KR20080064112A - 오디오 신호 시스템 - Google Patents

Abstract

일 실시예로서, 다양한 형상, 크기 및 투자율을 가진 자기변형 코어를 구비한 오디오 신호 시스템이 제공된다. 코어는 와이어로 감겨지고, 이것에 의해 전류가 와이어를 통과할 때 자계를 생성하는 인덕터를 형성한다. 스피커 또는 다른 오디오 출력 장치는 인덕터와 병렬 또는 직렬로 배치된다. 동작시에, 오디오 신호가 수신되어 스피커 또는 다른 오디오 출력 장치에 송신되며, 수신 신호의 복제 신호가 생성된다. 자기변형 인덕터의 출력은 복제 오디오 신호와 결합하여 인지되는 신호의 품질을 조절 및 향상시킨다. 다른 실시예로서, 수신된 신호를 조절하기 위해 디지털 신호 처리를 또한 이용할 수 있다.

Description

오디오 신호 시스템{AUDIO SIGNAL SYSTEM}

관련 출원

이 출원은 2003년 6월 11일자 출원한 미국 특허 출원 제60/478,142호, 2003년 6월 11일자 출원한 미국 특허 출원 제60/478,152호 및 2003년 6월 11일자 출원한 미국 특허 출원 제60/478,151호를 우선권 주장하여 "개선된 전화기 핸드셋"(Improved Telephone Handset)이라는 명칭으로 2004년 6월 9일자 출원한 미국 특허 출원 제10/864,692호의 일부 계속 출원이며, 상기 출원들은 모두 본 명세서에서 참조용으로 인용된다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 오디오 신호 장치에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 오디오 신호 발생 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인지되는 신호 품질을 개선하기 위해 오디오 신호를 조절하는(modifying) 장치와 관련이 있다.

많은 전화기 핸드셋에는 HAC 코일, 즉 보청기 호환(Hearing Aid Compatible) 코일이라고 부르는 장치가 설치되어 있다. HAC 코일은 안테나로서 작용하고, 핸드셋에서 수신한 오디오 신호를 수신 안테나로서 작용하는 T-코일이라고 부르는 유사한 코일을 포함한 부근 보청기에 방송한다. 이 구성에 의해 보청기는 핸드셋 내부 의 라우드스피커(loudspeaker)에서 수신한 오디오 신호와 실질적으로 동일한 신호를 수신할 수 있다.

크기 제약 및 기능 제한 때문에 현재의 전화기-보청기 커플러는 청각 장애인이 요구하는/희망하는 오디오 사운드 품질을 제공하지 못한다. 많은 장치들은 전화기가 사용되고 있는지 여부에 따라서 사용자가 각종 동작 모드로 전환할 것을 요구한다. 일부 시스템은 부피가 크고 사용하기가 불편하기 때문에, 대부분이 귓속형(in-the-ear) 및 고막형(in-the-canal; ITC) 보청기에 사용될 수 없다. 또한, 종래의 많은 장치들은 세트로 동작하고 매우 제한된 주파수 범위를 가져서 광범위한 주파수의 사운드를 듣고자하는 청각 장애인의 능력을 사실상 무시하고 있다.

전형적으로, 전부는 아니라 하더라도 대부분의 종래 장치는 전화기의 핸드셋과 사용자가 착용한 청취 장치(hearing device) 사이에서 신호를 송신하는 것에 촛점을 맞추고 있다. 신호 품질 향상은 송신 변환기(transducer)와 수신 변환기 둘 다에 의존한다. 청각 장애인 또는 정상 청각자에 대해서 송신 신호만을 조절(modifying) 또는 향상시키는 것은 고려되지 않는다. 또한, 신호 조절 기술(예를 들면, 필터링, 주파수 편이, 위상 편이 등)의 완전한 콤플리멘트(compliment)가 사용되지 않는다.

그러므로, 전술한 단점들을 하나 이상 극복하고 청취자가 인지하는 오디오 신호를 조절하는 시스템 및 방법이 필요하다.

여기에서 설명하는 오디오 신호 시스템은 수신기를 향해 투사되는 오디오 신호를 조절하는 시스템을 제공함으로써 기술을 향상시키고 전술한 문제점들을 극복한다. 여기에서 상기 조절은 인지되는 오디오 신호의 품질을 개선한다.

특히, 단지 예로서의 일 실시예에서, 오디오 신호 시스템은 오디오 신호 출력 장치, 자기변형 코어(magnetostrictive core), 및 자기변형 코어 주위에 감겨진 적어도 하나의 와이어를 포함하고, 상기 적어도 하나의 와이어를 통하여 변형(translate)된 전기 신호는 자기변형 코어를 진동시키고, 상기 자기변형 코어의 진동은 오디오 신호 출력 장치에서 생성된 오디오 신호와 결합하는 출력 신호를 발생시킨다.

다른 실시예에서, 조절된 오디오 신호를 발생하는 방법은 적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어를 제공하는 단계와, 오디오 신호 출력 장치를 통하여 제1 전기 신호를 변형시켜서 베이스라인(baseline) 오디오 신호를 발생시키는 단계와, 적어도 하나의 와이어를 통하여 제2 전기 신호를 변형시켜서 자기변형 코어를 진동시키는 단계를 포함하고, 상기 자기변형 코어의 진동은 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호는 선택적으로 동조되고 베이스라인 오디오 신호와 결합하여 조절된 오디오 신호를 발생시킨다.

또다른 실시예에서, 청각 장애인에게 인지되는 오디오 신호를 조절하는 방법은 적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어를 제공하는 단계와, 오디오 출력 장치를 통하여 제1 전기 신호를 변형시켜서 오디오 신호를 발생시키는 단계와, 적어도 하나의 와이어를 통하여 제2 전기 신호를 변형시켜서 자기변형 코어를 진동시키는 단계로서, 상기 자기변형 코어의 진동은 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호는 오디오 신호와 결합하여 오디오 신호를 조절하는 것인 진동시키는 단계와, 청각 장애인이 착용한 보청기의 수신기에 조절된 오디오 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

또다른 실시예에서, 수신된 오디오 신호로부터 유도된 전기 신호가 출력 장치에서 수신 오디오 신호를 복제하기 위해 사용되는 유형의 개선된 오디오 신호 시스템이 제공되고, 상기 개선은 복제된 오디오 신호의 특성을 조절하여 인지되는 복제 오디오 신호 품질을 개선하는 조절 메커니즘을 포함한다.

일 실시예에서, 오디오 신호 시스템은 오디오 신호를 출력하는 출력 수단과, 자기변형 코어를 진동시키는 수단과, 인지되는 오디오 신호 품질을 향상시키기 위해 자기변형 코어의 진동 출력을 상기 출력 수단으로부터의 오디오 신호와 결합하는 수단을 포함한다.

도 1은 종래 기술에서 사용되는 전화기 핸드셋과 보청기의 부분 절개 측면도이다.

도 2는 실시예에 따른 오디오 신호 시스템의 부분 절개 측면도이다.

도 3은 도 2의 시스템에서 사용할 수 있는 자기변형 코일의 평면도이다.

도 4는 도 2의 스피커와 직렬 접속된 도 2의 권선 코어(wound core)의 개략적 전기 배선도이다.

도 5는 도 4의 신호 발생기에서 생성된 사다리꼴 입력과 도 4의 스펙트럼 분석기에서 측정한 결과적인 출력의 시간 영역 도면이다.

도 6과 도 6a는 도 5의 출력의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

도 7은 실시예에 따른 오디오 신호 시스템의 부분 절개 측면도이다.

도 8은 실시예에 따른 노치 필터의 주파수 응답을 보인 도면이다.

도 9는 방사 잡음(N)을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10은 실시예에 따른 전화기 헤드셋의 투시도이다.

도 11은 보청기 등의 일반 청취 장비를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 12는 실시예에 따른 오디오 신호 시스템을 도시한 도면이다.

도 13은 고주파수의 다중 고조파의 추가에 의한 신호 향상을 그래프로 도시한 도면이다.

도 1은 이어피스(earpiece)(9)에 라우드스피커(6)를 포함하는 전화기 핸드셋(3)을 도시한 것이다. 많은 이러한 핸드셋에는 스피커(6)에 접속될 수 있는 HAC 코일(18)이 설비된다. 이러한 코일 설비된 핸드셋을 종종 HAC(Hearing Aid Compatible) 타입이라고 부른다. HAC 코일(18)은 자계(21)를 생성하고, 이 자계는 보청기가 핸드셋(3) 부근에 있을 때 그 부근 보청기(27) 내에 설비된, 종종 T-코일 또는 전화 코일이라고 부르는 유사한 코일(24)과 결합한다.

