KR101231866B1 - 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력버퍼 메모리로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 고속푸리에변환한 후 비선형 압축을 실행하는 제1 처리단과; 상기 제1 처리단을 통해 비선형 압축되어 입력된 진폭스펙트럼 데이터를 고속 역 푸리에변환하여 출력시키는 제2 처리단과; 상기 제2 처리단의 귀환소음이 제거된 음성신호음데이터를 N개가 될 때까지 저장하였다가 출력하는 출력버퍼 메모리와; 상기 출력버퍼 메모리로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 D/A 컨버터와;상기 D/A 컨버터를 포함하여 보청기시스템에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 보청기내에서 발생하는 음향 피드백신호와 협소한 주파수 밴드의 특정주변 잡음을 자동으로 제거함과 더불어 보청기의 착용자의 취향에 맞춰 음색을 변화시켜주므로써, 보청기 사용자들이 보청기의 음향 귀환 소음으로 인한 불쾌감을 줄여주고 어음이 상대적으로 강조되어 증폭된 소리를 들을 수 있기 때문에 어음 변별력을 상당히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법{Hearing aid for cancelling a feedback noise and controlling method therefor}

본 발명은 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 보청기내에서 발생하는 음향 피드백신호와 협소한 주파수 밴드의 특정주변 잡음을 자동으로 제거함과 더불어 보청기의 착용자의 취향에 맞춰 음색을 변화시켜주므로써, 어음 변별력을 상당히 향상시킬 수 있는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 보청장치는 청력이 약하여 잘 들리지 아니하는 난청자가 외부음을 잘 들을 수 있도록 보조하기 위한 기기이다. 그런데, 상기 보청기는 보통 사용중 사용자의 귀 안에 또는 그 뒤에 착용할만큼 충분히 작은 초소형 장치이기 때문에 보청기의 사용 전에, 사용자가 인식하기 어려운 주파수 범위를 증폭시키기 위하여 처방에 따라 보청기 피팅(fitting) 전문가에 의해 개별적으로 프로그래밍하게 된다. 여기서 상기와 같은 디지털 보청기는 도 1에 도시된 바와같이 DSP IC칩(D)내의 증폭기에 의해 신호가 증폭되더라도 증폭 정도를 사용자가 사용자의 청력에 맞춰 조절하기 위해 볼륨 조절기(VC)를 통해 디지털 증폭기의 동작 상태를 변경하기도 한다. 이때, 상기와 같은 대부분의 볼륨 조절기(VC)는 가변 저항 방식의 볼륨 조절기이거나 메모리 변경 디지털 버튼 스위치로 구성된다. 그런데, 상기와 같은 디지털 보청기의 문제점은 보청기를 귓속에 삽입하여 착용할 때에, 보청기 외면과 귀의 외이도 피부 표면 사이에 틈이 생겨, 보청기 리시버(R)에서 출력된 출력음이 고막으로만 전달되지 않고 그 틈으로 빠져나와 다시 보청기 마이크로폰으로 입력되면서 발생하는 음향 귀환 소음(F)문제가 발생된다. 이러한 음향 귀환 소음은 보통 “삐~”하는 소리로써 보청기 사용자에게 매우 심한 불쾌감을 주고, 다른 사람의 음성을 증폭하여 들을 수 없게 만든다. 그리고 상기와 같은 보청기 착용 상태에서 말을 하거나 음식을 씹으면 외이도의 구조적 특성에 의해 외이도 내부 직경이 넓어지게 되고 이로 인해 음향 귀환이 발생할 수밖에 없게 된다. 그러므로 상기와 같은 종래 디지털 보청기에서는 음향 귀환을 제거해 주는 방안이 필요했다.

여기서 상기와 같은 보청기와 관련된 선행기술로는 심윤주에 의해 출원공개된 한국공개특허공보 제 10-2001-0008008호(발명의 명칭: 보청기 자동 피팅방법; 공개일: 2001년02월05일)가 공지되어 있다.

그러면, 상기와 같은 음향 귀환기능이 구비된 종래 보청기는 도 2를 참고로 살펴보면, 마이크로폰(70)으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 A/D컨버터(71)와;

상기 A/D컨버터(71)로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장한후 순차적으로 출력시키는 입력버퍼메모리(72)와;

상기 입력버퍼메모리(72)로부터 출력된 입력신호음 데이터(d)에서 귀환신호 제거를 위한 피드백버퍼메모리(73)의 y스칼라신호(y)를 감산시키는 감산기(74)와;

상기 감산기(74)로부터 출력된 입력신호음데이터(e)를 저장한후 순차적으로 출력시키는 중간버퍼메모리(75)와;

상기 중간버퍼메모리(75)로부터 출력된 입력신호음데이터를 증폭하여 출력시키는 증폭부(76)와;

상기 증폭부(76)로부터 출력된 입력신호음데이터를 저장한후 순차적으로 출력시키는 출력버퍼메모리(77)와;

상기 출력버퍼메모리(77)로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 리시버(78)로 출력시키는 D/A 컨버터(79)와;

상기 출력버퍼메모리(77)로부터 출력된 증폭된 신호의 일부를 피드백시켜 x벡터 데이터로 저장하는 피드백출력부(80)와;

상기 중간버퍼메모리(75)로부터 출력된 입력신호음데이터의 계수를 갱신시키는 계수갱신부(81)와;

상기 계수갱신부(81)로부터 출력된 갱신된 입력신호음데이터의 N개의 계수들을 w벡터로 저장하였다가 출력시키는 계수부(82)와;

상기 피드백출력부(80)로부터 출력된 피드백데이터의 x벡터 데이터들과 계수부(82)의 w벡터 데이터들을 승산하여 1개의 y스칼라 값으로 출력시켜 피드백버퍼메모리(73)로 출력시키는 승산기(83)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기와 같은 음향 귀환기능이 구비된 종래 보청기의 동작은 먼저, A/D컨버터(71)가 마이크로폰(70)으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음신호를 디지털신호로 변환하여 입력버퍼메모리(72)로 출력시킨다. 그리고 상기 입력버퍼메모리(72)는 상기 A/D컨버터(71)로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장한후 순차적으로 감산기(74)로 출력시킨다. 이때, 상기 감산기(74)는 입력버퍼메모리(72)로부터 출력된 입력신호음 데이터(d)에서 귀환신호 제거를 위한 피드백버퍼메모리(73)의 y스칼라신호(y)를 감산한후 그 결과신호(e=d-y)를 중간버퍼메모리(75)로 출력시킨다. 그러면, 상기 중간버퍼메모리(75)는 상기 감산기(74)로부터 출력된 입력신호음데이터(e)를 저장한후 순차적으로 증폭부(76)와 계수갱신부(81)로 각기 출력시킨다. 그리고 상기 증폭부(76)는 상기 중간버퍼메모리(75)로부터 출력된 입력신호음데이터를 증폭하여 출력버퍼메모리(77)로 출력시킨다. 또한, 상기 출력버퍼메모리(77)는 상기 증폭부(76)로부터 출력된 입력신호음데이터를 저장한후 순차적으로 D/A 컨버터(79)와 피드백출력부(80)로 출력시킨다.

이 과정에서 상기 피드백출력부(80)는 증폭부(76)에 의해 증폭된 신호를 D/A컨버터(79)를 통해 리시버(78)로 출력시키기 전에 임시 저장한다. 이때, 상기 피드백출력부(80)에 저장되는 데이터는 단일 1개의 디지털 데이터가 아니라 N개의 데이터로써 x벡터로 저장되게된다. 이러한 피드백출력부(80)의 저장 순서는 가장 오래된 데이터가 출력부 첫 단에 있고, 가장 최근 데이터가 피드백출력부(80)의 끝 단에 위치하며, 매 샘플링 시간마다 가장 오래된 데이터는 삭제되고 그 다음으로 오래된 데이터가 첫 단으로 옮겨진다. 한편, 상기 계수부(82)에도 계수갱신부(81)로부터 출력된 N개의 계수들이 w벡터로 저장되어 있다가 승산부(83)로 출력되고, 피드백출력부(80)의 x벡터 데이터들도 승산부(83)로 출력된다. 그러면 상기 승산부(83)는 피드백출력부(80)의 x벡터 데이터들과 계수부(82)의 w벡터 데이터들을 승산하여 1개의 y스칼라 값으로 피드백버퍼메모리(73)로 출력시킨다.

이 과정에서, 상기 리시버(78)에서 출력된 출력음이 귀환되어 다시 마이크로폰(70)으로 입력되는 음향 귀환이 발생할 경우 그 귀환된 소음이 다시 증폭되어 더욱 증폭된 귀환 소음을 발생하는 악순환이 반복되는 것이 귀환 소음이다.

따라서, 상기와 같은 귀환 소음을 줄이거나 제거하기 위해 귀환된 입력음(d)에 앞서 계산된 y스칼라(y)를 뺀 후, 그 결과 (e=d-y)를 증폭부(76)에 입력시킨다. 여기서 상기 입력음(d)에서 y스칼라를 뺀 e는 피드백출력부(73)의 x벡터, 그리고 계수부(82)의 w벡터로부터 계수갱신부(81)에서 w벡터를 매 샘플링 시간마다 갱신한 뒤, 그 결과인 N개의 갱신된 w벡터 데이터들을 계수부(82)로 이동시켜 제거하게된다.

