KR20220076503A - 적응적 청력 정상화 및 자동 튜닝 기능을 갖춘 보정 시스템 - Google Patents

적응적 청력 정상화 및 자동 튜닝 기능을 갖춘 보정 시스템 Download PDF

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KR20220076503A
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제임스 케이. 월러
존 제이. 월러
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이어 피직스, 엘엘씨
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Abstract

청력 정상화 및 보정 시스템 및 프로세스는 다중 음압 레벨에서 실제 측정된 청력 응답을 사용하여 경도에서 중증도의 청력 손실을 가진 사용자에게 정확한 보정을 제공한다. 사용자가 측정한 청력 데이터는 다중 음압 레벨에서 상당히 높은 해상도와 정확도로 수집되며, 다중의 정확한 보정 응답으로 자동적으로 변환된다. 동적 적응형 크로스 페이드 응답 보정은 변화하는 음압 레벨에서 청력 정상화를 제공하는 데 사용된다. 적응형 릴리스 응답은 청력 정상화 시스템이 입력되는 오디오 신호의 인벨로프를 정확하게 추적하여 정확도와 투명도를 크게 향상할 수 있도록 한다. 적응형 헤드룸 제어 또한 적용되어, 입력 및 출력 헤드룸을 모두 증가시켜 전문적인 동적 범위 성능을 제공한다. 청력 정상화 및 보정 시스템은 일반 보청기 기술을 능가하는 오디오 신뢰도와 성능을 제공한다.

Description

적응적 청력 정상화 및 자동 튜닝 기능을 갖춘 보정 시스템
본 발명은 일반적으로 청력 보정 장치와 프로세스에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 경미하거나 중증의 청력 손실을 가진 사용자를 위한 청력 정상화 및 보정에 관한 것이다.
청력 손실은 어느 연령에서도 발생할 수 있으며 18세 이상의 많은 사람들이 청력 응답의 저하를 경험하기 시작한다. 손실 또는 악화에 대한 허용 범위는 개인의 관심과 직업에 따라 다를 수 있으며, 음악가는 가장 허용 범위가 작을 수 있다. 청력 손실이 있는 사람들은 모두 자신들의 청력을 0dB의 임계값으로 간주되는 정상으로 회복하려는 공통된 욕구를 공유한다.
정상적인 청력의 변수는 수 년 동안 문서화되고 알려져 왔다. 그러나 최첨단 보청기는 정상 주파수 범위와 청력 강도를 임의의 수준의 정밀도로 복원하는 능력에 훨씬 미치지 못한다. 불행하게 현대 디지털 기술에도 불구하고, 디자인과 성능은 일반적으로 250Hz에서 8000Hz 사이의 주파수에 중점을 두고 있으며 주로 음성의 주파수 스펙트럼에 중점을 두고 있다.
음성의 전형적인 음압(sound pressure) 레벨은 식당이나 기타 공공 장소와 같은 시끄러운 환경에서 증가한다. 거의 100년 전으로 거슬러 올라가, 등청감 곡선(equal-loudness contour)은 정상적인 청력이 음압 레벨의 변화에 따라 자연적인 주파수 응답의 변화를 가짐을 보여준다. 실제로, 현실 세계에서 들리는 모든 소리는 기본 주파수 성분과 연관된 고조파 구조를 가지고 있다.
디지털 보청기에 사용되는 전형적인 조정 방법은 청력 임계값에서 획득한 청력도(audiogram)를 기초로 초기 튜닝을 수행하는 것이다. 이어서 청력학자는 보청기 테스트 프로그램을 사용하고 사용자가 편안해질 때까지 소프트웨어 설정을 재생한다. 대부분의 경우에서 편안하고 수용 가능한 튜닝을 얻기 위해서는 여러 번의 방문이 요구된다.
그러나 순수한 톤으로 측정된 임계값 데이터는 청각 장애가 있는 사람의 낮은 수준의 청력을 정확하게 반영하지 않으며 높은 수준에 대한 추가적인 조정은 자의적 추측이다. 최종 결과는 어떠한 청취 수준에서도 정상적인 청력 반응을 보여주지 않는다.
현재 알려진 최선의 노력은 오디오 스펙트럼을 전형적으로 9개 이상의 다중 주파수 대역으로 분할한 후, 각 대역에서 동적 범위 압축을 적용하여 입력 음압 레벨에 따라 설정을 변경하는 적응형 보청기이다. 이러한 다중 대역 압축 방식과 관련된 많은 문제가 있다.
첫째로, 압축 임계값 설정은 압축을 시작해야 하는 시점에 대한 추측을 기초로 선택된다. 청력 응답은 스펙트럼 내용에 따라 달라지며 튜닝에 사용되는 데이터는 순수한 톤에 기초한다. 전형적인 컴프레서 임계값 설정은 65dB이며 이는 입력 음압 레벨이 65dB를 초과할 때까지 이득 감소가 시작되지 않음을 의미한다. 잘못된 주파수 이득은 부자연스러운 소리와 매우 낮은 신뢰도로 인한 대부분 사용자의 불만의 원인이다. 둘째로, 음성에서 음성 스펙트럼 에너지의 주파수 관계가 크게 변경된다. 심각한 가청 아티팩트(artifact)는 갑작스러운 큰 신호로 발생하는 컴프레서 이득 오버슈트(overshoot)와, 낮은 음압 레벨 이득 설정으로 돌아가는 데 필요한 후속 릴리스 타임(release time)과 관련이 있다. 종래 기술의 구현은 고속 압축 작용과 저속 압축 작용 사이에서 선택을 해야 했고 어느 하나의 선택에 기초하여 여러 가지 절충안이 필요했다. 셋째로, 릴리스 타임은 큰 입력 신호 직후에 오는 작은 입력 신호를 듣는 데 문제를 유발한다. 다중 주파수 대역에서 릴리스 타임을 줄이는 것은 왜곡 아티팩트가 증가하는 결과를 초래하여, 사용자를 위한 음성 명확도와 전반적인 음질이 더욱 저하된다.
요약하면, 기존의 보청기 시스템은 실제 소리를 듣는 방식을 정확하게 반영하지 않는 순수한 톤만을 사용하여 임계값을 측정한다. 기존의 보청기 시스템은 낮은 수준의 청력 임계값에서만 실제 측정을 수행한다. 기존의 보청기 시스템은 임의의 청취에 의해 조정된다. 기존의 보청기 시스템은 오버슈트, 스펙트럼 변조 및 열악한 릴리스 추적을 포함하는 심각한 아티팩트를 가지고 있다. 기존의 보청기 시스템은 전반적으로 신뢰도가 낮은 부자연스럽고 얇은 소리를 생성한다. 그리고 기존의 보청기 시스템은 낮은 배터리 전압으로 인하여 헤드룸(headroom)이 충분하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 음악 산업 전문가의 오디오 품질 요구에 부합하는 청력 보정을 제공하는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 또한 정확한 청력 보정을 제공하는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 향상된 주파수 응답 및 동적 범위를 제공하는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 그리고 본 발명의 목적은 실제의 소리를 정확하게 반영하는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 사용자의 실제 청력 응답을 정확하게 측정할 수 있는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 사용자가 자신의 실제 청력 응답을 자가 테스트하고 측정할 수 있는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 가청 아티팩트 없이 동적 청력 보정이 가능한 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다. 그리고 본 발명의 목적은 정확한 측정 데이터를 변환 및 적용하여 청력 보정 응답을 자동으로 자가 튜닝할 수 있는 청력 정상화 및 보정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 음향 장치의 사용자의 귀에 오디오 입력 신호에 대응하는 정확한 청력 응답을 전달하고 장치의 사용자를 위한 맞춤형 자동 튜닝을 수행하는 청력 정상화 및 보정 시스템이 제공된다.
청력 정상화 및 보정 프로세스에서, 오디오 입력 신호는 제1 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 제1 음압 레벨에서 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제1 보정 응답에 의해 수정된다. 오디오 입력 신호는 또한 제2 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 제2 음압 레벨에서 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제2 보정 응답에 의해 수정된다. 입력 음압이 제1 음압 레벨인 경우 제1 보정 레벨 응답은 음향 장치의 출력 신호에 적용된다. 입력 음압이 제2 음압 레벨인 경우 제2 보정 레벨 응답은 음향 장치의 출력 신호에 적용된다. 입력 음압이 제1 음압 레벨과 제2 음압 레벨의 사이인 경우, 출력 신호는 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 제1 보정 레벨 응답과 제2 보정 레벨 응답의 사이에서 동적으로 변화된다. 오디오 입력 신호의 제2 음압 레벨은 청력의 정상적인 대화 레벨일 수 있다.
오디오 입력 신호는 제3 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 제2 음압 레벨보다 높은 제3 음압 레벨에서 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제3 보정 응답에 의해 수정될 수 있고, 입력 음압이 제3 음압 레벨인 경우 제3 보정 레벨 응답은 음향 장치의 출력 신호에 적용될 수 있으며, 입력 음압이 제2 음압 레벨과 제3 음압 레벨의 사이인 경우, 출력 신호는 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 제2 보정 레벨 응답과 제3 보정 레벨 응답의 사이에서 동적으로 변화될 수 있다.
오디오 입력 신호는 추가적인 대응하는 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 사용자의 제3 실제 청력 응답에 비해 순차적으로 높아지며 대응하는 추가적인 음압 레벨들에서, 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 추가적인 보정 레벨 응답에 의해 수정될 수 있다. 이어서 입력 음압이 대응하는 추가적인 음압 레벨인 경우, 각 대응하는 추가적인 보정 레벨 응답은 음향 장치의 출력 신호에 적용될 수 있다. 입력 음압이 대응하는 추가적인 순차적 음압 레벨의 사이인 경우, 출력 신호는 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있도록 동적으로 변화될 수 있다.
