KR20130067315A - 청력 지원 장치 및 스피치 재생을 강화하기 위한 방법 - Google Patents

청력 지원 장치 및 스피치 재생을 강화하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

청력이 손상된 사용자가 착용하도록 구성된 청력 지원 장치(60A)가 스피치 검출기(10A) 및 청력 지원 장치(60A)의 입력 신호에 존재하는 스피치를 강화하기 위한 스피치 강화장치(40A)를 가진다. 스피치 신호들 자체를 통합시키기에 적합하게 신속한 스피치 신호들의 이득을 스피치 강화장치(40A)가 증가시킬 수 있도록 허용하기 위해서, 스피치 검출기(10A)가 음성형 및 비음성형 스피치의 존재를 독립적으로 검출하기 위한 수단(11, 12)을 가진다. 스피치가 사용자의 전방으로부터 기원된 것으로 검출될 때 2개의 청력 지원 장치들(60A, 60B)에서 스피치 신호들을 서로 강화하기 위한 목적을 위해서 사용자에 의해서 반대쪽 측부에 착용되는 유사한 청력 지원 장치(60B)로 검출된 스피치 신호들과 관련된 정보를 무선으로 통신하기 위한 수단(49A, 50A), 및 스피치가 사용자의 동일한 측부의 청력 지원 장치로부터 기원되는 것으로 검출될 때 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B) 내에서 스피치 강화를 억제하기 위한 수단(52B)을 청력 지원 장치(60A)가 가진다. 본원 발명은 청력 지원 장치 내에서 스피치를 강화하는 방법을 추가적으로 제공한다.

Description

청력 지원 장치 및 스피치 재생을 강화하기 위한 방법{HEARING AID AND A METHOD OF ENHANCING SPEECH REPRODUCTION}
본원은 청력 지원 장치에 관한 것이다. 본원 발명은, 보다 구체적으로, 스피치 재생을 강화하기 위한 수단을 가지는 청력 지원 장치에 관한 것이다. 본원 발명은 청력 지원 장치에서의 신호들을 프로세싱하기 위한 방법에 관한 것이다.
청력 지원 장치는, 청력이 손상된 사람의 귀에 또는 귀 뒤에 착용하도록 구성된, 마이크로폰, 오디오 프로세서 및 음향 출력 변환기를 포함하는 소형의 배터리-전원형 디바이스로서 규정된다. 사용자의 청력 손실의 측정으로부터 계산된 처방전(prescription)에 따라서 청력 지원 장치를 착용함으로써, 청력 지원 장치는 특정 주파수 밴드들을 증폭하여 해당 주파수 밴드들에서의 청력 손실을 보상할 수 있을 것이다. 정확하고 탄력적인 증폭 수단을 제공하기 위해서, 대부분의 현대의 청력 지원 장치는 다양한 디지털적인 것이다. 디지털 청력 지원 장치는 마이크로폰으로부터의 오디오 신호들을 처방전에 따라 음향 출력 변환기를 구동하기에 적합한 전기 신호들로 프로세싱하기 위한 디지털 신호 프로세서를 포함한다. 디지털 청력 지원 장치에서, 재생가능한 주파수 범위가 상응하는 복수의 디지털 밴드-패스 필터들에 의해서 복수의 주파수 밴드들로 분할될 수 있을 것이다. 이러한 밴드-분할은, 예를 들어, 이득 및 압축에 대해서 각각의 주파수 밴드를 청력 지원 장치가 독립적으로 프로세스할 수 있게 허용하여, 오디오 신호들의 매우 탄력적인 프로세싱 수단을 제공한다.
WO-A1-98/27787 는 청력 지원 장치를 위한 입력 신호에서 노이즈 레벨들과 신호 레벨들을 결정하기 위한 백분위수(percentile) 평가장치를 가지는 청력 지원 장치를 제시한다. 노이즈 레벨은 입력 신호의 10% 백분위수 레벨로서 결정되고, 그리고 신호 레벨은 입력 신호의 90% 백분위수 레벨로서 결정된다. 90% 백분위수 레벨과 10% 백분위수 레벨 사이의 차이가 주어지면, 청력 지원 장치의 신호 프로세서가 스피치의 존재와 레벨에 관한 학습된 추정(guess)을 할 수 있게 된다. 다시 말해서, 90% 백분위수 레벨과 10% 백분위수 레벨 사이의 차이가 스피치의 레벨을 결정한다. 이하에서, 이러한 방법을 백분위수 차이 방법으로 지칭한다. 이러한 스피치 검출 방식은 지속적인(steady) 노이즈 또는 조용한 주변환경들에서는 만족스러운 작용을 하나, 예를 들어, 카페테리아, 파티들, 또는 배경 음악이 존재하는 곳과 같이, 노이즈가 크게 변화되는 사운드 분위기들에서는 적절하게 기능하지 못하는데, 이는 백분위수 차이 방법이 변조된 노이즈에 대해서 다소 민감하기 때문이다.
WO-A1-2004/008801 은 입력 신호의 스피치 명료도 지수(speech intelligibility index; SII)를 계산하기 위한 수단, 및 입력 신호의 SII 값을 최적화함으로써 스피치 신호를 강화하기 위한 수단을 가지는 청력 지원 장치를 개시한다. 청력 지원 장치의 이용 중에, 스피치 강화 및 소음 감소의 목적을 위한 최적의 값으로 SII을 유지하기 위해서, SII 값이 계속적으로 분석되고 그리고 신호 프로세싱이 계속적으로 변경된다. 이러한 시스템의 정확도는 매우 높으나, 그 적응(adaptation) 속도가 매우 늦는데, 이는 스피치 명료도 지수의 계산의 복잡성 및 그와 관련된 속성 때문이다. 노이즈 레벨이 상승할 때, 스피치 명료도 노이즈 감소 시스템의 적응 속도는 약 1.8-2 dB/s가 되고, 노이즈 레벨이 강하될 때 약 17 dB/s이 되며, 이러한 적응 속도는, 예를 들어, 변조된 노이즈가 존재하는 사운드 분위기들에서는 충분하지 않을 것이다.
본원 발명에 따라서, 스피치를 강화하기 위한 수단, 및 밴드-분할 필터를 포함하는 청력 지원 장치가 고안되었으며, 상기 스피치-강화 수단은 스피치 검출기 및 선택적인 이득 제어기를 포함하고, 상기 밴드-분할 필터는 입력 신호를 복수의 주파수 밴드들로 분리하도록 구성되며, 상기 스피치 검출기는, 입력 신호의 복수의 주파수 밴드들의 각각의 주파수 밴드 내에서, 노이즈 레벨을 검출하기 위한 수단, 음성형(voiced) 스피치 신호를 검출하기 위한 수단, 및 비음성형(unvoiced) 스피치 신호를 검출하기 위한 수단을 가지며, 상기 선택적인 이득 제어기는 음성형 스피치 신호 레벨이 검출된 노이즈 레벨 보다 더 높은 복수의 주파수 밴드들 중의 해당 주파수 밴드들에서 미리 결정된 양 만큼 출력 신호로 인가되는 이득 레벨을 증가시키도록 구성된다.
스피치 검출기 내에서, 음성형 및 비음성형 스피치를 각각 검출하기 위한 독립적인 검출 수단을 적용함으로써, 보다 신속하고 보다 확실한(confident) 스피치 검출 결과가 초래되고, 이는 다시 입력 신호의 보다 신속하고 정밀한 이득 조정을 가능하게 하고, 그에 따라 청력 지원 장치의 입력 신호에 존재하는 스피치 신호들을 보다 양호하게 강화시킬 수 있다. 스피치 검출기에 의해서 스피치로서 잘못 받아들여지는(mistaken) 비-스피치 신호들이 보다 적기 때문에, 오류들(artifacts)이 프로세스로 도입되는 것을 걱정할 필요가 없이, 후속하는 스피치-강화 이득 조정들이 상당히 신속하게 실시될 수 있을 것이다.