그러나 상기와 같은 음향 귀환기능이 구비된 종래 보청기는 귀환 소음을 제거하기위해서 전체 연산에서 2N+1개의 곱셈과 덧셈이 필연적으로 필요한데, 이렇게 하는 것은 N 값으로 최소한 128 정수를 사용하는 경우가 대부분이라, 전체적인 연산에서 보청기시스템에 큰 부하가 발생하는 문제를 야기시켰으며, 또한, 음향 피드백신호와 협소한 주파수 밴드에 특정주변 잡음이 정상적으로 제거되지 못하기 때문에 보청기 사용자들에게 보청기의 음향 귀환 소음으로 인한 불쾌감을 주었을 뿐만아니라 어음 변별력도 상당히 저하시키는 문제점도 초래하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기위해 발명된 것으로, 보청기내에서 발생하는 음향 피드백신호와 협소한 주파수 밴드의 특정주변 잡음을 제거하기 때문에 보청기 사용자들에게 보청기의 음향 귀환 소음으로 인한 불쾌감을 줄여주고 어음 변별력을 상당히 향상시킬 수 있는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 난청인의 청력역치 역동범위 내에서 보청기의 출력 음압이 주파수 채널별로 각기 다르게 처리하고 음향 피드백을 자동으로 제거하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 보청기의 마이크로폰으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음 즉, 발화자의 음성신호들을 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터와;

상기 A/D 컨버터로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장하고 그러한 데이터가 설정된 N개될 경우 출력시키는 입력버퍼 메모리와;

상기 입력버퍼 메모리로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 고속푸리에변환한 후 비선형 압축을 실행하는 제1 처리단과;

상기 제1 처리단을 통해 비선형 압축되어 입력된 진폭스펙트럼 데이터를 고속 역 푸리에변환하여 출력시키는 제2 처리단과;

상기 제2 처리단의 귀환소음이 제거된 음성신호음데이터를 N개가 될 때까지 저장하였다가 출력하는 출력버퍼 메모리와;

상기 출력버퍼 메모리로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 D/A 컨버터와;

상기 D/A 컨버터를 포함하여 보청기시스템에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 다른 특징은 보청기의 마이크로폰으로부터 입력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 FFT 변환부가 시간영역에서 주파수 영역으로 고속푸리에 변환하는 제1 과정과;

상기 제1 과정후에 FFT변환된 입력신호음데이터를 dB변환부가 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환시키는 제2 과정과;

상기 제2 과정후에 연산된 진폭스펙트럼신호를 신호압축부에 의해 설정된 단계별로 비선형 압축을 실행하는 제3 과정과;

상기 제3 과정후에 각 주파수채널별 비선형압축신호를 적응형 노치필터부가 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키는 제4 과정과;

상기 제4 과정후에 적응적으로 이득이 변경된 진폭스펙트럼의 이득을 증감변경한후에 최대출력제한처리한 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 dB역변환부가 선형 단위로 역변환시키는 제5 과정과;

상기 제5 과정후에 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 iFFT 변환부가 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 제6 과정을 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 또다른 특징은 한 프레임 당 128개의 입력 신호에 대한 디지털 신호를 처리하되 CPU에 의한 신호 처리 시간으로 인해 일부신호 끊김 현상이 발생하지 않도록, 입력 버퍼를 통해 32개의 신규 음성 신호가 입력되자마자 0.0625msec 샘플링 시간 동안, 스펙트럼 변조 알고리즘 신호 처리가 완료된 최종 128개의 프레임 데이터 중에서 먼저 입력되었던 32개의 최종 음성 신호를 출력 버퍼에 이동시킨 후, 32개의 출력 버퍼를 리시버로 0.0625msec 샘플링시간에 동기화시켜 출력시키는 프로그래밍 알고리즘 수행단계와;

상기 프로그래밍 알고리즘 수행단계 후에 마이크로폰 입력신호 128개 데이터를 고속 프리에 변환 후 65개의 복소수 데이터를 로그 단위(dBHL)로 변환시켜 스펙트럼 진폭 변조 신호 처리를 수행한 후, 다시 로그 단위(dBHL)로부터 기대칭의 128개 복소수 단위로 재변환시켰다가 고속 프리에 역변환으로 128개의 완료된 최종

출력 음성 데이터를 연산하는 고속 프리에 역변환 알고리즘 수행단계와;

상기 고속 프리에 역변환 알고리즘 수행단계 후에 200msec 동안 연속적으로 입력된 음성 신호의 스펙트럼이 대화음의 자음 역치 레벨 곡선보다 작으면 이를 주변 소음으로 간주하여 증폭이 아닌 감쇄로 난청인이 계속 증폭된 주변 소음에 노출되지 않도록 하여 대화음 위주의 음성에만 집중하도록 하는 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘 수행단계;를 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 보청기내에서 발생하는 음향 피드백신호와 협소한 주파수 밴드의 특정주변 잡음을 자동으로 제거함과 더불어 보청기의 착용자의 취향에 맞춰 음색을 변화시켜주므로써, 보청기 사용자들이 보청기의 음향 귀환 소음으로 인한 불쾌감을 줄여주고 어음이 상대적으로 강조되어 증폭된 소리를 들을 수 있기 때문에 어음 변별력을 상당히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명은 난청인의 청력역치 역동범위 내에서 보청기의 출력 음압이 주파수 채널별로 각기 다르게 처리하고 음향 피드백을 자동으로 제거하기 때문에 난청인의 청력에 적응하는 최적의 보청기를 제공할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 보청장치를 설명하는 설명도.
도 2은 종래 음향 귀환제거 디지털 보청장치를 개략적으로 설명한 설명도.
도 3은 본 발명 일실시예에 따른 보청기시스템을 개략적으로 설명하는 설명도.
도 4는 본 발명 일실시예의 플로우차트.
도 5는 본 발명 일실시예에 따른 적응적인 비선형압축이 실행되지 않은 상태를 개략적으로 설명하는 그래프.
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 1차 비선형 압축방법을 개략적으로 설명하는 그래프.
도 7은 본 발명 일실시예에 따른 2차 비선형 압축방법을 개략적으로 설명하는 그래프.
도 8은 본 발명 제2 실시예의 방법이 적용되는 귓속 삽입형 디지털 보청기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 9는 본 발명 제2 실시예에 의한 디지털 IC 칩의 아날로그-디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 보여주는 개념도.
도 10은 본 발명 제2실시예에 의한 1 바이트 당 13 비트로 구성되는 일련의 메모리 버퍼 공간(1～128 주소번지)을 보여주는 개념도.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 의한 65개의 복소수 데이터들로부터 128개의 기대칭된 복소수 데이터들을 계산하는 동작 운영을 보여주는 개념도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 의한 1～4차 메모리 버퍼 공간에서의 디지털 신호 처리를 위한 데이터 흐름을 보여주는 개념도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 128개씩의 메모리 버퍼로 디지털 신호처리를 연속적으로 수행하면서 32개씩 신규 데이터들을 옮겨 이동시켜가는 동작 운영을 보여주는 개념도.
도 14은 본 발명의 제2실시예에 의한 고속 프리에 변환 후 스펙트럼 변조 알고리즘 및 고속 프리에 역변환을 수행하는 동작 운영을 보여주는 개념도.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 의한 난청인의 청력 검사 결과표를 구분하여 보여주는 개념도.
도 16는 본 발명의 제2실시예에 의한 청력 검사에 의한 역치 레벨 곡선들과 음성 신호 스펙트럼을 동시에 보여주는 개념도.
도 17은 본 발명의 제2실시예에 의한 음성 신호의 파형 중에서 초성, 중성, 종성을 구분하여 보여주는 개념도.
도 18은 본 발명의 제2실시예에 의한 난청인의 청력 상태에 맞춰 음성 신호를 주파수 대역에서 얼마나 증폭하거나 감쇄시켜야 하는 지 보여주는 개념도.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 의한 대화음의 역동 범위를 난청인의 저하된 청력 역동 범위에 맞추는 정도를 보여주는 개념도.
도 20은 본 발명의 제2실시예에 의한 난청인의 청력 검사 결과표와 대화음의 역동 범위를 스펙트럼 상에서 함께 보여주는 개념도.
도 21는 본 발명의 제2실시예에 의한 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘 중에서 역동 범위 압축 알고리즘의 전체 동작 운영을 보여주는 개념도.
도 22는 본 발명의 제2실시예에 의한 음성의 진폭 스펙트럼을 보여주는 개념도.
도 23은 본 발명의 제2실시예에 의한 음성 진폭 스펙트럼의 평균치를 계산하여 순간 진폭 스펙트럼과 비교하여 보여주는 개념도.
도 24은 본 발명의 제2실시예에 의한 음향 피드백이나 협대역 소음이 발생할 경우 음성과 함께 입력된 전체 신호음의 진폭 스펙트럼을 보여주는 개념도이다.
도 25는 본 발명의 제2실시예에 의한 음향 피드백이나 협대역 소음에 의해 음성 진폭 스펙트럼이 급격하게 변할 때에, 나타나는 진폭 스펙트럼 평균치를 보여주는 개념도.
도 26은 본 발명의 제2실시예에 의한 음향 피드백이나 협대역 소음의 발생 시, 대응하는 디지털 신호 처리 동작 운영을 보여주는 개념도.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제1 실시예

본 발명 제1 실시예에 의한 보청기시스템은 도에 도시된 바와같이 보청기의 마이크로폰(1)으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음 즉, 발화자의 음성신호들을 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(2)와;

상기 A/D 컨버터(2)로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장하고 그러한 데이터가 설정된 N개될 경우 출력시키는 입력버퍼 메모리(3)와;

상기 입력버퍼 메모리(3)로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: 이하 FFT라함)한 후 비선형 압축을 실행하는 제1 처리단(4)과;