보정 레벨 응답 및 추가적인 보정 레벨 응답의 수와 무관하게, 오디오 스펙트럼은 다중 주파수 대역으로 분할될 수 있고 각 다중 주파수 대역에서 프로세스가 반복될 수 있다.
임의의 보정 응답을 수정하는 것은 오디오 입력 신호의 대응하는 음압 레벨에서 대응하는 사용자의 실제 청력 응답을 측정하고, 측정된 실제 청력 응답을 대응하는 보정 레벨 응답으로 변환하는 것에 의해 달성될 수 있다.
청력 정상화 및 보정 프로세서에서, 제1 컨버터는 오디오 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성한다. 감지기는 오디오 입력 신호의 음압 레벨에 대응하는 제어 신호를 생성하기 위하여 디지털 출력 신호를 수정한다. 제1 필터는 사용자의 실제 측정된 제1 저레벨 청력 응답에 대응하는 제1 보정 등화 신호를 생성하기 위하여 디지털 출력 신호를 수정한다. 제2 필터는 사용자의 실제 측정된 제2 고레벨 청력 응답에 대응하는 제2 보정 등화 신호를 생성하기 위하여 디지털 출력 신호를 수정한다. 제1 곱셈기는 감지된 음압 레벨이 저레벨에 대응하는 경우 제1 최대 이득 출력 신호를 제공하기 위하여 제1 보정 등화 신호의 이득을 동적으로 변화시킨다. 제2 곱셈기는 감지된 음압 레벨이 고레벨에 대응하는 경우 제2 최대 이득 출력 신호를 제공하기 위하여 제2 보정 등화 신호의 이득을 동적으로 변화시킨다. 가산기는 감지된 음압 레벨이 고레벨과 저레벨 사이인 경우 제1 최대 이득 출력 신호와 제2 최대 이득 출력 신호를 결합한다.
튜닝 프로세스에서, 정확한 저레벨 청력 보정 응답을 제공하기 위하여, 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 정형화된 노이즈는 사용자의 실제 저음압 레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 사용자의 귀에 적용된다. 결정된 실제 저음압 레벨 청력 응답은 저레벨 보정 응답으로 변환된다. 저레벨 보정 응답은 음향 장치의 출력에 적용된다. 정확한 고레벨 청력 보정 응답을 제공하기 위하여, 튜닝 프로세스는 사용자의 귀에 저음압 레벨보다 높은 다른 음압 레벨에서 광대역 마스킹 노이즈를 적용하고, 사용자의 실제 고레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 사용자의 귀에 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 협대역 자극을 적용한다. 사용자의 결정된 실제 고레벨 청력 응답은 고레벨 보정 응답으로 변환된다. 고레벨 보정 응답은 이어서 음향 장치의 출력에 적용된다.
사용자를 위한 정확한 대화 레벨 청력 보정 응답을 제공하기 위한 튜닝 프로세스에서, 대화 음압 레벨에서 광대역 마스킹 노이즈는 사용자의 귀에 적용된다. 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 협대역 자극은 사용자의 실제 대화 음압 레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 사용자의 귀에 적용된다. 사용자의 결정된 실제 대화 음압 레벨 청력 응답은 대화 음압 레벨 청력 보정 응답으로 변환된다. 대화 음압 레벨 청력 보정 응답은 이어서 음향 장치의 출력에 적용된다.
자동적인 튜닝 프로세스에서, 선택된 주파수 지점의 세트에서 중심 주파수를 가지는 정형화된 노이즈는 사용자의 실제 정형화된 노이즈 소리 레벨 청력 응답에서 주파수 지점 데이터의 정형화된 노이즈 세트를 생성하기 위하여 사용자의 귀에 적용된다. 광대역 마스킹 노이즈는 또한 사용자의 귀에 적용될 수 있다. 선택된 자극 주파수 지점의 세트에서 중심 주파수를 가지는 협대역 자극은 사용자의 실제 자극 레벨 청력 응답에서 자극 주파수 지점 데이터의 세트를 생성하기 위하여 사용자의 귀에 적용된다. 주파수 지점 데이터의 정형화된 노이즈와 자극 세트는 디지털 프로세서의 메모리에 저장된다. 디지털 프로세서에 전송되는 커맨드는 디지털 프로세서가 저장된 주파수 지점 데이터를 사용하여 노이즈 레벨과 자극 레벨 청력 보정 응답을 계산하고 노이즈 레벨과 자극 레벨 청력 보정 응답을 사용하여 디지털 프로세서가 정확한 노이즈 레벨과 자극 레벨 청력 보정 응답 곡선을 제공할 수 있도록 하는 필터 계수를 결정하도록 한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 다음의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하면 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 등청감 곡선의 스펙트럼 플롯이다.
도 2는 종래 기술의 대화식 음성 분포가 중첩된 등청감 곡선의 스펙트럼 플롯이다.
도 3은 종래 기술의 특정한 영어 모음과 관련된 광대역 소리 레벨의 플롯을 비교한 도면이다.
도 4는 종래 기술의 특정 사용자의 경미한 혹은 중증의 청력 손실을 나타내는 스펙트럼 청력도이다.
도 5는 종래 기술의 다중 대역 압축 시스템의 고속 압축 작용 응답을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 종래 기술의 다중 대역 압축 시스템의 저속 압축 작용 응답을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 광대역 내에서 사용하기 위해 형성되는 노이즈의 소리 레벨의 스펙트럼 플롯이다.
도 8은 본 발명에 따른 마스킹 백색 노이즈의 사용을 도시한 광대역 플롯이다.
도 9는 본 발명에 따라 사용하기 위한 정형화된 노이즈 및 마스킹된 노이즈 측정치의 스펙트럼 비교를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 청력 정상화 및 보정 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 광대역 소리 레벨 보정 곡선의 비교를 도시한 도면이다.
도 12는 도 10의 디지털 신호 프로세서의 블록도이다.
도 13은 도 12의 디지털 신호 프로세서의 적응형 동적 제어의 블록도이다.
도 14는 도 12의 디지털 신호 프로세서의 적응형 동적 제어의 동적 응답 특성을 도시한 도면이다.
도 15는 주변회로를 갖춘 청력 정상화 및 보정 시스템의 블록도이다.
도 16은 본 발명에 따른 동적 적응형 마이크 프리앰프의 개략도이다.
도 17은 도 16의 프리앰프의 출력 스윙의 플롯이다.
도 18은 청력 보정 시스템의 출력 앰프 부분의 블록도이다.
본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명이 첨부된 도면에 도시된 구성 또는 구성의 세부사항 또는 그러한 실시예에 제한되는 것이 아님을 이해해야 할 것이다.
청력은 인간 귀의 생리적 메커니즘에 의한 소리의 감각적 인식이다. 소리 입력은 주파수와 귀에 도달하는 시간 차이에 기초한 피치(pitch), 음량(loudness) 및 방향으로 인식된다. 이러한 입력으로부터 음악적 품질, 공간 정보 및 감정 표현의 뉘앙스를 감지할 수 있다.
피치는 주파수에 대한 인식이며 강도와 같은 다른 물리량에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 정상적인 인간의 청력은 20 내지 20,000Hz의 주파수를 포함한다. 소리의 공간적 신호는 전형적으로 더 높은 주파수 정보에서 비롯되며 방향성을 결정하기 위하여 두 귀로 더 높은 주파수 정보를 들어야 한다.
음량은 강도 또는 음압 레벨에 대한 인식이다. 귀는 낮은 강도의 소리에 매우 민감하다. 가장 낮은 가청 강도 또는 임계값을 일반적으로 0dB 청력 레벨이라고 한다. 1012만큼 혹은 더 강렬한 소리는 잠시 동안 용인될 수 있다. 주어진 임의의 주파수에서 1dB 미만의 차이를 식별하는 것이 가능하고 3dB의 변화는 매우 쉽게 인지할 수 있다.
주파수는 또한 인식된 음량에 큰 영향을 미친다. 귀는 2,000Hz 내지 5,000Hz 범위의 주파수에 대해 최대 감도를 가지므로, 이 범위의 소리는 예를 들어 모두 같은 강도를 가지고 있더라도 500Hz 또는 10,000Hz의 소리보다 더 크게 인식된다. 그리고 귀는 가청 범위 내 극단의 고주파수 및 저주파수에서 훨씬 덜 민감하므로, 가청 범위 내 극단의 고주파수 및 저주파수에 근사한 소리는 훨씬 덜 크게 들린다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 등청감 곡선(Equal Loudness Contour)으로 불리는 플레처-문손 곡선(Fletcher-Munson Curve)이 1933년에 공개되었다. 해당 곡선은 정상적인 청력 응답을 그래픽적으로 도시하였다. 곡선은 결국 국제 표준화 기구(ISO; International Organization for Standardization)에 의해 ISO 226:1961로 채택되었고, 이후에 ISO 226:2003으로 수정되었다. 등청감 곡선은 인간의 청각 시스템 감도의 주파수 특성을 나타낸다. 등청감 곡선은 상이한 주파수에 대해 동일하게 크게 들리는 음압 지점을 연결하여 음압 레벨과 주파수로 나타나는 평면에서 동일한 감각 윤곽을 나타낸다. 등청감 곡선은 상이한 주파수에 걸쳐 소리를 포착하는 인간의 귀의 감도는 크게 변화되며, 청력의 주파수 응답은 음압 레벨에 따라 변한다는 청각 감각의 두 가지 기본 특성을 보여준다.