본원 발명은 또한 청력 지원 장치 내에서 스피치를 강화하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러한 방법은, 입력 신호를 제공하는 단계, 상기 입력 신호를 복수의 주파수 밴드들로 분할하는 단계, 상기 입력 신호로부터 엔벨로프(envelope) 신호를 도출하는 단계, 적어도 하나의 검출된 음성형 스피치 주파수를 엔벨로프 신호로부터 결정하는 단계, 음성형 스피치 가능성을 검출된 음성형 스피치 주파수들의 수로부터 결정하는 단계, 비음성형 스피치 레벨을 입력 신호로부터 결정하는 단계, 제 1의 미리 결정된 양만큼 스피치 레벨이 노이즈 레벨 보다 더 높은 복수의 주파수 밴드들 중의 주파수 밴드들을 식별하는 단계, 및 제 2의 미리 결정된 양만큼 청력 지원 장치의 출력 신호 내의 해당 주파수 밴드들의 레벨을 증가시키는 단계를 포함한다.
본원 발명의 방법에 의해서 제공되는 음성형 및 비음성형 스피치 성분들의 분리된 검출로 인해서, 입력 신호 내의 스피치의 존재를 종래 기술의 방법들에 의해서 얻어지는 것 보다 더 신속하게 그리고 보다 더 높은 확실성 정도로 검출할 수 있게 되며, 그에 따라, 명료도-감소 오류들의 도입이 없이, 스피치가 노이즈 보다 우세한 해당 주파수 밴드들의 레벨을 증가시키는 것에 의해서 스피치 강화를 실시할 수 있게 된다.
추가적인 특징들 및 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다.
음성형-스피치 신호들 즉, 모음(vowel) 사운드들은 기본적인(fundamental) 주파수 및 유한한 수의 상응하는 배음(harmonic) 주파수들을 포함한다. 비음성형 스피치 신호들 즉, 마찰음들(fricatives), 파열음들(plosives) 또는 치찰음들(sibilants)은, 다른 한편으로, 넓은 스펙트럼의 주파수들을 포함하고, 그리고 사운드의 짧은 버스트들(bursts)이 되는 것으로 간주될 수 있을 것이다. 스피치 신호들의 프로세싱이 청력 지원 장치에서 가장(major) 중요한 것이기 때문에, 임의의 입력 신호 내의 스피치의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 수단을 가지는 것은 청력 지원 장치 프로세서의 동작에 있어서 매우 유리할 수 있을 것이다. 포먼트(formant) 주파수들은, 스피치 내의 다양한 모음들 간의 인지 및 차별화와 연관된 인지적(cognitive) 프로세스들에서 매우 중요한 역할을 하고, 그리고 음성형 또는 비음성형 스피치에 관한 정보를 이용할 수 있는 청력 지원 장치는 그에 따라 그 신호 프로세싱을 최적화하여, 예를 들어, 청력 지원 장치가 변조된 노이즈 내에서 스피치를 검출할 때, 일관성 있고(coherent) 그리고 포괄적인(comprehensive) 방식으로 스피치를 전달할 수 있게 한다.
본원 발명에 따른 청력 지원 장치는 스피치 검출기에 의해서 전달되는 정보를 활용(exploit)하기 위한 목적의 스피치 강화 수단을 포함한다. 스피치 강화 수단은 스피치가 검출될 때마다 특별한 주파수 밴드들의 이득을 조정한다. 청력 지원 장치에 의해서 보상하고자 하는 청력 손실의 속성에 따라서, 스피치를 포함하지 않는 주파수 밴드들을 희생시켜(at cost of) 해당 주파수 밴드들을 지원(favor)하기 위해서, 스피치 강화 수단은 스피치를 포함하는 주파수 밴드들의 이득을 증가시킬 수 있을 것이다.
일관성 있고 오류들이 없는 방식으로, 스피치가 존재하는 주파수 밴드들에서의 이득을 증가시키기 위해서, 각각의 특별한 주파수 밴드 내에서 수많은 조건들이 신호에 의해서 충족되어야 한다. 첫 번째로, 스피치 검출기는 스피치를 검출하여야 하고, 그리고 검출된 스피치 엔벨로프 레벨이 미리 결정된 최소 스피치 엔벨로프 레벨 보다 높아야 한다. 만약 스피치가 검출된다면, 그리고 스피치 엔벨로프 레벨이 충분히 높다면, 스피치 레벨이 배경 노이즈 레벨 보다 우세한지의 여부를 결정하기 위해서 특별한 주파수 밴드가 이제 검사된다. 이는, 약간 변경된 형태의 WO98/27787에서 제시된 종래 기술의 스피치 검출 전략을 이용함으로써, 청력 지원 장치 프로세서에 의해서 실시된다.
각각의 주파수 밴드 내에 존재하는 입력 신호로부터 90% 백분위수 레벨, 슬로우(slow) 10% 백분위수 레벨 및 패스트(fast) 10% 백분위수 레벨이 도출된다. 슬로우 10% 백분위수 레벨은 비교적 느리게 변화된다. 따라서, 이득 계산에서 이용되는 10% 백분위수 레벨은 패스트 10% 백분위수 레벨에서 슬로우 10% 백분위수 레벨을 차감하는 것으로서 계산되고, 이하에서 10% 백분위수 레벨로 나타낸다. 스피치가 스피치 엔벨로프 검출기에 의해서 검출될 때마다, 90% 백분위수 레벨과 10% 백분위수 레벨 사이의 차이가 스피치 레벨과 같아지고(equal), 그리고 10% 백분위수 레벨은 변조되지 않은 노이즈 레벨과 같아진다.
주어진 시간의 순간에서 유사한 스피치 레벨들 및 노이즈 레벨들을 가지는 주파수 밴드는, 스피치를 강화하기 위해서 부가적인 이득이 주파수 밴드에 대해서 인가된다면, 불쾌한(annoying) 오류들을 나타낼 수 있을 것이다. 따라서, 스피치 강화장치에 의해서 스피치 레벨이 노이즈 레벨 보다 충분히 우세한 해당 주파수 밴드들에 대해서 추가적인 이득이 독점적으로 적용되도록 보장하기 위해서, 주파수-밴드-의존형 레벨 차이 표(table)가 이용된다. 만약 90% 백분위수 레벨과 10% 백분위수 레벨 사이의 차이가 해당되는 특별한 주파수 밴드에 대한 주파수-밴드-의존형 레벨 차이 표에 저장된 차이보다 더 크다면, 스피치 강화를 위한 목적으로 추가적인 이득이 주파수 밴드로 인가될 수 있을 것이다.
이제, 첨부 도면들을 참조하여 본원 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다.
도 1은 본원 발명의 실시예의 스피치 검출기 형성 부분의 개략적인 블록이다.
도 2는 본원 발명의 실시예에 따른 스피치 강화장치를 포함하는 청력 지원 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본원 발명의 실시예에 따라 스피치 검출이 어떻게 실시되는 지를 도시한 도표이다.
도 4는 스피치 강화장치를 가지는 2개의 청력 지원 장치들을 가지는 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1에는, 본원 발명과 함께 이용하기 위한 스피치 검출기(10)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 스피치 검출기(10)는 음성형 및 비음성형 스피치 신호들을 검출하고 입력 신호로부터 구분할 수 있고, 상기 스피치 검출기(10)는 음성형-스피치 검출기(11), 비음성형-스피치 검출기(12), 비음성형-스피치 구분장치(26), 음성형-스피치 구분장치(27), OR-게이트(28), 및 스피치 주파수 비교기(29)를 포함한다. 음성형-스피치 검출기(11)는 스피치 엔벨로프 필터 블록(13), 엔벨로프 밴드-패스 필터 블록(14), 주파수 교정 계산 블록(15), 특성 주파수 참조(lookup) 표(16), 스피치 주파수 카운트 블록(17), 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18), 및 음성형-스피치 가능성 블록(19)을 포함한다. 비음성형-스피치 검출기(12)는 낮은 레벨 노이즈 구분장치(21), 제로-크로싱(zero-crossing) 평균 카운터(24), 및 비교기(25)를 포함한다. 또한 도 1에는 양방향성 응답기(transponder) 인터페이스(30)가 도시되어 있다.