상기 제1 처리단(4)을 통해 비선형 압축되어 입력된 진폭스펙트럼 데이터를 고속 역 푸리에변환하여 출력시키는 제2 처리단(5)과;

상기 제2 처리단(5)의 귀환소음이 제거된 음성신호음데이터를 N개가 될 때까지 저장하였다가 출력하는 출력버퍼 메모리(6)와;

상기 출력버퍼 메모리(6)로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 D/A 컨버터(7)와;

상기 D/A 컨버터(7)를 포함하여 보청기시스템에 동작전원을 공급하는 전원공급부(8)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 제1 처리단(4)은 입력버퍼 메모리(3)로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 FFT변환하여 시간영역에서 주파수 영역으로 하여 출력시키는 FFT 변환부(9)와;

상기 FFT 변환부(9)에 의해 FFT변환된 입력신호음데이터를 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환하여 출력시키는 dB변환부(10)와;

상기 dB변환부(10)로부터 출력된 dB형태의 데이터를 주파수 채널별로 독립적으로 진폭을 상승시키거나 하강시키는 이득 증감을 변경시켜 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼으로 연산하여 출력시키는 진폭스펙트럼부(11)와;

상기 진폭스펙트럼부(11)에 의해 출력된 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼신호를 설정되는 단계별 제어신호에 따라 비선형압축을 실행하는 신호압축부(12)와;

상기 신호압축부(12)로부터 출력된 각 주파수채널별 비선형압축신호를 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키는 적응형 노치필터부(13)를 더 포함한다.

여기서, 상기 FFT 변환부(9)는 그 출력되는 데이터를 N개 분량의 복소수 데이터로 처리한다.

또한 상기 제2 처리단(5)은 적응형 노치필터부(13)의 출력신호의 진폭스펙트럼 이득을 디지털볼륨조절기(14)에 의해 증감변경하여 출력시키는 이득증감 변경부(15)와;

상기 이득증감 변경부(15)의 출력신호를 사용자의 설정신호에 따라 주파수 영역별로 등화(이퀄라이징)하여 출력하는 등화부(16)와;

상기 등화부(16)에 의해 등화된 출력신호를 왜곡이 발생되지 않도록 최대출력제한을 주파수별로 다르게 설정하여 출력시키는 최대출력제한부(17)와;

상기 최대출력제한부(17)에 의해 출력된 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 선형 단위로 역변환시키는 dB역변환부(18)와;

상기 dB역변환부(18)에 의해 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 출력시키는 iFFT 변환부(19)를 더 포함한다.

여기서, 상기 제1 처리단(4)과 제2 처리단(5)을 포함하여 본발명 보청기시스템(20)의 구성요소들을 DSP IC 칩으로 구성될 수 있다.

다음에는 상기와 같은 본 발명 제1 실시예의 제어방법을 설명한다.

본 발명의 방법은 도 4에 도시된 바와같이 초기상태(S1)에서 보청기의 마이크로폰으로부터 입력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 FFT 변환부가 시간영역에서 주파수 영역으로 고속푸리에 변환하는 제1 과정(S2)과;

상기 제1 과정(S2)후에 FFT변환된 입력신호음데이터를 dB변환부가 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환시키는 제2 과정(S3)과;

상기 제2 과정(S3)후에 연산된 진폭스펙트럼신호를 신호압축부에 의해 설정된 단계별로 비선형 압축을 실행하는 제3 과정(S4)과;

상기 제3 과정(S4)후에 각 주파수채널별 비선형압축신호를 적응형 노치필터부가 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키는 제4 과정(S5)과;

상기 제4 과정(S5)후에 적응적으로 이득이 변경된 진폭스펙트럼의 이득을 증감변경한후에 최대출력제한처리한 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 dB역변환부가 선형 단위로 역변환시키는 제5 과정(S6)과;

상기 제5 과정(S6)후에 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 iFFT 변환부가 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 제6 과정(S7)을 포함한다.

그리고 상기 제3 과정(S4)에는 dB변환부로부터 출력된 dB형태의 데이터를 진폭스펙트럼부가 주파수 채널별로 독립적으로 진폭을 상승시키거나 하강시키는 이득 증감을 변경시켜 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼으로 연산하는 제3-1단계를 더 포함한다.

또한 상기 제5 과정(S6)에는 적응처리된 진폭스펙트럼 이득을 이득증감 변경부가 디지털볼륨조절기에 의해 증감변경시키는 제5-1단계를 더 포함한다.

그리고 상기 제5 과정(S6)에는 이득증감된 진폭스펙트럼신호를 등화부가 사용자의 설정신호에 따라 주파수 영역별로 등화(이퀄라이징)시키는 제5-2단계를 더포함한다.

환언하면, 본 발명의 보청기시스템을 이용하여 귀환신호를 제거하기위해서는 먼저, 보청기시스템(20)의 A/D컨버터(2)가 보청기의 마이크로폰(1)으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음 즉, 발화자의 음성신호들을 디지털신호로 변환하여 입력버퍼 메모리(3)로 입력시킨다. 그리고, 상기 입력버퍼 메모리(3)는 A/D 컨버터(2)로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장하고 그러한 데이터가 설정된 N개가 될 경우 FFT 변환부(9)로 출력시킨다. 그러면 상기 FFT 변환부(9)는 입력버퍼 메모리(3)로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 시간영역에서 주파수 영역으로 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: 이하 FFT라함)하여 dB변환부(10)로 출력시킨다. 또한 상기 dB변환부(10)는 FFT 변환부(9)에 의해 FFT변환된 입력신호음데이터를 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환하여 진폭스펙트럼부(11)출력시킨다. 그리고 상기 진폭스펙트럼부(11)는 dB변환부(10)로부터 출력된 dB형태의 데이터를 주파수 채널별로 독립적으로 진폭을 상승시키거나 하강시키는 이득 증감을 변경시켜 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼으로 연산하여 신호압축부(12)로 출력시킨다.

이때 상기 신호압축부(12)는 진폭스펙트럼부(11)에 의해 출력된 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼신호를 설정되는 단계별 제어신호에 따라 비선형압축을 실행하여 적응형 노치필터부(13)로 출력시킨다. 그러면, 상기 적응형 노치필터부(13)는 상기 신호압축부(12)로부터 출력된 각 주파수채널별 비선형압축신호를 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키게 되는데, 예컨대, 각 주파수채널별 비선형압축신호의 입력레벨이 너무 작으면 그 이득을 적응적으로 크게 변경하는 반면, 각 주파수채널별 비선형압축신호의 입력레벨이 너무 크면 그 이득을 적응적으로 작게 변경하여 이득증감 변경부(15)로 출력한다.

한편, 상기 이득증감 변경부(15)는 상기 적응형 노치필터부(13)의 출력신호의 진폭스펙트럼 이득을 디지털볼륨조절기(14)에 의해 증감변경하여 등화부(16)로 출력시킨다. 그리고 상기 등화부(16)는 이득증감 변경부(15)의 출력신호를 사용자의 설정신호에 따라 주파수 영역별로 등화(이퀄라이징)하여 최대출력제한부(17)로 출력시킨다.

따라서, 상기 최대출력제한부(17)는 등화부(16)에 의해 등화된 출력신호를 왜곡이 발생되지 않도록 최대출력제한을 주파수별로 다르게 설정하여 dB역변환부(18)로 출력시킨다. 그리고 상기 dB역변환부(18)는 최대출력제한부(17)에 의해 출력된 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 선형 단위로 역변환시켜 iFFT 변환부(19)로 출력시킨다. 이때 상기 iFFT 변환부(19)는 상기 dB역변환부(18)에 의해 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 출력버퍼 메모리(6)로 출력시킨다. 그리고 상기 출력버퍼 메모리(6)는 iFFT 변환부(19)로부터 입력된 귀환소음이 제거된 음성신호음데이터를 N개가 될 때까지 저장하였다가 D/A 컨버터(7)로 출력시킨다. 그러면 상기 D/A 컨버터(7)는 출력버퍼 메모리(6)로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 순차적으로 아날로그신호로 변환하여 리시버(21)로 출력시킨다. 따라서 상기 리시버(21)는 사용자에게 외부 소음을 차폐한 어음만 증폭된 소리를 들려주게된다.

여기서 상기 비선형증폭과정만을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보청기분야에서 입력음의 세기[dB]에 따라 신호 증폭의 정도를 달리하는 것을 압축이라고 한다. 그리고, 상기 입력음의 세기 범위는 도 5에 도시된 바와 같이 크게 5구간으로 분할될 수 있다. 이때 상기 선형 증폭 영역(IN1~IN2)에서는 이득을 G1으로 항상 일정하게 하는 반면에 비선형 증폭 영역 (IN2~IN3)에서는 이득이 입력음의 세기에 반비례하여 작아지게 되는데, 예컨대, 입력음의 세기가 IN2일 경우에, 증폭이 G1[dB]이고 입력음의 세기가 IN3일 경우에는 증폭이 G2[dB]로 작아지므로, (IN2~IN3) 비선형 증폭 영역에서는 수학식 1과 같이 증폭도가 결정된다.

[수학식 1]

특히, 상기 도 5는 본 발명 보청기시스템(20)의 신호압축부(12)에 의한 진폭스펙트럼 비선형 압축과정을 좀 더 구체적으로 설명한 그래프로서, 상기 진폭 스펙트럼의 단위는 [dB] 단위이고 IN이라고 한다. 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 간격이 64개라 가정할 경우 64개 주파수 채널 중 1개 임의 채널에서의 진폭 값을 IN[dB]라 할 때, IN 수치가 높을수록 포화영역에 근접한다.