음성 명확성은 청각 장애가 있는 사람들에게 가장 중요하며 수년 동안 보청기의 주요 초점이었다. 도 2는 0, 40 및 60 폰(phon)의 등청감 곡선 상에서 대화식 음성의 전형적인 분포를 중첩한다. 이 때, 폰은 음량 인식의 단위인 반면, 데시벨(decibel)은 물리적 강도의 단위이다. 도 2는 전형적인 대화식 음성이 40db와 65db 음압 레벨(SPL; Sound Pressure Level) 사이에 있으며 고주파수 음성 요소가 저주파수 음성 요소보다 낮은 음압 레벨을 가지며, 60db에서 정확한 청력 응답이 음성 명확성에 특히 중요하다는 것을 보여준다. 그럼에도, 기존의 보청기는 전형적인 음성 레벨에서 정확한 보정을 위한 적절한 기준 선인 “청력 임계값”이라고 전형적으로 지칭되는 가장 부드러운 청력 레벨에서 측정된 청력 손실 및 주파수 부스트에 일관되고 부정확하게 의존한다. 청력 임계값에서 측정된 응답이 전형적인 대화식 음성 레벨인 60db 음압에서 실제 측정된 응답과 근사할 수도 있다는 것은 추측의 문제이다.
도 3을 참조하면, 영어 대화에서 세 가지 모음의 고유한 소리의 스펙트럼 분포의 비교 플롯은 /a/, /i/ 또는 /u/ 각각이 청각 스펙트럼의 많은 부분에 걸쳐 상이한 스펙트럼 에너지 분포를 가지고 있음을 보여준다. 앞의 문장에서만, 이러한 모음은 34번 등장한다. 이 플롯은 입력되는 오디오의 스펙트럼 분포를 보존해야 할 필요성을 보여준다. 기존의 측정 방법 및 순수한 톤을 사용한 보정 시도는 정확한 청력 회복이나 음성 명확성에서 의미있는 증가에 훨씬 미치지 못한다.
도 4는 사용자의 청력을 테스트하고 사용자의 보청기를 피팅하는 기존의 방법을 나타내는 청력도이다. 도 4는 진동 주파수와 최소 소리 강도 또는 청력 레벨 사이의 관계를 나타내며, 표준화된 주파수에서 가청 임계값을 보여준다. 청력도는 사용자가 정상적인 청력을 가진 것으로 간주될 때, 상대적으로 편평한 플롯을 생성하기 위하여 청력 임계값에서 등청감 곡선을 기초로 가중된다. 청력도는 청력 레벨 범위의 조용한 쪽에서 정상 임계값 청력으로 간주되고 시끄러운 쪽에서 매우 큰 수준으로 간주되는 측정 범위를 나타낸다. 청력 임계값은 정상 청력 레벨을 나타내는 표준화된 곡선에 상대적으로 표시된다. 도시된 바와 같이, 표준 청력도는 250Hz, 500Hz, 1,000Hz, 2,000Hz, 4,000Hz 및 8,000Hz의 한 옥타브 간격으로 측정된 값을 반영한다.
모든 음압 레벨에서 정상 청력의 가장 민감한 주파수 영역은 약 3khz이다. 도 4의 청력도는 특히 3khz에서 경도에서 중증도의 청력 손실로 간주되는 것을 보여준다. 청력도는 250Hz, 500Hz 및 1,000Hz에서 정상적인 청력, 2,000Hz에서 20db의 손실, 3,000Hz에서 40db의 손실, 8,000Hz에서 10db의 손실을 보여준다. 전형적으로, 이 청력도는 측정된 손실이 있는 주파수에서 부스트를 제공하기 위해 보청기에 적용될 보정 주파수 응답을 결정하는 데 사용된다. 그러나 기존의 보청기 피팅에 전형적인 부스트를 추가하는 경우 사용자에게 매우 부자연스러운 소리를 제공하는 결과를 초래하게 된다.
기존의 다중 대역 압축 시스템은 오버슈트, 스펙트럼 변조 및 열악한 릴리스 추적을 포함하는 심각한 아티팩트를 가지고 있다. 도 5 및 도 6은 보청기가 다중 대역 압축을 사용하여 고속 설정 및 저속 설정 사이에서 적응형 릴리스 타임을 제공하는 최신 기술을 보여준다. 그러나 적응형 릴리스 타임은 가청 아티팩트의 문제를 해결하지 못하고 다중 대역 압축은 스펙트럼 변화의 문제 및 부자연스러운 소리의 문제에 기여한다. 이러한 문제는 각각의 대역마다 상이한 압축 비율과 각각의 대역의 이득 오버슈트 때문이다.
도 5를 참조하면, 고속 압축 작용 응답은 10ms에서 50ms 사이의 시간 동안 10db의 공격 시간 오버슈트를 보여준다. 이것은 음압 레벨이 6db씩 증가할 때 마다 두 배 큰 소리로 인식되기 때문에 매우 잘 들릴 수 있다. 도시된 10db 오버슈트는 압축기의 30db 이득을 기초로 하며, 오버슈트의 양은 각각의 대역에서 필요한 이득이 증가함에 따라 증가한다. 도시된 전형적인 고속 릴리스는 100ms이다. 고속 릴리스 응답은 도 6의 저속 압축 작용에서 보여지는 800ms보다 빠르게 오디오 신호를 추적하지만, 여전히 100ms 릴리스 타임은 큰 신호에 이어서 즉시 후속하는 낮은 레벨의 신호를 정확하게 들을 수 없을 정도로 느리다.
도 5 및 도 6과 관련하여 식별된 공격 및 릴리스 문제는 다중 대역 압축의 심각한 부작용이다. 또한, 압축 임계값, 비율 및 구성 이득에 대한 설정은 실제 측정된 임의의 청력 응답과 상관관계가 없다. 이러한 기술은 정확한 청력 보정에 도움이 되지 않는다.
본 발명에 따르면, 음향 장치의 사용자의 귀에 정확한 청력 응답을 전달하는 청력 정상화 및 보정 시스템이 제공된다. 시스템은 사용자에게 매우 자연스러운 소리를 제공할 수 있는 동적 응답을 제공하기 위해 보다 의미 있고 정확한 측정 방법에 의존한다.
정형화된 노이즈 자극
순수한 톤만을 사용하여 측정한 임계값은 실제 소리가 들리는 방식을 정확하게 반영하지 않는다. 도 3과 관련하여 논의된 바와 같이, 음성에서 단일 모음 소리조차도 큰 스펙트럼 균형을 갖는다. 따라서, 더 넓은 스펙트럼 자극을 사용하여 보다 의미있고 정확한 측정을 유도할 수 있다.
도 7에서, 1khz에서 단일 사인파는 예를 들어 1khz의 중심 주파수와 1 옥타브의 상하 대역폭을 갖는 정형화된 노이즈를 사용한 측정 신호와 비교된다. 1khz에서 순수한 사인파를 사용하면 정형화된 노이즈 자극을 사용한 측정 결과보다 더 많은 보정 이득이 필요한 측정 손실이 상당히 높아진다. 따라서, 측정 주파수에서 중심 주파수를 갖는 정형화된 노이즈 자극은 실제 청취를 보다 의미 있고 정확한 결정을 만들어 낸다.
측정 주파수에서 지배적인 주파수를 갖는 다중 주파수의 톤 클러스터(tone cluster)와 같은 다른 자극은, 유사한 측정 결과를 생성하기 위해 더 넓은 주파수 스펙트럼과 함께 사용될 수 있다. 모든 경우에 측정 주파수의 분해능은 정확한 보정 응답을 생성하는 데 중요하다. 보정 응답에 적용될 때 이러한 측정은 저음압 레벨에서 정상화된 청력을 나타낸다.
정확한 고음압 레벨 측정
저레벨 측정 외에도, 고음압 레벨에서 의미 있는 측정은 사용자에게 정확하고 정상화된 청력 보정을 제공하는 데 중요하다. 실제 측정에서 두 번째로 가장 바람직한 레벨은 전형적인 음성의 음압 레벨이다. 따라서 도 8을 참조하면, 마스킹 백색 노이즈(masking wihte noise)가 약 60db SPL에서 모든 주파수에 적용되어, 거의 모든 청력 주파수를 자극하고 순수한 톤을 사용하여 고음압 레벨에서 실제 청력을 정확하게 측정할 수 있다. 논의를 위해, 100hz, 1khz 및 10khz의 측정 주파수가 도시되지만, 측정의 해상도를 높이고 고레벨 청력 측정의 정확도를 향상시키기 위해 많은 추가적인 주파수가 사용될 수 있다. 마스킹 백색 노이즈가 있는 측정 주파수의 순수한 톤은 백색 노이즈가 넓은 실제 측정 범위에 걸쳐 모든 주파수를 자극하므로 정확한 측정 결과를 초래한다. 청력 손실 상황에서, 손실 영역의 백색 노이즈 자극으로 인해 순수한 톤이 저레벨로 들릴 수 있다.
측정 주파수에 중심을 둔 대역폭 제한 노이즈 또는 측정 주파수 근처의 다중 마스킹 톤과 같은 다른 형태의 마스킹 또한 사용될 수 있다. 지배적인 주파수가 관심 있는 측정 주파수에 있는 한 순수한 톤 이외의 다른 자극 또한 사용될 수 있다. 결과적으로 수집된 측정 데이터는 고음압 레벨에서 실제 측정된 청력 응답에 대한 현실적이고 정확한 평가를 제공할 수 있다. 음성 레벨이 가장 일반적인 청취 수준으로 간주되지만, 더 높은 음압 분해능이 필요한 경우 다른 음압 레벨 측정이 수행될 수 있으며, 이는 이하 도 12와 관련하여 논의될 것이다.