HAC 코일(18)과 코일(24) 간의 결합은 스피커(6)에 의해 수신되는 전자 신호를 유도하는 전자계를 보청기(27)로 전송하고, 보청기(27)는 전자계를 다시 전자 신호로 변환한다. 따라서, 전자기 결합은 보청기가 스피커(6)에 의해 수신된 것과 실질적으로 동일한 전자 신호를 수신할 수 있게 한다. 그 다음에, 보청기(27)는 그 신호를 이어피스(30) 또는 기타 장치로 전달하고, 상기 신호는 청각 장애인이 사용하는 오디오 신호로 (예를 들면 스피커를 통해서) 변환된다.

보청기(27)는 오디오 신호에 신호 처리 기술을 적용하여 신호가 청각 장애인에게 더욱 쉽게 인지될 수 있게 한다. 아마도 가장 보편적인 신호 처리 기술은 신호를 단순히 증폭하는 것이지만, 다른 더 복잡한 기술이 사용될 수 있다. 이러한 기술의 비제한적인 예를 들자면, 다음과 같다.

1) 하나 이상의 주파수 대역이 진폭이 감소됨으로써, 그 원래 진폭이 사람에게 도달하는 것이 차단되는 필터링

2) 필터링의 일종으로 볼 수 있는 선택적 증폭으로서, 선택된 주파수 대역이 다른 것보다 더 크게 증폭되는 선택적 증폭

3) 위상 편이

4) 시간 지연, 및

5) 하나 이상의 주파수 대역이 주파수 편이되는 주파수 편이

또한, 신호 처리 기술은 입력 신호를 2개 이상의 주파수 대역으로 분할하고 상기 5가지 기술 중의 하나 이상을 개별 대역에 적용하는 기술을 포함한다. 또한 다른 대역에 다른 기술을 적용할 수 있다.

본 발명의 발명자들 중 1인 이상은 보청기(27) 내에서 HAC 코일(18)과 T-코일(24) 간의 결합을 개선하고 보청기(27)에서 수신된 신호를 증폭하는 프로젝트에 참여하였다. 증폭의 한가지 목표는 신호 대 잡음비를 개선하는 것이었다.

도 1에서 자계(21)의 크기를 증가시키려는 시도가 있었다. 하나의 핸드셋에 있는 특정 코일(18)은 에어 코어(air-core) 유형인 것으로 관측되었다. 자계(21)를 증가시키기 위해, 일 실시예에서, 에어 코어를 철 지지 코어(iron-bearing core)로 교체하는 것을 시험하였다.

이것을 행한 한가지 동기는 코일(18)의 와이어에 의해 운반되는 것과 같은 전류가 H-벡터라고 부르는 자계 벡터를 생성한다는 사실에 있다. 도 1의 화살표(21)는 그러한 벡터를 나타낸다. H-벡터는 더 정확하게 말하면 자계 강도라고 부른다.

다른 하나의 벡터는 H-벡터, 다시 말하면 자속 밀도라고 부르는 B-벡터와 관련된다. B-벡터는 식 B=μH에 의해 H-벡터와 관계되며, 여기에서 μ는 H-벡터가 있는 물질의 투자율(permeability)이다.

에어 코어형 코일에서, H-벡터는 공기 내에 존재한다. 투자율(μ)은 비교적 낮다. 그러나, 철의 μ는 비교적 높고, 공기의 투자율에 비하여 10,000배, 100,000배 또는 일백만배 까지도 될 수 있다.

코일(18)이 에어 코어를 포함한 것으로 밝혀졌기 때문에, 에어 코어를 철-유형 코어로 교체하면 B-자계의 크기를 10,000배 내지 일백만배까지 증가시킬 수 있다. 그 이유는 B-벡터가 H-벡터와 μ의 곱과 같기 때문이다. 만일 코어를 에어코어로부터 철 유형의 코어로 바꿀 때 μ에 예를 들어서 100,000을 곱하면, B-벡터도 또한 100,000으로 곱해진 것이 된다.

이 때문에, 철 지지 코어를 포함하는 인덕터가 제조되어 전화기 핸드셋의 코일(18)을 교체하기 위해 사용되었다. 그러나, 테스트를 하는 동안, 청각 장애인은 추구하였던 코일(18)과 보청기 간의 개선된 결합과 무관한 현상을 발견하였다.

청각 장애인은, 보청기 없는 귀로 인지하였을 때, 조절된 핸드셋에서 나오는 오디오 신호가 이전에 송신된 신호보다 더 인지하기 쉽다는 것을 발견하였다. 이 예에서, 인지 용이성(intelligibility)은 오디오 신호의 사운드, 단어 등을 정확하고 명확하게 인지하는 비교적 단순한 개념을 포함한다.

계속되는 연구에서 철-코어 코일의 중요한 특징은 투자율을 증가시키기 위해 사용되는 철의 존재가 아니라는 결론을 얻었다. 오히려, 철 코어는 자기변형성이고, 개선된 인지 용이성은 자기변형 특성에 기인하는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 일 실시예에서, 본 발명의 오디오 신호 시스템은 인지된 오디오 신호의 인지 용이성을 개선하기 위해 자기변형 코어를 포함한다.

자기변형 물질은 적용되는 자계의 방향의 디멘전을 크게 변화시키는 물질이다. 적어도 하나의 실시예에서, 자기변형 물질의 자기변형 계수는 8~12 ppm(parts per million)의 범위 내에 있다. 인덕터 내의 자기변형 코어는 인덕터에 인가되는 AC 신호에서 손실을 유도하기 때문에 "손실"(lossy)이라고 부를 수 있다.

이러한 발견에 기초해서, 본 발명자들 중 1인 이상이 다른 유형의 자기변형 물질에 대한 연구를 행하였다. 그들은 궁극적으로, 청각 장애인이 인지하였을 때, METGLAS®의 상표명으로 판매되고 있는 자기변형 물질이 우수한 결과를 나타낸다는 것을 관측하였다. METGLAS®는 미국 29526 사우스캐롤라이나주 콘웨이 얼라이드 드라이브 440에 소재하는 메트글라스사(Metglas, Inc.)의 등록 상표이다.

일 실시예에서, METGLAS® 또는 METGLAS® 합금을 이용하여 구성된 코일이 제조되어, 전화기 핸드셋에서 테스트 되었지만, 다른 오디오 신호 소스가 또한 사용될 수 있다는 것은 당연하다. 이러한 소스로는 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기, 휴대용 게이밍(gaming) 장치, 라디오, 스테레오, 카세트 플레이어, 비디오 레코더/플레이어, DVD 플레이어, 텔레비전, 전화기, 셀룰러 폰, 또는 당업계에서 잘 알려져 있는 기타의 오디오 신호 소스가 있을 수 있다. 테스트에 의해 3가지의 중요한 특징이 밝혀졌다. 하나의 특징은, 한가지 테스트에서, 정도가 심한 청각 장애가 있는 사람이 조절된 핸드셋에서 생성된 스피치 신호(speech signal)를 유사하지만 조절되지 않고 통상의 T-코일을 포함한 핸드셋에서 생성된 유사한 스피치 신호와 비교했다는 점이다. 이 사람은 조절된 핸드셋이 스피치에 대한 개선된 인지 용이성을 제공한다는 것을 발견하였다. 한때에는 청취 임계치 이하에 있었던 신호가 이제는 인지가능하게 되었다.

사용된 테스트의 유형은 스피치 구별 테스팅(speech discrimination testing)으로서 청각 과학지(the science of audiology)에 게재되었다. 청각 손실에 적용되는 용어 "심한"(profound)은 기술적 용어(term-of-art)이고 이후에 정의될 것이다.

두 번째 특징은 정상의 청취 능력을 가진 사람의 테스트에서 관측되었다. 조절된 핸드셋은, 정상인이 인지하였을 때, (1) 그 핸드셋에 의해 생성된 스피치를 왜곡하지 않거나, 또는 (2) 어떠한 왜곡도 스피치의 인지 용이성에 영향을 주지 않는다는 것이 밝혀졌다.

세번째 특징은 심한 청각 손실이 있는 청각 장애인의 뇌기능에 대하여 수행 한 테스트에서 발견되었다. 보청기없이 사용되는 통상의 핸드셋은 이러한 청각 장애인에 대해서 특별한 뇌 반응(brain response)이 측정되지 않았다. 이것은 이 사람의 귀의 청각 기관(hearing mechanism)이 청각 신호를 뇌에 전달하는데에 결함이 있다는 결론에 이르렀다.