스피치 검출기(10)는 입력 신호에서 스피치, 음성형 및 비음성형의 존재 및 특성들을 결정하는 역할을 한다. 이러한 정보는, 청력 지원 장치 사용자에 대한 스피치 명료도를 개선하기 위한 스피치 강화를 실행하기 위해서 이용될 수 있다. 스피치 검출기(10)로 공급되는 신호는 복수의 주파수 밴드들로부터의 밴드-분할 신호이다. 음성형 및 비음성형 스피치를 각각 검출하기 위한 목적으로, 스피치 검출기(10)가 다시 각각의 주파수 밴드에 대해서 동작한다.
음성형-스피치 신호들은 약 75 Hz 내지 약 285 Hz 범위의 특성적인 엔벨로프 주파수를 가진다. 그에 따라, 주파수 밴드-분할 입력 신호 내의 음성형-스피치 신호들의 존재를 검출하기 위한 신뢰가능한 방식은 개별적인 주파수 밴드들 내에서 입력 신호를 분석하여, 모든 관련 밴드들 내에서, 상기와 같은 엔벨로프 주파수의 존재, 또는 해당 엔벨로프 주파수의 2배(double)의 존재를 결정한다. 이는, 입력 신호로부터 엔벨로프 주파수 신호를 격리시키는 것, 스피치 주파수들을 다른 사운드들로부터 격리시키기 위해서 엔벨로프 신호를 밴드-패스 필터링하는 것, 예를 들어 밴드-패스 필터링된 엔벨로프 신호의 상관 관계(correlation) 분석을 실시함으로써, 밴드-패스 필터링된 신호 내의 특성적인 엔벨로프 주파수들의 존재를 검출하는 것, 상관 관계 분석에 의해서 도출된, 검출된 특성적인 엔벨로프 주파수들을 누적하는 것, 그리고 이러한 인자들로부터의 그에 따라 입력 신호로부터 도출된, 분석된 신호 내에서 음성형 스피치의 존재의 가능성의 크기(measure)를 계산하는 것에 의해서 이루어진다.
특성적인 엔벨로프 주파수들을 검출하기 위한 목적으로 주파수 상관 관계 계산 블록(15)에 의해서 실시되는 상관 관계 분석은 자동 상관 관계 분석이며, 그리고 다음에 의해서 개산된다(approximated):
Figure pct00001
여기에서, k는 검출하고자 하는 특성적인 주파수이고, n은 샘플이며, N은 상관 관계 윈도우(window)에 의해서 이용되는 샘플들의 수이다. 상관 관계 분석에 의해서 검출될 수 있는 가장 높은 주파수는 시스템의 샘플링 주파수(fs)에 의해서 규정되고, 그리고 가장 낮은 검출가능 주파수는 상관 관계 윈도우 내의 샘플들의 수(N)에 의존하며, 다시 말해서 이하와 같다:
Figure pct00002
상관 관계 분석은 지연(delay) 분석이고, 여기에서 지연 시간이 특성적인 주파수와 합치(match)되는 때 상관 관계가 가장 크게 된다. 입력 신호가 음성형-스피치 검출기(11)의 입력부로 공급되고, 여기에서 입력 신호의 스피치 엔벨로프가 스피치 엔벨로프 필터 블록(13)에 의해서 추출되고 엔벨로프 밴드-패스 필터 블록(14)의 입력부로 공급되며, 여기에서 스피치 엔벨로프 신호 내의 특성적인 스피치 주파수들 위와 아래의 주파수들이 필터링되어 제거되고 즉, 약 50 Hz 아래의 주파수와 1 kHz 위의 주파수들이 필터링되어 제거된다. 이어서, 주파수 상관 관계 계산 블록(15)은, 검출된 엔벨로프 주파수들을 특성적인 주파수 참조 표(16) 내에 저장된 미리 결정된 엔벨로프 주파수들의 세트에 대해서 비교함으로써, 밴드-패스 필터 블록(14)으로부터의 출력 신호의 상관 관계 분석을 실시하여, 그 출력으로서 상관 관계 크기를 생성한다.
특성적인 주파수 참조 표(16)는, 표 1에 도시된 세트와 유사한, 쌍을 이루는(paired) 특성적인 스피치 엔벨로프 주파수들(Hz)의 세트를 포함한다.
Figure pct00003
표 1. 쌍을 이루는 특성적인 스피치 엔벨로프 주파수들.
표 1의 상부 행(row)은 상관 관계 스피치 엔벨로프 주파수들을 나타내고, 그리고 표 1의 하부 행은 2배 또는 절반(half) 상관 관계 스피치 엔벨로프 주파수들을 나타낸다. 상관 관계 분석에서의 비교적 적은 불연속적(discrete) 주파수들의 표를 이용하는 이유는, 표 크기, 검출 속도, 동작적인 견고함(robustness) 및 충분한 정밀도 사이의 균형을 맞추기 위한 것이다. 상관 관계 분석을 실시하는 목적이 우세적인 스피커(speaker; 화자) 신호의 존재를 검출하는 것이기 때문에, 정확한 주파수가 필요한 것은 아니고, 그에 따라 상관 관계 분석의 결과는 검출된 주파수들의 세트가 된다.
만약, 단일 스피커로부터 기원하는 순수한(pure) 음성형 스피치 신호가 입력 신호로서 제시된다면, 단지 적은 수의 특성적인 엔벨로프 주파수들이 주어진 시간의 순간에서의 입력 신호에서 우세할 것이다. 만약, 음성형 스피치 신호가 소음에 의해서 부분적으로 가려진다면(masked), 이는 더 이상 상기 경우에 해당되지 않을 것이다. 그러나, 만약 동일한 특성적인 엔벨로프 주파수가 3개 이상의 주파수 밴드들에서 발견된다면, 음성형 스피치가 주파수 상관 관계 계산 블록(15)에 의해서 충분한 정확도로 여전히 결정될 수 있을 것이다.
주파수 상관 관계 계산 블록(15)은 스피치 주파수 카운트 블록(17)의 입력부로 공급되는 출력 신호를 생성한다. 이러한 입력 신호는 상관 관계 분석에 의해서 발견되는 하나 이상의 주파수들로 이루어진다. 스피치 주파수 카운트 블록(17)은 입력 신호 내의 특성적인 스피치 엔벨로프 주파수들의 발생들을 카운트한다. 만약, 특성적인 스피치 엔벨로프 주파수들이 발견되지 않는다면, 입력 신호는 노이즈인 것으로 간주된다. 만약 하나의 특성적인 스피치 엔벨로프 주파수 즉, 100 Hz 또는 그 배음 대응 주파수(harmonic counterpart) 즉, 200 Hz가 3개 이상의 주파수 밴드들에서 검출된다면, 그 신호는 단일 스피커로부터 기원하는 음성형 스피치인 것으로 간주된다. 그러나, 만약 2개 이상의 상이한 기본적인 주파수들, 다시 말해서, 100 Hz 및 167 Hz가 검출된다면, 음성형 스피치는 2개 이상의 스피커들로부터 기원한 것일 수 있을 것이다. 이러한 상황은 또한 프로세스에 의해서 노이즈로서 간주된다.
스피치 주파수 카운트 블록(17)에 의해서 발견되는 상관된 특성적인 엔벨로프 주파수들의 수가 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)에 대한 입력으로서 이용되며, 그러한 검출 블록에서, 단일 음성형 스피치 신호의 우세도(predominance) 정도는 상이한 엔벨로프 주파수 쌍들의 카운트들을 상호 비교함으로써 결정된다. 만약, 적어도 하나의 스피치 주파수가 검출된다면, 그리고 그 레벨이 입력 신호의 엔벨로프 레벨 보다 상당히 더 크다면, 음성형 스피치가 시스템에 의해서 검출되고, 그리고 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)은 음성형-스피치 검출 값을 입력 신호로서 음성형-스피치 가능성 블록(19)으로 출력한다. 음성형-스피치 가능성 블록(19)에서, 음성형 스피치 가능성 값은 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)에 의해서 결정된 음성형-스피치 검출 값으로부터 도출된다. 음성형-스피치 가능성 값은 음성형-스피치 검출기(11)로부터의 음성형-스피치 가능성 레벨 출력 신호로서 이용된다.