도 9는 청력 손실이 있는 사람에 대한 도 4의 청력도 응답(AR)과, 측정을 위한 자극으로 전술한 바와 같은 정형화된 노이즈를 사용한 측정의 노이즈 응답(NR)을 비교한다. AR과 NR 응답 모두 250hz, 500hz, 1,000hz, 2,000hz, 3,000hz, 4,000hz, 6,000hz 및 8,000hz의 동일한 데이터 지점을 사용한다. 두 측정 방법 사이에서 수집된 데이터는 큰 차이가 있다. 정형화된 노이즈 응답(NR)은 순수한 톤 응답(AR)보다 훨씬 정확하고 정상적인 사운드의 저음압 레벨 보정 응답을 제공한다. 정형화된 노이즈 응답(NR)은 또한 저레벨 응답의 보청기를 조정하는 데 일반적으로 사용되는 1/2 이득 규칙을 사용하는 응답보다 더 정확하고 정상적인 소리를 낸다.
마스킹된 노이즈 응답(MNR)은 60db의 고음압 레벨에서 도 8과 관련하여 설명된 고음압 레벨 측정 방법을 사용하여 실제 측정된 응답이며, 필요한 고음압 레벨 보정 응답을 제공하는 데 사용될 수 있다. 정상화된 시스템은 최소한 이 두 개의 측정된 응답(NR, MNR)을 사용하여 사용자에게 정확한 보정 청력 응답을 제공하기 위해 두 개의 보정 응답 곡선을 생성한다.
정상화된 청력 시스템 블록도
도 10을 참조하면, 정상화된 청력 시스템의 메인 오디오 처리 기능과 등화(equalization), 압축, 제한, 및 노이즈 감소와 같은 기타 기능이 디지털 신호 처리 코어(DSP1)에서 정밀 알고리즘으로 수행된다. 처리 코어(DSP1)는 또한 무선 및/또는 블루투스 인터페이스(WB)를 통해 통신하여, 외부 휴대 전화 또는 컴퓨터가 자체 테스트 모드를 제어하고 다양한 사용자 정의 설정 및 시스템 조정을 제어할 수 있도록 한다.
시스템은 입력 마이크로폰(M1)으로부터 또는 직접 무선/블루투스 인터페이스(WB)를 통해 휴대 전화 또는 컴퓨터(미도시)와 같은 다른 전송 장치로부터 입력 신호를 수신한다. 마이크로폰(M1)은 아날로그-디지털 컨버터(ADC; Analog-to-Digital Converter)의 입력을 피드(feed)하는 마이크 프리앰프(MP1)를 피드한다. 컨버터(ADC)는 처리 코어(DSP1)에 디지털 출력 신호를 제공한다. 전문 음악 공연과 같이 증가된 헤드룸이 중요한 전문 애플리케이션에서, 시스템은 입력 마이크 프리앰프(MP1)의 클리핑(clipping) 또는 오버드라이빙(overdriving)을 방지하기 위해 필요한 마이크로폰 입력 신호에 대한 증가된 헤드룸을 허용하도록 작동하는 양극 및 음극 적응형 레일 제어 회로(PARC1 및 NARC1)를 더 포함할 수 있다.
처리 코어(DSP1)의 출력은 출력 앰프(A1)를 구동시키기 위해 아날로그 출력 신호를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터(DAC; Digital-to-Analog Converter)를 피드한다. 앰프(A1)의 출력은 출력 전압과 전류를 제공하여 드라이버 또는 음향 장치(D)에 사운드를 전달한다. 상기 설명한 바와 같이, 전문 음악 공연과 같이 증가된 헤드룸이 중요한 전문 애플리케이션에서, 시스템은 시스템 클리핑을 방지하기 위해 시스템의 출력 헤드룸을 동적으로 증가시키는 양극 및 음극 적응형 레일 제어 회로(PARC2 및 NARC2)를 더 포함할 수 있다. 제어 회로(PARC2 및 NARC2)는 도 16, 도 17 및 도 18을 참조하여 설명된 바와 같이 PARC1 및 NARC1과 동작이 동일하다.
정상화된 청력 시스템은 전문 오디오 애플리케이션을 위한 고정밀 청력 보정 기능이 있는 품질 청력 정상화 시스템으로 동작할 수 있지만, 청력 보정이 필요한 모든 사용자에 의해 또한 사용될 수 있다. 본 발명의 청력 보정은 경미한 또는 중증의 청력 손실 이상이 있는 사용자가 우수한 주파수 응답 및 동적 범위 모두를 갖는 자연스러운 소리 응답을 성취할 수 있도록 한다.
크로스 페이딩(Cross-Fading)
도 11은 20Hz에서 20,000Hz 범위의 오디오 주파수에 걸쳐, 0db SPL 및 60db SPL 각각에서 이상적인 청력 응답(I0db 및 I60db)을 도시한다. 청력 보정 곡선(110 및 120)은 0db에서 90db까지의 음압 레벨과 20Hz에서 20,000Hz까지의 주파수 응답에 대해 도시한다.
저임계값 SPL 보정 응답 곡선(110)은 테스트의 고대역폭 및 고분해능을 사용하여 필요한 보정 응답 곡선으로 변환 및 적용된 전술한 정형화된 노이즈 측정 방법을 사용하여 0db SPL에서 취해진 측정에 기초한다. 고보정 응답 곡선(120)은 전술한 마스킹 노이즈 측정 방법을 사용하여 60db SPL에서 취해진 측정에 기초하고, 임의의 측정된 청력 결핍을 보상하는데 필요한 보정 응답을 반영한다. 추가적인 SPL 레벨에서 고분해능 테스트가 수행되는 경우 다른 측정된 음압 레벨에서의 다른 보정 응답 곡선이 적용될 수도 있다.
적응형 청력 정상화 시스템은 청력 정상화 시스템의 오디오 입력에 나타나는 실제 입력 음압 레벨과 상관관계가 있는 둘 이상의 측정된 응답 보정 곡선 사이에서 동적으로 변화하도록 동작한다. 상관관계는 소리 레벨의 절대 크기가 아닌 변화 방향과 관련이 있다. 동적 적응형 동작은 청취자에게 가장 자연스러운 소리의 오디오 응답과 가능한 정상적인 청력에 가까운 청력을 제공하도록 요구될 수 있다. 청취자의 청력 임계값이 저음압 레벨에서 보다 자연스러운 응답을 생성하는 경우, 청취자는 정상 저레벨 청력이 복원된 것처럼 느낄 것이다.
실제 측정된 데이터를 기반으로 보정 SPL 레벨에서 다중 주파수 응답 간에 동작으로 변화시킴으로써, 경도에서 중증도의 청력 손실이 있는 사용자를 위해 정상적인 청력이 복원될 수 있다. 다중 고 SPL 레벨에서 마스킹 노이즈를 사용하여 응답 측정 횟수를 증가시킴으로써, 사용자를 위한 자연스러운 청력 응답의 훨씬 더 정밀한 복원이 성취될 수 있다. 더 심각한 손실을 가진 사람들은 추가적인 고레벨 보정 응답 곡선을 추가적으로 적용하는 경우 큰 개선이 있을 것이다.
도 12를 참조하면, 신호 프로세서(DSP1)는 청력 정상화 시스템의 동적 동작을 생성하고 실제 측정된 데이터를 기초로 청력 보정 또한 제공한다. 일반적으로 연주 동안 음악가에 의해 청력 정상화가 사용되는 경우 마이크 프리앰프 또는 유선 연결의 출력인 오디오 입력 신호는, ADC(70)에 대한 오디오 입력(A1)으로 적용된다.
ADC(70)로부터의 디지털 출력 신호는 보정 필터(10, 20)와 SPL 검출기(30)에 인가된다. 하나의 필터(10)는 저음압 레벨 측정에 기초한 보정 등화(corrective equalization)를 적용하고, 다른 필터(20)는 더 높은 60db SPL 측정에 기초한 보정 등화를 적용한다. 보정 필터(10, 20)의 출력은 각각 곱셈기(40, 50)의 입력에 인가된다. 다중 주파수 대역에서 크로스 페이드를 적용하여 더 높은 성능이 가능하다. 다중 보정 곡선 필터는 오디오 스펙트럼을 다중 주파수 대역으로 분할하고 각 주파수 대역 내의 요구되는 주파수 지점에서 요구되는 저레벨 및 고레벨 이득을 적용함으로써 다중 주파수 대역 필터로 적용될 수도 있다. 각각의 주파수 대역에 대한 별도의 레벨 감지기와 적응형 동적 제어 또한 필요하다.
보정 필터(10 및 20)는 무한 임펄스 응답(IIR; Infinite Impulse Response) 또는 유한 임펄스 응답(FIR; Finite Impulse Response) 기술로 구현될 수 있다. 필터 계수(filter coefficient)는 인버스 FFT(Inverse FFT), FFT를 통한 고속 컨볼루션(convolution) 및 최소 제곱(Least Square) 기술을 포함하여 DSP 문헌에 문서화된 여러 방법을 사용하여 측정된 음압 레벨 데이터로부터 계산될 수 있다.
곱셈기(40, 50)의 출력 레벨은 신호 프로세서(DSP1)의 오디오 입력에서 오디오의 실제 음압 레벨에 기초한 레벨 제어를 제공하는 SPL 검출기(30)에 의해 제어된다. 오디오 입력(A1)의 SPL 레벨이 10db SPL 미만인 경우, 고레벨 곱셈기(40)는 0의 이득이 되고, 저레벨 곱셈기(50)는 1의 이득이 된다. 입력 오디오 레벨이 10db SPL 이상으로 증가함에 따라 저레벨 곱셈기(50)가 감쇠되기 시작하고 고레벨 곱셈기(40)의 출력이 증가하기 시작한다. 오디오 입력 레벨이 60db SPL에 도달하면 저레벨 곱셈기(50)는 0의 이득이 되고, 고레벨 곱셈기(40)는 1의 이득이 된다. 곱셈기(40 및 50)의 출력은 가산기(60)의 입력에 인가된다. 가산기(60)의 출력은 신호 프로세서(DSP1)의 오디오 출력 신호를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터(80)의 입력에 인가된다. 디지털-아날로그 컨버터(80)의 오디오 출력 신호는 음향 장치를 구동하여 사용자의 귀에 소리를 제공하는 오디오 앰프(도시되지 않음)에 적용된다.
