KR101789781B1 - 낮은 임피던스의 단일 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 낮은 임피던스 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 하나의 마이크에 의해 수음된 음압 신호를 디지털 변환하여 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성하고, 상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 이용하여 주기 정신호(Xns(n)) 및 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하고, 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 최소 제곱 평균(Least Mean Square) 처리하여 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xns(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 소망하는 정도보다 크면 상기 출력 신호를 변경한 후 다시 상기 주기 정신호(Xns(n))와 합성하고, 생성되는 상기 에러 신호(Xerr(n))가 상기 소망하는 정도의 이하로 감쇄되었다면 상기 출력 신호를 상기 주기적 잡음이 감쇄된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))로서 출력하는 기능을 포함한다.

Description

낮은 임피던스의 단일 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ATTENUATING NOISE AT SOUND SIGNAL INPUTTED FROM LOW IMPEDANCE SINGLE MICROPHONE}

본 발명은 낮은 임피던스 단일 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치에 관한 것으로서, 특히, 낮은 임피던스 마이크를 통해서 유입되는 음성 신호를 매우 높은 증폭도로 증폭함에 따라 증가한 잡음 부분을 효율적으로 감쇄시키는 장치 및 그 감쇄 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크에 유입되는 다양한 음향으로부터 인간의 말소리인 음성을 더 크게 증폭하고, 음성을 제외한 주변으로부터의 잡음을 감쇄시키기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.

등록특허 제10-1395329호 (명칭: 두 개의 마이크를 이용하여 잡음을 제거하는 방법 및 이동통신 단말기)(이하, 종래기술이라 함)에서는, 전기적 잡음을 감쇄시키기 위하여 마이크를 2개 이상을 이용하여 처리하는 방법을 개시하고 있다. 특히, 두 개의 마이크를 구비한 이동통신 단말기에서 사용자의 음성 및 주변 잡음을 포함한 음성을 수음한 후, 잡음을 분리 및 제거하는 과정을 거치게 되는데, 마이크로부터의 신호들의 신호 세기에 따라 또는 마이크의 배치된 위치에 따라 어느 하나의 마이크를 주 마이크로 설정하고, 마이크들로부터의 신호들을 상호 비교 판단함으로써 주변 잡음을 분리하는 방식을 이용한다.

하지만, 이러한 방식은, 마이크들에 의한 수음 차이를 이용하여 잡음을 분석하므로, 마이크가 배치된 위치에 따라서 잡음 분석이 달라질 수 있다는 단점이 있으며, 하나의 마이크로는 구현될 수 없고 반드시 2개 이상의 마이크가 필요하다. 또한, 일정 수준 이상의 잡음이 각 마이크에 동시에 유입되는 경우에는 잡음이 잡음으로 분석되지 않을 수 있다. 또한, 필요한 마이크의 개수가 늘어남에 따라 원하는 음성 신호가 왜곡될 수 있고, 오히려 추가 잡음이 발생할 수도 있다.