마찰음들, 파열음들 및 치찰음들과 같은, 비음성형 스피치 신호들은, 어떠한 양호하게-규정된(well-defined) 주파수도 없으나 많은 높은-주파수 콘텐트를 가지는, 사운드의 매우 짧은 버스트들로서 간주될 수 있을 것이다. 디지털 도메인 내의 비음성형-스피치 신호들의 존재를 검출하기 위한 비용-효율적인 그리고 신뢰가능한 방식은 제로-크로싱 검출기를 채용하는 것이고, 그러한 제로-크로싱 검출기는, 미리 결정된 시간 기간 내에, 예를 들어, 1/10 초 내에 입력 신호에서의 임펄스들의 수를 카운팅하기 위한 및 그에 따라 제로 크로싱 발생들의 수를 카운팅하기 위한, 그리고 예를 들어 5초의 기간에 걸쳐 누적된 제로 크로싱들의 평균 카운트에 대해서 신호가 제로 라인(zero line)과 교차하는 횟수들을 비교하기 위한 카운터와 조합되어, 신호 값의 사인(sign)이 변화될 때마다 짧은 임펄스를 제공한다. 만약 음성형 스피치가 최근에, 예를 들어 마지막 3초 이내에 발생하였다면, 그리고 제로 크로싱들의 수가 평균 제로-크로싱 카운트보다 더 크다면, 비음성형 스피치가 입력 신호 내에 존재한다.
또한, 입력 신호가 스피치 검출기(10)의 비음성형-스피치 검출기(12)의 입력부로, 낮은-레벨 노이즈 구분장치(21)의 입력부로 공급된다. 배경 노이즈가 비음성형-스피치 신호들로서 검출되는 것을 비음성형-스피치 검출기(12)가 배제할 수 있도록 하기 위해서, 낮은-레벨 노이즈 구분장치(21)가 특정 볼륨(volume) 문턱값(threshold) 미만의 신호들을 거부한다(reject). 입력 신호가 낮은-레벨 노이즈 구분장치(21)의 문턱값 위에 있는 것으로 간주되면, 그러한 입력 신호가 제로-크로싱 검출기(22)의 입력부로 입력된다.
제로-크로싱 검출기(22)는, 프로세싱될 수 있는 1/2 FSD(전체-스케일 편향(full-scale deflection)) 또는 최대 신호 값의 절반으로서 규정된, 입력 신호의 신호 레벨이 제로를 교차할 때를 검출하고, 그리고 그에 따라 입력 신호가 사인을 변화시킬 때마다 펄스 신호를 제로-크로싱 카운터(23)로 출력한다. 제로-크로싱 카운터(23)는 유한한 지속시간의 프레임들을 적시에(in time) 동작시켜, 각각의 시간 프레임 내에서 신호가 제로 문턱값을 교차하는 횟수를 누적한다. 몇 개의 연속적인 시간 프레임들의 제로 크로싱들의 수의 슬로우 평균 값을 계산하기 위해서 각각의 시간 프레임에 대한 제로 크로싱들의 수가 제로-크로싱 평균 카운터(24)로 공급되며, 그에 따라 이러한 평균 값을 그 출력 신호로서 제공한다. 비교기(25)는 제로-크로싱 카운터(23)로부터의 출력 신호 및 제로-크로싱 평균 카운터(24)로부터의 출력 신호를 그것의 2개의 입력 신호들로서 취하고, 그리고 제로-크로싱 카운터(23)로부터의 출력 신호가 제로-크로싱 평균 카운터(24)로부터의 출력 신호 보다 큰 경우에 제로-크로싱 카운터(23)로부터의 출력 신호와 같은, 그리고 제로-크로싱 카운터(23)로부터의 출력 신호가 제로-크로싱 평균 카운터(24)로부터의 출력 신호보다 작은 경우에 제로-크로싱 평균 카운터(24)로부터의 출력 신호와 같은 비음성형-스피치 검출기(12)에 대한 출력 신호를 생성하기 위해서 이러한 2개의 입력 신호들을 이용한다.
음성형-스피치 검출기(11)로부터의 출력 신호는 음성형-스피치 가능성 레벨을 이송하는(carrying) 다이렉트(direct) 출력으로, 그리고 음성형-스피치 구분장치(27)의 입력으로 분지된다(branched). 음성형-스피치 구분장치(27)는, 음성형-스피치 검출기(11)로부터의 음성형-스피치 가능성 레벨이 제 1의 미리 결정된 레벨 위가 될 때마다 HIGH 논리 신호를 생성하고, 그리고 음성형-스피치 검출기(11)로부터의 스피치 가능성 레벨이 제 1의 미리 결정된 레벨 아래로 떨어질 때마다 LOW 논리 신호를 생성한다.
비음성형-스피치 검출기(12)로부터의 출력 신호는 비음성형-스피치 레벨을 이송하는 다이렉트(direct) 출력으로, 그리고 비음성형-스피치 구분장치(26)의 제 1 입력으로 분지된다. 음성형-스피치 검출기(11)로부터의 독립적인 신호가 비음성형-스피치 구분장치(26)의 제 2 입력으로 공급된다. 이러한 신호는, 음성형 스피치가 미리 결정된 기간 내에, 예를 들어 0.5 초의 기간 내에 검출될 때마다, 인에이블된다. 비음성형-스피치 구분장치(26)는, 비음성형-스피치 검출기(12)로부터의 비음성형 스피치 레벨이 제 2의 미리 결정된 레벨 위가 되고 그리고 음성형 스피치가 미리 결정된 기간 내에 검출되었을 때마다 HIGH 논리 신호를 생성하고, 비음성형-스피치 검출기(12)로부터의 스피치 레벨이 제 2의 미리 결정된 레벨 아래로 떨어질 때마다 LOW 논리 신호를 생성한다.
OR-게이트(28)는 비음성형-스피치 구분장치(26) 및 음성형-스피치 구분장치(27) 각각으로부터의 논리 출력 신호들을 2개의 입력 신호들로서 취하고, 그리고 청력 지원 장치 회로의 다른 부분들에 의한 이용을 위해서 논리적 스피치 플래그(flag)를 생성한다. OR-게이트(28)에 의해서 생성된 스피치 플래그는, 음성형-스피치 가능성 레벨 또는 비음성형-스피치 레벨이 그들의 각각의 미리 결정된 레벨들 위가 되는 경우에 논리적인 HIGH가 되고, 그리고 음성형-스피치 가능성 레벨 또는 비음성형-스피치 레벨이 그들의 각각의 미리 결정된 레벨들 아래가 되는 경우에 논리적인 LOW가 된다. 그에 따라, OR-게이트(28)에 의해서 생성된 스피치 플래그는 입력 신호 내에 스피치가 존재하는지의 여부를 나타낸다.
또한, 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)으로부터의 출력 신호가 스피치 주파수 비교기(29)의 제 1 입력부로 그리고 양방향성 응답기 인터페이스(30)의 입력부로 공급되는 2개의 신호들로 분지된다. 제 1 분지의 신호가 양방향성 응답기 인터페이스(30)로 공급되고, 여기에서 양방향성 응답기 인터페이스(30)에 의해서 반대쪽 측부의(contralateral) 청력 지원 장치(미도시)로 무선 전송되도록 준비된다. 양방향성 응답기 인터페이스(30)로부터, 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(미도시) 내의 음성형-스피치 주파수 검출 블록으로부터의 출력 신호를 나타내는 상응하는 신호가 제 1 입력 신호(fB)로서 스피치 주파수 비교기(29)로 제공된다. 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)으로부터의 제 2 분지의 신호가 제 2 입력 신호(fA)로서 스피치 주파수 비교기(29)로 공급된다. 제 2 입력 신호(fA)는 동일한 측부(ipse-lateral)의 청력 지원 장치 내의 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)에 의해서 발견되는 스피치 주파수들을 나타내고, 그리고 제 1 입력 신호(fB)는 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(미도시)의 음성형-스피치 주파수 검출 블록에 의해서 발견되는 스피치 주파수들을 나타낸다.
