KR20130030765A - 보청기 사용자의 폐쇄 효과 측정과 검증을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

보청기 사용자의 폐쇄 효과 측정과 검증을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

폐쇄 측정 모드(occlusion measurement mode)로의 동작을 위하여 설정되도록 구성된 보청기를 포함하는 폐쇄 효과(occlusion effect)의 추정을 위한 시스템이다. 상기 보청기는 보청기 사용자 이도(ear canal) 외부의 음향 레벨(acoustic sound level)을 제 1 전기 신호(first electrical signal)로 변환하기 위한 제 1 변환기(first transducer, 9)를 포함한다. 상기 보청기는 폐쇄된 이도 내의 음향 레벨을 제 2 전기 신호(second electrical signal)로 변환하도록 구성된 제 2 변환기(second transducer, 10)를 포함한다. 본 시스템은, 상기 제 1 변환기 및 제 2 변환기로부터 온 신호를 디지털화된 전기 신호로 변환하는 A/D 변환기(analogue to digital converters, 13,14)와, 폐쇄 효과를 측정할 때 제 1 디지털화된 전기 신호 및 제 2 디지털화된 전기 신호를 각각 제 1 디지털화된 대역 분할 전기 신호(band split digitized electrical signal) 및 제 2 디지털화된 대역 분할 전기 신호로 분할하기 위한 필터 뱅크(filter bank)를 구비한 신호 처리 수단을 포함한다. 본 시스템은 제 1 대역 분할 신호 및 제 2 대역 분할 신호 모두에 대하여 각 주파수 대역에서 음압(sound pressure)을 추정하기 위한 음압 추정 수단과, 이상적이지 않은 대역 통과 필터링(band pass filtering)으로 인한 다른 대역들로부터 신호 대역으로의 신호의 누출을 추정하기 위한 누출 추정 수단을 더 포함한다. 본 시스템은 주어진 대역에서의 추정된 음압이 폐쇄 효과를 계산하는 데 적용될 수 있는지 여부를 결정할 때 추정된 음압이 추정된 누출보다 루트r(수식생략) 배 더 커야 하도록 구성된다.

Description

보청기 사용자의 폐쇄 효과 측정과 검증을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING AND VALIDATING THE OCCLUSION EFFECT OF A HEARING AID USER}
본 발명은 보청기(hearing aid) 사용에 관한 폐쇄(occlusion)의 추정(estimation)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 폐쇄 측정 모드(occlusion measurement mode)로의 동작을 위하여 설정되도록 구성된 보청기를 포함하는 폐쇄 효과(occlusion effect)의 추정을 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 폐쇄 측정 모드(occlusion measurement mode)로의 동작을 위하여 설정되도록 구성된 보청기를 포함하는 폐쇄 효과(occlusion effect)의 추정을 위한 시스템에 관한 것으로서, 상기 보청기는 보청기 사용자 이도(ear canal) 외부의 음향 레벨(acoustic sound level)을 제 1 전기 신호(first electrical signal)로 변환하도록 구성된 제 1 변환기(first transducer)를 포함하고, 상기 폐쇄 측정 모드에 있을 때 폐쇄된 이도 내의 음향 레벨을 제 2 전기 신호(second electrical signal)로 변환하도록 구성된 제 2 변환기(second transducer)를 포함한다. 상기 시스템은, 상기 제 1 변환기 및 제 2 변환기로부터 온 신호를 디지털화된 전기 신호로 변환하는 A/D 변환기(analogue to digital converters)와, 폐쇄 효과를 측정할 때 제 1 디지털화된 전기 신호 및 제 2 디지털화된 전기 신호를 각각 제 1 디지털화된 대역 분할 전기 신호(band split digitized electrical signal) 및 제 2 디지털화된 대역 분할 전기 신호로 분할하도록 구성된 필터 뱅크(filter bank)를 구비한 신호 처리 수단(signal processing means)을 포함한다. 상기 시스템은 제 1 대역 분할 신호 및 제 2 대역 분할 신호 모두에 대하여 각 주파수 대역에서 음압(sound pressure)을 추정하기 위한 음압 추정 수단(sound pressure estimating means)을 더 포함한다.
적어도 부분적으로나마 음향적으로 봉인(sealing)하는 이어 몰드(ear mould)를 포함하는 보청기가 사용자의 귀 안에 위치할 때 보청기는 이도를 막는다(occlude). 사용자가 만들어 낸 음성은 공기의 음압뿐만 아니라 이도의 벽에 진동도 발생시킨다. 이것은 막혀 있는 귀에서 사용자 자신의 음성의 음향 레벨이 고막에서 특히 낮은 주파수에서 상승하는 것을 유발한다. 많은 보청기 사용자들에게 그들 자신의 목소리는 움푹 꺼지거나 저음이 강조되게 들리고, 이는 폐쇄 효과(Occulsion Effect, OE)로 알려져 있다. OE는 사용자에게 매우 거슬리게 인식되고, 따라서 이는 보청기 사용에 있어서 주된 장애가 된다.
