측정하였다.
우선, 하기 표 1 및 도 8은 TV 다큐멘터리를 시청시 집중력 향상 장치(100)의 착용 여부 및 코드별로 상이한 상기 특정 주파수 설정에 따른 뇌파를 측정한 결과이다.
Code 0 1 2 3 4 5 6 7
Freq(Hz) 28.46 15.34 10.50 7.980 6.435 5.392 4.640 4.072
Code 8 9 10 11 12 13 14 15
Freq(Hz) 1.067 1.034 1.003 0.9735 0.9459 0.9196 0.8949 0.8715
도 8(a)는 집중력 향상 장치(100)를 착용하지 않은 상태의 결과이며, 도 8(b) 내지 도 8(d)는 집중력 향상 장치(100)를 착용한 상태에서 상기 특정 주파수를 달리한 상태의 결과이다.
상기 표 1 및 도 8에 나타난 바와 같이, 집중력 향상 장치(100)를 착용하지 않은 상태에서는 집중도가 낮게 나타나며, 집중력 향상 장치(100)를 착용한 경우 집중력 향상 효과가 높게 나타난다.
특히, 상기 특정 주파수가 5~20Hz 구간에서는 높은 집중력 향상 효과를 볼 수 있으며, 도 8(d)에 나타난 바와 같이 상기 특정 주파수가 10.5Hz에서 최고치를 이루는 것을 알 수 있다.
다만, 상기 특정 주파수가 4Hz 이하 구간이나 20Hz 이상의 구간에서는 상기 집중력 향상 장치(100)를 착용하지 않은 상태보다는 집중력 향상 효과가 있으나, 5~20Hz 구간에 비해 효과가 떨어지는 것을 알 수 있다.
즉, 알파파를 중심으로 하는 구간에서 집중도 향상 효과가 가장 높고, 세타파 및 델타파 구간에서는 효과가 상대적으로 떨어지는 것을 알 수 있으므로, 상기 특정 주파수를 알파파 구간에서 설정하는 것이 바람직하다.
도 9는 아침에 일어나서 유튜브(youtube)의 동영상을 보면서 집중력 향상 장치(100)의 미착용시 및 착용시를 테스트한 결과로서, 도 9(a)에 도시된 집중력 향상 장치(100)를 착용하지 않은 상태보다, 도 9(b)에 도시된 집중력 향상 장치(100)를 착용한 상태에서 더욱 높은 집중력 향상 효과를 나타내고 있으며, 특히 상기 특정 주파수가 5~20Hz 구간에서 높은 집중도 향상 효과를 나타내고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 상술한 성능 검사 결과를 통해 본 고안의 실시예에 따른 음향을 이용한 집중력 향상 장치(100)를 착용한 상태에서 음성을 청취하는 경우 사용자가 평상시보다 높은 집중도를 유지할 수 있도록 지원하는 것이 증명된다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 알파파에서 베타파 인근 범위에 해당하는 5~20Hz의 주파수로 좌우 음향을 제어함으로써 집중력이 높아지는 알파파, SMR파나 베타파 상태를 유지하도록 사용자의 뇌파를 유도할 수 있다.
또한, 이러한 본 고안의 구성으로 인해 좌우측 귀로 나뉘어 들어오는 음향을 분석하기 위하여 뇌가 자극을 받게 되며, 그에 따라 집중력이 높아지게 됨을 확인할 수 있었다.
다만, 단순한 노이즈나 백색 잡음 등과 같이 뇌가 이해하지 않아도 되는 음향에 대해서는 효과가 없고, 뇌가 활동하여 그 내용을 이해해야 하는 음성의 경우 그 효과가 높았다.
또한, 음향 제어 주파수를 세타파 수준으로 낮추거나 베타파 수준 이상으로 높이면 오히려 집중력이 낮아지거나 효과가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 강의나 토론, 연설, 대사(일례로, 영화 대사) 등과 같이 그 내용을 이해해야 할 경우 집중력을 높일 수 있다.
한편, 상술한 구성에서, 상기 집중력 향상 장치(100)를 구성하는 제어부(120)는 스마트폰이나 PC(Personal Computer) 등과 같은 사용자 단말에 설치되어 실행되는 어플리케이션(application)으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 집중력 향상 장치(100)는 블루투스(bluetooth)와 같은 다양한 근거리 통신 방식을 지원하는 별도의 근거리 통신부를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부(120)는 상기 근거리 통신부를 통해 외부 장치로부터 수신되는 오디오 데이터를 기초로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성한 후 상술한 바와 같이 교번 출력하여 사용자의 뇌파를 집중력 향상과 관련된 뇌파로 유도할 수도 있다.
또한, 상기 집중력 향상 장치(100)는 PC, 노트북 등과 같은 음원 소스를 제공하는 외부 장치와 연결되어 상기 음원 소스 관련 오디오 데이터를 수신하는 입력 인터페이스부를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부(120)는 상기 입력 인터페이스부를 통해 상기 외부 장치로부터 수신된 오디오 데이터를 실시간으로 재생하면서 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 생성한 후 상기 특정 주파수에 따라 음향 출력 장치(10)를 통해 교번 출력할 수 있다.