스피치 주파수 비교기(29)에서, 2개의 세트들의 스피치 주파수들(fA 및 fB)이 비교된다. 만약 유사한 스피치 주파수들이 미리 셋팅된 공차 내에서 검출된다면, 스피치 주파수 비교기(29)는, 유사한 스피치 주파수들이 동일한 측부의 그리고 반대쪽 측부의 청력 지원 장치 모두의 스피치 검출기들에 의해서 검출되었다는 것을 나타내는 플래그를 생성한다. 이러한 정보는 음성형-스피치 주파수 검출 블록(18)으로 다시 공급되고 그리고 음성형-스피치 가능성 블록(19)에 의해서 도출된 스피치 가능성 레벨을 가중(weighting)하기 위해서 이용된다. 만약 반대쪽 측부의 청력 지원 장치에 의해서 스피치 주파수들이 발견되지 않는다면, 또는 만약 반대쪽 측부의 청력 지원 장치에 의해서 발견된 스피치 주파수들이 동일한 측부의 청력 지원 장치에 의해서 발견된 스피치 주파수들과 상이한 것으로 간주된다면, 반대쪽 측부의 청력 지원 장치에 의해서 발견되는 스피치 주파수들은 스피치 가능성 레벨을 도출할 때 고려되지 않는다.
만약 반대쪽 측부의 청력 지원 장치에 의해서 발견되는 스피치 주파수들이 동일한 측부의 청력 지원 장치에 의해서 발견되는 스피치 주파수들과 본질적으로 동일하다면, 이는 음성형-스피치 가능성 블록(19)에 의해서 도출된 음성형 스피치 가능성 레벨에 대한 긍정적인(positive) 영향을 미친다. 이는 또한 동일한 측부의 청력 지원 장치와 구조적으로 동일한 것으로 간주되는 반대쪽 측부의 청력 지원 장치에 대해서도 마찬가지이기 때문에, 음성형 스피치 가능성 레벨이 또한 반대쪽 측부의 청력 지원 장치 내에서 증가된다. 스피치 가능성 레벨의 증가의 순수한 결과는, 청력 지원 장치 사용자의 전방에 위치된 단일 스피커로부터 기원된 스피치 신호들에 의해서 양 청력 지원 장치들이 동일한 스피치 주파수들을 검출할 수 있게 된다는 것이고, 그에 따라 본질적으로 그들의 스피치 검출을 동기화할 수 있게 된다는 것이다.
도 2의 개략적인 블록도는 본원 발명에 따른 스피치 강화장치를 가지는 청력 지원 장치(60)의 실시예를 도시한다. 청력 지원 장치(60)는 전자적 입력 스테이지(2)의 입력부에 연결된 마이크로폰(1) 형태의 입력 공급원을 포함한다. 전자적 입력 스테이지(2)의 출력부는 밴드-분할 필터(3)의 입력부와 과도전류(transient) 검출 블록(4)의 입력부 사이에서 분할되고, 그리고 밴드-분할 필터(3)의 출력부는 2개의 출력부들 즉, 스피치 검출기(10)에 연결된 하나의 출력부 및 다중-밴드 증폭기(5)에 연결된 다른 하나의 출력부로 분할된다. 스피치 검출기(10)는 양방향 통신 링크 블록(48)에 연결되고, 상기 양방향 통신 링크 블록(48)은 안테나(50)를 가지는 청력 지원 장치 무선 응답기(49)에 연결된다. 스피치 검출기(10)로부터의 3개의 출력 라인들이 스피치 강화 이득 계산 블록(40)의 입력부에 연결되고, 그리고 스피치 강화 이득 계산 블록(40)의 복수의 출력부들이 다중-밴드 증폭기(5)의 입력부에 연결된다. 다중-밴드 증폭기(5)의 출력부는 출력 스테이지(6)의 입력부로 연결되고, 그리고 출력 스테이지(6)의 출력부는 음향 출력 변환기(tranducer)(7)의 입력부로 연결된다.
과도전류 검출 블록(4)의 출력부가 과도전류 검출 신호, 또는 플래그(T)를 이송하는 스피치 강화 이득 계산 블록(40)의 입력부에 연결된다. 슬로우 10% 백분위수 검출 블록(41), 제 1 차이 노드(42), 패스트 10% 백분위수 검출 블록(43), 제 2 차이 노드(44), 90% 백분위수 검출 블록(45), 최소 신호-대-노이즈 차이 표 블록(46), 및 이득 교정 표 블록(47)이 스피치 강화 이득 계산 블록(40)의 독립적인 입력부들에 연결된다. 슬로우 10% 백분위수 검출 블록(41), 패스트 10% 백분위수 검출 블록(43), 및 90% 백분위수 검출 블록(45) 모두는 도 3에 도시되지 않은 수단에 의해서 입력 신호로부터 그들의 출력 신호들을 도출한다.
스피치 검출기(10)는 입력 신호에서 음성형 및 비음성형-스피치 신호들의 존재를 검출하는 과제를 수행한다. 신속하고 신뢰할 수 있는 방식으로 스피치를 검출하기 위해서, 음성형 및 비음성형 스피치 신호들의 각각에 대한 검출이 스피치 검출기(10)에 의해서 독립적으로 실시된다. 검출 결과들을 기초로, 스피치 검출기(10)는 입력 신호내의 스피치, 음성형 또는 비음성형의 존재를 나타내는 스피치 강화 이득 계산 블록(40)에 대한 스피치 플래그 신호(SF)를 생성한다.
스피치 검출기(10)로부터의 스피치 검출 플래그(SF)를 이용하는 것과 별개로, 스피치-강화 이득 인자가 다중-밴드 증폭기(5)의 상응하는 주파수 밴드의 이득 값에 대해서 적용되어야 하는지의 여부를 결정하기 위해서, 스피치 강화 이득 계산 블록(40)은 또한 과도전류 검출 블록(4)으로부터의 과도전류 검출 플래그(T), 제 1 차이 노드(42)에 의해서 제공되는 바와 같은 패스트 10% 백분위수 검출 블록(43)으로부터의 패스트 10% 백분위수 검출 값과 슬로우 10% 백분위수 검출 블록(41)으로부터의 슬로우 10% 백분위수 검출 값 사이의 차이(Ni), 90% 백분위수 검출 블록(45)으로부터의 90% 백분위수 값(Si), 제 2 차이 노드(44)에 의해서 제공되는 바와 같은 패스트 10% 백분위수 검출 값과 슬로우 10% 백분위수 검출 값(SNRi) 사이의 차이(Ni)와 90% 백분위수 값(Si) 사이의 차이, 최소 신호-대-노이즈 차이 표 블록(46)으로부터의 최소 신호-대-노이즈 차이 값(δi) 및 이득 교정 표(47)로부터의 이득 교정 값(Gi)을 이용한다.
패스트 10% 백분위수 값과 슬로우 10% 백분위수 값 사이의 차이는 개별적인 주파수 밴드들 각각에서의 배경 노이즈 레벨(Ni)을 나타내고, 90% 백분위수 값은 개별적인 주파수 밴드들 각각에서의 신호 레벨(Si)을 나타내고, 그리고 90% 백분위수 값과 배경 노이즈 레벨 사이의 차이는 개별적인 주파수 밴드들 각각에서의 신호-대-노이즈 비율(SNRi)을 나타낸다. 최소 신호-대-노이즈 차이 표(46)로부터의 값들은 입력 신호 내의 우세적인 스피치 신호의 존재를 나타내기 위해서 스피치 강화 이득 계산기(40)에 의해서 받아들여진 각각의 개별적인 주파수 밴드(i)에서의 최소 신호-대-노이즈 값들(δi)을 나타낸다. 이득 교정 표(47)로부터의 이득 교정 값들은 개별적인 주파수 밴드들에서의 최대 이득 강화 값들(Gi)을 나타낸다.
그에 따라, 청력 지원 장치의 개별적인 주파수 밴드들 내의 스피치 강화는 이하의 방식으로 계산된다: 주파수 밴드(i) 내의 신호-대-노이즈 비율은 다음과 같다:
Figure pct00004
만약
Figure pct00005
라면,
우세한 스피치 신호가 주파수 밴드 내에 존재한다.