이와 대조적으로, METGLAS® 코어형 코일을 포함한 조절된 핸드셋을 이용하는 경우, 뇌 반응이 검출되었고, 이것은 조절된 핸드셋이 청각 기관의 결함들 중 적어도 일부를 극복한다는 결론에 도달하였다. 뇌 반응은 잘 알려져 있는 진단 기술인 청각 뇌간 반응(auditory brainstem response; ABR) 프로토콜을 이용하여 측정되었다.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 도시한 것이다. 전화기 핸드셋(30)은 상업적으로 구입가능한 라우드스피커(33)를 포함하고, 높은 자기변형 코어(42)를 가진 인덕터(39)가 라우더스피커(33)의 앞에 위치되어 라우드스피커(33)와 결합된다. 주목할 것은, 자기변형 코어(42)가 라우드스피커(33)와 직렬로 배치되거나 또는 병렬로 배치될 수도 있다는 점이다. 도 3은 하나의 적합한 인덕터(39)를 도시한 것이다. 주목할 것은, 도 2의 오디오 신호 출력 장치는 전화기 핸드셋(30)에 장착된 라우드스피커(33)라는 점이다. 적어도 하나의 실시예에서, 오디오 신호 출력 장치는 스테레오, DVD 플레이어, 텔레비젼 또는 기타의 오디오 신호 소스와 전기적으로 결합된 스피커이다. 이 기술 분야에서 잘 알려져 있는 기타의 오디오 신호 출력 장치 또는 비 스피커 진동 요소가 또한 사용될 수 있고, 그 예로는 출력 스피커로서 작용할 수 있는 무선 장치용의 "스마트 카드" 등의 장치가 있다.

도 3에서, 환상의 자기변형 코어(42)는 METGLAS®와 같은 상업적으로 구입가능한 물질로 구성된다. 이 기술에 통상의 지식을 가진 자라면 충분한 자기변형 계수(예를 들면, 8~12 ppm)를 가진 임의의 자기변형 물질도 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 특히, 그 물질은 강자성이다. 코어(42)의 주위에는 통상의 인덕터에서 사용되는 보통의 자석 와이어로 된 복수의 권선(winding)(44)이 감겨진다. 와이어는 임의 규격의 전기 와이어일 수 있는데, 전형적으로는 25~45 게이지(gauge)의 범위에 있는 와이어이다. 유사하게, 감는 횟수(number of winding)도 임의로 할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 권선(44) 또는 루프의 감는 횟수는 50~500의 범위 내일 수 있다. 일 실시예에서, 권선(44)의 감는 횟수는 150~250의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 오디오 주파수에서 측정한 인덕턴스는 0.15~0.8 밀리헨리의 범위 내에 있다. 또한, 일 실시예에서, 저항은 1~5 오옴의 범위 내에 있다. 인덕터(39)의 인덕턴스와 저항은 물질의 선택 및 사용되는 권선의 감는 횟수에 의해 조절될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 오디오 신호 시스템의 성능은 특정 개인 또는 응용을 위해 맞추어질 수 있다. 최적화는 코어 물질 및 코어의 내부 직경을 변화시키는 것뿐만 아니라 와이어의 규격 및 권선의 감는 횟수를 변화시키는 것을 포함한다.

테스트를 받은 일 유형의 환상의 자기변형 코어는 허니웰/얼라이드 부품 번호 0803 MDGC로 지정된, 어떠한 권선도 없이 메트글라스 물질로 구성된 베어 환상 코어(bare toroidal core)이다. 테스트를 받은 다른 하나의 코어는 어드밴스드 마 그네틱 테크놀로지(Advanced Magnetic Technology; "AMT")에서 판매하는 부품 번호 C0715(M)의 코어이다. 코어는 환상형, 직사각형 막대형 또는 원통형 등과 같이 여러 가지의 크기(직경 등) 및 모양일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 자기변형 코어는 연속형이다.

본 발명의 동작에서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 오디오 신호에서 유도된 전류는 스피커(33)에 송신된다. 전형적으로, 수신된 오디오 신호는 아날로그 신호이고, 이 신호는 수신 후에 디지털 신호로 변환될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 디지털 신호 처리는 스피커(33)가 수신하기 전에 신호에 수행된다. 스피커(33) 또는 다른 출력 장치는 디지털 신호를 수신된 오디오 신호를 복제하기 위해 사용하는 아날로그 신호로 변환한다.

동시에, 적어도 하나의 실시예에서, 교류는 인덕터(39)의 와이어(44)를 통과한다. 인덕터(39)의 권선을 통하여 흐르는 교류는 조절되어 자기변형 코어(42)에 작용하는 교호 자계를 생성한다. 코어(42)의 진동은 스피커(33)에 의해 투영된 복제 오디오 신호와 결합하는 출력을 생성한다. 뒤에서 더 자세히 설명하는 결합(coupling)은 복제된 오디오 신호를 조절하여 청취자가 인지할 수 있을 정도로 오디오 신호의 품질을 향상시킨다. 이 기술에 통상의 지식을 가진 자라면 코어(42)의 진동이 임의 수의 필드 효과에 의해 유도되고, 스피커(33)에 있는 코일 또는 다른 자기 성분에 의해 생성된 효과를 포함한다는 것을 알 것이다. 동작 메커니즘에 상관없이, 진동하는 코어(42)에 의해 생성된 진동 출력이 오디오 출력 향상의 열쇠이다.

적어도 하나의 실시예에서, 수신된 오디오 신호로부터 유도된 전류는 먼저 인덕터(39)에 송신되고, 그 다음에 스피커(33)에 송신된다. 이 실시예에서, 인덕터(39)의 권선을 통한 전기(아날로그) 신호의 송신은 전기 신호의 조절을 야기한다. 조절된 신호는 스피커(33)에 송신되고, 이 신호는 수신/희망 오디오 신호를 복제하기 위해 사용된다. 전기 신호의 조절은 기본 주파수(fundamental frequency)의 다수의 고조파의 생성을 야기할 수 있다. 또한 인덕터(39)에서의 신호 조절은 더 높은 주파수의 필터링 및 더 높은 레벨의 주파수의 더 미세한(subtle) 롤오프를 포함할 수 있다. 주목할 것은, 신호가 인덕터(39)를 통과할 때 신호의 조절은 비선형 요소를 신호에 추가한다는 점이다. 비선형의 전기 신호는 출력 신호 품질을 향상시키는데 도움을 주고, 부분적으로 전기 신호에 의해 생성된 다중 고조파의 원인이 될 수 있다.

인덕터(39)의 전기 신호의 조절 및 인덕터(39)의 진동 출력은 둘 다 인지되는 오디오 출력의 품질을 향상시키는 작용을 한다. 다시 말하면, 2개의 별도의 관련있는 현상이 작용하여 인지되는 출력 오디오 신호의 품질을 개선할 수 있다. 첫 번째, 전기 신호는 신호를 인덕터(39)의 권선에 통과시킴으로써 조절된다. 이 조절된 전기 신호는 오디오 출력을 생성하기 위해 스피커(33)에서 사용되는 신호이다. 두 번째, 권선에 흐르는 전류에 의해 또는 인덕터(39) 및 스피커(33)의 부근에 존재하는 다른 전계 효과에 의해 유도되는 코어(42)의 진동은 출력 오디오 신호와 결합하는 출력을 발생시킨다. 종합적으로, 조절된 전기 신호와 진동 출력은 수신기(인간의 귀, 보청기 등)가 인지하는 출력 오디오 신호를 향상시키도록 작용한다.

본 명세서에서 설명한 오디오 신호 시스템의 적어도 하나의 실시예를 포함해서, 도 2의 장치의 행동/성능의 시뮬레이션이 수행되었다. 도 4는 도 2의 인덕터-스피커 시스템의 하나의 모델을 도시한 것이다. 각 성분(즉, 인덕터(39) 및 스피커(33))의 인덕턴스 및 저항의 전형적인 값이 주어진다. 도 4와 도 5를 교차 참조하면, 도 5는 도 4의 신호 발생기(115)에 의해 발생된 1,000 Hz 주파수의 사다리꼴 입력(105)과 비교해서 본 발명의 일 실시예의 응답 또는 출력의 시간 영역 도면(100)을 나타낸 것이다. 응답 또는 출력(100)은 스펙트럼 분석기(112)를 이용해서 도 4의 포인트(117)에서 측정되었다. 마찬가지로, 입력 신호(105)는 스펙트럼 분석기(113)를 이용하여 측정되었다. 도시된 바와 같이, 도 4의 인덕터(39)에 의해 발생된 출력(100)은 비조절 입력 신호(105)와 근사하게 정합한다. 출력(100)은 입력 신호(105)를 복제하고 복제된 신호를 수신기(수신 장치, 개인 등)에 송신하기 위해 스피커(33)로 전송된다.

이제, 도 6을 참조하면, 11 KHz 이하의 주파수만을 보여주고 각각 라벨이 붙여져 있는 사다리꼴 입력(105)(도 5)과 출력(100)(도 5)의 주파수 영역 표시 또는 퓨리에 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 6A는 도 6에서 도시하기에는 너무 작은 주파수 성분들을 보이기 위해 수직축을 따라 확대한 도면을 나타낸 것이다. 또한 7.0 KHz 이상의 주파수는 도 6A에서 도면의 우측에 표시한 바와 같이 더욱 확대하여 도시되어 있다. 도 6과 도 6A는 출력(100)에서 홀수 고조파의 크기가 입력(105)과 비교하여 조절되어 있다는 것을 명확히 보여주고 있다. 또한, 적어도 하나의 실시예에서, 기본 주파수 고조파의 향상이 발생하여, 청각 장애인 또는 정상인에게 인지 되는 향상된 고품질 오디오 신호를 제공한다.