특허문헌 1 : 등록특허 제10-1395329호

본 발명은, 2개 이상의 마이크를 사용하여 수음되는 음성으로부터 잡음을 감쇄시키는 방식을 개선하기 위한 것으로서, 낮은 임피던스의 마이크를 단지 하나만 이용하면서도 음성 신호로부터 주변 잡음과 전기적 잡음을 효율적으로 감쇄시킬 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 낮은 임피던스 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 낮은 임피던스 마이크에 의해 생성된 음압 신호(Xmic(t))의 음량을 높이기 위하여 가변 증폭한 후 디지털 변환 처리하여 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성하고, 생성된 디지털 신호로부터 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하고, 상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))로부터 주파수 대역간의 레벨 및 순간 음량 변화를 분석하는 주파수 분석을 수행하고, 상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))에서 상기 주파수 분석결과에 따라 필터링함으로써 음색 매칭 및 신호의 임계레벨이 제어된 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성하고, 임계처리 신호(Xthl(n))에서 잡음 영역의 범위를 선택하고 선택된 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 생성하고, 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))에서 주기적 잡음을 제거하여 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))를 생성하고, 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))의 레벨을 제어하여 레벨변위적응 신호(Xnvc(n))를 생성하고, 임계처리 신호(Xthl(n)) 및 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))가 각각 처리되어 생성되는 시간과 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))가 생성되는 시간의 차이를 보상하기 위해 임계처리 신호(Xthl(n))과 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 시간매칭 신호(Xtm(n))로 변환하고, 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위적응 신호(Xnvc(n))와 상기 시간매칭 신호(Xtm(n))를 선택적으로 혼합하여 처리된 음성 신호(Xnc(n))를 출력하는 것을 포함한다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 임피던스 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 상기 마이크에 의해 생성된 상기 음압 신호를 디지털 변환하여 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성하는 가변증폭 및 신호 변환부; 상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 이용하여 주기 정신호(Xns(n)) 및 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하고, 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리하여 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xns(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 소망하는 정도보다 크면 상기 출력 신호를 조정한 후 다시 상기 주기 정신호(Xns(n))와 합성하고, 생성되는 상기 에러 신호(Xerr(n))가 상기 소망하는 정도의 이하로 감쇄되었다면 최종의 상기 출력 신호를 상기 주기적 잡음이 감쇄된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))로서 출력하는 주기잡음 처리부; 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))를 생성하는 잡음변위 조절부; 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))에 임의의 가중치를 부여하고 서로 합성하여 주기적 잡음이 감쇄된 결과 음성 신호(Xnc(n))를 출력하여 스피커를 통해 출력되도록 하는 잡음조절 합성부; 및 상기 가변증폭 및 신호변환부, 상기 주기잡음 처리부, 상기 잡음변위 조절부 및 상기 잡음조절 합성부의 동작을 제어하는 시스템 운용부를 포함한다.

또한, 잡음 감쇄 장치는, 상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 수신하여 음색을 제어하고 임계레벨을 제한하여 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성하는 음색 및 임계레벨 처리부(130); 및 상기 임계처리 신호에서 잡음 영역을 선별하고 선별된 상기 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 생성하는 잡음영역선택부(140)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))에 대한 상기 임계처리 신호(Xthl(n)) 및 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n)) 각각의 시간지연(Δt1 및 Δt2)를 보상하여 시간매칭 신호(Xtm(n))를 생성하는 신호처리 매칭부(170)를 더 포함하고, 상기 잡음조절 합성부는, 상기 시간매칭 신호(Xtm(n))를 더 입력받아 임의의 가중치를 부여한 후 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))에 합성하여 상기 결과 음성 신호(Xnc(n))를 출력할 수 있다.

또한, 상기 주기잡음 처리부는, 입력 신호를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 상기 주기 정신호(Xns(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)과, 상기 입력 신호를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(152)과, 상기 주기 역신호(X'ns(n))에 Fir Fiter를 적용하고, Fir Filter가 적용되어 생성된 신호에 최소 제곱 평균(LMS) 처리하여 상기 출력 신호를 생성하는 적응 Fir Filter LMS단 블록(153)을 포함할 수 있다.

더욱, 상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하는 신호분석부(120)를 더 포함하고, 상기 시스템 운용부(190)는 상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 낮은 임피던스 마이크를 단지 하나만 이용하면서도 효율적으로 주변 잡음과 전기적 잡음을 감쇄시킬 수 있다.

특히, 낮은 임피던스의 마이크를 이용함으로써, 유입되는 주변 잡음을 1차적으로 제어할 수 있다.

그리고 낮은 임피던스의 마이크에 의해 생성된 음성 신호를 높은 증폭도로 증폭하더라도, 잡음을 효율적으로 제거함으로써, 원하는 음성 신호만을 명료하게 청취할 수 있게 된다.

또한, 가변 증폭 신호 변환부와 음색 및 임계 레벨 처리부에 의하여 음성 신호에 대하여 음색 제어와 불필요한 음원의 전처리를 수행함으로써 청취 음성의 음색을 최적의 음질로 구현할 수 있다.

또한, 신호처리 매칭부에 의하여 음성 처리시에 발생하는 신호 지연에 대하여 시간 보상 처리를 수행하므로, 직접 듣는 음성과 처리되어 출력되는 음성 간의 음상 분리 현상을 개선할 수 있게 된다. 이로써, 청취자가 명료도 높은 음성을 청취할 수 있게 된다.

또한, 단지 하나의 마이크만 필요하므로, 헤드셋 또는 이어셋에 마이크를 배치하는 데에 있어, 설계의 자유도가 높다.