여기서 상기 IN[dB]를 4개 영역으로 구분하면, IN1 < IN2 < IN3 < IN4 순으로 진폭 값이 증가하는데, IN1 이하의 영역을 스퀄치 영역이라 하고, IN1에서 IN2 사이의 영역을 선형 증폭 영역이라 하고, IN2에서 IN3 사이의 영역을 비선형 증폭 영역이라 하며, IN3에서 IN4 사이의 영역을 자동이득조절영역이하 하고, IN4 이상의 영역을 포화 영역으로 구분한다. 이중 선형증폭영역에서는 그 영역 구간에서 증폭이 일정한 반면에, 비선형증폭영역에서는 입력 신호의 세기가 커질수록 증폭의 정도가 작아지며, 자동이득조절영역에서는 입력 신호의 세기가 리시버의 포화 영역에 도달하기 전에 급격하게 증폭 이득이 낮추도록 하여, 출력음의 왜곡을 방지한다. 또한 스퀄치 영역에서는 입력음이 작아질수록 오히려 증폭이득을 낮추도록 하는데 이는 주변의 작은 소음에 대해서는 증폭을 하지 않게 하려는 것이다.

한편, 상기와 같은 보청기의 음향 귀환신호 혹은 음향 피드백신호의 발생원인은 음향 귀환신호가 쉽게 발생할 수 있는 주파수 대역에서의 증폭도가 높기 때문이다. 따라서, 상기와 같은 증폭도를 적응적으로 낮춰주면 상대적으로 음향 귀환신호의 발생 가능성이 줄어들게 된다.

여기서, 상기 도 5는 본 발명에서 비선형 압축시 적응적으로 증폭의 변화가 발생되지 않는 경우를 설명한 것이고, 도 6에서는 적응적으로 증폭의 변화가 발생되도록 한 것이다.

그러므로 본 발명의 보청기시스템(20)의 신호압축부(12)는 도 6에 도시된 바와같이 우선 1차적인 적응 증폭 변화를 위해 선형 증폭 영역과 비선형 증폭 영역의 경계치인 IN2를 IN2’으로 낮추도록 한다. 그러면 상기 선형 증폭 영역은 (IN1~IN2’)으로 줄어들고 비선형 증폭 영역은 (IN2’~IN3)로 늘어나므로, 비선형 증폭 영역이 확대된다. 예컨대, 상기 입력음의 세기가 IN2‘일 경우에는 증폭이 G1[dB]이고 입력음의 세기가 IN3일 경우증폭이 G2[dB]로 작아지기때문에 (IN2’~IN3) 비선형 증폭 영역에서는 수학식 2와 같은 증폭도로 결정된다.

[수학식 2]

이렇게 하므로써, IN2보다 더 작은 입력음의 IN2’에서부터 증폭도가 점진적으로 낮아지도록 한다.

본 발명 보청기시스템(20)의 신호압축부(12)는 예컨대, 64개 주파수 채널 중 1개 임의 채널에 해당하는 주파수 대역에서 귀환 소음이 발생하는 경우 도 6과 같은 1차 비선형 증폭 영역 확대와 필요시 도 7과 같은 2차 비선형 증폭 영역 확대를 실행하게된다.

상기 신호압축부(12)는 1차 비선형 증폭 영역 확대에서 IN2의 설정을 IN2’로 이동하여 선형 증폭 영역 구간이 줄어들고 반대로 비선형 증폭 영역 구간이 늘어나도록 하고, IN3과 IN4 사이의 자동 이득 조절 영역 구간의 증폭 이득은 원래대로 동일하게 유지하도록 한다. 이때 상기 1차 비선형 증폭 영역 확대의 결과는 작은 입력음에 대해서는 큰 입력음에 대비하여 상대적으로 증폭 이득이 작게 된다. 상기와 같은 1차 비선형 증폭 영역 확대만으로도 귀환 소음이 충분히 제거되지 않을 때에는 본발명의 보청기시스템(20)을 통해 도 7의 2차 비선형 증폭 영역 확대를 실행한다.

제2 실시예

도 8 내지 도 26에 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 보청기의 신호처리 방법에 대하여 설명한다.

본 발명 제2 실시예의 방법은 보청기의 이어쉘(30)에 내장되는 디지털 IC 칩의 아날로그-디지털 변환 모듈에 의해 변환된 디지털 신호를 일정한 시간 간격(샘플링시간)의 시간 축(X 축)에 대한 연속적으로 입력되는 음성 신호 세기 축(Y 축)으로 표기한다. 그리고 상기 아날로그-디지털 변환된 음성 신호 데이터는 일정한 샘플링시간 간격으로 수집되어 [0018] 디지털 IC 칩 내부 메모리에 연속적으로 저장되는데, 예를 들면 1～128번 메모리 주소에 1바이트 단위로 저장되며 각 메모리 1바이트는 13비트로 구분되어 0 혹은 1의 디지털 이진 수치를 입출력한다. 상기 13비트의 이진 수치는 십진수 로그(dB) 스케일로 환산하면, 20 x log10(213), 즉, 약 78 dB까지 로그 스케일 범위를 갖는다. 디지털 보청기가 필요한 난청인의 청력 역치가 약 25dB의 정상 역치에서부터 증가하므로 25dB에서 78dB를 더한 25dB～ 103dB까지가 디지털 보청기의 입출력 역동 범위가 된다. 또한, 상기 디지털화 되어 연속해서 입력되는 이진 음성 신호 데이터를 128개 바이트 메모리 공간에 입출력시키면서 디지털 신호 처리를 수행할 경우, 샘플링주파수를 16kHz라고 하면 샘플링시간은 0.0625msec이다. 128개의 음성 데이터를 순서대로 입력 저장하게 되면, 샘플링시간 0.0625msec에 128을 곱한 8msec 시간 동안의 음성 신호를 수집하게 되는데, 이는 8msec의 역수, 즉 125Hz의 정현파 신호 한 주기에 해당하는 시간 길이로써, 난청인의 청력 역치 보정에 필요한 최소 데이터 개수가 128개임을 의미한다. 128개의 시간 영역 실수 데이터, x(n),로부터 고속 프리에 변환을 실행하면 128개의 주파수 영역 복소수 데이터, X(n),가 계산된다. 여기서 n=1～128이다. 여기서, 상기와 같은 128개 복소수의 데이터는 전체의 절반인 64개씩 데이터들이 기대칭하기 때문에, 모두 저장할 필요 없이65개만 저장하도록 한다. 이렇게 고속 프리에 변환에 의해 계산된 65개 주파수 영역 복소수의 데이터로부터 다시 시간 영역으로 고속 프리에 역변환을 하기 위해서는 역변환 직전에 65개의 복소수 데이터들로부터 나머지 63개(66～128)의 기대칭된 복소수 데이터들을 먼저 계산하여야 한다.

예를 들면, X(66)=X(64)* 이다. 예를 들면 X(64)=0.5+j2.4라고 하면, X(66)=0.5-j2.4 가 된다. 여기서 j 는 이다. 마찬가지로 X(67)=X(63)*이며, 이와 같은 방식으로 X(68),...,X(128)에 대해 동일하게 기대칭 복소수 데이터들을 계산한다.

예를 들면, 샘플링시간 0.0625msec 동안 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 디지털 신호처리 연산을 수행하기에는 디지털 IC 칩의 연산 능력에 물리적인 한계가 있다. 그러므로 디지털 IC 칩의 연산 능력을 감안하여 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산 시간을 Ta라 할 때, 예를 들면, Ta를 2msec라고 하면 2msec를 샘플링시간 0.0625msec으로 나눈 32번의 샘플링 시간 동안 디지털 IC 칩은 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산을 다 수행하여야 한다. 이럴 경우, Ta, 즉 2msec의 디지털 IC 칩 연산 시간 동안 끊임없이 연속적으로 입력되는 음성 신호가 일부 끊기게 된다. 따라서 이와 같은 끊김 현상을 근본적으로 해결하기 위해서 본 발명에서는 새로운 연산 방법을 제공한다.

1. 본 발명에 따른 제공기술은 128개씩의 음성 신호 시간 영역 데이터들을 가지고 2msec 동안 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산을 실행하기 위해 다음 순서대로 프로그래밍 알고리즘을 제시하였다.

1차 메모리 버퍼 공간(입력버퍼)은 입력 음성 신호를 1차 수집하여 저장하는 장소이고, 2차 메모리 버퍼 공간(전처리버퍼)은 1차 메모리 버퍼 공간의 32개 이진 데이터들을 4개의 그룹으로 순차적으로 이동 저장하는 장소이고, 3차 메모리 버퍼 공간(후처리버퍼)은 2차 메모리 버퍼 공간의 128개 이진 데이터들을 가지고 디지털

신호처리가 수행된 결과를 임시적으로 이동 저장하는 장소이고, 4차 메모리 버퍼 공간(출력버퍼)은 3차 메모리 버퍼 공간으로부터 가장 먼저 저장되었던 32개 이진 데이터들을 이동 저장한 후, 외부 리시버로 출력시키기 위해 대기하는 장소이다.

1-1) 32개의 1차 메모리 버퍼 공간에 FIFO (First In First Out) 방식으로 끊임없이 입력되는 음성 신호 데이터를 샘플링 시간 간격으로 1개씩 순차적으로 (1,2,3,..,32) 저장한다.