또한, 도 6과 도 6A는 고주파수가 감쇠된 것을 표시하기 때문에, 도 4의 인덕터(39)는 저역 통과 필터로서 작용한다고 말할 수 있다. 예를 들면, 도 6에서, 3 KHz 주파수의 고조파 신호의 크기는 1 KHz의 신호에 비하여 크게 감소된다. 3 KHz 이상에서, 신호 검출은 거의 없다. 도 6A의 신호와 비교할 때도 동일하게 말할 수 있다. 비록 일부 출력 신호(100)가 더 높은 주파수(예를 들면, 5~11 KHz)에서 검출될 수 있지만, 많은 경우에 출력 신호의 크기는 대수롭지 않다. 그러므로, 일 실시예에서, 본 발명의 오디오 신호 시스템은 저역 통과 필터일 수 있다. 또한, 저역 통과 필터는 자기변형 코어(42) 주위에 감겨져서 인덕터(39)를 만드는 인덕터 권선(44)으로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 고주파수에서의 주파수 감쇠 즉 드롭 오프(drop-off)는 "소프트" 드롭 오프이다. 다시 말하면, 고주파수는 급격히 하락하지 않고, 잠재적으로 인지되는 오디오 신호의 왜곡을 일으킨다.

컴퓨터 모니터와 셀폰 뿐만 아니라 오디오 신호의 다른 전자 장치/소스는 보청기에서 미로 방사선(stray radiation) 또는 전자기 간섭(EMI)을 발생시킨다. 형광등, 자동차의 모터, 자동차의 컴퓨터 칩 등의 다른 미로 방사선 소스도 또한 보청기에 간섭을 일으킨다. EMI는 정상 청각을 가진 개인이 인지하는 오디오 신호의 사운드 품질을 또한 감소시키는 것으로 예상된다.

이 EMI는 사용자에게 가청 잡음을 생성하고, 이것은 사용자가 사운드를 들으려는 시도를 방해한다. 전형적으로, 보청기를 포함하는 종래 장치에서, 잡음의 필터링은 증폭기 장치에서 발생한다. 후치증폭기(post-amplifier)에서 유도된 임의의 잡음은 필터링되지 않고, 따라서 수신기(인간의 귀 등)에 도달한다. 적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 오디오 신호 시스템은 보청기를 착용한 사람이 인지하는 EMI를 포함한 각종 형태의 EMI를 감소 또는 제거한다. 잡음 감소/제거는 전기 신호가 스피커에 도달하기 전의 임의 지점에서 발생할 수 있는데, 상기 지점은 증폭기에서의 잡음 감소 전 또는 후이다. 잡음 필터링은 고주파수(예를 들면, 4 또는 10 KHz)에서 주파수 롤오프와 결합될 수 있다.

모든 유형의 전자기 방사선이 공통의 특성, 즉 다중 주파수에서의 전자기 방사선을 갖기 때문에, 본 발명은 소스와 관계없이 모든 유형의 EMI를 성공적으로 억제할 수 있다. 이것은 주파수 성분이 무작위로 분포되는 EMI를 포함한다. 이것은 또한 주파수 성분이 균일하게 분포되는 EMI를 포함한다. 상기 후자의 유형은 때때로 백색광에 유추해서 "백색" 잡음이라고 부르고, 이것은 모든 컬러를 포함하고 실제로 주파수이다.

도 9는 도 2의 핸드셋이 인간의 귀(E)에 인접하여 있는 상태를 도시한 것이다. 표준 보청기(HA)는 귀 속에 있다. EMI의 소스(S)는 방사된 전기 잡음(N)과 함께 표시되어 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 도 9에 도시된 것처럼 위치된 인덕터(39)는 적어도 HA 사용자가 인지하는 소스(S)로부터 방사하는 EMI를 감소 또는 제거한다.

잡음 감소에 대한 한가지 가능한 설명은 다음과 같다. 간단히 말해서, 이 설명은 잡음(N)이 보청기(HA)로 들어가는 2개의 루트를 예상한다. 하나의 루트는 머리(head) 또는 두개골(skull)을 통하는 것이다. 이 루트를 차단할 수 있는 몇가지 가능한 기구는 뒤에서 설명한다. 제2 루트는 이도(ear canal)를 통하는 것이고, 이 루트는 뒤에서 설명하는 바와 같이 인덕터(39)에 의해 차단될 수 있다.

도 9에서, 점선(T)은 귀(A)를 둘러싸는 인간의 조직을 나타내고, 이 조직은 일반적으로 인간의 머리를 나타낸다. 이 조직들은 대부분 물로 구성된다. 물은 많은 전해질을 포함하고, 따라서 전기적으로 도전성이다. 도체는 일반적으로 방사선에 대한 반사기로서 취급되기 때문에, 물은 도전성으로 됨으로써 이론상으로 전자기 방사선을 반사시킬 것이다. 잡음(N)은 전자기 방사선의 형태를 갖기 때문에, 전해질을 함유한 물은, 이론상으로, 잡음(N)을 반사시킨다. 반사된 잡음(N)은 보청기(HA)에 도달하지 않는다.

그러나, 전해질을 함유한 물은 아마도 완전한 반사기가 되지 못한다. 일부 잡음(N)은 물속으로 들어갈 것으로 예측된다. 물속의 전해질은 들어오는 잡음을 소산시키는데, 가능한 소산을 설명하는 2가지 모델은 다음과 같다.

잡음(N)과 같은 전자기 방사선은 2개의 필드 벡터, 즉 전계 및 전계에 90도로 배열된 자계를 포함한다. 이 필드 벡터는 끊임없이 발진한다.

즉, 각 필드 벡터는 크기가 양의 피크 값까지 증가한 다음에 제로로 감소한다. 그 다음에 필드는 방향이 반전되어 음의 피크 값까지 증가한다. 음의 피크 값에 도달한 후에, 필드는 제로로 감소하고, 그 다음에 양의 피크 값까지 증가하고, 이러한 과정을 반복한다. 물은 쌍극자이다. 즉, 각 물분자는 양으로 하전된(charged) 단부와 음으로 하전된 단부를 포함한다. 쌍극자로 되면, 물분자가 전계 벡터와 정렬하려는 경향이 있다. 그 벡터는 방향이 끊임없이 변화하기 때문에, 물분자도 또한 방향을 바꾸려고 끊임없이 시도하고, 전계 벡터와 정렬된 채 있으려고 한다. 이러한 물분자의 끊임없는 이동은 열 에너지를 나타내고, 전계 벡터의 발진은 이동을 증가시킬 것이다. 발진하는 전계에 의해 유도된 물의 교반(agitation)은 온도를 약간 상승시킨다. 온도의 상승은 잡음(N) 내의 전계 벡터로부터 에너지를 흡수한다. 이론상으로, 상기 흡수는 전계 벡터의 크기를 감소시키고, 따라서 보청기(HA)에 도달하는 잡음(N)을 감소시킨다.

전해질 함유 물에서 와전류(eddy current)를 발생하고 또한 에너지를 흡수하는 발진하는 자계 벡터에 대해서도 유사한 분석이 가능하다. 따라서, 위에서 설명한 에너지 흡수 모드에 의해 잡음(N)의 일부 또는 전부가 두개골 조직을 통하여 보청기(HA)에 도달하는 것을 차단할 수 있다.

보청기로의 제2 루트는 이도(도시 생략됨)를 통하는 것이다. 그러나, 핸드셋이 귀(E)에 인접하여 있을 때, 와이어(W), 스피커(33) 내의 와이어 코일(도시 생략됨), HAC 코일(200) 및 자기변형 인덕터(39)는 수신 안테나로서 작용하고 잡음(N)을 픽업한다. 위에서 설명한 바와 같이, 상기 와이어들에 접속된 자기변형 인덕터(39)는 자기변형 물질의 저항 특성 때문에 잡음(N) 내의 에너지를 소산시킬 수 있다.

전술한 내용은 관측된 현상에 대한 가능한 설명으로서 제시되었다는 점을 강조한다. 관측된 현상이란 핸드셋(30)이 보청기를 착용한 사람의 귀에 인접하여 위치될 때 간섭을 억제하는 것 및 그렇지 않고 컴퓨터 모니터 또는 셀폰 부근에 있을 때 보청기(HA)에 의해 픽업되는 것을 말한다. 전술한 내용은 가능성있는 논의로서 제시된다.

도 9와 관련하여 추가로 2가지 점에 대해 기술될 것이다. 첫째로, 만일 인덕터(39)가 개방 회로이면 잡음-에너지는 자기변형 인덕터에서 소산되지 않을 것으로 보인다. 그 하나의 이유는 그러한 상황에서 코일을 통해 전류가 흐르지 않는다는 점이다. 따라서, 전술한 잡음 억제가 발생하기 위하여 인덕터(39)는 저항기(R)로 표시된 것처럼 완전한 회로로 될 필요가 있다. 두번째 점은 HAC-코일(200)이 반드시 필요하지 않다는 점이다. 본 발명의 일부 응용에서는 HAC-코일이 생략될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 전술한 잡음 억제 특징은 오디오 신호를 수신/청취하는 장치를 이용하여 정상 청각자의 사운드 품질을 개선한다. 도 9의 핸드셋(30)이 자기변형 인덕터(39)를 포함하는 헤드셋으로 구성될 때 이 헤드셋은 정상 청각자에게 유리한 것으로 밝혀졌다.