앞서 논의된 바와 같이, 추가적인 보정 필터가 추가적인 SPL 측정 레벨에 기초하여 추가될 수 있다. 추가적인 보정 필터가 사용되는 경우, SPL 검출기(30)는 추가적인 곱셈기에 대한 제어 신호를 제공하고, 추가적인 보정 필터 출력 사이의 크로스 페이드 동작이 제공되어 더욱 향상된 동작이 생성될 것이다.
보정 응답 곡선 사이의 동적 크로스 페이드 동작은 실제 측정된 SPL 레벨 사이의 다중 대역 내의 크로스 페이드가 있는 다중 대역 동작에도 적용될 수 있다. 다중 대역 접근 방식에서, 종래 기술의 다중 대역 압축 시스템과 달리, 각 대역의 상이한 음압 레벨에서 요구되는 실제 출력 레벨이 실제 측정을 기초로 적용된다. 이어서 각 주파수 대역은 실제 측정에 의해 결정된 둘 이상의 보정 응답 곡선 사이에서 동적으로 변하거나 크로스 페이딩한다. 본 발명의 다중 대역의 일면은 일반 압축이 아니라 동적 크로스 페이드를 사용한다. 동적 크로스 페이드 방법은 실제로 포만트(formant) 인식을 증가시켜 향상된 음성 조음을 제공할 수도 있다.
동적 처리
도 13을 참조하면, 도 12의 SPL 검출기(30)는 청력 정상화 시스템의 투명성에 매우 기여한다. 정류기 필터(31)(Rectifier Filter)는 도 12에 도시된 바와 같이 아날로그-디지털 컨버터(70)의 출력 신호(71)를 수신한다. 다시 도 13을 참조하면, 정류기 필터(31) 전파(full-wave)는 출력 신호(71)를 정류하고, 평균화 및 필터링을 통합하여 매우 빠른 공격 및 릴리스 응답을 제공한다. 이러한 고속 응답은 시스템의 고속 공격 시간이 된다. 정류기 필터(31)의 출력 신호(S31)는 고속 릴리스 시상수 필터(90)(Fast Release Time Constant Filter) 및 저속 릴리스 시상수 필터(91)(Slow Release Time Constant Filter)의 입력을 피드한다.
저속 릴리스 시상수 필터(91)의 출력 신호(VC)는 비교기(93)(Comparator) 및 감산기(95)를 피드한다. 출력 신호(VC)는 또한 SPL 검출기(30)의 제1 출력 제어 전압이다. 감산기(95)는 SPL 검출기(30)의 제2 출력 신호를 제공하기 위해 출력 신호(1-VC)를 생성하는 수학적 기능을 수행한다. 2개의 제어 신호는 도 12에 도시된 이득 곱셈기(40, 50)에 적용되어 청력 정상화 시스템의 크로스 페이드 동작을 제공한다.
다시 도 13을 참조하면, 고속 릴리스 시상수 필터(90)의 출력 신호(S90)는 고속 릴리스 시상수 신호(S90)와 저속 시상수 신호(VC) 사이의 최대 데시벨 차이를 결정하는 데시벨 릴리스 윈도우(92)(Decibel Release Window)의 입력을 피드한다. 데시벨 릴리스 윈도우(92)의 출력 신호(S92)는 비교기(93)의 하나의 입력을 피드하고 출력 신호(VC)는 다른 하나를 피드한다.
비교기(93)의 출력 신호(S93)는 음극 피크 제어(94)(Negative Peak Control)의 입력을 피드하고, 음극 피크 제어(94)의 출력 신호(S94)는 저속 릴리스 시상수 필터(91)를 피드한다. 동작 시, 고속 응답 정류기 필터(31)는 SPL 검출기(30)의 최대 공격 시간을 결정하고 고속 및 저속 시상수 필터(90, 91)를 각각 피드한다. 급작스러운 큰 오디오 입력 신호는 도 14에 도시된 바와 같은 고속의 공격 응답을 생성한다. 다시 도 13을 참조하면, 오디오 입력의 음압 레벨에서 갑작스러운 큰 강하는 고속 릴리스 시상수 필터(90)에 의해 면밀히 추적되고, 저속 시상수 필터(91)의 출력은 상당히 느린 속도로 감소하기 시작한다. 비교기(93)는 데시벨 릴리스 윈도우(92)를 통해 피드되는 저속 시상수 필터(91)와 고속 시상수 필터(90) 사이의 차이를 비교한다. 데시벨 릴리스 윈도우는 일반적으로 고속 릴리스 입력 신호(S90)와 출력 신호(S92) 사이에 6db 차이로 설정된다. 이는 비교기(93)가 음극 피크 제어(94)를 활성화하기 전에 고속 릴리스 출력 신호(S90)가 6db 만큼 강하될 것을 요구한다. 음극 피크 제어(94)는 저속 릴리스 시상수를 고속 시상수와 동일한 음극 피크에 있도록 즉시 변경한다.
입력 신호가 큰 데시벨 범위에 걸쳐 빠르게 하강하는 경우, 출력 제어 신호(VC 및 1-VC)는 고속 릴리스 시상수 필터(90)와 동일한 릴리스 응답을 제공한다. 입력 오디오 신호가 매우 느리게 하강하는 경우, 저속 릴리스 응답 필터 출력 신호(VC)와 데시벨 릴리스 윈도우 출력 신호(S92) 간의 차이가 6db 윈도우를 초과하지 않으므로, 저속 릴리스 응답(VC)은 출력 응답(VC)으로 유지된다. 이는 저속 감쇠 오디오 입력 신호가 저속 릴리스 응답에 의해 처리되고 크로스 페이드 동작 동안 임의의 이득 변조 없이 리플이 없는 릴리스를 유지하도록 한다. 적절한 고속 감쇠 인벨로프(envelope)가 있는 입력 오디오 신호는 입력 오디오의 실제 인벨로프를 추적하는 출력 시상수를 생성한다. 추적은 데시벨 릴리스 윈도우(92), 비교기(93) 및 음극 피크 제어(94)의 상호 작용으로 인하여 저속 릴리스 시상수 필터(91)의 음극 피크를 증가시킨다.
데시벨 릴리스 윈도우(92)의 동작으로 인하여, 저속 시상수 음극 피크가 고속 시상수와 동일한 경우, 저속 릴리스 시상수가 우세하게 된다. 따라서, 고속 릴리스 시상수에서 제어 신호 리플이 아닌 음으로 가는 피크만 저속 릴리스에 영향을 미치며, 제어 신호(VC)에서 발생하는 리플을 제거한다. 이것은 관련된 이득 변조가 없이 매우 빠른 릴리스 응답을 허용한다.
도 14는 적응형 동적 제어의 동적 응답 특성을 도시한다. 정류기 필터(31)의 출력에서 고속 공격 시간 응답(S31)은 0db와 60db 사이에서 거의 즉각적인 응답을 갖는다. 고속 릴리스 시상수 필터(90)의 출력에 나타나는 고속 릴리스 신호(S90)는 3ms 만큼 빠른 릴리스 시간을 제공할 수 있다. 저속 릴리스 신호(VC)는 저속 릴리스 시상수 필터(91)의 출력에 나타난다. 적응형 동적 제어는 입력되는 오디오 신호의 실제 인벨로프를 추적하고, 처리된 오디오에서 펌핑(pumping) 및 브리딩(breathing) 아티팩트를 유발할 수 있는 이득 변조를 방지하는 적응적이고, 리플이 없으며, 부드러운 릴리스 응답을 제공한다. 저레벨 보정 응답은 0db이고, 고레벨 보정 응답은 60db이며 시스템은 저레벨 보정 응답과 고레벨 보정 응답 사이에서 동적으로 크로스 페이딩한다. 입력 음압 레벨에서의 급작스러운 큰 증가는 경우 저레벨 보정에서 고레벨 보정으로 응답이 즉시 변경된다. 정류기 필터(31)의 출력에서 고속 공격 시간 응답(S31)은 0db와 60db 사이에서 거의 즉각적인 응답을 갖는다. DSP 프로세서의 오디오 신호 경로는 고속 공격 시간과 결합되어, 가능한 오버슈트를 제거하도록 0.5ms 만큼 지연될 수 있다. 이것은 정상적인 청력을 가진 사람이 급작스러운 소리의 증가를 들을 수 있는 방법을 보다 잘 나타내는 출력 오디오를 제공한다.
저레벨 보정 응답으로 돌아가는 데 필요한 릴리스 시간은 적응적이며, 오디오 입력 신호의 단기 인벨로프를 기초로 한다. 음압 레벨이 급격히 하강하는 경우, 릴리스 응답은 입력 오디오의 인벨로프를 추적한다. 고속 릴리스 시상수 필터(90)의 출력에서 고속 릴리스 신호(S90)는 3ms만큼 빠른 릴리스 시간을 제공한다. 저속 릴리스 시상수 필터(91)의 출력에서의 저속 릴리스 신호(VC)는 500ms 이상일 수 있다. 적응형 동적 제어는 입력되는 오디오 신호의 실제 인벨로프를 추적하고, 처리된 오디오에서 펌핑 및 브리딩 아티팩트를 유발할 수 있는 이득 변조를 방지하는 적응적이고, 리플이 없으며, 부드러운 릴리스 응답을 제공한다. 이것은 사용자가 음압 레벨이 빠르게 변하는 시끄러운 환경에 있을 때 특히 유용하다.
릴리스 응답은 다중 대역 압축 시스템의 8:1 적응형 릴리스 응답과 비교하여 150:1보다 큰 비율로 적응할 수 있다. 크로스 페이드 동작과 결합된 동적 응답은 극도로 적응적이고 투명한 청력 정상화 시스템을 제공한다.