특히, 본 발명은 주기적인 잡음에 대해서만 감쇄 기능을 제공하므로, 음성 신호와 같은 비주기 신호에 대해서는 음질의 열화를 일으키지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 임피던스의 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잡음 감쇄 장치 중 가변 증폭 및 신호 변환부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호 분석부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 잡음 감쇄 장치 중 음색 및 임계레벨 처리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음영역 선택부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상기 잡음 감쇄 장치 중 주기적 잡음 처리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 주기적 잡음 처리부를 구성하는 적응 Fir Filter LMS단을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음변위 조절부의 구체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 9는 잡음변위 조절부의 잡음변위 기울기 제어단의 구조와 잡음변위 기울기 제어단에 있어서 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 10은 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호처리 매칭부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음 조절 합성부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 낮은 임피던스 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 처리 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 아니 될 것이다.

청취자 주변에 배치된 2개 이상의 마이크 각자에 의해서 생성된 2개 이상의 음성 신호로부터 주기적인 신호를 잡음으로 인식하고, 인식된 주기적인 신호를 감쇄시켜 원하는 음성 신호만을 명료하게 청취할 수 있는 시스템이 공지되어 있다.

이렇게 2개 이상의 마이크를 이용하는 경우에는, 적어도 하나의 마이크는 청취자가 원하는 음성이 주로 유입되도록 배치하고, 다른 마이크들에는 잡음으로써 걸러질 주변 잡음이 주로 유입되도록 배치하고, 각각의 신호들을 서로 비교하여 원하는 음성을 포함하는 신호로부터 주변 잡음을 포함하는 신호를 삭제 또는 감쇄시키는 방식으로 잡음을 제거한다.

하지만, 외부로부터의 잡음의 강도가 세면, 잡음을 제거하기 위해서 원하는 음성 신호까지도 손상시킬 수 있어서, 잡음 제거에 한계가 있다.

또한, 2개 이상의 마이크를 이용하는 경우에는, 각각의 마이크 자체의 감도 특성이 조정되어야 하고, 마이크들의 배치에 대해서도 조정이 필요하다. 그리고 수음되어 생성되는 신호들로부터 주기성 패턴을 검출하여 잡음으로 판정하고, 잡음을 감쇄시키기 위한 감쇄 패턴을 생성하는 처리가 필요하다.

또한, 2개 이상의 마이크의 각각은 자체적으로 신호를 생성할 때 시간차를 발생시킬 수 있는데, 시간차를 갖는 신호들을 그대로 서로 조합하여 처리하게 되면, 신호의 왜곡이 발생할 수 있고, 심지어는 또다른 잡음이 유발될 수 있다.

이에 비하여, 본 발명의 잡음 감쇄 장치에서는 낮은 임피던스 마이크를 이용하므로 음성의 음압에 의하여 음성 신호를 생성한다. 따라서 음압이 낮은 주변 잡음은 유입이 제한될 수 있다.

그리고 단지 하나의 마이크를 이용하므로 또다른 마이크에 의한 신호와의 시간차를 고려할 필요가 없다. 즉, 다수의 마이크를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 마이크 각자의 특성을 조정해야하는 필요성을 제거할 수 있으며, 각 마이크의 배치 위치에 따른 신호들의 시간차로 인해 음성 신호가 왜곡되거나 추가 잡음이 발생할 수 있다는 문제점이 근본적으로 발생하지 않게 된다.

본 발명에 따른 단일의 낮은 임피던스 마이크에 의해 유입되는 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 주변 소음이 많이 발생하는 곳에서 사람의 음성을 입력받기 위한 헤드셋, 이어셋, 전화기, 무전기 등에 적용될 수 있다.

먼저, 도 1의 블록도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 임피던스의 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치(본 명세서에서, 잡음 감쇄 장치라고 함)의 구성을 개략적으로 설명한다.