보청기를 피팅(fitting)할 때, 충분한 증폭이 여전히 얻어져야 할 때의 OE를 가능한 한 줄일 수 있도록 하기 위해 OE를 측정할 수 있도록 하는 것은 많은 경우에 편리하다. OE를 감소시키기 위해 가능한 것은 보통 이어 플러그(ear plug)나 보청기 내의 환기 경로의 직경을 증가시키는 것이다.
말하는 사람 자신의 음성에 의한 OE는, 이도가 이어 몰드에 의해 막혀 있고 보청기의 전기 증폭이 꺼져 있을 때 음성에 의해 고막에서 생성되는 음압 및 이도가 열려 있을 때 음성에 의해 고막에서 생성되는 음압 간의 비율이다. 즉, OE = pdrum, occluded / pdrum , open 이다.
pdrum , occluded 와 pdrum , open의 두 가지 양은 모두 시간과 주파수에 대한 함수이다. 따라서 OE는 시변(time variant) 주파수에 의존하는 전달 함수(transfer function)이다. OE를 구하기 위해 두 가지 음압(pdrum , occluded 와 pdrum , open)이 시간과 주파수 모두에 대하여 충분한 정확도와 분해도(resolution)를 가지고 결정되어야 한다. 만약 pdrum, open 가 0이라면 OE는 정의되지 않는다.
PCT/EP2009/050759 에서는 약간 다른 음압의 집합(pdrum , occluded 와 pext , occluded)과 보정 항(correction term, 주어진 구성(set-up)에 대하여 상수로 간주될 수 있음)으로부터 OE를 어떻게 구할 수 있는지 설명된다. OE가 가장 중요한(significant) 낮은 주파수 범위에서는, 폐쇄 효과의 추정(estimation)은 OE = k?pdrum , occluded / pext , occluded (단, k는 보정항 상수)에 의하는 것이 비교적 좋다. 만약 pext, occluded 가 0이라면 OE는 정의되지 않는다.
WO-A1-2008/017326 은, 사용자 자신의 음성을 음원(sound source)으로서 필요로 하는 보청기 사용에 의한 폐쇄 효과 측정을 기술한다.
현실적인 OE의 측정을 하기 위해서는 두 가지 음압, 즉 pdrum , occluded 및 pext , occluded 의 측정이 이루어져야 한다. 만약 음압 중 하나 또는 둘 모두의 측정이 충분히 정확한 결과를 제공하지 않는다면 OE 값은 유효하지 않을 것이고 버려져야 할 것이다. 특정한 상황에서 이루어지는 음압 측정 절차 내의 상이한 제한(different limitations)들은 부정확한 결과로 이어질 수 있다. 이러한 경우들을 없애기 위해 이를 적절하게 감지하는 것이 중요하다.
PCT/EP2009/050759에서 논의된 바와 같이, 두 음압은 각각 (마이크로폰으로서 사용되기 위해 연결된 보청기 마이크로폰 또는 보청기 리시버와 같은) 음압 변환기에 의해 포착될(captured) 수 있다. 변환기의 출력은 필터 뱅크(인접한 대역 통과 필터(band pass filters)의 뱅크) 및 감지된 각 대역의 신호 강도에 의해 주파수 대역 별로 분석될 수 있다. 각 대역의 신호 강도는 특정한 주파수 대역의 음압을 나타낸다는 것이 일반적인 추정이다.
보청기 사용에 의한 OE를 측정할 때, 보청기의 필터 뱅크 또는 그와 동등한 필터 뱅크는 대개 pdrum , occluded 및 pext , occluded 에서 얻어진 값을 각각의 필터 대역으로 분할하는(splitting) 데에 적용된다.
PCT/EP2009/050759에서 역시 논의된 바와 같이, 이러한 주파수 분석은 유한하고 제한적인 대역 통과 필터의 선택성(selectivity)으로 인하여 절충될(compromised) 수 있다. 대역의 실제 주파수 범위 내의 신호가 약하고 인접한 대역 내의 신호가 더 강한 경우 이는 특히 위험하다(critical). 제한적인 선택성으로 인하여 인접한 대역의 더 강한 신호 출력(signal power)의 일부가 해당 대역 내의 약한 신호 출력과 함께 감지될 것이다. 이는 이상적으로는 하나의 대응하는 주파수 대역에서만 감지되어야 할 어떤 주파수의 신호가 몇몇 인접하는 주파수 대역에서도 감지될 것을 의미한다. 이러한 현상을 누출(leakage)이라 하고, 누출로 심하게 악영향을 받은(severely contaminated) 음압의 측정값이 OE의 계산에 이용된다면 잘못된 결과로 이어질 수 있다. 누출은 스미어링(smearing) 또는 스펙트럴 스플래터(spectral splatter)로 일컬어지기도 한다.
보청기 사용자 자신의 음성이 음원일 때, pdrum , occluded 및 pext , occluded 의 값은 또한 장기적으로는 넓고 꽤 부드러운 주파수 분포(신호 출력이 음성 스펙트럼 전체에 걸쳐 있는 분포)를 가질 것으로 예상된다. 그러나, 단기적으로는 출력이 좁은 주파수 대역(음성을 내는 동안의 기본 주파수(fundamental frequency)와 그 고조파(harmonics)에 상응하는 주파수 대역)에 집중될 것이다. 이 경우에는 특정 대역 내의 실제 음압 레벨로 인한 신호 부분과 다른 대역으로부터의 누출로 인한 신호 부분을 주파수 대역 별로 얻어진 값으로부터 아는 것이 직접적으로 가능하지는 않다.