자동 튜닝
도 15를 참조하면, 본 발명의 동작 신호 처리 측면은 디지털 신호 프로세서(DSP1)에서 구현된다. 프로세서(DSP1)는 마이크로폰(M1)으로부터 오디오 입력 신호를 수신한다. 두 개 이상의 마이크 간의 도달 시간을 기반으로 하는 노이즈 감소와 같은 다른 기능을 제공하기 위해 추가적인 마이크가 사용될 수 있다. 프로세서(DSP1)는 테스트의 모든 음압 레벨을 포함하는 동작 측정 모드를 시작하기 위하여 휴대 전화나 컴퓨터로부터 제어 정보를 수신한다. 측정 자극은 프로세서(DSP1)에서 내부적으로 생성되거나, 외부 휴대 전화 또는 컴퓨터에서 무선 또는 블루투스를 통해 전송될 수 있다. 측정된 데이터는 프로세서(DSP1)의 메모리나 외부 휴대 전화 또는 컴퓨터에 수집 및 저장될 수 있다.
다양한 음압 레벨에서 측정 데이터를 수집하여 메모리에 저장하면, 사용자가 자동 튜닝 동작을 사용할 수 있다. 자동 튜닝 동작을 선택하면 휴대 전화, 컴퓨터 또는 DSP 프로세서가 저장된 측정 응답 데이터를 사용하여 다중 보정 응답 곡선을 생성하는 데 필요한 적절한 필터 계수를 계산하고 결정하는 프로세스가 시작된다. 필터 계수는 DSP 프로세서 내에서 적용되어 도 11에 도시된 바와 같이 다중 음압 레벨에서 정확한 보정 응답 곡선을 생성한다. 프로세서(DSP1)는 음향 장치에 적용되는 오디오 출력을 생성하기 위해 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에 공급되는 디지털 신호에 동적 보정 응답을 적용한다. 오디오 신호는 또한 무선 또는 블루투스 인터페이스를 통해 프로세서(DSP1)로 전송될 수 있으며, 인터페이스로부터 전화 통화 및 기타 원하는 오디오 신호를 처리할 수 있다.
향상된 동적 헤드룸
전형적인 보청기 및 개인용 청취 장치는 배터리로 동작한다. 더 낮은 전압에서 동작하면 동작 시간과 장치에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있는 전류가 증가할 수 있지만, 전압이 낮을수록 입력 신호와 출력 스피커를 구동하는 데 사용할 수 있는 전압 스윙과 헤드룸이 감소한다. 정상적인 청력을 가진 사람의 응답에 가까운 응답 또한 높은 동적 범위에서 동작하는 청력 정상화 시스템이 필요하다.
도 16을 참조하면, 마이크 프리앰프(U1)의 출력 이후에 추가적인 이득 부스트가 적용된다. 따라서, 청력 임계값에서 들을 때 노이즈 침입을 방지하기 위해서, 마이크 프리앰프(U1)의 출력에서 낮은 노이즈가 나타나는 것이 중요하다. 매우 높은 SPL 레벨에서 정상화된 청력을 용이하게 하기 위하여, 입력 마이크 전자 장치에 과부하 또는 왜곡 없이 동작하도록 보장하는 것 또한 중요하다. 바람직하게는, 도 16 내지 도 18과 관련하여 설명한 바와 같이, 청력 정상화 시스템의 마이크 프리앰프 회로는 마이크 프리앰프에 전력을 공급하는 데 사용되는 가용 전원 공급 전압을 적응적으로 증가시킴으로써 동적 동작으로 높은 SPL 레벨을 수용할 수 있다.
도 16을 다시 참조하면, 도 17에 구체적으로 도시된 바와 같이 동적 적응형 마이크 프리앰프(MP1)는 오디오 추적 전원 공급 레일(PARC1 및 PARC2)을 포함한다. 도 16을 다시 참조하면, 저전압 저노이즈 연산 증폭기(U1)는 차동 마이크 프리앰프로 사용된다. 증폭기(U1)와 저항(R1, R2, R3 및 R4)은 20db 이상의 일반적인 이득을 갖는 표준 차동 증폭기 회로를 형성한다. 양극 전원 공급 핀(+V)은 쇼트키(schottkey) 다이오드(D2)의 음극단에 연결된다. 쇼트키 다이오드(D2)의 양극단은 +1.5V 전원 공급 레일에 연결된다. 캐패시터(C2)의 양극은 양극 전원 공급 핀(+V)에 연결되고, 이 노드는 가변 양극 전원 공급 레일(+VAR)이 된다. 캐패시터(C2)의 음극은 양극 레일 충전 회로(40) 및 양극 레일 부스트 회로(30)의 출력에 연결된다. 동작 시, 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 0인 경우, 양극 레일 충전 회로(40)가 활성화된다.
트랜지스터(Q5)의 이미터는 접지에 연결되고 저항(R12)은 -1.5V 전원 공급 레일과 트랜지스터(Q5)의 컬렉터 사이에 연결된다. 저항(R10)은 -1.5V 전원 공급 레일과 트랜지스터(Q5)의 베이스에 연결된다. 또 다른 저항(R9)은 트랜지스터(Q5)의 베이스와 다이오드(D12)의 음극단 사이에 연결된다. 다이오드(D12)의 양극은 마이크 프리앰프(U1)의 출력에 연결된다. 저항(R9 및 R10)의 값은 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 양의 0.3V 미만일 때 스위칭 트랜지스터(Q5)를 바이어스하도록 선택된다. 스위칭 트랜지스터(Q5)가 스위치 온 되는 경우, 스위칭 트랜지스터(Q5)의 컬렉터는 접지된다. 스위칭 트랜지스터(Q5)의 컬렉터가 접지로 스위칭되는 경우, 트랜지스터(Q6)가 켜지고 캐패시터(C2)의 음극이 -1.5 전압 레일에 연결된다. 이는 +1.5V 전원 공급 장치 레일과 -1.5V 전원 공급 장치 레일에 걸쳐 캐패시터(C2)를 충전시킨다. 따라서 캐패시터(C2)는 3V로 충전된다. 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 0.3V 이상으로 스윙하는 경우, 스위칭 트랜지스터(Q5)가 꺼지고 트랜지스터(Q6)의 베이스가 베이스 저항(R11 및 R12)을 통해 -1.5V 레일로 풀링되어, 스위칭 트랜지스터(Q6)가 꺼지게 되므로 트랜지스터(Q6)는 오픈 컬렉터가 된다.
마이크 프리앰프(U1)의 출력이 0.4V 이상의 양으로 스윙함에 따라 레일 부스트 트랜지스터(Q4)가 활성화된다. 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 컬렉터는 +1.5V 전원 공급 레일에 연결된다. 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 이미터는 캐패시터(C2)의 음극에 연결된다. 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 베이스는 직렬로 연결된 다이오드(D8, D9, D0 및 D11)를 통해 마이크 프리앰프(U1)의 출력에 연결되고, 다이오드(D11)의 음극단은 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 베이스와 연결되며, 다이오드(D8)의 양극단은 마이크 프리앰프(U1)의 출력에 연결된다. 레일 부스트 트랜지스터(Q4)는 다이오드(D8, D9, D10 및 D11)의 순방향 다이오드 강하와 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 VBE 강하를 기초로 하는 음의 오프셋을 가진 이미터 팔로워(emitter follower)로 동작한다. 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 대략 0.4V 이상으로 증가함에 따라, 레일 부스트 트랜지스터(Q4)의 이미터 전압은 캐패시터(C2)의 음극단에 충전된 -1.5V 전원 공급 레일 이상에서 선형으로 증가하기 시작한다. 이에 따라 캐패시터(C2)의 음극단 상의 전압이 증가하여 마이크 프리앰프(U1)의 양극 전원 공급 핀에서 전압이 증가하게 된다. 이러한 전압 증가는 오디오 입력 신호를 추적하고 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 4V를 초과할 때까지 계속된다. 출력은 약 4.2V에서 포화된다. 이에 따라 음극 부스트 레일(15)이 동작하는 경우 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 +4.2V와 -4.2V 사이에서 스윙하도록 한다.
이는 8.4V 배터리와 동일한 마이크 프리앰프(U1)의 헤드룸을 제공하며, 3V 배터리의 일반적인 것보다 훨씬 높다. 이것은 또한 클리핑 전에 사용 가능한 출력 전압 스윙을 거의 3배 증가시킨다. 캐패시터(C2)에 보유된 전하로 인하여 증가된 양의 전압을 사용할 수 있다. 회로는 오디오 출력 신호에 의해 제어되는 충전 펌프 회로처럼 동작한다. 마이크 프리앰프(U1)의 동작으로 인해 풀링된 전류로 인한 약간의 전압 강하가 발생한다. 이러한 약간의 방전은 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압 스윙이 0.3V 아래로 하강하면 보충되어, 양극 레일 충전 회로(40)를 키게 된다. 캐패시터(C1 및 C2)는 +VAR 피크 전압의 전압 처짐을 방지하기 위하여 매우 낮은 주파수 동작에서 최소 방전을 제공하도록 선택된다. 마이크 프리앰프(U1)의 동적 동작이 없는 경우, 정상적인 출력 스윙은 3V의 총 전압 스윙에 대해 +/- 1.5V가 된다. 쇼트키 다이오드(D1 및 D2)의 순방향 전압 강하는 더 낮은 전압에서 제한 요소가 된다. D1 및 D2에 이상적인 다이오드를 사용하면 헤드룸이 완전한 3배로 증가할 수 있다. 매우 낮은 배터리 전압이 사용되는 경우, 가능한 가장 낮은 순반향 전압 강하를 제공하기 위해 다이오드(D1 및 D2)를 중요하게 선택해야 한다. 도 17을 참조하면, 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압 스윙이 가변 적응형 전원 공급 레일(+VAR 및 -VAR)과 함께 도시된다. 순수한 사인파 입력 신호를 사용하면, 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압이 약 0.4V 이상으로 증가함에 따라, 양극 전원 공급(+VAR)이 증가하기 시작하며, 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압 스윙에 대한 증가된 헤드룸을 제공하게 된다.