구체적으로 말해서, 도 10에 도시한 바와 같이, 전술한 자기변형 인덕터(39)를 내포한 전화기 헤드셋(300)은 소위 핸즈프리 모드의 셀 폰(305)과 함께 사용된다. 정상 청각자는 오디오 신호를 수신/청취할 때 이러한 조절된 헤드셋(300)이 사운드 품질을 개선한다고 보고되어 있다. 따라서, 헤드셋(300)은 전술한 바와 같이 3가지 동작 모드, 즉, (1) 보청기용의 T-코일 지지체를 제공하는 모드, (2) 보청기 착용자가 마이크로폰 모드로 사용하는 모드, 및 (3) 현재 보청기를 사용하지 않는 청각 장애인이 헤드셋(300)만을 사용하는 모드를 제공할 수 있다. 또한, 헤드셋(300)은 정상 청각 능력의 사람에게 개선된 사운드 품질을 제공한다.

전술한 실시예 외에, 자기변형 코어(42)(도 3)를 포함하는 단일의 전기적 수동 소자, 즉 인덕터(39)는 전화기 핸드셋에 추가된 때 청각 장애인에 대한 스피치 인지 용이성을 개선하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 자기변형 인덕터(39)는 보청기에서 통상적으로 수행되는 신호 처리 기능 중의 한가지 이상을 수행한다. 그 기능들의 예는 다음과 같다.

1) 필터링;

2) 선택적 증폭;

3) 위상 편이;

4) 시간 지연; 및

5) 주파수 편이

하나 이상의 실시예에서, 자기변형 코어(42)를 포함한 인덕터(39)는 핸드셋에 있는 HAC-코일에 추가하여 사용되고 T-코일과 결합하기 위해 사용된다. 도 7은 전화기 핸드셋(150)이 종래의 스피커(155), 종래의 HAC 코일(160) 및 자기변형 인덕터(165)를 여기에서 설명하는 바와 같이 포함하는 일 실시예를 도시한 것이다. 이러한 핸드셋은 보청기의 도움을 받고자 하는 사람이 코일(160)을 사용할 수 있게 하고, 다른 사람들은 인덕터(165)를 가진 핸드셋만을 사용할 수 있게 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예를 구현하는 핸드셋(150)을 설계하는 하나의 방법은 다음과 같다. 첫째로, 전화기 핸드셋(150)의 원하는 동작 특성이 얻어진다. 예를 들면, 원하는 동작 특성은 청각 장애인의 테스트를 통하여 그 사람이 필요로 하는 것을 결정하기 위해 결정될 수 있다. 특수한 예로서, 특수한 사람이 특수 주파수 범위에서 청각이 감소되는 것으로 판정될 수 있다. 그 사람에 대한 소망의 출력 특성은 상기 감소를 보상하기 위해 그 주파수 범위에서 진폭을 크게 하는 것을 요구할 수 있다.

원하는 출력 특성은 때때로 주파수 응답이라고도 부르는, 핸드셋(150)의 전달 함수에 의해 특정될 수 있다. 주파수 응답은 일반적으로 도 8의 출력 스펙트럼과 같은 출력 스펙트럼의 유형을 말하는 것이고, 이것은 입력 스펙트럼에 응답하여 생성된다. 도 8의 예에서, 입력 스펙트럼은 F1에서부터 F20까지 전체 주파수에 걸쳐 균일하게 분포된다. 그러나, 출력 스펙트럼은 F7 내지 F10의 범위에서 주파수가 감소한다. 이 특수한 예에서, 노치 필터는 F7과 F10 사이에 노치(notch)를 두는 원하는 동작 특성이다. 물론, 이 특성은 예시적인 것이고, 원하는 특수한 출력 스펙트럼은 당해 응용에 따라 달라질 것이다.

소망의 출력 특성이 확인되면, 도 3에 도시된 유형의 다른 인덕터(165)들이 테스트된다. 각 인덕터(165)는 예를 들면 (1) 권선의 상이한 감긴 횟수, (2) 상이한 코어 직경, 및 (3) 상이한 코어 물질을 가질 수 있다. 테스트는 예를 들면 전화기 핸드셋(150) 내의 기존 HAC 코일(160)을 각 인덕터(165)로 대체함으로써 행하여진다. 이 테스트에서, 각 인덕터(165)는 인덕터-핸드셋 조합이 원하는 동작 특성에 얼마나 잘 근접하는지를 표시하는 성능 지수(figure-of-merit) 또는 메트릭(metric)이 할당된다. 그 다음에, 최적의 메트릭을 가진 인덕터(165)가 선정된다.

일반적으로 말해서, 핸드셋(150)의 특정 동작 특성이 지정된 때, 필요한 특 수한 자기변형 인덕터(165)는 자동으로 지정되지 않는다. 그 하나의 이유는 자기변형 인덕터(165)가 핸드셋(150)의 스피커(155) 및 기타 구성 요소들과 전기적으로 상호작용하기 때문이다. 따라서, 스피커(155) 및 기타 구성 요소들의 전기적 특성은 동작 특성에 영향을 준다. 다른 핸드셋의 다른 스피커들은 다른 전기적 특성을 갖기 때문에, 사용되는 인덕터(165)는 당해 특수 핸드셋(150)에 정합될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 핸드셋(150)에 정합하는 인덕터(165)는 요구되거나 소망되지 않을 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, 일 실시예에서, 핸드셋(150) 사용자에게 전달된 음향 신호는 핸드셋(150)의 스피커(155)에 의해 배타적으로 생성되지 않고 자기변형 인덕터(165)에 의해서도 또한 생성될 수 있다. 즉, 자기변형 인덕터(165)는 보조 스피커로서 작용할 수 있다. 또한, 자기변형 인덕터(165)는 일반적으로 핸드셋(150)의 하우징에 단단히 고정되기 때문에, 인덕터(165)의 코일의 진동은 하우징에 전달될 것이다. 하우징은 사실상 스피커 콘으로서 작용할 수 있고, 이 인덕터(165)의 진동을 공기중에, 즉 하우징과 접촉하는 인간의 귀에 결합시킨다.

핸드셋(150)에 대한 정합 인덕터(165)는 미리 정해진 출력 특성이 핸드셋(150)의 설계 과정 중에 발생되는 것으로 가정한다. 적어도 하나의 실시예에서, 표준 임피던스 정합 기술이 본 발명의 오디오 신호 장치를 설계하기 위해, 및 장치 출력을 소망의 오디오 출력과 정합시키기 위해 사용될 수 있다. 또다른 실시예에서, 미리 정해진 출력 특성이 사용되지 않을 수 있다. 오히려, 본 발명의 오디오 신호 시스템을 사용할 필요가 있거나 요구하는 각각의 다른 사람에 대하여 시행착 오 방법이 취해진다. 다른 인덕터(165)가 핸드셋(150)에 삽입되고, 청각 장애인이 청취함으로써 각 핸드셋(150)을 시험한다. 이렇게 하여 최상의 출력을 생성하는 핸드셋을 각 개인이 선택할 수 있다.

이제, 자기변형 인덕터를 사용하는 신규성에 대하여 더 구체적으로 고찰하면, 자기변형은 하나의 손실원(source of loss)이다. 예를 들면, (인덕터를 포함한) 전기 변환기에서의 자기변형은 열을 발생하는데, 이것이 일 유형의 손실이다. 종래의 전화기에서 사용하는 필터의 설계자는 전형적으로 최소의 손실을 갖는 인덕터와 커패시터를 추구한다.

또한, 본 발명에서 사용된 것과 같은 인덕터의 자기변형은 인덕터에 대하여 저항 특성을 유도하기 쉽다. 즉, 자기변형 인덕터는 제1 근사값에 대하여 완전한 저항기와 직렬 접속된 완전한 인덕터처럼 행동한다. 저항기는, 부분적으로, 자기변형에 기인하는 손실을 나타낸다. 분석 및 설계 목적으로, 자기변형 인덕터는 저항기와 쌍을 이룬 인덕터로서 표시된다.

이러한 회로 요소는 전형적으로 전화기에 있는 전화기 필터의 설계자에게는 바람직하지 않을 것이다. 그 하나의 이유는 전체 인덕터가 더 이상 순수 인덕터처럼 행동하지 않고, 따라서 모델링하기가 더욱 어렵기 때문이다. 예를 들면, 순수 인덕터는 필터 설계시에 수학적으로 jwL로 표현되는데, 여기에서 j는 허수 연산자이고, w는 인가되는 신호의 각주파수(라디안/초)이며, L은 인덕턴스(헨리)이다. 저항기의 추가에 의해 자기변형 인덕터는 R+jwL로 표현되고, 여기에서 R은 저항(옴)이다. 이것은 이제 복합 가변 대수(complex-variable algebra)의 면에서 2-요소 복 소량(two-element complex quantity)이고, 이것은 대수 연산의 복잡도를 증가시킨다.