도면을 참조하면, 잡음 감쇄 장치는, 음성을 입력받아 음압 신호(Xmic(t))를생성하는 낮은 임피던스의 단일의 마이크(90)와, 음압 신호를 시스템간의 임피던스 매칭을 위한 매칭 신호(Xmatch(t))로 변환하는 임피던스 매칭부(100)와, 매칭 신호를 가변 증폭하고 디지털 변환 신호(Xvar(n))로 변환하는 가변증폭 및 신호변환부(110)와, 디지털 신호의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하는 신호분석부(120)와, 디지털 신호의 음색을 제어하고 임계레벨을 제한하여 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성하는 음색 및 임계레벨 처리부(130)와, 임계처리 신호에서 잡음 영역을 선별하고 선별된 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 생성하는 잡음영역 선택부(140)와, 잡음레벨조정 신호에서 주기적 잡음을 선택적으로 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))를 생성하는 주기잡음 처리부(150)와, 주기잡음감쇄 신호에서 잡음 변위에 따른 적응 레벨 범위를 제어하여 레벨변위적응 신호(Xnvc(n))를 생성하는 잡음변위 조절부(160)와, 주기잡음감쇄 신호에 대한 시간지연을 보상하기 위하여 임계처리 신호 및 잡음레벨조정 신호를 시간매칭 신호(Xtm(n))로 변환하는 신호처리 매칭부(170)와, 입력되는 신호들 각각의 이득을 조정하고 선택적으로 혼합하여 신호합성함으로써 적응 환경(잡음이 많거나 적은 주변의 환경, 또는 음악 소스(음악 소스는, 비주기성이면서도 약간의 주기성을 띨 수 있어 잡음으로 처리될 수 있다)를 입력받는 환경)에 따라 적절히 음색을 보상하고 또한 주기적 잡음을 감쇄시켜 다양한 조건에 적응된 결과 음성 신호(Xnc(n))를 생성하여 출력하는 잡음조절 합성부(180)와, 상기 각부의 동작을 제어하되 특히 스펙트럼 정보에 근거하여 상기 각부의 신호 처리 동작을 제어하는 시스템 운용부(190)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 장치는, 잡음이 감쇄된 결과 음성 신호를 청취자에게 청각적으로 출력하기 위하여 결과 음성 신호(Xnc(n))를 증폭하여 스피커에 제공하는 증폭기(210)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 개시하는 잡음 감쇄 장치는 단지 하나의 마이크를 포함할 수 있다. 또는, 단지 하나의 마이크 신호 입력수단을 구비하여도 무방하다. 특히, 본 발명의 마이크는 50Ω 이하, 바람직하게는 150Ω 이하의 낮은 임피던스를 갖는 것이 바람직하다.

일반적으로 마이크는 콘덴서 마이크와 다이나믹 마이크로 구분할 수 있다. 콘덴서 마이크의 경우 150Ω 내지 수 ㏀의 임피던스를 가지며, 다이나믹 마이크는 5Ω 내지 600Ω의 임피던스를 갖는다. 본 발명에서의 낮은 임피던스라 함은, 150Ω 이하를 의미하는 것으로 한다.

이렇게 낮은 임피던스를 갖는 마이크는, 음향에 의한 음압을 감지하는 방식으로 동작하여 아날로그 음압 신호(Xmic(t))를 생성한다. 음압 신호는, 비주기성을 띠는 음성 신호와, 주기성을 띠는 잡음 신호를 포함하는 상태이다.

한편, 이러한 마이크는, 음압을 감지하므로, 주변의 음향에 민감하지 않다. 따라서, 마이크 자체에 의하여 주변 잡음을 1차로 억제할 수 있는 효과가 있다. 이러한 마이크는 헤드셋, 이어셋, 전화기의 송화기, 무전기 등과 같이 발성자의 입에 가까이 대고 말하는 장치에서 사용될 수 있다.

하지만, 이러한 낮은 임피던스의 마이크에 의해 생성된 아날로그 음압 신호는 감도가 낮으므로, 높은 증폭도로 증폭하여야 한다. 하지만, 이러한 증폭 과정에서, 미약하게 입력된 주변 잡음이 함께 증폭되거나, 신호 증폭 장치 자체에 의한 전기적 잡음이 함께 증폭되어, 원하는 음성이 잡음에 묻혀버릴 수도 있다. 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는 이렇게 증폭 동작에서도 주변 잡음과 전기적 잡음을 효율적으로 감쇄시킬 수 있다.

임피던스 매칭부(100)는 낮은 임피던스 마이크와 가변증폭신호 변환부(110)를 포함하는 이하의 각부와의 신호매칭을 수행한다. 신호 매칭부(100)는, 음압 신호(Xmic(t))를 매칭 트랜스(도시하지 않음)를 이용하여 매칭 신호(Xmatch(t))로 변환할 수 있다.