1-2) 위의 1-1) 항이 실행되는 2msec 시간 동안 128개의 2차 메모리 버퍼 공간에 들어있는 128개의 이진 데이터들(1,2,...128)을 가지고 디지털 IC 칩에서는 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산을 병렬 실행한 후, 그 최종 결과를 3차 메모리 버퍼 공간에 이동 저장한다. 128개씩의 2차 및 3차 메모리 버퍼 공간들은 32개씩 4개의 메모리 버퍼 공간으로 구분 된다(G1, G2, G3, G4).

1-3) 위의 1-1)항과 1-2)항에서 1차 메모리 버퍼 공간에 32개의 음성 신호 데이터가 모두 신규 입력되는 때에, 0.0625 msec 샘플링시간 이내에서, 우선, 3차 메모리 버퍼 공간의 G4 그룹의 32개 데이터가 4차 메모리 버퍼 공간의 32개 데이터 위치로 병렬 이동하고, 2차 메모리 버퍼 공간의 G1, G2, G3 그룹의 96개 데이터가 2차 메모리 버퍼 공간의 G2, G3, G4 그룹의 96개 데이터 공간으로 쉬프트 이동한다, 그리고 1차 메모리 버퍼공간이 32개 데이터가 2차 메모리 버퍼 공간의 G1 그룹의 32개 데이터 위치로 병렬 이동한다. 디지털 IC 칩의 중앙연산처리에서 산술적 연산에 비해 메모리 데이터 이동 속도가 월등하게 고속으로 실행되기 때문에 32개의 메모리 버퍼 데이터 병렬이동 2회와 96개의 메모리 버퍼 데이터 쉬프트 이동에 소요되는 시간은 매우 적어 샘플링시간 이내에서 구현이 충분히 가능하다.

1-4) 4차 메모리 버퍼 공간은 디지털 IC 칩에서 연산된 최종 결과를 단순히 외부 리시버로 출력시키기 위한 메모리로써, 1차 메모리 버퍼 공간으로 외부 음성 신호가 디지털 IC 칩 시스템 클럭에 동기화되어 샘플링시간에 맞춰 입력됨과 동시에, 4차 메모리 버퍼 공간으로부터 최종 처리된 음성 신호가 디지털 IC 칩 시스템 클럭에 동기화 되어 샘플링시간에 맞춰 출력된다. 이 같은 발명으로 인해 앞서 설명한 끊김 현상은 근본적으로 해결된다.

2. 이번에는 일실시예로 2msec 시간 동안 128개의 2차 메모리 버퍼 공간에 들어있는 128개의 입력 음성 신호데이터들(1,2,...128)을 가지고 디지털 IC 칩에서 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산을 병렬 실행하는 과정을 설명하겠다.

2-1) 2차 버퍼 메모리 공간의 128개의 데이터를 5차 메모리 버퍼 공간 (프리에 시간 버퍼)으로 이동시킨다. 5차 버퍼 메모리 공간의 128개의 시간 영역 실수 데이터, x(n),로부터 고속 프리에 변환을 실행하면 128개의 주파수 영역 복소수 데이터, X(n),가 계산된다. 여기서 n=1～128 이다. 계산된 128개의 주파수 영역 복소수 데이터들을 6차 메모리 버퍼 공간 (프리에 주파수 버퍼)에 저장하도록 한다. 계산된 128개의 주파수 영역 복소수 데이터에서 초기 1번부터 65번까지 65개만 6차 메모리 버퍼 공간으로부터 7차 메모리 버퍼 공간 (선형버퍼1)에 저장하도록 한다. 7차 메모리 버퍼 공간은 복소수를 저장해야 하기 때문에 65개씩 2 그룹으로 총

130개 메모리 버퍼 공간으로 구성되며, 실수 65개와 허수 65개로 나뉘어 저장된다.

2-2) 디지털 보청기는 로그 단위(dBHL)의 청력 역치를 일정한 단위의 주파수의 함수로 측정한 난청인의 청력검사 결과를 근거로 난청인 청력 역치 역동 범위 내에서 가장 적합한 피팅을 수행하여 저하된 청력 역치를 보정하는 것이 주 목적이다.

그러므로 디지털 IC 칩에서 고속 프리에 변환이 실행되고 나서부터 최종적으로 고속 프리에 역변환을 실행하기 전까지의 디지털 보청기의 성능 구현에 필요한 연산을 dB단위로 처리하는 것이 효율적이다. 이를 위해서는 우선 7차 메모리 버퍼 공간의 실수와 허수로 구성된 복소수 데이터로부터 진폭과 위상을 계산하여 실수, 허수 대신에 진폭, 위상으로 변환시켜 각각 65개씩 재저장한다. 만약 실수와 허수가 각각 x 와 y 라면, 진폭은 이고 위상은 이다.

2-3) 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터를 dB단위로 변환시켜 재저장한다. 20 x log10 (x)

2-4) dB단위의 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터는 보청기의 마이크로폰으로 감지된 음성의 음압 신호로써 일반적으로 0 dB이하의 수치로 계산된다. 이 수치에 절대 음압 보정을 해주어야 실재 음압 dBSPL(Sound Pressure Level) 단위로 변환되는데, 절대 음압 보정을 위해서는 마이크로폰의 수신 감도 측정으로부터 획득한 주파수 함수의 절대 음압 보정값 (dBSPL 단위)을 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터(dB단위)에 주파수별로 더해준다.

2-5) 위 2-4)항의 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터 (dBSPL 단위)를 dBHL 단위로 변환시킨다. 이를 위해서는 주파수 함수의 라우드니스 곡선을 사용한다.

2-6) 위 2-5)항의 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터(dBHL 단위)를 사용하여 스펙트럼 변조 알고리즘을 수행한 후, 최종 수행 결과를 8차 메모리 버터 공간 (로그 버퍼)에 65개 진폭 데이터 (dBHL 단위)로 저장한다.

2-7) 8차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터 (dBHL 단위)를 dBSPL 단위로 변환시킨다. 이를 위해서는 주파수 함수의 라우드니스 역곡선을 사용한다.

2-8) 8차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터 (dBSPL 단위)를 dB단위로 변환시킨다. 이를 위해서는 위 4.항과 마찬가지로 주파수 함수의 절대 음압 보정값(dBSPL 단위)을 8차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터(dBSPL 단위)로부터 주파수별로 감해준다.

2-9) dB단위로 저장된 8차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터를 선형 단위로 변환시켜 재저장하는데, 예컨대, 와 같은 형태로 저장한다.

2-10) 8차 메모리 버퍼 공간의 65개 진폭 데이터 (선형 단위)와 7차 메모리버퍼 공간에 저장되었던 65개 위상 데이터(선형 단위)로부터 계산 방식에 의해 복소수 단위로 변환시켜 9차 메모리 버퍼 공간 (선형 버퍼2)에 이동 저장한다.

x+j*y = Amp x cos (phase) + j * Amp x sin (phase)

2-11) 9차 메모리 버퍼 공간의 65개 복소수 데이터를 앞서 언급한 기대칭 방식에 따라 128개 복소수 데이터로

확장하여 6차 메모리 버퍼 공간에 이동 저장한다.

2-12) 6차 메모리 버퍼 공간의 128개 주파수 영역의 복소수 데이터로부터 고속 프리에 역변환에 의해 128개시간 영역 실수 데이터로 변환시켜 5차 메모리 버퍼 공간에 이동 저장한다.

2-13) 5차 메모리 버퍼 공간의 128개 시간 영역 실수 데이터 (최종 디지털 신호 처리된 데이터)를 3차 메모리 버퍼 공간에 이동 저장한다.

3. 다음에는 예를 들면, 2-6)항의 스펙트럼 변조 알고리즘 연산을 병렬 실행하는 과정을 설명하겠다. 스펙트럼 변조 알고리즘은 두 개로 나누어 병렬 처리한다.

하나는 스펙트럼 압축, 스펙트럼 스퀄치, 스펙트럼 등화와 같이 음성의 진폭 스펨트럼 곡선 형태를 변화시키는 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘이고, 다른 하나는 협대역 소음이나 음향 피드백이 발생하면서 생기는 특이 진폭 스펙드럼 형태를 임의로 적정하게 자동 조절하는 스펙트럼 잡음 소거 알고리즘이다. 주파수 스펙트럼은 본 발명의 일실시예의 7차 메모리 버퍼에 저장되는 65개 진폭 데이터(dBHL 단위)에 대해 샘플링주파수가 16000Hz 인 경우, 0Hz, 125Hz, 250Hz, 375Hz, 500Hz, 625Hz, 750Hz, 875Hz, 1000Hz, 1125Hz, 1250Hz, 1375Hz, 1500Hz, 1625Hz, 1750Hz, 1875Hz, 2000Hz, 2125Hz, 2250Hz, 2375Hz, 2500Hz, 2625Hz, 2750Hz, 2875Hz, 3000Hz, 3125Hz, 3250Hz, 3375Hz, 3500Hz, 3625Hz, 3750Hz, 3875Hz, 4000Hz, 4125Hz, 4250Hz, 4375Hz, 4500Hz, 4625Hz, 4750Hz, 4875Hz, 5000Hz, 5125Hz, 5250Hz, 5375Hz, 5500Hz, 5625Hz, 5750Hz, 5875Hz, 6000Hz, 6125Hz, 6250Hz, 6375Hz, 6500Hz, 6625Hz, 6750Hz, 6875Hz, 6000Hz, 7125Hz, 7250Hz, 7375Hz,7500Hz, 7625Hz, 7750Hz, 7875Hz, 8000Hz 로 주파수 간격이 결정된다.