또한, 전술한 바와 같이, 대수 연산은 더 복잡하게 되고, 저항 항목의 추가에 의해 필터링 관점에서 장점이 보이지 않는다. 그러므로, 종래 기술에서 전화기의 신호 경로에 필터링 인덕터가 존재한다는 사실에도 불구하고 다음과 같은 결론이 명확하게 된다고 말할 수 있다. (1) 종래의 인덕터는 본 발명에서만큼 청각 장애인에게 도움을 주지 않는다. (2) 그러한 인덕터는, 많은 경우에, 오디오-주파수 필터의 일부로서 사용된다. 자기변형의 추가는 손실을 증가시키고 저항 항목을 추가한다. 저항 항목은 연산 및 그에 따른 종래 필터의 설계를 더욱 복잡하게 한다. (3) 자기변형에 의해 야기되는 증가된 복잡도는 종래 기술의 설계에 자기변형을 추가함으로써 제공되는 어떠한 장점에 의해서도 상쇄되지 않는다.

본 발명의 동작을 다시 한번 참조하면, 2가지 유형의 주파수 편이가 구별되어야 한다. 일 유형에서, 본 발명의 일 실시예에 의해 증명된 것처럼, 입력 주파수 성분(f1)은 출력에서 주파수(f11)와 같은 새로운 주파수로 편이된다. 그러나, 입력 주파수 성분(f1)은 출력에서 나타나지 않고 주파수(f11)로 교체된다. 다른 실시예에서, 주파수 성분(f1) 또는 그 일부는 출력에서 주파수(f11)에 추가되어 나타난다.

또한, 출력 스펙트럼을 주파수 편이 신호의 입력 스펙트럼과 비교하면, 입력 스펙트럼에는 존재하지 않은 신호 성분, 즉 편이 성분이 출력 스펙트럼에는 존재하는 것으로 관측되어야 한다. 그러므로, 적어도 하나의 실시예에서, 새로운 주파수 성분이 추가되고 출력 신호에 나타난다고 말할 수 있다.

전술한 설명은 전화기 핸드셋에 대하여 행하였다. 본 발명의 오디오 신호 시스템은 헤드셋; 헤드폰; 전화기 및 소비자 오디오 설비 등의 통신 장치에 접속된 이어피스; 소형의 휴대용 전화기 및 셀폰; 핸즈프리 전화기 및 기타의 헤드셋; 및 실질적으로 모든 작업 성분들이 단일 하우징 내에 포함되어 핸드셋을 구성하는 전화기 등을 포함하여 사운드를 청취자에게 전송하는 임의의 시스템에도 또한 적용할 수 있다.

또한, 헤드셋에 도달하는 오디오 신호의 소스는 반드시 중요한 것이라고 생각되지 않는다. 그 신호는 무선 방식으로 전송될 수 있다. 그 신호는 음악 CD로부터 또는 VOIP(Voice Over Internet Protocol)에서와 같이 인터넷으로부터 취해진 전화 신호로부터 발생할 때처럼 디지털 형식으로 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 오디오 신호 시스템은 개개인이 사용하는 개인화 스피커로 나타난다.

다시 도 3을 참조하면, 코일(39)은 다른 물질, 다른 형상 및 크기, 다른 권회 수로 구성될 수 있다. 예를 들면, 코일의 인덕턴스는 여기에서 설명하는 인지 용이성 향상에 대한 주요 기여자로 될 수 있다. 권회 수의 증가는 인덕턴스를 증가시키고, 권회 수의 감소는 인덕턴스를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 또한 코어 물질의 투자율의 증가는 인덕턴스를 증가시키고, 투자율의 감소는 인덕턴스를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 그러므로, (1) 권선의 감는 횟수 및 (2) 코어 물질의 투자율만을 생각하면, 특정 레벨의 인덕턴스가 여러가지 방법으로 얻어질 수 있다.

비 제한적인 예로서, 일 실시예에서, 도 3의 자기변형 코일(39)의 코어는 고 포화 물질로 구성된다. 고포화는 5,000 가우스를 초과하는 포화도를 갖는 것으로서 정의된다. 많은 메트글라스 합금은 20,000 가우스 또는 그 이상의 포화도를 갖는다.

이제 청각 장애인과 관련한 본 발명의 동작을 좀 더 구체적으로 생각하면, 약간의 초기 설명이 필요하다. 용어 "심한 청각 손실"이 상기 설명에서 사용되었다. 이것은 기술적 용어이고, 인간의 청각 능력을 묘사하기 위해 사용되는 5가지의 기술 용어 중의 하나이다. 이들 5가지 용어 및 관련 청각 손실은 다음과 같다.

정상(normal) -- 0~25 dBHL;

경증(mild) -- 26~45 dBHL;

중간(moderate) -- 46~70 dBHL;

중증(severe) -- 71~90 dBHL;

심함(profound) -- 91 dBHL 이상

약어 dBHL은 데시벨을 나타내고, 데시벨 범위는 데시벨로 측정해서 사람이 들을 수 있는 가장 조용한 사운드이다. 예를 들면, 정상 청각을 가진 사람은 0~25 dBHL 범위의 조용한 사운드를 들을 수 있다. 물론, 이것은 개체군 평균이므로 모든 정상인이 상기 범위의 하한에서 사운드를 들을 수 있는 것은 아니다. 따라서, 위에서 언급한 심한 손실이 있는 사람은 91 dBHL 보다 더 조용한 사운드를 듣지 못한다. 참고로, 정상적인 대화는 약 50 dBHL로 측정된다.

본 발명의 하나 이상의 실시예는 중간, 중증 및 심한 청각 손실을 가진 사람에게 도움을 주는 것으로 밝혀졌고, 상기 용어들은 청각 과학(science of audiology)에서 규정되고 상기 섹션에 요약되어 있다. 본 발명은 전화기 또는 다른 오디오 장치를 사용하는 청각 장애인에게 도움을 주는 다른 장치와 구별되어야 한다. 그 장치는 익숙한 조정가능한 볼륨 조절이다. 그러나, 그러한 조절은 위에서 규정한 용어에서 경증 내지 중간 청각 손실을 가진 사람에게 도움을 줄 뿐이다.

적어도 하나의 실시예에서, 3개의 동작 모드가 청각 장애인에게 이용가능하다. 청각 장애인이 (1) T-코일 동작, (2) 마이크로폰(즉, 정상) 동작, 및 (3) 가능한 다른 설정의 선택을 위한 스위치를 구비한 표준 보청기를 사용한다고 가정한다. 보청기에서의 상기 마이크로폰은 들어오는 사운드를 픽업하여 그 신호를 증폭한다. 또한, 전화기 핸드셋 또는 다른 장치에 (1) 도 3의 자기변형 인덕터(39), (2) 표준 T-코일 및 (3) 이어피스의 표준 스피커가 설비되어 있다고 가정한다.

제1 동작 모드에서, 사용자는 보청기의 스위치를 마이크로폰 세팅으로 설정하고, 청각 장애가 적은 사람처럼 핸드셋을 사용한다. 보청기는 핸드셋의 스피커로부터 사운드를 수신하고, 사용자를 위하여 사운드를 증폭한다. 제1 모드에서, 본 발명은 보청기를 착용하고 있는 사람이 종종 인지하는 매우 귀찮은 음향 피드백을 경감시킨다. 이러한 피드백은 종종 휘파람 소리처럼 인지된다.

사용자는 여기에서 설명하는 것처럼 전화기 핸드셋에서 T-코일을 사용함으로써 피드백을 피할 수 있고, 그에 따라서 핸드셋의 스피커와 보청기의 마이크로폰 간의 음향 결합을 제거할 수 있다고 생각될 수 있다. 이 결합은 피드백의 1차 원인이다. 그러나, T-코일은 모든 보청기에서 발견되지 않는다. 보청기의 약 2%가 고막형, 즉 ITC형이고, 이것은 매우 작다. 오늘날의 기술에서, ITC 보청기에 꼭 맞도록 충분히 작은 크기의 T-코일은 개발되어 있지 않거나, 또는 적어도 합리적인 가격으로 폭넓게 이용되지 못하고 있다. 따라서, ITC 보청기를 사용하는 사람은 피드백에 노출된 채 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 제1 모드에서 이러한 피드백을 감소시키거나 제거한다.

제2 동작 모드에서, 사용자는 T-코일 세팅으로 스위치를 설정하고, 핸드셋을 보청기 근처에 둔다. 사용자는 보청기를 통하여 전화 소리를 듣는다. 제2 모드에서도 음향 피드백이 또한 억제된다.