주파수 밴드(i) 내의 스피치를 강화하기 위한 논리적 조건은 다음과 같다:
Figure pct00006
여기에서 SF는 스피치가 입력 신호에서 검출되었다는 논리적 표시이고, 그리고 T는 과도전류가 입력 신호에 존재하는 것으로 검출되었다는 논리적 표시이다. 이러한 표현의 조건들이 사실일 때, 주파수 밴드(i)에 대한 최대 스피치 강화 이득 값(Gi)이 스피치 강화 이득 값 표(47)로부터 획득되고, 그리고 계산된 이득 값이 주파수 밴드(i)의 이득 값에 대해서 부가된다. 검출된 스피치를 강화하기 위해서 각각의 주파수 밴드에 대해서 부가되는 스피치 강화 이득 값들이 주파수 밴드(i)에 의존하고, 보상하고자 하는 청력 손상의 특성 및 주파수 밴드(i) 내의 스피치의 레벨은 전형적으로 크기 2-4 dB이 된다. 그러나, 최대 스피치 강화 이득 값들(Gi)은 초과되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 조건들(SF 및 SNRi > δi)은 타이밍된(timed) 지연(미도시)과 조합된다. 높은-주파수 콘텐트를 가지는 임의의 충분하게 변조된 사운드 신호가 스피치로서 초기에 검출될 수 있고 그리고 스피치 강화 이득 계산 블록(40)을 트리거할 수 있을 것이다. 그러나, 만약 스피치 플래그(SF)가, 말하자면, 10 밀리초의 미리 결정된 지연 내에서 셋팅되지 않는다면, 스피치 강화는 스피치 플래그(SF)에 의해서 "거부(vetoed)"되고, 그리고 스피치 강화는 발생되지 않는다. 다시 말해서, 만약 브로드밴드(광대역) 스피치 신호가 해당 시간 이내에 검출되지 않는다면, 변조된 사운드 신호가 스피치가 아니고, 다른 변조된 발생원으로부터의 사운드로 간주된다. 스피치 강화 이득 계산 블록(40)의 이러한 짧은 결합들(engagements)(전형적으로 5-8 밀리초)은, 심지어 정상적인 청력의 사람에게도, 가청적(audible)이 아니다.
해당 주파수 밴드들 내에 존재하는 스피치 신호들을 강화하기 위해서 개별적인 주파수 밴드들로 이득을 부가하는 스피치는 400-500 dB/초의 크기이다. 현장에서의 연구에 따르면, 보다 느린 레이트(slower rate)의 이득 증가가 스피치 이해에 있어서 문제를 유발할 수 있는데, 이는 특정의 발음된 단어들의 시작이 이득 증가에 의해서 생략(miss)될 수 있기 때문일 것이고, 그리고 보다 빠른 레이트의 이득 증가, 예를 들어 600-800 dB/초는 편안하지 못한 오류들을 신호로 도입하는 경향을 가지는데, 이는 빠른 이득 증가에 의해서 오류적으로 도입되는 과도전류들 때문일 것이다.
2개의 동일한 청력 지원 장치들이 채용되는 경우에, 입력 신호 내의 검출된 스피치의 존재 및 주파수들과 관련한 정보를 2개의 청력 지원 장치들 간에 상호 교환하기 위한 수단을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 도 2의 동일한 측부의 청력 지원 장치(60)가 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(미도시)에 대해서 의도된 관련 매개변수들을 수집하기 위한 수단, 및 양방향 통신 링크 블록(48)을 통해서 반대쪽 측부의 청력 지원 장치로 매개변수들을 전송하기 위한 수단을 가진다. 양방향 통신 링크 블록(48)은 매개변수들을 청력 지원 장치 무선 응답기(49) 및 안테나(50)를 통해서 반대쪽 측부의 청력 지원 장치로 전송하기에 적합한 데이터 패킷들로 전환하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 청력 지원 장치 무선 응답기(49)는 안테나(50)를 통해서 반대쪽 측부의 청력 지원 장치로부터 무선으로 유사한 매개변수들을 나타내는 데이터 패킷들을 수신하도록 구성된다.
2개의 청력 지원 장치들의 입력 신호들에서 검출되는 스피치 신호들에 관한 정보를 상호 교환하기 위한 수단은 몇 가지 상이한, 유리한, 스피치-강화 신호 프로세싱 전략들이 채용될 수 있게 허용한다. 만약, 예를 들어, 우세한 스피커가 2개의 청력 지원 장치들을 착용한 사용자의 전방 우측에 위치된다면, 2개의 청력 지원 장치들 내의 스피치 검출기들이 동일한 스피치 주파수들을 검출할 것이나 반드시 동일한 스피치 레벨을 검출하지는 않을 것인데, 이는 상이한 노이즈 레벨들이 2개의 청력 지원 장치들로 동시에 제공될 것이기 때문이다. 만약, 양 청력 지원 장치들 내에서, 검출된 음성형-스피치 성분들이 동일한 스피치 주파수들을 포함한다면, 양 청력 지원 장치들은 동일한 우세한 스피커로부터의 스피치를 수신한다. 만약 양 청력 지원 장치들이 동일한 우세 스피치 신호에 대한 스피치 강화를 실시하도록 서로 합의한다면, 2개의 청력 지원 장치들에 의해서 도입된 스피치 강화 이득 레벨들이 보다 유사하게 될 것이고, 그에 따라 우세한 스피커의 위치측정(localization)을 개선할 것이다.
다른 예에서, 만약 스피커가 청력 지원 장치 사용자의 우측에 배치된다면, 우측의 청력 지원 장치 및 좌측의 청력 지원 장치 모두가 우세한 스피치 신호들을 표시할 것이나, 음성형 스피치 성분들은 상이한 주파수들을 가질 것이고 그리고 예를 들어 말하는 사람에 대한 동일한 측부의 청력 지원 장치는 반대쪽 측부의 청력 지원 장치 보다 더 큰 소리의 신호 레벨을 나타낼 것이고, 그리고 반대쪽 측부의 청력 지원 장치는 보다 먼 다른 사람으로부터의 스피치 또는 노이즈를 수신할 수 있을 것이다. 이러한 상황은 2개의 청력 지원 장치들이 동일한 우세 스피커를 검출하지 않는다는 것을 암시한다. 이러한 경우에, 양 청력 지원 장치 프로세서에 의해서 접근될 수 있는 스피치 신호들과 관련된 정보의 상호 교환 덕분에, 반대쪽 측부의 청력 지원 장치는 그 스피치 강화 모두를 일시적으로 분리(disengage)시킬 수 있을 것이고, 그에 따라 동일한 측부의 청력 지원 장치에 의해서 제공된 스피치 강화를 선호한다(favoring). 이는, 특히 노이즈의 타입이나 레벨이 스피치 이해를 달리 저하시킬 수 있는 사운드 분위기들에서, 청력 지원 장치 사용자의 한쪽 측부에 위치된 스피커의 명료도를 개선할 수 있을 것이다.
도 3은 본원 발명에 따른 스피치 검출기의 동작 원리를 설명하는 3개의 도표들의 세트이다. 상부 도표는 약 2.5 초의 지속시간을 가지는 순수 스피치 신호의 진폭을 도시하고, 중간 도표는 대략적으로 동일한 지속시간의 관련되지 않은 노이즈 신호(캔틴(canteen) 노이즈)의 진폭을 도시하며, 그리고 세 번째 도표는 스피치 신호 및 노이즈 신호의 중첩에 의해서 생성된 입력 신호의 복수의 주파수 밴드들에서 동작하는 본원 발명에 따른 스피치 검출기로부터의, 동일한 지속시간을 또한 가지는, 출력 신호를 도시한다. 제 3 그래프 내에 도시된 주파수 밴드들은 편의상 낮은 값으로부터 높은 값까지 1-11로 번호가 부여된 범위를 가지는 주파수 밴드들의 범위를 나타내고, 이때 1은 가장 낮은 주파수 밴드를 그리고 11은 가장 높은 주파수 밴드를 나타낸다. 도 3에 도시된 3개의 도표들은 시간적으로(in time) 정렬된 것으로 간주된다. 상부 도표 내의 스피치는 발음된(spoken) 문장 중의 4개의 단어들을 포함하고, 그리고 중간 도표는 약 0.38 초로 발생되는 과도전류를 포함한다.