스펙트럼 압축, 스펙트럼 스퀄치, 스펙트럼 등화와 같이 진폭 스펨트럼 곡선 형태를 변화시키는 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘를 설명하기 위해서 먼저, 청력 검사에 의한 역치 레벨 곡선들을 알아야 한다. 역치 레벨 곡선은 세 가지로 나뉜다. 0Hz를 제외한 64개 순음 주파수의 정현파 신호음을 압력 보정된 이어폰을 통해 귀의 고막 가까이에 들려주면서, 피검자의 청각 반응에 따라 역치 레벨 곡선을 측정, 작성한다. 청력 역치 레벨 곡선은 개별적인 주파수의 순음에 대해 소리가 거의 들릴 정도의 청각 정도를 나타낸다. 청력 역치 레벨 곡선보다 낮은 세기의 음압은 들리지 않는다는 뜻이다. 불쾌 역치 레벨 곡선은 피검자가 소리를 듣기에 불편할 정도로 큰 음압의 소리에 대한 청각 반응 정도이다. 불쾌 역치 레벨 곡선보다 높은 세기의 음압은 듣기에 불쾌할 만큼 음압이 세다는 뜻이다.

안정 역치 레벨 곡선은 개별적인 주파수 순음에 대해 소리가 피검자에게 가장 편하게 느껴지는 청각 반응 정도를 가리킨다. 피검자의 청감에 따라 스스로 가장 편하게 느껴지는 소리의 세기가 주파수별로 달라지는데, 피검자는 스스로 느껴지는 청감 선호도에 따라 가장 편한 역치 레벨을 선택한다.

그러므로 안정 역치 레벨 곡선은 자연스레 피검자가 원하는 스펙트럼 등화(Equalizing)를 결정하게 된다. 또한 저음이나 고음같이 피검자가 경우에 따라 듣기 싫은 주파수의 소리 세기를 달리하고 자 안정 역치 레벨 곡선도 피검자의 선택에 따라 변경할 수 있다. 따라서 청력이 저하된 난청인에게는 외부 소리가 작게 들리는데, 각 주파수 별로 난청인의 안정 역치 레벨 곡선만큼 외부 소리가 증폭되면 가장 편하게 느껴지게 된다. 이 세가지 역치 레벨 곡선은 모두 dBHL 단위로 측정되기 때문에, 7차 메모리 버퍼에 저장되는 65개 진폭 데이터는 dBHL 단위로 저장되었다. 불쾌 역치 레벨 곡선과 청력 역치 레벨 곡선의 차이를 청력 역동 범위라고 하는데 이는 주파수의 함수로써 주파수에 따라 그 범위가 달라지며 청력 역동 범위는 난청인의 청력이 외부 소리를 들을 수 있는 최저와 최고의 물리적 한계 범위로 정한다. 상기 7차 메모리 버퍼에 저장되는 65개 진폭 데이터(dBHL 단위)는 외부 음성 신호의 음압 세기를 나타내는 음성진폭 스펙트럼으로써 각 주파수별로 외부 음성 신호 세기를 감지, 저장한 데이터이다. 외부 음성 진폭 스펙트럼은 각 주파수별 세기가 난청인의 청력 역치 레벨 곡선, 안정 역치 레벨 곡선, 불쾌 역치 레벨 곡선 사이에서 매순간 다른 패턴의 곡선을 형성한다.

또한 청력 역치 레벨 곡선 이하의 작은 세기의 소리에 대해서도 고려하였다. 일상적인 대화음은 음소들 (예를들어 'ㅈ', 'ㅏ', 'ㅇ')로 음절 (예를 들어 '장)을 이루고, 음절이 더해져서 단어 (예를 들어 '장미' )를 구성한다. 그리고 음절은 초성, 중성, 종성으로 구분하기도 한다. 그런데 일반적으로 모음은 자음에 비해 음향에너지가 크고 주파수는 저음에 가까운 반면에, 자음은 모음에 비해 음향 에너지가 작고 주파수는 고음에 가깝다. 특히 초성 자음을 대부분의 난청인들이 놓치게 되는데 이는 초성 자음의 음향 에너지가 작기 때문이다.

따라서 상기 디지털 보청기는 대화음의 초성 자음을 최소한 감지할 수 있어야하고 초성 자음을 난청인이 들을 수 있도록 해당 주파수의 음성 진폭을 청력 역치 레벨 곡선만큼 증폭해 주어야 한다. 그런데 대화음이 아닌 주변의 작은 소음까지도 함께 증폭해 버린다면 주변 소음에 의해 정작 들어야 할 대화음의 어음 변별이 어려워진다. 그래서 주변의 작은 소음과 대화음의 차이를 구별할 수 있어야 하는데, 본 발명에서는 200msec 동안 연속적으로 입력된 음성 신호의 스펙트럼이 대화음의 초성 자음의 음향 에너지에 해당하는 적정 역치 (대화음의자음 역치 레벨 곡선, dBHL 단위)보다 작으면, 이를 주변의 작은 소음으로 간주하고 증폭이 아닌 감쇄를 실행하고 자 한다. 이를 가리켜 스펙트럼 스퀄치 자동 조절이라고 한다. 즉, 대화음의 자음 초성보다도 작은 세기의 주변 소음 음향 신호가 디지털 보청기의 마이크로폰을 통해 입력되면 200msec의 시간을 지켜본 후, 200msec 동안에도 여전히 작은 세기의 소리가 입력되면 이를 주변 환경 소음으로 간주하여 디지털 보청기의 증폭 대신에 감쇄를 수행하도록 하는 것이다. 이를 위해서는 200msec의 시간 간격으로 스펙트럼 스퀄치를 관찰할 타이머가 필요해 진다. 200msec로 관측 시간을 가진 이유는 대화음의 한 음절 시간은 최대 200msec이기 때문이다. 디지털 보청기의 디지털 IC 칩은 평상시에는 청력 역치 레벨 곡선보다 작은 세기의 입력 음성에 대해 증폭을 수행하지만 200msec 이상 계속 작게 입력되는 경우가 발생하면, 즉시 증폭 대신에 감쇄를 수행함으로써 난청인이 계속 증폭된 주변 소음에 노출되지 않도록 하고 자 하여, 디지털 보청기를 착용하는 난청인은 대화음 위주의 소리에 집중하도록 하게 된다.

그러므로 통상의 대화음으로 판단되는 경우에는 외부 음성 진폭 스펙트럼을 난청인의 청력 역치 레벨 곡선과 불쾌 역치 레벨 곡선 사이의 청력 역동 범위 안에서 중심값이 안정 역치 레벨 곡선에 근사하도록 각 주파수별 진폭 레벨을 자동으로 조절해 준다면, 난청인은 자신의 청력에 가장 편하게 소리를 들을 수 있게 된다. 이를 위해서 어떤 주파수에서는 음성 진폭 스펙트럼을 임의로 증폭시키거나, 또 다른 주파수에서는 임의로 감쇄시 켜줘야 한다.

일반 대화음의 초성 자음과 중성 모음 사이의 에너지 레벨 차이는 대화음의 경우 45～50dB이다. 그런데 난청인의 청력 역치 레벨과 불쾌 역치 레벨의 차이인 청력 역동 범위는 주파수에 따라 달라지는데 경도 난청에서 중도, 중고도, 고도, 심도 난청으로 난청의 정도가 심해질수록 매우 협소해 진다. 예를 들어 고도 난청인의 청력 역동 범위는 30dB로 줄어들기도 한다. 따라서 난청인의 청력 역동 범위 안으로 대화음의 역동 범위가 들어가도록 주파수에 따른 음성 진폭 스펙트럼을 적절하게 변화시켜 주어야 하는데 이를 스펙트럼 압축이라고 부른다.

그리고, 상기와 같은 스펙트럼 압축은 대화음의 역동 범위를 미리 정한 후, 난청인의 측정된 청력 역동 범위에 따라 주파수마다 다르게 일정한 비율로 증폭의 정도를 달리하도록 알고리즘을 작성한다. 일실시예로 대화음의 역동 범위를 어떤 주파수에서 25 dBHL ～ 70 dBHL로 정한다고 하고, 같은 주파수에서 난청인의 청력 역동 범위를 60 dBHL ～90dBHL이라고 가정할 경우 비율이 나오므로, 예를 들면, 주파수에서 입력 음성 스펙트럼의 진폭이 x=50dBHL이라면,

공식에 의해, 출력되어야 할 진폭은 y=76.6667dB이며, 원래 입력 진폭이 50dBHL이므로, 증폭 정도는 y-x=16,6667dB로 결정된다.

여기서, 일반적인 대화음의 스펙트럼을 고속 프리에 변환으로 주파수 특성을 분석해 보면, 대화음 중 모음 역치 레벨은 저음에서 75dBHL 정도로 높고 고음에서 70dBHL로 낮아지며, 자음 역치 레벨은 저음에서 35dBHL 정도로 높고 고음에서 25dBHL로 낮아진다. 이는 대화음의 역동 범위가 저음에서는 약 40dB이고 고음에서는 약 45dB정도임을 가리킨다. 정상인은 대화음을 모두 알아들을 만큼 청력 역치 레벨이 대화음의 자음 역치 레벨보다 낮으나, 난청인은 청력 역치 레벨이 대화음의 자음 역치 레벨보다 높기 때문에 대화음의 자음 역치 레벨을 최소한 청력 역치 레벨만큼 올려주어야 하는 데 이를 위해 디지털 보청기의 증폭이 불가피하게 된다. 반면에 대화음의 모음 역치 레벨은 경중도 난청인에게는 청력 역치 레벨보다 높을 수도 있고 중고도 난청인에게는 청력역치 레벨보다 낮을 수도 있다. 따라서 대화음의 역동 범위가 난청인의 청력 역동 범위에 들어가도록 주파수별로 각기 다르게 입력 음성을 증폭하거나 감쇠하여야 한다.