제3 동작 모드에서, 사용자는 보청기를 제거하고 오로지 핸드셋만을 사용한다. 전술한 바와 같이, 도 2에 도시된 핸드셋은 그 자체로서 중간(moderate)이라고 알려진 레벨 이상의 청각 장애를 가진 사람이 성공적으로 사용하여 왔다.

전술한 필터링 등 외에, 일종의 주파수 편이가 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 존재한다. 예를 들면, 2 KHz의 입력 주파수는 전체적으로 또는 부분적으로 4 KHz로 편이될 수 있다.

이 주파수 편이는 농아자(deaf person)의 청각을 개선하는 전화기 또는 다른 장치를 제공함에 있어서 본 발명의 성공을 부분적으로 설명할 수 있다. 특히, 정상인의 청각은 약 50 Hz 내지 약 15 KHz 또는 20 KHz의 스펙트럼을 점유하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 오늘날의 기술에서, 통상의 전화기는 약 2,500 내지 4,000 Hz의 대역폭을 갖는다. 따라서, 전화기는 인간의 청각 범위 중 2,500 또는 4,000 Hz 이하를 통과할 뿐이다. 이 범위 이상의 주파수는 차단된다. 따라서, 예를 들어서 만일 가설의 사람이 5,000 Hz 이하의 주파수를 청취할 수 없다면, 이론상으 로, 그 사람은 전화기를 사용할 수 없다.

전술한 주파수 편이를 수행하는 본 발명은 전화기 시스템에 의해 억제된 대역폭의 복원 부분으로서 보여질 수 있다. 즉, 본 발명이 없다면, 전화기 사용자는 2,500 또는 3,000 Hz의 상한(ceiling)을 가진 대역폭을 청취할 것이다. 그러나, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 4 KHz 이상의 성분이 추가된다. 또한, 다중 주파수 성분이 추가될 수 있고(예를 들면, 4 KHz, 6 KHz), 적어도 하나의 실시예에서, 다중 주파수 성분이 동시에 추가될 수 있다. 도 13을 참조하면, 테스트 일자가 나타나있고 2.3 볼트 1000 Hz의 신호가 표준 보청기 코일 및 본 발명의 인덕터에 입력되었다. 표준 보청기에 입력된 1000 Hz 신호(1300)는 더 높은 주파수에서 추가의 신호 출력을 생성하지 않는다. 이와 대조적으로, 본 발명에 입력된 1000 Hz 신호(1302)는 2 KHz(1304), 4 KHz(1306) 및 6 KHz(1308) 부근에서 기록할만한 신호를 생성한다.

따라서, 본 발명은 전화기의 대역폭을 확장하는 것으로, 즉 전화기의 대역폭 외부의 주파수를 추가하는 것으로 보여질 수 있다. 또한, 대역폭의 확장은 다른 오디오 신호 소스에서도 또한 달성될 수 있다. 본 발명은 (1) 전화기 또는 다른 오디오 신호 장치의 대역폭 내, 대역폭 외, 및 대역폭 내 및 외에 있는 하나 이상의 정보 함유 주파수 성분들을 합성하는 것, 및 (2) 전화기 또는 다른 장치의 사용자에게 전달된 음향 신호에 합성 성분을 추가하는 것으로서 보여질 수 있다. 이것은 역방향 마스킹의 효과를 감소시키는 것으로서 보여질 수 있다.

본 발명은, 내부용이든 외부용이든 보청기 또는 보조 장치, 및 일반적으로 청취 설비에 적용가능하다. 도 11은 보청기 등의 일반적인 청취 설비(500)를 개략적으로 도시한 것이다. 청취 설비(500)는 스피커(505)를 포함한다. 블록(508)은 마이크로폰, 및 증폭 및 처리 회로를 나타낸다. 스피커(505)에는 자기변형 코어를 갖는 여기에서 설명한 유형의 인덕터(510)가 접속된다.

위에서는 ITC 보청기가 소형 크기이기 때문에 일반적으로 T-코일이 설치되지 않은 ITC형 보청기에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 사용할 수 있는 자기변형 환상 코어는 어떤 스타일의 보청기에도 꼭 맞도록 충분히 작을 수 있다. 따라서, 도 11의 보청기(500)는 인덕터(510)가 적당히 작은 크기인 고막형 또는 다른 유형의 보청기를 나타내도록 취해질 수도 있다.

도 12에 도시한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 전화기 핸드셋에서 사용되는 유형의 스피커(550)가 도시되어 있고, 일반적으로 캡슐 또는 스피커 캡슐이라고 부른다. 스피커(550)는 개략적으로 표시되어 있는, 예를 들면 적당한 돌기(boss), 홈, 볼트 구멍, 장착 포인트, 스냅 필터링, 또는 이들의 임의 조합과 같은 장착 요소(555)를 포함한다. 장착 요소(555)는 일반적으로, 스피커(550)가 장착될 수 있는 특수한 전화기 핸드셋 또는 기타 장치(도시 생략됨)에 대응하게 설계된다.

본 발명은 자기변형 인덕터(560)를 스피커(550)에 부착한다. 부착은 점선(570)으로 표시되어 있다. 일체형 스피커(550)/인덕터(560)는 기존의 핸드셋을 변형하여 변형된 핸드셋을 사용하기 희망하는 청각 장애인 등의 사용자에 의해 전화기 핸드셋에 삽입될 수 있도록 단일 제품, 즉 캡슐로 판매된다. 또한, 일체형 스 피커(550)/인덕터(560)는 핸드셋 생산자가 그 조립 과정에서 사용할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 스피커(550), 임의의 출력 장치, 또는 임의의 입력 신호원에 부착되는 인덕터(560)는 포팅 장치(potting device)에서 사용하기 위한 이 기술 분야에서 잘 알려져 있는 임의의 하나의 물질, 예를 들면, 실리콘 또는 에폭시를 이용하여 인덕터(560)를 캡슐화 또는 포팅하는 것을 포함할 수 있다. 캡슐화는 전체적으로 또는 부분적으로 행하여질 수 있고, 인덕터(560)를 완전하게 밀봉한다.

또한, 브라켓(도시생략)이 전화기 핸드셋과 스피커/인덕터 조합 간의 중간재로서 작용하도록 하는 것도 가능하다. 즉, 브라켓은 핸드셋 내부에 장착하도록 설계된다. 또한, 브라켓은 스피커와 인덕터를 수납 및 지지하도록 설계될 수 있다.

상기 설명은 스피커와 직렬 접속된 자기변형 인덕터에 촛점을 맞춘 것이다. 그러나, 직렬 접속은 자기변형 인덕터가 청취자에게 도달하는 신호에 영향을 주는데 있어서 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 병렬 접속이 적합할 수도 있다. 또한, 전술한 자기변형 인덕터는 전기 필터의 단일 이산 요소로서 보여질 수 있다. 더 복잡한 필터, 예컨대 하나 이상의 자기변형 인덕터가 네트워크 구성에서 추가 가능한 다른 요소와 함께 사용되는 것도 예상할 수 있다. 상기 다른 요소로는 저항기, 커패시터, 인덕터, 및 연산 증폭기 등의 능동 소자를 포함할 수 있다.

청각 장애인의 개선된 청각에 관한 정확한 현상은, 적어도 본 발명과 관련되는 것으로서, 완전하게 정의되어 있지 않다. 하나의 기여 인자는 임의의 송신 신호에 존재하는 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 필터링되지 않은 주변 잡음을 실제로 제공하고 사용하는 소음 공명(stochastic resonance)일 수 있다. 이 방법에서, 본 발명의 시스템은 원치않은 잡음을 필터링하여 오디오 신호를 더욱 인지하기 쉽게 하거나, 또는 잡음을 포함하여 오디오 신호를 더욱 인지하기 쉽게 할 수도 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 오디오 신호 시스템은 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 원치않은 잡음을 필터링하고 열적 잡음 및 스펙트럼 형상을 가진 잡음을 발생시킬 수 있다. 또한, 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 소량의 왜곡이 추가될 수도 있다.

본 발명은 귀 뒤 설치형(behind-the-ear; BTE), 귓속형(in-the-ear; ITE), 고막형(in-the-canal; ITC), 완전 고막형(completely-in-the-canal; CIC), 뼈 고정식 장치(bone-anchored device) 등의 각종 유형의 보청기에 적용가능하다. 본 발명은 또한 중이 삽입 수신기(middle ear implanted receiver), 뇌간 청각 임플란트(brainstem auditory implant), 와우각 임플란트(cochlear implant), 및 하드 와이어드, FM, 적외선 및 루프 시스템과 같은 보조 장치 등의 각종 유형의 장치에도 적용가능하다.

상기 방법, 장치 및 구조들은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 여러 가지로 수정가능하다. 따라서, 첨부 도면에 도시하고 상기 설명한 실시예들은 단지 예로서 나타낸 것일 뿐 제한하는 의도가 없다는 것을 알아야 한다. 첨부되는 청구범위는 여기에서 설명한 일반적인 특징과 특수한 구성을 모두 망라하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 방법, 장치 및 구조의 범위에 관한 모든 설명은 언어적으로 청구범위 내에 있는 것으로 보아야 한다.