위 문제점은 이상적이지 않은 대역 통과 필터링(band pass filtering)으로 인한 다른 대역들로부터 각 신호 대역으로의 신호의 누출을 추정하기 위한 누출 추정 수단(leakage estimating means)을 포함하는 폐쇄 효과 추정을 위한 시스템으로서의 본 발명에 의해 해결된다. 본 시스템은 주어진 대역에서의 추정된 음압이 폐쇄 효과를 계산하는 데 적용될 수 있는지 여부를 결정할 때 추정된 음압이 추정된 누출보다
Figure pct00001
배 더 커야 하도록 구성된다.
이러한 시스템은 특정한 주파수 대역에서 측정된 음압이 이 대역에 중심을 둔 입력 음압을 나타내는지 아니면 누출에 의해 지배당하는지를 가늠할 수 있다는 이점을 가질 것이다. 나아가, 누출 추정 수단은 각 주파수 대역에서 검출된 신호를 다른 모든 대역의 맥락에서 평가하는 것 만으로부터 동작할 것이다. 음압의 실제 스펙트럼을 알 수 없기 때문에 각 주파수 대역에서 검출된 신호는 이용할 수 있는 유일한 정보이다.
누출이 주어진 한계점을 초과하는 경우에 폐쇄 효과의 측정치를 버림으로써, 측정된 전반적 폐쇄 효과의 정확도는 상당히 개선될 수 있다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 실시예에서는 추정된 음압이 폐쇄 효과의 계산에 적용될 수 있기에 앞서 추정된 음압이 추정된 누출보다 적어도
Figure pct00002
배 더 커야 한다. 이것은 폐쇄 효과의 신뢰할 만한 추정치를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 실시예에서는 추정된 음압이 폐쇄 효과의 계산에 적용될 수 있기에 앞서 추정된 음압이 추정된 누출보다 적어도
Figure pct00003
배 더 커야 한다. 이것은 폐쇄 효과의 매우 정확한 추정치를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 실시예에서는 제 2 변환기가 보청기의 리시버이며, 상기 리시버는 보청기가 폐쇄 측정 모드에 있을 때에는 마이크로폰으로서 사용되고, 보청기에 소리 증폭 모드가 적용되어 있을 때에는 보청기 사용자에게 증폭된 소리를 제공하도록 사용된다. 추가적인 실시예에서는 리시버에 의해 얻어진 신호가 제 1 변환기에 의해 얻어진 신호와 비교되기 위하여 등화된다(equalized). 리시버를 마이크로폰으로서 사용하는 것의 한 가지 이점은, 보청기의 이어 플러그 부분에서 공간이 더 작게 차지된다는 점이다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 추가적인 실시예에서는 누출 추정 수단은 분석 행렬의 적용을 포함하는데, 이는 이웃한 또는 다른 주파수 대역으로부터 어느 주파수 대역으로의 신호의 누출을 추정하는 효율적인 방법을 제공한다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 추가적인 실시예에서는 60 dB SPL 미만의 음압으로 추정된 주파수 대역으로부터의 데이터가 폐쇄 효과 계산으로부터 버려진다.
폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 추가적인 실시예에서는 시스템의 모든 부분의 데이터가 보청기에 포함된다.
두 번째 측면에서 본 발명은 폐쇄 효과 측정을 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 폐쇄 측정 모드로의 동작을 위하여 보청기 설정을 적용하고, 보청기 사용자 이도 외부의 음향 레벨을 제 1 전기 신호로 변환하기 위하여 보청기에서 제 1 변환기를 구성하는 단계와, 상기 폐쇄 측정 모드에 있을 때 폐쇄된 이도 내의 음향 레벨을 제 2 전기 신호로 변환하기 위하여 보청기에서 제 2 변환기를 구성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제 1 변환기 및 제 2 변환기로부터 온 아날로그 신호를 디지털화된 전기 신호로 변환하는 단계와, 폐쇄 효과를 측정할 때 제 1 디지털화된 전기 신호 및 제 2 디지털화된 전기 신호를 각각 제 1 디지털화된 대역 분할 전기 신호 및 제 2 디지털화된 대역 분할 전기 신호로 분할하기 위한 필터 뱅크를 구비한 신호 처리 수단을 구성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 1 대역 분할 신호 및 제 2 대역 분할 신호 모두에 대하여 각 주파수 대역에서의 음압을 추정하는 단계와, 이상적이지 않은 대역 통과 필터링으로 인한 다른 대역으로부터 각 신호 대역으로의 신호의 누출을 추정하는 단계를 더 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 주어진 대역에서의 추정된 음압이 폐쇄 효과의 계산에 적용될 수 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 결정은 측정치가 적용될 수 있는지 아닌지에 대한 것으로서, 추정된 음압이 추정된 누출보다
Figure pct00004
배 더 큰 경우의 측정치에 기초한다.