한편, 본 발명 제2 실시예에서는 통상적인 대화음의 자음 역치 레벨과 모음 역치 레벨 사이의 대화음 역동 범위를 난청인의 청력 역치 레벨과 불쾌 역치 레벨 사이의 청력 역동 범위에 맞추는 새로운 알고리즘을 제공한다. 이를 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘 중 역동 범위 압축 알고리즘으로 구분한다. 본 발명 제2 실시예의 제안은 통상적인 대화음의 자음 역치 레벨을 청력 역치 레벨보다 5dB( = A ) 더한 만큼 증폭하도록 제공한다. 이로써 난청인이 가장 놓치기 쉬운 대화음의 초성 자음이 난청인에게 명료하게 들릴 수 있게 된다. 이때, 상기 통상적인 대화음의 모음 역치 레벨을 안정(희망) 역치 레벨보다 10dB(=B) 더한 만큼 증폭하도록 제안한다. 이로써 난청인이 불쾌하게 느껴지지않는 정도까지만 모음을 증폭해 줌으로써 편안하게 디지털 보청기를 착용할 수 있게 된다. 경중도 난청인에게는 이러한 제안이 어렵지 않은 반면에 중고도 이상의 난청인에게는 안정(희망) 역치 레벨과 불쾌 역치 레벨사이가 10dB(=B)이하로 매우 협소해 질 수 있는데, 이 경우에는 통상적인 대화음의 모음 역치 레벨을 불쾌 역치 레벨 만큼만 증폭하도록 제안한다. 이러한 증폭의 변화는 개별적인 주파수마다 달리 적용한다.

4. 앞서 언급한 스펙트럼 압축, 스펙트럼 스퀄치, 스펙트럼 등화와 같이 진폭 스펨트럼 곡선 형태를 변화시키는 스펙트럼 진폭 변조 알고리즘이란 7차 메모리 버퍼 공간의 64개 음성 진폭 스펙트럼을 통상적인 대화음의 역동 범위가 주파수 별로 난청인에게서 측정한 청력 역치 레벨 곡선과 불쾌 역치 레벨 곡선 사이의 청력 역동범위에 근접하도록 하는 프로그래밍 방법이다.

한편, 상기와 같은 역동 범위 압축 알고리즘 방법은 다음과 같이 실행될 수 있다. 즉, 4-1) 난청인으로부터 청력 검사에 의해 측정된 불쾌 역치 레벨 곡선을 65개 번지를 갖는 10차 메모리 버퍼 공간(불쾌 역치 버퍼)에 125Hz에서 8000Hz까지의 주파수에 해당하는 2번부터 65번까지 저장하고(1번은 0 값을저장), 마찬가지로 청력 검사에 의해 측정된 안정(희망) 역치 레벨 곡선을 65개 번지를 갖는 11차 메모리 버퍼 공간(희망 역치 버퍼)에 2번부터 65번까지 저장하고(1번은 0 값을 저장), 마찬가지로 측정된 청력 역치 레벨 곡선을 65개 번지를 갖는 12차 메모리 버퍼 공간(청력 역치 버퍼)에 2번부터 65번까지 저장한다(1번은 0값을 저장).

4-2) 통상적인 대화음의 모음 역치 레벨 곡선을 65개 번지를 갖는 13차 메모리 버퍼 공간(모음 역치 버퍼)에 125Hz에서 8000Hz까지의 주파수에 해당하는 2번부터 65번까지 저장하고(1번은 0 값을 저장), 마찬가지로 대화음의 자음 역치 레벨 곡선을 65개 번지를 갖는 14차 메모리 버퍼 공간 (자음 역치 버퍼)에 2번부터 65번까지 저장한다(1번은 0 값을 저장). 또한 65개 번지를 갖는 15차 메모리 버퍼 공간(스퀄치 버퍼)에 125Hz에서 8000Hz까지의 주파수에 해당하는 2번부터 65번까지 이진수 0값을 저장하여(1번은 0 값을 저장) 초기화 한다.

4-3) 7차 메모리 버퍼 공간에 2msec 간격으로 이동되어온 음성 신호 진폭 스펙트럼 데이터를 주파수 별로 곧바로 8차 메모리 버퍼 공간에 이동하게 되면, 진폭 스펙트럼 변조는 전혀 이뤄지지 않게된다. 스펙트럼 진폭 변조를 위해 우선 65개 이진 주소를 갖는 8차 메모리 버퍼 공간(로그 버퍼)에 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 이진 데이터를 그대로 옮겨 복사한다. 상기 8차 메모리 버퍼 공간에 나타난 음성 진폭 스펙트럼이 10차 메모리 버퍼 공간에 저장된 불쾌 역치 레벨보다 크면 바로 불쾌 역치 레벨로 수정한다. 이는 난청인인 듣기에 불쾌한 최대 출력을 자동으로 제한하기 위함이다.

4-4) 상기와 같이 언급한 스펙트럼 스퀄치 기능을 위해 200msec의 시간 간격을 연속해서 관측하여야 하므로, 디지털IC 칩에 내장돼 있거나 프로그래밍에 의해 작동하는 타이머를 디지털 IC 칩 초기화 시에 자동 세팅하여 항시 가동시킨다. 7차 메모리 버퍼 공간의 65개 이진 데이터는 15차 메모리 버퍼 공간에 평균값으로 저장된다. 즉, 15차 메모리 버퍼 공간의 기 저장된 주파수별 데이터들(1번～65번)을 7차 메모리 버퍼 공간으로부터 신규 입력되는 새로운 데이터들(1번～65번)과 각각 합산한 후 다시 2로 나눈 평균값을 다시 15차 메모리 버퍼 공간에 1번부터 65번까지 주파수 별로 재저장한다. 이로써 15차 메모리 버퍼 공간은 외부 음성 신호의 평균 진폭 스펙트럼 레벨을 관측하는데 활용된다. 타이머가 인터럽트 방식에 의해 관찰 시간 (200msec)마다 인터럽트 신호를 전달하면, 그때마다 15차 메모리 버퍼 공간의 진폭 스펙트럼 세기를 14차 메모리 버퍼 공간과 주파수별로 비교, 합산하여 적정 문턱치보다 작으면, 이 상황을 외부에서 음성 신호가 입력되지 않는 것(스퀄치 상황이 발생한 것)으로 판단하고 8차 메모리 버퍼 공간의 내용을 1dBHL 값으로 세팅시킨 후, 15차 메모리 버퍼를 이진수 0 값으로 재초기화 한 다음, 스펙트럼 진폭 변조(역동 범위 압축) 알고리즘을 종료한다.

4-5) 스퀄치 상황이 발생하지 않는 경우에는 계속해서 다음 과정으로 넘어간다. 상기 설명한대로, 통상적인 대화음의 자음 역치 레벨(14차 메모리 버퍼)과 모음 역치 레벨(13차 메모리버퍼) 사이의 대화음 역동 범위를 난청인의 청력 역치 레벨(12차 메모리 버퍼)과 불쾌 역치 레벨(10차 메모리버퍼) 사이의 청력 역동 범위에 맞추려는 역동 범위 압축 알고리즘으로써, 본 발명에서는 통상적인 대화음의자음 역치 레벨(14차 메모리 버퍼)을 청력 역치 레벨(12차 메모리 버퍼)보다 5dB(=A) 더한 만큼 증폭하도록 제안하였고, 통상적인 대화음의 모음 역치 레벨(13차 메모리 버퍼)을 안정(희망) 역치 레벨(11차 메모리버퍼)보다 10dB(=B) 더한 만큼 혹은 불쾌 역치 레벨(10차 메모리 버퍼) 이하까지만 증폭하도록 제공한다. 이는 2～65개 메모리 주소의 주파수마다 별도로 계산한다.

일실시예로 1개 주파수에서 대화음의 자음 역치 레벨이 a 이고, 대화음의 모음 역치 레벨이 b 이며, 불쾌 역치 레벨이 c 이고, 안정(희망) 역치 레벨이 d 이고, 청력 역치 레벨이 e 이라고 하였을 경우, 증폭율은 수학식 3과 같이 y로 결정된다.

[수학식 3]

여기서 f는 d+B 혹은 c 값으로써 c 보다 같거나 더 작은 값을 선호하도록 한다. 일실시예로 A는 5dB, B는 10dB로 제안하였으나, 맞춤형 디지털 보청기는 고객 맞춤형이므로 고객의 청감 상태에 따라 A와 B 수치를 조 정할 수 있다. x 는 7차 메모리 버퍼 공간의 음성 스펙트럼 진폭이고, y 는 8차 메모리 버퍼 공간에 저장될 증폭된 음성 스펙트럼 진폭이다. 이 같은 방식으로 역동 범위 압축 알고리즘을 주파수 별로 수행한다. 앞서 언급한 협대역 소음이나 음향 피드백이 발생하면서 생기는 특이 진폭 스펙드럼 형태를 임의로 적정하게 자동 조절하는 스펙트럼 잡음 소거 알고리즘을 설명하고 자 한다. 7차 메모리 버퍼 공간에 신규 입력 저장되는 음성 신호 진폭 데이터들(1번～65번)은 2msec 간격으로 입력되는 순간 음성 신호 스펙트럼 진폭이다. 순간 음성 신호 스펙트럼의 진폭 변화는 크게 나타나는데, 이를 시간에 대해 평균화시키면 시간이 지날수록 스펙트럼이 평탄화되며 안정적으로 나타난다. 그후, 상기 음향 피드백(하울링)이나 협대역 소음이 발생하게 되면 그동안 시간에 따라 연속적으로 계산한 평균치에서 특정 하울링 혹은 협대역 소음에 해당하는 주파수 대역의 진폭이 갑자기 커지게 된다. 이러한 급격한 변화는 주로 고주파수 대역에서 발생하기 쉬운데 이러한 음향 피드백이나 협대역 소음은 난청인뿐만 아니라 정상인도 듣기 거북한 소리이다.