Claims (45)

1. 오디오 신호 출력 장치와;

   자기변형 코어와;

   자기변형 코어 주변에 감겨진 적어도 하나의 와이어를 포함하고,

   적어도 하나의 와이어를 통하여 변형된 전기 신호는 자기변형 코어를 진동시키고, 자기변형 코어의 진동은 오디오 신호 출력 장치에 의해 생성된 오디오 신호와 결합하는 출력 신호를 발생하는 것인 오디오 신호 시스템.
2. 제1항에 있어서, 자기변형 코어의 형상은 환상형, 직사각형 막대형 및 원통형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 오디오 신호 시스템.
3. 제1항에 있어서, 자기변형 코어는 연속형인 오디오 신호 시스템.
4. 제1항에 있어서, 자기변형 코어는 METGLAS®인 오디오 신호 시스템.
5. 제1항에 있어서, 자기변형 코어는 강자성 물질인 오디오 신호 시스템.
6. 제1항에 있어서, 자기변형 코어는 오디오 신호 출력 장치와 전기적으로 직렬 결합된 것인 오디오 신호 시스템.
7. 제1항에 있어서, 자기변형 코어는 오디오 신호 출력 장치와 전기적으로 병렬 결합된 것인 오디오 신호 시스템.
8. 제1항에 있어서, 오디오 신호 출력 장치는 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기, 휴대용 게이밍 장치, 라디오, 스테레오, 카세트 플레이어, 비디오 레코더/플레이어, DVD 플레이어, 텔레비젼, 전화기 및 셀룰러 폰으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치와 결합되는 것인 오디오 신호 시스템.
9. 제1항에 있어서, 자기변형 코어의 주위에 감겨지는 적어도 하나의 와이어의 권회 수는 50~500 권회의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
10. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어의 인덕턴스는 0.15~0.8 밀리헨리의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
11. 제1항에 있어서, 자기변형 코어의 자기변형 계수는 8~12 ppm(parts per million)의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
12. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 와이어의 게이지는 25~45 게이지의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
13. 조절된 오디오 신호를 발생하는 방법에 있어서,

    적어도 하나의 와이어로 감겨진 자기변형 코어를 제공하는 단계와;

    오디오 신호 출력 장치를 통하여 제1 전기 신호를 변형시켜 베이스라인 오디오 신호를 발생시키는 단계와;

    적어도 하나의 와이어를 통하여 제2 전기 신호를 변형시켜 자기변형 코어를 진동시키는 단계를 포함하고, 자기변형 코어의 진동은 신호 출력를 생성하고, 출력 신호는 선택적으로 동조 및 베이스라인 오디오 신호와 결합하여 조절된 오디오 신호를 발생하는 것인 조절된 오디오 신호 발생 방법.
14. 제13항에 있어서, 조절된 오디오 신호를 청각 장애인의 보청기의 수신기에 송신하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
15. 제13항에 있어서, 환상형, 직사각형 막대형 및 원통형으로 이루어진 그룹으로부터 자기변형 코어의 형상을 선택하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
16. 제13항에 있어서, 자기변형 코어 물질로서 METGLAS®를 선택하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
17. 제13항에 있어서, 자기변형 코어 물질로서 강자성 물질을 선택하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
18. 제13항에 있어서, 자기변형 코어를 오디오 신호 출력 장치와 전기적으로 직렬 결합하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
19. 제13항에 있어서, 자기변형 코어를 오디오 신호 출력 장치와 전기적으로 병렬 결합하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
20. 제13항에 있어서, 제1 전기 신호원은 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기, 휴대용 게이밍 장치, 라디오, 스테레오, 카세트 플레이어, 비디오 레코더/플레이어, DVD 플레이어, 텔레비젼, 전화기 및 셀룰러 폰으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 조절된 오디오 신호 발생 방법.
21. 제13항에 있어서, 자기변형 코어의 주위에 감겨지는 적어도 하나의 와이어의 권회 수는 50~500 권회의 범위에 있는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
22. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 와이어의 게이지는 25~45 게이지의 범위에 있는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
23. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어의 인덕턴스는 0.15~0.8 밀리헨리의 범위에 있는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
24. 제13항에 있어서, 자기변형 코어의 자기변형 계수는 8~12 ppm(parts per million)의 범위에 있는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
25. 제13항에 있어서, 오디오 신호 주파수를 필터링하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
26. 제13항에 있어서, 하나 이상의 오디오 신호 주파수를 편이시키는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
27. 제13항에 있어서, 베이스라인 오디오 신호는 기본 주파수를 가지며, 기본 주파수의 하나 이상의 고조파를 선택적으로 증폭하는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
28. 제13항에 있어서, 전자기 간섭을 감소시키는 단계를 더 포함하는 조절된 오디오 신호 발생 방법.
29. 제13항에 있어서, 제2 전기 신호는 변형이 조절되고, 조절된 신호는 비선형 인 조절된 오디오 신호 발생 방법.
30. 청각 장애인에 의해 인지되는 오디오 신호를 조절하는 방법에 있어서,

    적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어를 제공하는 단계와;

    오디오 출력 장치를 통하여 제1 전기 신호를 변형시켜 오디오 신호를 발생시키는 단계와;

    적어도 하나의 와이어를 통하여 제2 전기 신호를 변형시켜 자기변형 코어를 진동시키는 단계- 자기변형 코어의 진동은 출력 신호를 생성하고, 출력 신호는 오디오 신호와 결합하여 오디오 신호를 조절하는 것임 -와;

    조절된 오디오 신호를 청각 장애인이 착용한 보청기의 수신기에 송신하는 단계를 포함하는 오디오 신호 조절 방법.
31. 제30항에 있어서, 자기변형 코어는 전화기의 핸드셋 내에 배치된 것인 오디오 신호 조절 방법.
32. 수신된 오디오 신호로부터 유도된 전기 신호를 출력 장치에서 사용하여 수신 오디오 신호를 복제하는 유형의 개선된 오디오 신호 시스템에 있어서,

    복제된 오디오 신호의 특성을 조절하여 인지되는 복제 오디오 신호 품질을 개선하는 조절 수단을 포함하는 오디오 신호 시스템.
33. 제32항에 있어서, 상기 조절 수단은,

    자기변형 코어와;

    자기변형 코어 주위에 감겨진 적어도 하나의 와이어를 포함하고,

    적어도 하나의 와이어를 통하여 변형된 전기 신호는 자기변형 코어를 진동시키고, 자기변형 코어의 진동은 복제된 오디오 신호의 특성을 조절하도록 조절 오디오 신호와 결합하는 출력 신호를 발생시키는 것인 오디오 신호 시스템.
34. 제32항에 있어서, 상기 조절 수단은,

    수신된 오디오 신호를 디지털 신호로 변환하는 수단과;

    디지털 신호에 대해 동작하여 디지털 신호를 조절하는 수단과;

    조절된 디지털 신호를 출력 장치를 통해 송신하기 위해 아날로그 신호로 변환하는 수단을 포함한 것인 오디오 신호 시스템.
35. 제33항에 있어서, 자기변형 코어의 형상은 환상형, 직사각형 막대형 및 원통형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 오디오 신호 시스템.
36. 제33항에 있어서, 자기변형 코어는 METGLAS®인 오디오 신호 시스템.
37. 제33항에 있어서, 자기변형 코어는 강자성 물질인 오디오 신호 시스템.
38. 제33항에 있어서, 자기변형 코어는 출력 장치와 전기적으로 직렬 결합된 것인 오디오 신호 시스템.
39. 제33항에 있어서, 자기변형 코어는 출력 장치와 전기적으로 병렬 결합된 것인 오디오 신호 시스템.
40. 제33항에 있어서, 출력 장치는 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기, 휴대용 게이밍 장치, 라디오, 스테레오, 카세트 플레이어, 비디오 레코더/플레이어, DVD 플레이어, 텔레비젼, 전화기 및 셀룰러 폰으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치와 결합되는 것인 오디오 신호 시스템.
41. 제33항에 있어서, 자기변형 코어의 주위에 감겨지는 적어도 하나의 와이어의 권회 수는 50~500 권회의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
42. 제33항에 있어서, 적어도 하나의 와이어가 감겨진 자기변형 코어의 인덕턴스는 0.15~0.8 밀리헨리의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
43. 제33항에 있어서, 자기변형 코어의 자기변형 계수는 8~12 ppm(parts per million)의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
44. 제33항에 있어서, 적어도 하나의 와이어의 게이지는 25~45 게이지의 범위에 있는 오디오 신호 시스템.
45. 오디오 신호를 출력하는 출력 수단과;

    자기변형 코어를 진동시키는 수단과;

    오디오 신호의 인지되는 품질을 향상시키기 위하여 자기변형 코어의 진동 출력을 상기 출력 수단으로부터의 오디오 신호와 결합하는 수단을 포함하는 오디오 신호 시스템.

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