본 발명의 실시예는 이제 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 필터 뱅크의 대역 통과 필터의 제한된 선택성이 어떻게 누출의 원인이 되는지를 그래프 형태로 나타낸다.
도 2는 폐쇄 효과 추정을 위한 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 3은 단 4개의 주파수 대역에서의 누출을 계산하는 간단한 예시의 강도 전달함수(power transfer function) 그래프를 나타낸다.
도 4는 도 3의 예시에 대하여 발생한 강도 벡터의 그래프를 나타낸다.
도 1은 음압 pdrum , occluded 및 pext , occluded 의 강도가 fj 근처에 집중된 협대역 신호(narrowband signals)로 구성된 경우의 상황을 그래프 형태로 보여준다. 주파수 fj-1 및 fj +1에서 두 신호 모두의 강도는 0이다. 결과적으로 OE는 주파수 fj에서만 정의되고 다른 주파수에서는 계산되지 않아야 한다. 도 1의 모든 그래프는 가로축에서 주파수를 나타내고 세로축에서 레벨 또는 게인(gain)을 dB로 나타낸다.
fj에 중심을 둔 대역 통과 필터의 대역은 신호 강도가 필터의 통과 대역 중앙에 위치하도록 음압을 잘 검출한다. 이 값들로부터 계산된 OE는 주파수 fj에서의 유효한 OE 값을 생성한다. 그러나 대역 통과 필터의 제한적인 선택성으로 인해 fj -1 및 fj +1 에 있는 대역들도 뚜렷한 신호를 검출하는데, 이를 누출로 정의한다.
PCT/EP2009/050759 에서 논의된 바와 같이, 두 음압 pdrum , occluded 및 pext , occluded 의 측정치에서의 누출의 양은, 변환기들이 주파수 응답에서 다르고 완벽하게 등화되지 않는다면 상이할 수 있다. 만약 fj -1 및 fj +1에서 OE가 심각한 누출을 포함한 측정치에 기초하여 계산된다면 OE 값이 실제로 계산되지 않았어야 함에도 불구하고 주파수 fj에서의 OE 값에 비견될 수 있는(또는 심지어 더 큰) 이 주파수들에서의 OE 값으로 이어질 수 있다.
도 1의 예시는 특정한 주파수 대역에서 측정된 음압이 이 대역에 중심을 둔 입력 음압을 나타내는지 아니면 누출에 의해 지배당하는지를 가늠하는 것이 왜 필수적인지를 나타낸다.
도 2는 폐쇄 효과 측정을 위한 시스템의 예시를 보여준다. 시스템의 모든 부분 또는 일부는 보청기 안에 집약될 수 있다. 두 개의 음압 감지 변환기(9, 10)가 보여지고, 이 중 적어도 하나는 마이크로폰(9)이다. 다른 하나는 역시 마이크로폰(10)일 수도 있으나, 마이크로폰으로서 사용되는 리시버일 수도 있다. 만약 변환기(10)가 리시버라면, 음향관(sound tube, 도시되지 않음)을 통해 고막 앞의 볼륨에 연결될 수 있고, 또는 이어 플러그 안에 배치될 수 있다. 보청기 사용자의 귀 외부의 음압은 pext로 표시되고 보청기의 일반적인 마이크로폰(9)에 의해 감지될 수 있다. 보청기가 두 개의 마이크로폰을 포함할 때, 구체적이고 직접적인 감도를 얻기 위해, 귀 외부의 음압 측정을 위해 임의의 마이크로폰도 이용될 수 있다. 일반적으로, 적어도 두 개의 변환기(9, 10)는 보청기의 일부이다. 폐쇄 효과를 측정하기 위한 시스템의 다른 구성 요소들은 보청기의 일부일 수 있으나, 보청기 외부에, 예를 들어 보청기의 피팅과 프로그래밍에 사용되는 컴퓨터의 일부로서 배치될 수도 있다.
두 개의 변환기(9, 10)로부터의 전기 신호는 전치 증폭기(pre-amplifier, 11, 12)로 인도된다. 마이크로폰 신호에 추가적인 노이즈를 상당히 증가시키지 않기 위하여, 전치증폭기는 변환기(9, 10)의 유휴 노이즈 플로어(idle noise floor)보다 다소 낮은 유휴 노이즈 플로어를 가지도록 이상적으로 설계된다.
전치 증폭된 신호는 디지털화된 전기 신호를 형성하는 A/D 변환기(analogue-to-digital converters, 13, 14)로 보내진다. A/D 변환기 역시 변환기(9, 10)의 유휴 노이즈 플로어보다 낮은 유휴 노이즈 플로어를 이상적으로 가져야 한다.