도 4의 스피치 샘플에서, 스피치가 약 0.3 초 후에 검출가능한 레벨에 도달한다. 그러나, 큰 소리의(loud) 노이즈 과도전류가 약 0.38 초로 존재하여, 일시적으로 스피치를 가린다(masking out). 과도전류가 스피치 보다 우세하기 때문에, 스피치 주파수들이 입력 신호에서 우세하지 않게 되고 그리고 스피치 강화가 중단된다. 노이즈 과도전류가 사라질 때, 스피치 검출기는 약 0.68초에 종료되는 제 1 단어의 나머지를 검출한다.
발음된 문장의 두 번째 단어는 샘플의 0.8초로부터 약 1.3초까지, 약 0.5초의 지속시간을 가진다. 발음된 문장의 제 2 단어가 스피치 검출기에 의해서 검출되고, 그리고 스피치 강화 이득 계산기는 스피치가 검출되는 주파수 밴드들 내에서 이득 강화를 실시한다. 산발적인(sporadic) 스피치 신호들이 주파수 밴드들(1, 3, 4 및 5)에서 검출되나, 다소 더 긴 지속시간(약 0.3 초)의 스피치 신호들이 주파수 밴드들(6, 7, 8, 9, 10 및 11)에서 검출되고, 그리고 스피치 강화 이득은 해당 주파수 밴드들 내에서 검출된 스피치 신호들에 대해서 적용된다. 또한, 이는, 보다 높은-주파수 콘텐트가 발음된 문장의 제 2 단어 내에 존재한다는 표시가 된다.
발음된 문장의 세 번째 단어는 샘플의 1.45초로부터 약 1.85초까지, 약 0.4초의 지속시간을 가진다. 여기에서, 단어의 지속시간 전체를 통한 여러 지점들에서, 그러나 상이한 시간들에서, 모든 11개의 주파수 밴드들에서 스피치가 검출된다. 이는, 스피치 강화 이득 계산기가, 스피치 검출기에 의해서 발음된 것으로 간주되지 않는 신호의 해당 부분들에 영향을 미치지 않고, 스피치가 존재하는 주파수 밴드들에서 이득을 증가시킬 수 있게 허용한다.
발음된 문장의 네 번째 단어는 샘플의 1.95초로부터 약 2.4초까지, 약 0.4초의 지속시간을 가진다. 여기에서, (캔틴 노이즈에 존재하는) 다른 스피커가 제 4 단어의 시작을 부분적으로 가릴 수 있을 것이고, 그에 따라 스피치 강화가 2.2초까지 중단된다. 가리는(masking) 스피치가 종료될 때 보다 짧은 기간 즉, 0.15초 동안 검출이 재개되고, 여기에서 스피치는 주파수 밴드들(6, 7, 8, 9, 10 및 11)에서 검출된다. 그에 따라, 이러한 주파수 밴드들은 해당 기간 동안에 스피치 강화 이득 계산기에 의해서 증가된다.
스피치 검출기의 동작의 몇 가지 양태들이 도 4의 3개의 도표들로 결론지어질 수 있을 것이다. 첫 번째로, 스피치 검출기는, 예를 들어, 동시에 발음하는 2명의 스피커들로부터의 경쟁적인(competing), 음성형 스피치 신호들에 대해서 반응하지 않으나, 한 명의 스피커로부터의 음성형 스피치 신호들에 대해서는 즉각적으로 반응한다. 이러한 특징은, 한 명의 스피커로부터의 스피치의 존재가 스피치 검출기에 의해서 확실하게(positively) 입증되는 입력 신호들에 대해서만 스피치 강화가 적용되도록 보장한다. 두 번째로, 만약 다른 사운드들이 입력 신호 내에서 우세하다면, 스피치 강화는 모든 주파수 밴드들에서 일시적으로 중단된다. 세 번째로, 스피치 검출은 이러한 예에서 11개의 주파수 밴드들에서 독립적으로 동작한다. 이는, 스피치 검출기 및 스피치 강화 이득 계산기 양자 모두에서 주파수 밴드들 각각의 사이의 일-대-일 관계를 유지할 수 있기 때문에, 스피치 검출의 신뢰성을 높이고 스피치 강화 이득 계산기의 동작을 단순화시킨다.
도 4에는, 상호 통신하는 2개의 청력 지원 장치들(60A, 60B)의 개략적인 블록도가 도시되어 있으며, 각각의 청력 지원 장치는 본원 발명에 따른 스피치 강화 시스템을 가진다. 도 4에서, 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)는 제 1 마이크로폰(1A), 제 1 신호 프로세서(51A), 제 1 음향 출력 변환기(7A)), 제 1 청력 지원 장치 무선 응답기(49A), 및 제 1 안테나(50A)를 포함한다. 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1 신호 프로세서(51A)는 제 1 필터 뱅크(3A), 제 1 스피치 검출 블록(10A), 제 1 스피치 강화 이득 계산 블록(40A), 제 1의 10% 백분위수 검출 블록(43A), 제 1의 90% 백분위수 검출 블록(45A), 제 1 증폭기 블록(5A), 및 제 1 양방향 통신 인터페이스(52A)를 포함한다.
제 1 마이크로폰(1A)이 제 1 필터 뱅크(3A)에 연결되고, 그리고 제 1 필터 뱅크(3A)로부터의 출력부가 제 1 스피치 검출기(10A) 및 제 1 증폭기 블록(5A) 각각의 입력부에 연결되고, 그리고 제 1 증폭기 블록(5A)의 출력부가 음향 출력 변환기(7A)로 연결된다. 제 1 필터 뱅크(3A)로부터 제 1 증폭기 블록(5A)으로의 신호가 또한 제 1의 10% 백분위수 검출기(43A) 및 제 1의 90% 백분위수 검출기(45A) 각각의 입력부들로 분지된다. 제 1 스피치 검출기(10A)의 출력부들이 제 1 스피치 강화 이득 계산 블록(40A) 및 제 1 양방향 통신 인터페이스(52A) 각각에 연결되고, 그리고 제 1 양방향 통신 인터페이스(52A)의 출력부가 제 1 청력 지원 장치 무선 응답기(49A)에 연결된다.
반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)는 제 2 마이크로폰(1B), 제 2 신호 프로세서(51B), 제 2 음향 출력 변환기(7B)), 제 2 청력 지원 장치 무선 응답기(49B), 및 제 2 안테나(50B)를 포함한다. 동일한 측부의 청력 지원 장치(60B)의 제 2 신호 프로세서(51B)는 제 2 필터 뱅크(3B), 제 2 스피치 검출 블록(10B), 제 2 스피치 강화 이득 계산 블록(40B), 제 2의 10% 백분위수 검출 블록(43B), 제 2의 90% 백분위수 검출 블록(45B), 제 2 증폭기 블록(5B), 및 제 2 양방향 통신 인터페이스(52B)를 포함한다.
제 2 마이크로폰(1B)이 제 2 필터 뱅크(3B)에 연결되고, 그리고 제 2 필터 뱅크(3B)로부터의 출력부들이 제 2 스피치 검출기(10B) 및 제 2 증폭기 블록(5B) 각각의 입력부에 연결되고, 그리고 제 2 증폭기 블록(5B)의 출력부가 음향 출력 변환기(7B)로 연결된다. 제 2 필터 뱅크(3B)로부터 제 2 증폭기 블록(5B)으로의 신호가 또한 제 2의 10% 백분위수 검출기(43B) 및 제 2의 90% 백분위수 검출기(45B) 각각의 입력부들로 분지된다. 제 2 스피치 검출기(10B)의 출력부들이 제 2 스피치 강화 이득 계산 블록(40B) 및 제 2 양방향 통신 인터페이스(52B) 각각에 연결되고, 그리고 제 2 양방향 통신 인터페이스(52B)의 출력부가 제 2 청력 지원 장치 무선 응답기(49B)에 연결된다.
이용 중에, 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)는 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)와 무선으로 정보를 교환한다. 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1 무선 응답기(49A)에 의해서 전송되는 정보는 제 1의 90% 백분위수 검출기(45A)에 의해서 검출된 바와 같은 90% 백분위수의 값 및 제 1 스피치 검출기(10A)의 음성형-스피치 검출기(미도시)에 의해서 검출된 바와 같은 음성형 스피치 주파수들의 세트를 포함한다.