도 16을 다시 참조하면, 음극 전원 공급 핀(-V)은 쇼트키 다이오드(D1)의 양극단에 연결된다. 쇼트키 다이오드(D1)의 음극단은 -1.5V 전원 공급 레일에 연결된다. 캐패시터(C1)의 음극단은 음극 전원 공급 핀(-V)에 연결된다. 이 노드는 가변 음극 전원 공급 레일(-VAR)이 된다. 캐패시터(C1)의 양극단은 음극 레일 충전 회로(20) 및 음극 레일 부스트 회로(10)의 출력에 연결된다. 동작 시, 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 0V인 경우, 음극 레일 충전 회로(20)가 활성화된다.
트랜지스터(Q2)의 이미터는 접지에 연결되고, 저항(R7)은 +1.5V 전원 공급 레일과 Q2의 컬렉터 사이에 연결된다. 저항(R5)은 +1.5V 전원 공급 레일과 트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결된다. 저항(R6)은 트랜지스터(Q2)의 베이스와 다이오드(D7)의 양극 사이에 연결된다. 다이오드(D7)의 음극은 마이크 프리앰프(U1)의 출력에 연결된다. 저항(R5 및 R6)의 값은 U1의 출력이 -0.3V 이상일 때 스위칭 트랜지스터(Q2)를 바이어스하도록 선택된다. 스위칭 트랜지스터(Q2)가 켜지는 경우, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는 접지된다. 트랜지스터(Q2)의 컬렉터가 접지로 전환되는 경우, 트랜지스터(Q3)가 켜지고 캐패시터(C1)의 양극단이 +1.5V 전압 레일에 연결된다. 이에 따라 +1.5V 전원 공급 레일과 -1.5V 전원 공급 레일에 걸쳐 캐패시터(C1)가 충전된다. 이에 따라, 캐패시터(C1)가 3V로 충전된다. U1의 출력이 0.3V 이상 음으로 스윙하는 경우, 스위칭 트랜지스터(Q2)가 꺼지고, 트랜지스터(Q3)의 베이스는 저항(R8)을 통해 다른 저항(R7)에 의해 +1.5V 레일로 풀링되어 트랜지스터(Q3)가 꺼지게 되어, 트랜지스터(Q3)는 오픈 컬렉터가 된다.
마이크 프리앰프(U1)의 출력이 0.4V 이상 음으로 스윙하는 경우, 레일 부스트 트랜지스터(Q1)가 활성화된다. Q1의 컬렉터는 -1.5V 전원 공급 레일에 연결되고, Q1의 이미터는 캐패시터(C1)의 양극단에 연결되고 Q1의 베이스는 직렬로 연결된 다이오드(D3, D4, D5 및 D6)를 통해 마이크 프리앰프(U1)의 출력에 연결되며, 다이오드(D3)의 양극단은 트랜지스터(Q1)의 베이스와 연결되며, 다이오드(D6)의 음극은 마이크 프리앰프(U1)의 출력과 연결된다. 트랜지스터(Q1)는 다이오드(D3, D4, D5 및 D6)의 순방향 다이오드 강하와 트랜지스터(Q1)의 VBE 강하를 기초로 하는 양의 오프셋을 갖춘 이미터 팔로워로 동작한다. 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 약 음의 0.4V 아래로 감소함에 따라, 트랜지스터(Q1)의 이미터 전압은 캐패시터(C1)의 양극단이 충전된 +1.5V 전원 공급 레일 아래에서 선형적으로 감소하기 시작한다. 이는 캐패시터(C1)의 양극단 상의 전압을 증가시키고, 이어서 마이크 프리앰프(U1)의 음극 전원 공급 핀(-V)에서 음극 전압을 증가시킨다. 이러한 음의 전압 증가는 오디오 입력 신호를 추적하고 마이크 프리앰프(U1)의 출력이 -4V를 초과할 때까지 계속된다. 출력은 약 -4.2V에서 포화된다. 캐패시터(C1)에 보유된 전하로 인하여 증가된 전압을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 회로는 오디오 출력 신호에 의해 제어되는 충전 펌프 회로처럼 동작한다. 캐패시터(C1)의 약간의 전압 강하는 마이크 프리앰프(U1)의 동작으로 인해 풀링된 전류로 인해 발생한다. 이러한 약간의 방전은 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압 스윙이 음의 0.3V 이상으로 올라가면 보충되어, 음극 레일 충전 회로(20)를 킨다. 캐패시터(C1 및 C2)는 +VAR 피크 전압의 전압 저하를 방지하기 위하여 매우 낮은 주파수 동작에서 최소 방전을 제공하도록 선택된다. 마이크 프리앰프(U1)의 동적 동작이 없는 경우, 일반적인 출력 스윙은 3V의 총 전압 스윙에 대해 +/- 1.5V가 된다. 다시 도 17을 참조하면, 마이크 프리앰프(U1)의 출력 전압이 약 -0.4V 아래로 스윙함에 따라 음극 전원 공급(-VAR)이 고정 음극 레일 아래로 스윙하기 시작하여, 마이크 프리앰프(U1)의 음의 출력 전압 스윙에 대한 헤드룸을 증가시킨다.
또한, 정상화된 청력에 중요한 것은 소리를 귀에 전달하는 음향 장치를 구동하는 증폭기의 동적 범위이다. 무대 음압 레벨이 상당히 높을 수 있고 요구되는 출력 레벨이 공칭 청취 레벨보다 높을 수 있기에, 이것은 전문 음악가에게 매우 중요하다. 또한, 음악가가 아닌 사용자가 왜곡 없이 더 높은 출력 레벨을 요구할 수도 있으며, 특히 클리핑 없이 과도 현상을 처리하는 데 매우 중요하다. 사용 가능한 사용자 선택 가능 오디오 기능 중 하나는 압축 또는 제한으로, 사용자가 시끄러운 환경에서 출력 레벨을 감소시킬 수 있으나, 순간적인 시끄러운 레벨을 처리하는 기능은 정상적인 청력 응답을 제공하는 데 중요하다. 마이크 프리앰프의 사용 가능한 헤드룸을 늘리는 동일한 방법을 사용하여 출력 앰프의 헤드룸 또한 늘릴 수 있다.
도 16에 도시된 동적 헤드룸 회로는 또한 귀를 위한 스피커 드라이버에 전원을 공급하는 앰프 회로의 동적 범위를 향상시키는 데에 사용될 수도 있다. 도 18은 향상된 동적 범위 동작을 위한 청력 정상화의 출력 앰프 섹션의 단순화된 블록도를 도시한다. 양극 및 음극 레일 충전 및 레일 부스트 회로는 하나의 필요한 변경 사항만이 있고, 도 11과 동일하다. 청력 정상화 시스템에서 일반적인 32옴 스피커를 구동하는 경우, 증가된 전류 요구를 처리하기 위하여 저장 캐패시터(C1 및 C2)의 값이 더 커야 한다. 전압 처짐 및 저주파수를 방지하기 위해 증가된 캐패시턴스가 필요하다. 필요한 캐패시턴스 증가는 마이크 프리앰프(U1)에 필요한 캐패시터(C1 및 C2)의 10배 정도이다.
대안적으로, 그래픽 이퀄라이저와 유사하게, 상태 가변 필터 또는 고정 대역폭 필터로 구현되는 다중 주파수 필터를 사용하여 동적 보정 응답을 얻을 수 있으며, 입력 음압 레벨과 상관관계에 있는 필터의 출력 레벨을 동적으로 변경하여 상이한 음압 레벨에서 필요한 보정을 생성할 수 있다. 이것은 아날로그 또는 디지털 형태로 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 상술한 목적, 목표 및 이점을 완전히 만족시키는 청력 정상화 및 보정 시스템이 제공되었다는 것은 명백하다. 본 발명이 그 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 전술한 설명에 비추어 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다는 것이 명백하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상에 그와 같은 모든 대안, 수정 및 추가가 포함하도록 의도된다.

Claims (17)

  1. 오디오 입력 신호에 대한 정확한 청력을 음향 장치 사용자의 귀에 전달하기 위한 프로세스로서,
    제1 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 제1 음압 레벨에서 상기 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제1 보정 응답으로 상기 오디오 입력 신호를 수정하는 단계;
    제2 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 상기 제1 음압 레벨보다 높은 제2 음압 레벨에서 상기 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제2 보정 응답으로 상기 오디오 입력 신호를 수정하는 단계;
    상기 입력 음압이 상기 제1 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 상기 제1 보정 레벨 응답을 적용하는 단계;
    상기 입력 음압이 상기 제2 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 상기 제2 보정 레벨 응답을 적용하는 단계; 및
    상기 입력 음압이 상기 제1 음압 레벨과 상기 제2 음압 레벨의 사이인 경우, 상기 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 상기 제1 보정 레벨 응답과 상기 제2 보정 레벨 응답의 사이에서 상기 출력 신호를 동적으로 변화시키는 단계를 포함하는 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오디오 입력 신호의 상기 제2 음압 레벨은 청력의 정상적인 대화 레벨인 프로세스.