디지털화된 두 전기 신호는 바람직하게는 상이한 방식으로 신호를 조절하기(condition) 위하여 사용되는 필터(15,16)로 보내진다. 이것은 예를 들어 관심 있는 주파수 보다 낮은 저주파 요소들을 제거하기 위한 고역 필터링(high-pass filtering)에 의하여 신호를 대역 제한하는 것일 수 있다. 필터는 감지 변환기의 원하지 않은 주파수 응답을 보정하기 위해서도 사용될 수 있다. 이러한 원하지 않은 주파수 응답은 변환기로의 음향 연결 장치(acoustic coupling)로부터, 또는 마이크로폰으로서 사용될 때의 리시버와 같은 변환기 요소(element) 자체로부터 발생되었을 수 있다. 따라서, 마이크로폰으로서 사용되는 리시버의(또는 상이한 유형의 마이크로폰이 사용된 경우의) 주파수 응답을 보정하기 위한 등화 필터(equalizing filter)가 필터(16) 내에 위치할 수 있다.
pext를 측정하기 위한 마이크로폰 부문에 있는 필터(15)는 마이크로폰 위치의 음압을 나타내는 것으로부터 열린 귀에서의 음압의 추정을 나타내는 것으로 신호를 조정할 수 있다.
신호의 스펙트럼 분석은 필터 뱅크(21, 22)에서 수행되고, 각 대역의 신호 레벨은 레벨 검출기의 표본을 추출하는, 예를 들어 제곱평균(root mean square, rms) 값 또는 신호의 레벨 및 다른 통계학적 특성 측정치를 검출하는, 방식으로 관찰될 수 있다. 이 값들은 보청기 안에서 더 처리될 수 있고, 또는 추가적 분석, 비율(30, 전달함수)의 계산, 보정과 제시(presentation)를 위하여 외부 컴퓨터로 내보내질 수 있다.
(pdrum , occluded / pext , occluded)을 측정하는 접근 방식에 있어서 보청기 필터 뱅크(21, 22)와 레벨 검출기를 사용함으로 인해 한 가지 어려움이 생긴다. 필터 뱅크는 많은 경우에 입력 신호를 대역별로 분할하는 다수의 대역 통과 필터를 포함한다. 보청기 필터 뱅크의 선택성은 측정 목적에 필연적으로 최적화되지 않으나, 일반적으로 필터의 다른 특성에 균형 잡힌 절충에 해당한다. 그래서 이 대역 통과 필터들은 일반적으로 제한된 선택성을 가질 것이고, 따라서 스펙트럼의 누출로 이어진다.
통과 대역 바깥에 위치한 협대역 신호로부터의 스펙트럼 누출을 주로 포함하는 대역에 대한 전달 함수의 계산은 그 대역에 대한 잘못된 값으로 이어질 수 있다. 그래서 오로지(또는 주로) 누출을 포함하는 대역들이 식별되어야 하고 버려져야 한다(25, 26).
전달 함수 계산에 사용되었던 두 신호는 두 개의 다른 변환기에 의해 포착된다. 만약 이 두 변환기가 유사한 주파수 응답을 갖지 않는다면 스펙트럼 누출의 효과는 훨씬 더 위험하게 된다. 이는 두 변환기에 동일한 주파수 응답을 부여하기 위하여 등화 필터를 사용함으로써 해결될 수 있다.
유효한 것으로 확인된 자료에 대한 폐쇄 효과는 비율 블록(30)에서 계산된다. 데이터의 후속 처리(post processing)는 후속 처리 및 디스플레이 블록(31)에서 수행될 수 있다. 후속 처리는 데이터의 양을 줄이거나 적당한 디스플레이 또는 다른 통신수단을 위하여 데이터의 특정한 면을 강조하기 위하여 사용되어, 결국 다른 결정을 내리거나 처리과정에 도움을 줄 수 있다. 후속 처리는 시간과 주파수 가중치 부여 및 평균 계산을 포함할 수 있다. 마지막으로, 데이터는 적당한 형태로 디스플레이 된다. 디스플레이는 일반적으로 보청기 외부의 모니터 상에 있을 것이다.
이어지는 기술(description)은 각 값에서 누출의 양을 추정하기 위하여 필터 뱅크의 검출된 출력 값을 평가하는(assess) 방법에 집중한다. 그러한 추정된 누출에 기초하여 그 값은 (누출이 무시되거나 보정될 수 있는 경우) 받아들여지거나 (누출이 무시되거나 보정될 수 없는 경우) 버려질 것이다. 만약 특정 대역의 음압 둘 다 또는 둘 중 하나의 측정이 누출로 인해 버려진다면 잘못된 OE 값의 계산을 피할 수 있다.
PCT/EP2009/050759 에서는, 필터 뱅크의 j번째 대역에서 관찰된 신호 강도에 대한 식을 다음과 같이 표현한다.
Figure pct00005
여기서 Fj ,k 는 j 대역에서의 k 대역의 신호에 대한 주파수 응답이다. Ek는 등화 필터의 k 대역에서의 주파수 응답이다. Tk는 k 대역에서의 음압 감도이다. PSk는 k 대역에서의 음압 신호 강도이다. Pnk는 k 대역에서의 노이즈의 강도이다.
본 기술(description)은 누출에 집중하므로 노이즈를 무시하면,
Figure pct00006
이것은 다음과 같이 확장될 수 있다.
Figure pct00007
따라서
Figure pct00008
이고, 여기서
Figure pct00009
Yj는 Xj에 관한 값(contribution to Xj)으로서 누출에 기인하지 않고 따라서 원하던 측정된 값이다.