이때, 상기 입력 인터페이스부 및 상술한 출력 인터페이스부는 하나의 인터페이스부로 통합되어 상기 집중력 향상 장치(100)에 구성될 수 있으며, 상기 음향 출력부(110)가 상기 인터페이스부로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 음향 출력부(110), 사용자 입력부(130), 저장부(140), 증폭부(150), 마이크부(160) 및 인터페이스부가 상기 제어부에 포함되어 구성될 수도 있으며, 이때 상기 제어부(120)는 하나의 모듈로서 구성될 수도 있다.
이를 통해, 상기 집중력 향상 장치(100)는 사용자의 실시간 동영상이나 실시간 음성 시청시에도 사용자의 뇌파가 집중력 향상과 관련된 뇌파로 유도되도록 지원할 수 있다.
또한, 본 고안에서는 뇌파 유도를 위해 이용하는 이용 수단으로서 음향 중 음성을 예로 들어 설명하였으나, 사용자의 뇌를 의미 이해(또는 의미 해석)을 위해 활동시킬 수 있는 다양한 음향을 상기 이용 수단으로 이용할 수 있음은 물론이다.
본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.
전술된 내용은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안에 개시된 실시예들은 본 고안의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 고안의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 고안의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 음향 출력 장치 11: 좌측 스피커
12: 우측 스피커 100: 집중력 향상 장치
110: 음향 출력부 120: 제어부
130: 사용자 입력부 140: 저장부
150: 증폭부 160: 마이크부

Claims (10)

  1. 사용자의 양 귀로 음향을 출력하는 음향 출력 장치의 좌측 스피커를 통해 좌측 음향 신호가 출력되도록 하고, 상기 음향 출력 장치의 우측 스피커를 통해 우측 음향 신호가 출력되도록 하는 음향 출력부; 및
    뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 오디오 데이터에 따른 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 알파파를 중심으로 하는 5~20Hz의 미리 설정된 특정 주파수로 번갈아 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 상기 사용자의 집중력과 관련된 뇌파를 유도하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 좌측 음향 신호 및 상기 우측 음향 신호를 상기 특정 주파수에 따라 교차 차단하기 위한 상기 특정 주파수를 가지며 상호 반대 위상을 가진 제 1 차단 신호 및 제 2 차단 신호를 상기 좌측 음향 신호 및 상기 우측 음향 신호와 각각 대응되도록 생성하고, 상기 제 1 차단 신호에 따라 상기 좌측 음향 신호를 선택 출력하고, 상기 제 2 차단 신호에 따라 상기 우측 음향 신호를 선택 출력하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오디오 데이터는 강의, 토론, 연설, 대사, 대화 중 어느 하나에 따른 유의미한 음성에 대한 음성 정보인 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부; 및
    하나 이상의 오디오 데이터가 저장되는 저장부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 오디오 데이터 중 상기 사용자 입력부를 통한 사용자 입력을 기초로 선택된 오디오 데이터를 기반으로 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자 입력에 따라 상기 특정 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 좌측 음향 신호와 우측 음향 신호를 증폭하는 증폭부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 특정 주파수에 따라 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 각각 출력 대상 및 차단 대상으로 교번하여 설정하며, 미리 설정된 설정정보에 따라 상기 출력 대상과 차단 대상을 상기 증폭부를 통해 서로 다른 증폭률로 증폭한 후 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 상기 좌측 및 우측 음향 신호가 번갈아 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 사용자 입력에 따라 상기 제 1 및 제 2 차단 신호의 듀티비 및 제 1 및 제 2 차단 신호 상호 간 위상차 중 적어도 하나를 조절하며, 상기 듀티비 및 위상차 중 적어도 하나가 조절된 상기 제 1 및 제 2 차단 신호에 따라 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    외부 음성을 음성 신호로 변환하는 마이크부 또는 외부 장치로부터 상기 오디오 데이터를 입력받는 인터페이스부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 마이크부 또는 인터페이스부로부터 수신된 음성 신호 또는 오디오 데이터를 기초로 상기 좌측 및 우측 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 음향 출력부는 상기 음향 출력 장치로 유선 또는 무선으로 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상 장치.
  10. 좌측 스피커 및 우측 스피커;
    상기 좌측 스피커 및 우측 스피커와 각각 대응되어 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 각각 상기 좌측 스피커 및 우측 스피커로 출력하는 음향 출력부; 및
    뇌를 이용하여 내용을 이해해야 하는 유의미한 오디오 데이터에 따른 상기 좌측 음향 신호 및 우측 음향 신호를 알파파를 중심으로 하는 미리 설정된 특정 주파수로 번갈아 상기 음향 출력부를 통해 출력하여 사용자의 집중력과 관련된 뇌파를 유도하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 좌측 음향 신호 및 상기 우측 음향 신호를 상기 특정 주파수에 따라 교차 차단하기 위해 상호 반대 위상을 가진 제 1 차단 신호 및 제 2 차단 신호를 상기 좌측 음향 신호 및 상기 우측 음향 신호와 각각 대응되도록 생성하고, 상기 제 1 차단 신호에 따라 상기 좌측 음향 신호를 선택 출력하고, 상기 제 2 차단 신호에 따라 상기 우측 음향 신호를 선택 출력하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 집중력 향상을 위한 음향 출력 장치.
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