안테나(50B)에 의해서 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1 응답기(49A)로부터 정보를 수신하도록, 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)의 제 2의 무선 응답기(49B)가 구성된다. 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)가 수신된 정보를 이용하는 방식을 이하에서 더 구체적으로 설명한다.
동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1의 90% 백분위수 검출기(45A)로부터의 90% 백분위수 값이 분석되고 그리고 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B) 내의 제 2의 90% 백분위수 검출기(45B)로부터의 상응하는 백분위수 값과 비교된다. 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1 스피치 검출기(10A)에 의해서 발견되는 음성형 스피치 주파수들이 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)의 제 2의 스피치 검출기(10B)에 의해서 발견되는 음성형 스피치 주파수들과 비교된다.
만약 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)에 의해서 검출된 음성형 스피치 주파수들은 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)에 의해서 검출된 것과 실질적으로 동일한 주파수들이며, 그리고 스피치 강화는 양 청력 지원 장치들 모두에서 허용된다. 만약 음성형 스피치 주파수들이 2개의 청력 지원 장치들 내에서 상이한 것으로 간주된다면, 이러한 정보는 무시되고, 그리고 백분위수 값들이 우위를 차지한다(take precedence).
사용 중에, 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)의 제 1 무선 응답기(49A)는 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)로부터의 스피치 검출 데이터 전신들(telegrams)을 연속적으로 청취한다(listen). 입체 음향적(binaural) 구성에서, 양 청력 지원 장치들이 동일한 스피치 주파수들을 검출하는 경우와 같이 양 청력 지원 장치들 내에서 스피치 강화를 서로 동기화함으로써, 또는 양 청력 지원 장치들이 상이한 스피치 주파수들을 검출하는 그리고 반대쪽 측부의 청력 지원 장치가 가장 높은 스피치 레벨을 검출하였다는 것을 백분위수 값들이 나타내는 경우와 같이 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A) 내의 스피치 강화를 디스에이블링함으로써, 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A) 내의 스피치 강화를 개선하기 위해서 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)로부터의 스피치 검출 데이터가 이용된다. 반대쪽 측부의 청력 지원 장치가 존재하지 않는 경우에, 스피치 강화는 동일한 측부의 청력 지원 장치(60A)에 의해서 여전히 실시되나, 반대쪽 측부의 청력 지원 장치(60B)로부터의 데이터는 더 이상 고려되지 않는다.

Claims (11)

  1. 스피치를 강화하기 위한 스피치-강화(speech-enhancing) 수단, 및 밴드-분할(band-split) 필터를 포함하는 청력 지원 장치(hearing aid)에 있어서,
    상기 스피치-강화 수단은 스피치 검출기 및 선택적인 이득 제어기를 포함하고, 상기 밴드-분할 필터는 입력 신호를 복수의 주파수 밴드들로 분리하도록 구성되며, 상기 스피치 검출기는, 상기 입력 신호의 복수의 주파수 밴드들의 각각의 주파수 밴드 내에서, 노이즈 레벨을 검출하는 수단, 음성형(voiced) 스피치 신호를 검출하는 수단, 및 비음성형(unvoiced) 스피치 신호를 검출하는 수단을 가지며, 상기 선택적인 이득 제어기는 음성형 스피치 신호 레벨이 상기 검출된 노이즈 레벨보다 더 높은, 상기 복수의 주파수 밴드들 중의 해당 주파수 밴드들에서 출력 신호에 인가되는 이득 레벨을 미리 결정된 양만큼 증가시키도록 구성되는 것인, 청력 지원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음성형 스피치 신호를 검출하는 수단은 상기 입력 신호로부터 엔벨로프(envelope) 신호를 추출하는 엔벨로프 필터를 포함하는 것인, 청력 지원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음성형 스피치 신호를 검출하는 수단은 상기 엔벨로프 신호 내에 존재하는 검출된 음성형 스피치 주파수들의 수를 카운팅하는 수단 및 스피치 주파수들의 검출된 수에 기초하여 음성형 스피치 가능성 레벨을 계산하는 수단을 포함하는 것인, 청력 지원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비음성형 스피치를 검출하는 수단은 상기 입력 신호 내의 비음성형 스피치의 레벨을 검출하기 위해 제로-크로싱 레이트(zero-crossing rate) 카운터 및 평균 제로-크로싱 레이트 카운터를 포함하는 것인, 청력 지원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스피치 검출기는, 상기 입력 신호 내의 스피치의 존재를 나타내기 위해, 상기 음성형 스피치 가능성 레벨을 이용하는 수단 및 상기 비음성형 스피치 레벨을 이용하는 수단을 포함하는 것인, 청력 지원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적인 이득 제어기는, 상기 복수의 주파수 밴드들의 각각에서 검출된 스피치 레벨과 검출된 노이즈 레벨을 비교하고 상기 검출된 스피치 레벨이 상기 검출된 노이즈 레벨을 제 2의 미리 결정된 양만큼 초과하는, 상기 복수의 주파수 밴드들 중의 해당 주파수 밴드들의 각각에서 이득 레벨을 제 1의 미리 결정된 양만큼 증가시키도록 구성되는 것인, 청력 지원 장치.
  7. 제 1 항에 따른 제 1 청력 지원 장치 및 제 2 청력 지원 장치를 포함하는 청력 지원 장치 시스템에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 청력 지원 장치가 검출된 음성형 스피치 주파수들 및 검출된 스피치 레벨들과 관련된 정보를 서로 교환하는 수단을 포함하는 것인, 청력 지원 장치 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 청력 지원 장치 및 제 2 청력 지원 장치는 이득 레벨이 증가된 양(both) 청력 지원 장치들 내의 복수의 주파수 밴드들 중의 해당 주파수 밴드들과 관련된 정보를 서로 교환하도록 구성되는 것인, 청력 지원 장치 시스템.
  9. 청력 지원 장치 내에서 스피치를 강화하기 위한 방법에 있어서,
    입력 신호를 제공하는 단계,
    상기 입력 신호를 복수의 주파수 밴드들로 분할하는 단계,
    상기 입력 신호로부터 엔벨로프 신호를 도출하는 단계,
    상기 엔벨로프 신호로부터 적어도 하나의 검출된 음성형 스피치 주파수를 결정하는 단계,
    검출된 음성형 스피치 주파수들의 수로부터 음성형 스피치 가능성을 결정하는 단계,
    상기 입력 신호로부터 비음성형 스피치 레벨을 결정하는 단계,
    스피치 레벨이 노이즈 레벨보다 제 1의 미리 결정된 양만큼 더 높은, 상기 복수의 주파수 밴드들 중의 주파수 밴드들을 식별하는 단계, 및
    청력 지원 장치의 출력 신호에서 해당 주파수 밴드들의 레벨을 제 2의 미리 결정된 양만큼 증가시키는 단계를 포함하는, 스피치를 강화하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 음성형 스피치 가능성을 결정하는 단계는, 상기 엔벨로프 신호에 대해서 주파수 상관 관계 분석을 실시하는 단계, 상기 주파수 상관 관계 분석에 기초하여 상기 엔벨로프 신호 내에 존재하는 스피치 주파수들의 수를 결정하는 단계, 및 스피치 주파수들의 결정된 수로부터 스피치 가능성을 계산하는 단계를 포함하는 것인, 스피치를 강화하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 비음성형 스피치 레벨을 결정하는 단계는 상기 입력 신호의 제로-크로싱 레이트 카운트를 도출하는 단계, 상기 입력 신호 및 상기 제로-크로싱 레이트 카운트로부터 평균화된 제로-크로싱 레이트 카운트를 도출하는 단계, 상기 제로-크로싱 레이트 카운트를 상기 평균화된 제로-크로싱 레이트 카운트와 비교하는 단계, 및 상기 제로-크로싱 레이트가 상기 평균화된 제로-크로싱 레이트보다 미리 결정된 양만큼 더 큰지의 여부를 결정함으로써 비음성형 스피치 레벨을 계산하는 단계를 포함하는 것인, 스피치를 강화하기 위한 방법.
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