이렇게 공식화될 때, 측정된 Xj는 누출이 너무 작아 무시될 수 있는 경우에만 유효한 측정으로서 받아들여져야 한다. 실용적인 용도를 위해, 그것은 Lj가 Xj의 특정 일부(fraction)보다 더 작을 것을 임계값(threshold)으로 정함으로써 결정될 수 있다.
Figure pct00010
r은 얼마나 많은 누출이 측정된 값에 허용될 수 있는지 및 얼마나 많은 값들이 누출로 인해 버려질 것인지 사이의 절충(compromise)에 따라 선정된다. 추정된 음압이 누출보다 2배 더 큰 것이 바람직하고, 추정된 음압이 3배 더 큰 것이 더욱 바람직하다.
이러한 Xj의 평가를 위해 이용 가능한 유일한 정보는 모든 대역에서의 측정치의 집합 [X1, X2, ... , Xj, ... , XN] 이기 때문에, Lj 는 이 값의 집합으로부터 계산되어야 한다.
만약 Xj 와 Lj 의 두 값이 모두 알려져 있다면 Yj 는 다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure pct00011
따라서 원칙적으로 누출의 영향이 없는 이상적인 측정이 계산될 수 있다. 그러나, 만약 Lj의 계산이 매우 정확하지는 않다면 유용한 Yj를 유도하기 위해서 Lj는 Xj에 비해 충분히 작은 값이어야 한다. 이것은 Yj가 사용될 수 있으려면 Lj가 Xj의 특정 일부보다 작아야 한다는 필요조건으로 다시 이어진다.
이어지는 부분은 단지 모든 대역에서의 측정치의 집합 [X1, X2, ... , Xj, ... , XN] 의 평가만으로부터 Lj를 어떻게 추정하는지에 대하여 기술한다.
누출 추정 방법의 편리한 기술을 위하여 벡터 및 행렬 항으로 된 공식화가 사용된다.
위의 등식들은 다음과 같이 재공식화 될 수 있다.
P를 원소 j가 PSj와 같은 N개의 원소를 갖는 열벡터라 하자.
X를 원소 j가 Xj와 같은 N개의 원소를 갖는 열벡터라 하자.
Y를 원소 j가 Yj와 같은 N개의 원소를 갖는 열벡터라 하자.
L을 원소 j가 Lj와 같은 N개의 원소를 갖는 열벡터라 하자.
T를 원소 j,j가 Tj 2과 같은 N 곱하기 N 대각행렬이라 하자.
E를 원소 j,j가 Ej 2과 같은 N 곱하기 N 대각행렬이라 하자.
F를 원소 j,k가 Fj , k 2과 같은 행렬이라 하자.
그래서 j번째 대역에서 검출된 값의 위 식은
Figure pct00012
이고,
Figure pct00013
로 재공식화 될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, X는 누출을 포함한다. 입력 벡터 P에 대각행렬을 곱하는 것은 누출을 도입하지 않는다. 행렬 T와 행렬 E는 둘 다 대각행렬이기 때문에, 행렬 T와 행렬 E의 곱은 누출을 유발하지 않는다.
누출은 대각선 외에서도 0이 아닌 원소를 포함하는 행렬인 F를 곱하는 것(즉 필터 뱅크에서의 분석)에 의해 유발된다. 만약 필터 뱅크의 필터들이 이상적인 대역 통과 필터라면 그것을 표현하는 행렬은 대각행렬일 것이다. 검출된 값의 비누출 부분(non-leakage part)과 누출 부분을 분리하기 위하여, F는 이상적인 필터 뱅크 D 및 나머지 부분 F로 분할될 수 있다. D는 F의 대각선과 같은 대각행렬이다.
Figure pct00014
를 도입하면
Figure pct00015
를 얻는다.
이것은
Figure pct00016
과 대응되고, 여기서 X의 비누출 요소는
Figure pct00017
이고, X의 누출 요소는
Figure pct00018
이다.
Y는 필터 뱅크가 이상적인 필터 뱅크일 경우 검출되는 값이다. 이는 입력 벡터에 대각 행렬만을 곱한 것이므로 누출이 창출되지 않는다. Y는 X의 비누출 요소이다.
이에 대응하여, L은 대각선이 모두 0인 행렬 (F-D)를 곱하는 것을 포함한다. 그래서 L은 비누출 요소를 포함하지 않고, 따라서 L은 X의 순수한 누출 요소이다.
X의 식으로부터
Figure pct00019
을 얻는다.
이를 L의 식에 이용하면
Figure pct00020
또는
Figure pct00021
, 여기서
Figure pct00022
를 얻는다.
이로써 이제 검출된 값 X 만으로부터 누출에 대한 식 L 이 획득되었다. 누출 L 은, 검출된 값 X 로부터, 분석 행렬 M 을 곱하는 것에 의해 계산된다.
만약 L 이 알려져 있다면 Y 도 역시 구해질 수 있다.
Figure pct00023
P 의 측정치를 얻기 위해서 보정(calibration) C 가 구해져야 하며,
Figure pct00024
여기서 I 는 주 대각선상의 원소들은 1이고 다른 모든 원소들은 0인 단위행렬이다. 유효한 측정치를 확인하기 위한 가장 단순한 접근법은 누출 Lj가 무시될 수 있을 만큼 작아서 Xj가 Yj 대신 사용될 수 있다는 점을 활용하는 것이다.