  3. 제1항에 있어서,
    제3 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 상기 제1 음압 레벨보다 높은 제3 음압 레벨에서 상기 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 제3 보정 응답으로 상기 오디오 입력 신호를 수정하는 단계;
    상기 입력 음압이 상기 제3 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 상기 제3 보정 레벨 응답을 적용하는 단계; 및
    상기 입력 음압이 상기 제2 음압 레벨과 상기 제3 음압 레벨의 사이인 경우, 상기 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 상기 제2 보정 레벨 응답과 상기 제3 보정 레벨 응답의 사이에서 상기 출력 신호를 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  4. 제3항에 있어서,
    추가적인 대응하는 보정 레벨 응답을 생성하기 위해 상기 사용자의 제3 실제 청력 응답에 비해 순차적으로 높아지며 대응하는 추가적인 음압 레벨들에서, 상기 사용자의 실제 청력 응답에 기초한 추가적인 보정 레벨 응답으로 상기 오디오 입력 신호를 수정하는 단계;
    상기 입력 음압이 상기 대응하는 추가적인 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 각 대응하는 추가적인 보정 레벨 응답을 적용하는 단계; 및
    상기 입력 음압이 추가적인 대응하는 순차적 음압 레벨의 사이인 경우, 상기 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 상기 출력 신호를 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  5. 제1항에 있어서,
    오디오 스펙트럼을 다중 주파수 대역으로 분할하는 단계; 및
    상기 각 다중 주파수 대역에서 제1항의 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음압 레벨과 상기 제2 음압 레벨에서 상기 오디오 입력 신호를 수정하는 단계는,
    상기 오디오 입력 신호의 상기 제1 음압 레벨과 상기 제2 음압 레벨에서 상기 사용자의 제1 실제 청력 응답과 제2 실제 청력 응답을 각각 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 제1 실제 청력 응답과 상기 제2 실제 청력 응답을 각각 상기 제1 보정 레벨 응답과 상기 제2 보정 레벨 응답으로 변환하는 단계를 포함하는 프로세스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오디오 입력 신호의 상기 제2 음압 레벨은 청력의 정상적인 대화 레벨인 프로세스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 음압 레벨보다 높은 제3 음압 레벨에서 상기 사용자의 제3 실제 청력 응답을 측정하는 단계;
    측정된 상기 제3 실제 청력 응답을 제3 보정 레벨 응답으로 변환하는 단계;
    입력 음압이 상기 제3 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 상기 제3 보정 레벨 응답을 적용하는 단계; 및
    입력 음압이 상기 제2 음압 레벨과 상기 제3 음압 레벨의 사이인 경우, 상기 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 상기 제2 보정 레벨 응답과 상기 제3 보정 레벨 응답의 사이에서 상기 출력 신호를 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사용자의 제3 실제 청력 응답에 비해 순차적으로 높아지며 대응하는 음압 레벨에서 상기 사용자의 추가적인 실제 청력 응답을 측정하는 단계;
    각 추가되고 측정된 실제 청력 응답을 추가적인 대응하는 보정 레벨 응답으로 변환하는 단계;
    상기 입력 음압이 상기 대응하는 추가적인 음압 레벨인 경우 상기 음향 장치의 출력 신호에 상기 대응하는 추가적인 보정 레벨 응답을 적용하는 단계; 및
    상기 입력 음압이 추가적인 순차적 음압 레벨의 사이인 경우, 상기 오디오 입력 신호의 변화하는 음압 레벨과 상관관계가 있는 상기 출력 신호를 대응하는 순차적 보정 레벨 응답 사이에서 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  10. 제6항에 있어서,
    오디오 스펙트럼을 다중 주파수 대역으로 분할하는 단계; 및
    상기 각 다중 주파수 대역에서 제1항의 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  11. 오디오 입력 신호에 대한 정확한 청력을 음향 장치 사용자의 귀에 전달하기 위한 프로세서로서,
    오디오 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하는 제1 컨버터;
    상기 오디오 입력 신호의 음압 레벨에 대응하는 제어 신호를 생성하기 위하여 상기 디지털 출력 신호를 수정하는 감지기;
    상기 사용자의 실제 측정된 제1 저레벨 청력 응답에 대응하는 제1 보정 등화 신호를 생성하기 위하여 상기 디지털 출력 신호를 수정하는 제1 필터; 및
    상기 사용자의 실제 측정된 제2 고레벨 청력 응답에 대응하는 제2 보정 등화 신호를 생성하기 위하여 상기 디지털 출력 신호를 수정하는 제2 필터를 포함하는 프로세서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감지된 음압 레벨이 저레벨에 대응하는 경우 제1 최대 이득 출력 신호를 제공하기 위하여 상기 제1 보정 등화 신호의 이득을 동적으로 변화시키는 제1 곱셈기; 및
    상기 감지된 음압 레벨이 고레벨에 대응하는 경우 제2 최대 이득 출력 신호를 제공하기 위하여 상기 제2 보정 등화 신호의 이득을 동적으로 변화시키는 제2 곱셈기를 더 포함하는 프로세서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감지된 음압 레벨이 상기 고레벨과 상기 저레벨 사이인 경우 상기 제1 최대 이득 출력 신호와 상기 제2 최대 이득 출력 신호를 결합하는 가산기를 더 포함하는 프로세서.
  14. 정확한 저레벨 청력 보정 응답을 제공하기 위하여 음향 장치의 응답을 튜닝하기 위한 프로세스로서,
    사용자의 실제 저음압 레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 상기 사용자의 귀에 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 정형화된 노이즈를 적용하는 단계;
    결정된 상기 실제 저음압 레벨 청력 응답을 보정 저레벨 응답으로 변환하는 단계; 및
    상기 보정 저레벨 응답을 상기 음향 장치의 출력에 적용하는 단계를 포함하는 프로세스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 사용자의 귀에 상기 저음압 레벨보다 높은 다른 음압 레벨에서 광대역 마스킹 노이즈를 적용하는 단계;
    상기 사용자의 실제 고레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 상기 사용자의 귀에 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 협대역 자극을 적용하는 단계;
    상기 사용자의 결정된 실제 고레벨 청력 응답을 고레벨 청력 보정 응답으로 변환하는 단계; 및
    상기 고레벨 보정 응답을 상기 음향 장치의 상기 출력에 적용하는 단계를 더 포함하는 프로세스.
  16. 사용자를 위한 정확한 대화 레벨 청력 보정 응답을 제공하기 위하여 음향 장치의 응답을 튜닝하기 위한 프로세스로서,
    상기 사용자의 귀에 대화 음압 레벨에서 광대역 마스킹 노이즈를 적용하는 단계;
    상기 사용자의 실제 대화 음압 레벨 청력 응답을 결정하기 위하여 상기 사용자의 귀에 임계 주파수 지점에서 중심 주파수를 갖는 협대역 자극을 적용하는 단계;
    상기 사용자의 결정된 실제 대화 음압 레벨 청력 응답을 대화 음압 레벨 청력 보정 응답으로 변환하는 단계; 및
    상기 대화 음압 레벨 청력 보정 응답을 상기 음향 장치의 출력에 적용하는 단계를 포함하는 프로세스.
  17. 사용자의 정확한 청력 보정 응답을 제공하기 위하여 음향 장치의 출력 응답을 자동적으로 튜닝하기 위한 프로세스로서,
    상기 사용자의 실제 정형화된 노이즈 소리 레벨 청력 응답에서 주파수 지점 데이터의 정형화된 노이즈 세트를 생성하기 위하여 선택된 주파수 지점의 세트에서 중심 주파수를 가지는 정형화된 노이즈를 상기 사용자의 귀에 적용하는 단계;
    상기 사용자의 귀에 광대역 마스킹 노이즈를 적용하는 단계;
    상기 사용자의 실제 자극 레벨 청력 응답에서 자극 주파수 지점 데이터의 세트를 생성하기 위하여 선택된 자극 주파수 지점의 세트에서 중심 주파수를 가지는 협대역 자극을 적용하는 단계;
    디지털 프로세서의 메모리에 주파수 지점 데이터의 상기 정형화된 노이즈와 자극 세트를 저장하는 단계; 및
    상기 디지털 프로세서가 저장된 주파수 지점 데이터를 사용하여 노이즈 레벨과 자극 레벨 청력 보정 응답을 계산하고, 상기 노이즈 레벨과 상기 자극 레벨 청력 보정 응답을 사용하여 상기 디지털 프로세서가 정확한 노이즈 레벨과 자극 레벨 청력 보정 응답 곡선을 제공할 수 있도록 하는 필터 계수를 결정하도록 하는 커맨드를 상기 디지털 프로세서에 전송하는 단계를 포함하는 프로세스.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118056411A (zh) * 2021-11-10 2024-05-17 梅利索诺有限公司 听力矫正系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6868163B1 (en) * 1998-09-22 2005-03-15 Becs Technology, Inc. Hearing aids based on models of cochlear compression
JP2002536930A (ja) * 1999-02-05 2002-10-29 ザ ユニバーシテイ オブ メルボルン 適応ダイナミックレンジ最適化サウンドプロセッサ
ES2258575T3 (es) * 2001-04-18 2006-09-01 Gennum Corporation Instrumento de audicion de multiples canales con comunicacion entre canales.
US7715571B2 (en) * 2006-03-23 2010-05-11 Phonak Ag Method for individually fitting a hearing instrument
BRPI0808751A2 (pt) * 2007-03-14 2017-05-30 Able Planet Inc sistema e método para melhoria de sinais de áudio para os deficientes auditivos
JP5488389B2 (ja) * 2010-10-20 2014-05-14 ヤマハ株式会社 音響信号処理装置
US10564928B2 (en) * 2017-06-02 2020-02-18 Rovi Guides, Inc. Systems and methods for generating a volume- based response for multiple voice-operated user devices
US10048930B1 (en) * 2017-09-08 2018-08-14 Sonos, Inc. Dynamic computation of system response volume
US10524082B1 (en) * 2018-10-24 2019-12-31 Bose Corporation Accelerometer-driven automatic volume and tone control
US11295718B2 (en) * 2018-11-02 2022-04-05 Bose Corporation Ambient volume control in open audio device

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