그러므로 이와 같은 급격한 진폭 스펙트럼의 변화가 협대역에서 발생하는 것이 관측되면, 이를 일종의 소음으로 간주하고 해당 주파수 대역의 진폭을 낮춰져야 한다. 디지털 보청기에 이같이 피드백 자동 제거 기능이나 협대역 소음 자동 제거 기능이 갖추게 되면 디지털 보청기를 착용자에게 보청기 사용이 더욱 용이해 진다.

5. 이제, 바로 언급한 스펙트럼 잡음 소거 알고리즘 기능을 구현하는 과정을 설명한다.

5-1) 7차 메모리 버퍼 공간에 2 msec 간격으로 계속해서 신규 입력 저장되는 음성 신호 진폭 스펙트럼 데이터들(1번～65번)을 65개 주소의 15차 메모리 버퍼 공간(스퀄치 버퍼)에 저장함과 동시에 65개 주소의 16차 메모리 버퍼 공간(피드백 버퍼)에도 병렬 처리로 평균화하며 저장한다. 16차 메모리 버퍼 공간은 15차 메모리 공간과 마찬가지로 같은 시간에 0 값들로 초기화 되었다. 16차 메모리 버퍼 공간의 기 저장된 주파수별 진폭 데이터들(1번～65번)을 7차 메모리 버퍼 공간으로부터 신규 입력되는 새로운 진폭 데이터들(1번～65번)과 각각 합산한 후 다시 2로 나눈 평균값을 다시 16차 메모리 버퍼 공간에 1번부터 65번까지 주파수 별로 재저장한다.

이로써 16차 메모리 버퍼 공간은 외부 음성 신호의 평균 진폭 스펙트럼 레벨의 변화를 관측하는데 활용된다.

스퀄치 제어와 달리 피드백 제어는 타이머가 필요 없다. 왜냐하면 음향 피드백이나 협대역 소음이 발생하자마자 곧바로 해당 주파수 대역의 진폭을 낮춰줘야 하기 때문이다. 그러므로 16차 메모리 버퍼에 저장되는 스펙트럼 진폭 중 어느 특정한 주파수에서 진폭의 크기가 초기 설정된 문턱치보다 크게 나타나면, 즉 음향 피드백이나 협대역 소음이 발생하면, 곧바로 해당 주파수의 진폭 스펙트럼 수치를 안정(희망) 역치 레벨(11차 메모리 버퍼)로 낮춰준다.

이렇게 해서 스펙트럼 잡음 소거 알고리즘으로써 음향 피드백이나 협대역 소음과 같이 원치 않게 급격히 발생하는 주변 소음 중 어음과 다른 특이한 스펙트럼을 가진 신호의 진폭 스펙트럼을 변조시킨다. 여기서, 본 발명의 설명에 있어서 대화음이라 함은 통상적인 대화음을 의미한다. 도 8의 미설명 부호 40은 배터리 도어이다.

상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며,

예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러 가지로 설계 변경하는 것도 본 발명의 청구범위에 포함되는 것은 물론이다.

1 : 마이크로폰 2 : A/D컨버터
3 : 입력버퍼 메모리 4 : 제1 처리단
5 : 제2 처리단 6 : 출력버퍼 메모리
7 : D/A 컨버터 8 : 전원공급부
9 : FFT 변환부 10: dB변환부
11: 진폭스펙트럼부 12: 신호압축부
13: 적응형 노치필터부 14: 디지털볼륨조절기
15: 이득증감 변경부 16: 등화부
17: 최대출력제한부 18: dB역변환부
19: iFFT 변환부 20: 보청기시스템
30: 이어쉘 40: 배터리도어

Claims (12)

1. 보청기의 마이크로폰으로부터 입력된 아날로그의 입력신호음 즉, 발화자의 음성신호들을 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터와;
   상기 A/D 컨버터로부터 출력된 디지털의 입력신호음 데이터를 저장하고 그러한 데이터가 설정된 N개될 경우 출력시키는 입력버퍼 메모리와;
   상기 입력버퍼 메모리로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 고속푸리에변환한 후 비선형 압축을 실행하는 제1 처리단과;
   상기 제1 처리단을 통해 비선형 압축되어 입력된 진폭스펙트럼 데이터를 고속 역 푸리에변환하여 출력시키는 제2 처리단과;
   상기 제2 처리단의 귀환소음이 제거된 음성신호음데이터를 N개가 될 때까지 저장하였다가 출력하는 출력버퍼 메모리와;
   상기 출력버퍼 메모리로부터 출력된 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 D/A 컨버터와;
   상기 D/A 컨버터를 포함하여 보청기시스템에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 처리단은 입력버퍼 메모리로부터 출력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 FFT변환하여 시간영역에서 주파수 영역으로 하여 출력시키는 FFT 변환부와;
   상기 FFT 변환부에 의해 FFT변환된 입력신호음데이터를 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환하여 출력시키는 dB변환부와;
   상기 dB변환부로부터 출력된 dB형태의 데이터를 주파수 채널별로 독립적으로 진폭을 상승시키거나 하강시키는 이득 증감을 변경시켜 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼으로 연산하여 출력시키는 진폭스펙트럼부와;
   상기 진폭스펙트럼부에 의해 출력된 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼신호를 설정되는 단계별 제어신호에 따라 비선형압축을 실행하는 신호압축부와;
   상기 신호압축부로부터 출력된 각 주파수채널별 비선형압축신호를 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키는 적응형 노치필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 처리단은 적응형 노치필터부의 출력신호의 진폭스펙트럼 이득을 디지털볼륨조절기에 의해 증감변경하여 출력시키는 이득증감 변경부와;
   상기 이득증감 변경부의 출력신호를 사용자의 설정신호에 따라 주파수 영역별로 등화하여 출력하는 등화부와;
   상기 등화부에 의해 등화된 출력신호를 왜곡이 발생되지 않도록 최대출력제한을 주파수별로 다르게 설정하여 출력시키는 최대출력제한부와;
   상기 최대출력제한부에 의해 출력된 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 선형 단위로 역변환시키는 dB역변환부와;
   상기 dB역변환부에 의해 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 출력시키는 iFFT 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템.
4. 보청기의 마이크로폰으로부터 입력된 N개 분량의 입력신호음 데이터를 FFT 변환부가 시간영역에서 주파수 영역으로 고속푸리에 변환하는 제1 과정과;
   상기 제1 과정후에 FFT변환된 입력신호음데이터를 dB변환부가 진폭성분만을 별도로 연산한 후 선형단위에서 dB단위로 변환시키는 제2 과정과;
   상기 제2 과정후에 연산된 진폭스펙트럼신호를 신호압축부에 의해 설정된 단계별로 비선형 압축을 실행하는 제3 과정과;
   상기 제3 과정후에 각 주파수채널별 비선형압축신호를 적응형 노치필터부가 입력신호에 레벨에 따라서 적응적으로 이득을 변경하여 출력시키는 제4 과정과;
   상기 제4 과정후에 적응적으로 이득이 변경된 진폭스펙트럼의 이득을 증감변경하는 과정을 수행 후, 최대출력제한처리한 dB단위의 진폭 스펙트럼 데이터를 dB역변환부가 선형 단위로 역변환시키는 제5 과정과;
   상기 제5 과정후에 역변환된 진폭 스펙트럼 데이터를 iFFT 변환부가 주파수영역에서 시간영역으로 고속 역 푸리에변환(iFFT)하여 귀환소음이 제거된 디지털의 음성신호음데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력시키는 제6 과정을 포함하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제3 과정 이전에 dB변환부로부터 출력된 dB형태의 데이터를 진폭스펙트럼부가 주파수 채널별로 독립적으로 진폭을 상승시키거나 하강시키는 이득 증감을 변경시켜 N/2 개 분량의 진폭 스펙트럼으로 연산하는 제3-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 진폭스펙트럼의 이득을 증감변경하는 과정은
   디지털볼륨조절기로 진폭스펙트럼 이득을 증감변경한 후, 이득증감 변경부를 이용하여 출력하는 제5-1단계인 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제5과정은 상기 제5-1단계 이후에
   등화부로 이득이 증감변경된 진폭스펙트럼신호를 사용자의 설정신호에 따라 주파수 영역별로 등화(이퀄라이징)시키는 제5-2단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 제3 과정에는 신호압축부가 1차적인 적응 증폭 변화를 위해 수학식 1에 따라 비선형압축을 실행하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
   [수학식 1]
   

   

   
   여기서, IN은 입력음의 세기, G는 증폭레벨, IN2~IN3는 비선형증폭영역
9. 제4항에 있어서, 상기 제3 과정에는 신호압축부가 2차적인 적응 증폭 변화를 위해 수학식 2에 따라 비선형압축을 실행하는 것을 특징으로 하는 귀환소음을 제거하기위한 보청기시스템의 제어방법.
   [수학식 2]
   

   

   
   여기서, IN은 입력음의 세기, G는 증폭레벨, IN2~IN3는 비선형증폭영역
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