X 로부터 L 을 계산한다.
만약 Xj > rLj 이면 Xj를 받아들이고, 그렇지 않으면 Xj를 버린다.
만약 Xj가 받아들여지면 CjXj를 Pj의 유효한 측정치로서 사용하고 pj = sqrt(Pj) 이다.
유효한 Pj의 측정치(그리고 pj)를 확인하기 위한 대체 가능한 접근법은,
X 로부터 L 을 계산한다.
X 와 L 로부터 Y 를 계산한다.
만약 Yj > (r-1)Lj 이면 Yj를 받아들이고, 그렇지 않으면 Yj를 버린다.
만약 Yj가 받아들여지면 CjYj를 Pj의 유효한 측정치로서 사용하고 pj = sqrt(Pj) 이다.
이 법칙을 증명하는 실례가 되는 예시는 다음과 같다. 본 예시를 위하여 단 4개의 주파수 대역에서만 신호를 분석하는 단순한 시스템이 선택되지만, 이 법칙은 다른 개수의 대역에도 역시 적용할 수 있다. 이 4개의 대역은 예를 들어 보청기 필터 뱅크 중 가장 낮은 4개의 대역일 수 있으며, 상기 4개의 대역은 폐쇄 효과가 측정되어야 할 주파수 범위를 포함한다. 대역의 총 개수는 예를 들어 15개일 수 있다. 본 예시는, 누출의 영향이 충분히 작은 것으로 밝혀지는 경우 CX 의 원소들이 P 의 원소들에 대한 추정치로서 사용되는 접근법이다.
(위에서 기술한 바와 같은) 본 시스템의 강도 전달함수는,
Figure pct00025
이다.
F(주파수 응답)가 비록 대각선에 가장 큰 값들을 갖기는 하지만 대각선 외에 0이 아닌 원소를 갖는데 반하여, T, E 및 C(각각 감도, 등화, 및 보정)는 모두 대각행렬임에 유념하라.
도 3은 이 전달함수들의 그래프를 보여준다. T, E, 및 C 의 경우, 대각선의 원소들이 연결된 곡선으로 표시된다. F 의 경우, 각 행의 원소들이 연결된 곡선으로 표시된다. 좌측 열에 있는 그래프들은 행렬 원소들을 선형 y축 상에서 보여주고, 반면에 우측 열에 있는 그래프들은 행렬 원소들을 y축 상에서 dB로 보여준다.
입력 신호의 강도를 나타내는 벡터 P는,
Figure pct00026
이 같은 신호는 어떤 음성(voiced speech)의 기본 주파수가 첫 번째 대역 내에 있고 제 2 고조파 주파수가 세 번째 대역 내에 있는 경우에 발생한다. 두 번째 대역 및 네 번째 대역 내에는 아주 작은 신호 강도만 있다.
결과적인 신호 강도 벡터 X, L 및 CX 는,
Figure pct00027
가 된다.
도 4는 P, X, L 및 CX 를 보여준다. 좌측 열에 있는 그래프들은 벡터 원소들을 선형 y축 상에서 보여주고, 반면에 우측 열에 있는 그래프들은 벡터 원소들을 y축 상에서 dB로 보여준다.
X의 원소가 대응하는 rL의 원소와 비교함으로써 검사되고 버려진 경우 CX의 원소는 흰색으로 표시된다. 본 예시에서는 r 값이 2와 같게 사용되었다.
첫 번째 대역과 세 번째 대역에 대한 값은 받아들여졌고, 반면에 두 번째 대역과 네 번째 대역에 대한 값은 버려졌음을 알 수 있다.
추정된 입력 CX를 실제 입력 P와 비교하면, 버리는 과정이 그 목적에 도움이 되었음을 알 수 있다. 정확한 추정치는 올바르게 받아들여졌고 부정확한 추정치는 올바르게 버려졌다. 받아들여진 첫 번째 대역과 세 번째 대역에서는 CX가 1 dB의 일부(fraction) 내에서 P의 근사치를 잘 낸다. 버려진 두 번째 대역과 네 번째 대역에서는 CX가 P로부터 몇 dB 정도로 상당히 벗어났다.

Claims (14)

  1. 폐쇄 측정 모드(occlusion measurement mode)로의 동작을 위하여 설정되도록 구성된 보청기를 포함하는 폐쇄 효과 추정 시스템에 있어서,
    상기 보청기는,
    보청기 사용자 이도(ear canal) 외부의 음향 레벨(acoustic sound level)을 제 1 전기 신호(first electrical signal)로 변환하도록 구성된 제 1 변환기(first transducer); 및
    상기 폐쇄 측정 모드에 있을 때 폐쇄된 이도 내의 음향 레벨을 제 2 전기 신호(second electrical signal)로 변환하도록 구성된 제 2 변환기(second transducer)를 포함하며,
    상기 시스템은,
    상기 제 1 변환기 및 제 2 변환기로부터 온 신호를 디지털화된 전기 신호로 변환하는 A/D 변환기;
    폐쇄 효과를 측정할 때 제 1 디지털화된 전기 신호 및 제 2 디지털화된 전기 신호를 각각 제 1 디지털화된 대역 분할 전기 신호(band split digitized electrical signal) 및 제 2 디지털화된 대역 분할 전기 신호로 분할하도록 구성된 필터 뱅크(filter bank)를 포함하는 신호 처리 수단;
    제 1 대역 분할 신호 및 제 2 대역 분할 신호 모두에 대하여 각 주파수 대역에서 음압(sound pressure)을 추정하기 위한 음압 추정 수단; 및
    이상적이지 않은 대역 통과 필터링(band pass filtering)으로 인한 다른 대역들로부터 신호 대역으로의 신호의 누출을 추정하기 위한 누출 추정 수단을 더 포함하고,
    상기 시스템은 주어진 대역에서의 추정된 음압이 폐쇄 효과를 계산하는 데 적용될 수 있는지 여부를 결정할 때 추정된 음압이 추정된 누출보다
    Figure pct00028
    배 더 커야 하도록 구성된,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추정된 음압이 폐쇄 효과를 계산하는 데 적용되기 위한 조건으로서 대역에서 추정된 음압이 그 대역으로의 음압의 추정된 누출보다 적어도
    Figure pct00029
    배 더 커야 하는 것인,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    추정된 음압이 폐쇄 효과를 계산하는 데 적용되기 위한 조건으로서 대역에서 추정된 음압이 그 대역으로의 음압의 추정된 누출보다 적어도
    Figure pct00030
    배 더 커야 하는 것인,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 변환기는 보청기의 리시버이고, 상기 리시버는 상기 보청기가 폐쇄 측정 모드에 있을 때 마이크로폰으로서 사용되고, 상기 리시버는 상기 보청기가 소리 증폭 모드에서 사용될 때 보청기 사용자에게 증폭된 소리를 제공하도록 사용되는,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    리시버에 의해 얻어진 신호가 상기 제 1 변환기에 의해 얻어진 신호와 비슷하게(comparable) 하기 위하여 등화되는(equalized),
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 누출 추정 수단은 분석 행렬의 적용을 포함하는 것인,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    60 dB SPL 미만의 추정된 음압을 가진 주파수 대역들로부터의 데이터가 폐쇄 효과 계산으로부터 버려지는,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템의 모든 부분이 보청기 내에 포함된,
    폐쇄 효과 추정 시스템.
  9. 폐쇄 측정 모드로의 동작을 위하여 보청기 설정을 적용하는, 폐쇄 효과 추정 방법에 있어서,
    보청기 사용자 이도 외부의 음향 레벨을 제 1 전기 신호로 변환하기 위하여 상기 보청기에서 제 1 변환기를 구성하는 단계;
    상기 폐쇄 측정 모드에 있을 때 폐쇄된 이도 내의 음향 레벨을 제 2 전기 신호로 변환하기 위하여 상기 보청기에서 제 2 변환기를 구성하는 단계;
    제 1 변환기 및 제 2 변환기로부터 온 아날로그 신호를 디지털화된 전기 신호로 변환하는 단계;
    폐쇄 효과를 측정할 때 제 1 디지털화된 전기 신호 및 제 2 디지털화된 전기 신호를 각각 제 1 디지털화된 대역 분할 전기 신호 및 제 2 디지털화된 대역 분할 전기 신호로 분할하기 위한 필터 뱅크를 구비한 신호 처리 수단을 구성하는 단계;
    제 1 대역 분할 신호 및 제 2 대역 분할 신호 모두에 대하여 각 주파수 대역에서의 음압을 추정하는 단계;
    이상적이지 않은 대역 통과 필터링으로 인한 다른 대역들로부터 각 신호 대역으로의 신호의 누출을 추정하는 단계; 및
    주어진 대역에서의 추정된 음압이 폐쇄 효과의 계산에 적용될 수 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 결정은 상기 추정된 음압이 추정된 누출보다
    Figure pct00031
    배 더 큰 경우의 측정치에 기초하는 것인,
    폐쇄 효과 추정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기
    Figure pct00032
    배는
    Figure pct00033
    의 값으로 선택된 것인,
    폐쇄 효과 추정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기
    Figure pct00034
    배는
    Figure pct00035
    의 값으로 선택된 것인,
    폐쇄 효과 추정 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 변환기를 구성하는 단계는,
    보청기의 리시버를 제 2 변환기로서 선택하는 것을 포함하고,
    상기 리시버는 보청기가 폐쇄 측정 모드에 있을 때 마이크로폰으로서 사용되고,
    상기 리시버는 상기 보청기가 소리 증폭 모드에서 사용될 때 보청기 사용자에게 증폭된 소리를 제공하도록 사용되는 것인,
    폐쇄 효과 추정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    리시버에 의해 얻어진 신호를 상기 제 1 변환기에 의해 얻어진 신호와 비슷하게 하기 위하여 상기 리시버에 의해 얻어진 신호를 등화시키는 단계를 더 포함하는,
    폐쇄 효과 추정 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    60 dB SPL 미만의 추정된 음압을 가진 주파수 대역들로부터의 데이터를 폐쇄 효과 계산으로부터 버리는,
    폐쇄 효과 추정 방법.
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