가변증폭 및 신호 변환부(110)는 임피던스 매칭부에서 전송하는 매칭 신호 X(match(t))의 낮은 음량을 임의의 증폭도만큼 가변 증폭하고, 가변 증폭된 신호를 디지털 변환하여 증폭된 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성한다. 즉, 본 발명은 낮은 임피던스의 마이크에 의한 음압 신호를 이용하기 때문에, 음량이 매우 낮다. 따라서, 음압 신호의 음량을 충분히 높은 증폭도로 증폭해야 하는 것이다.

한편, 마이크로부터 수음된 음압 신호를 임피던스 매칭을 통한 상호 그라운드 분리 방식에 따른 아날로그 신호인 상태에서 증폭함으로써, 낮은 임피던스의 입력 신호와 증폭된 신호 간의 그라운드 유도 잡음을 줄일 수 있게 된다. 또한, 신호에 대한 잡음 제거 처리를 수행하기 이전에 음량 증폭을 수행함으로써, 신호에 내재된 미소한 잡음이나 신호 증폭에 의해 추가될 수 있는 후발 잡음을 미리 감지하여 확실히 제거할 수 있게 된다.

도 2는 가변증폭 및 신호변환부의 구조를 블록으로 도시한 도면이다. 입력된 아날로그 신호인 매칭 신호(Xmatch(t))는 가변 증폭 블록(111)을 통과하여 모든 주파수 대역에 걸쳐 임의의 증폭도로 가변 증폭되고, 가변 증폭된 신호는 A/D 변환 블록(112)을 통과하여 디지털 신호(Xvar(n))로 변환된다.

가변 증폭 처리라 함은, 입력된 신호가 기준 레벨보다 크면 임피던스가 150Ω에 가까운 마이크로부터의 음압 신호인 것으로 간주하여 증폭도를 적절히 설정하고, 입력된 신호가 기준 레벨보다 작으면 임피던스가 50Ω 보다 낮은 마이크로부터의 음압 신호인 것으로 간주하고 증폭도를 높이는 처리를 말한다.

생성된 디지털 변환 신호(Xvar(n))는 음색 및 임계레벨 처리부(130)와 신호 분석부(120)에 각각 제공된다.

신호분석부(120)는 디지털 변환 신호(Xvar(n))로부터 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성한다. 스펙트럼 정보는 주파수 대역간의 레벨 및 순간 음량 변화를 포함하는 주파수를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 스펙트럼 정보는, 주파수 대역별로 각각의 주파수에 대한 레벨 정보와, 주파수 대역의 순간 레벨 변화를 얻기 위해 활용될 수 있다. 이로써, 음색의 구성 정보와 순간 음 피크치 검출, 피드백 발진음 신호를 찾을 수 있다.

스펙트럼 정보는 다음과 같은 형태로 구성된다. Xspec(n) = [gN FilterN]_T × Xvar(n). [gN FilterN]_T는 각 필터단이 병렬로 배치되며, 각각의 주파수 성분을 분석하여 데이터화함으로써 스펙트럼 정보가 생성된다.

이러한 스펙트럼 정보에 의하여, 가변 증폭 신호 변환부(110)에서 수행한 가변 증폭 처리와 음색 및 임계레벨 처리부(130)에서의 신호 처리를 위한 가중치를 얻을 수 있다.

여기서, 가중치는, 음색 및 임계레벨 처리부(130)를 구성하는 다단 직렬 필터들의 필터링 정도를 조정하기 위한 가중치를 의미할 수 있다.

도 3은 신호분석부의 구조를 블록으로 도시한 도면이다. 디지털 변환 신호(Xvar(n))는 서로다른 주파수 통과 대역을 가지며 병렬연결된 필터들에 동시에 입력될 수 있으며, 각 필터들에서 주파수 대역별로 신호를 분석하고, 분석된 정보를 종합하여 모든 주파수 대역에 대한 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 구성한다.

특히, 신호분석부(120)가 본격적인 음성 처리를 수행하기 이전의 신호, 즉, 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 이용하여 스펙트럼 분석하게 된다. 이렇게, 음성 처리되기 전의 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 이용함으로써, 음압 신호에 포함된 원래 잡음 및 순간 음압 변화량을 정확하게 분석할 수 있게 되고 그 주파수를 특정할 수 있게 된다. 또한, 분석 결과에 의하여 음성 처리에 사용되는 필터링 및 레벨 제어에 필요한 가중치를 정확하게 결정할 수 있게 된다.

음색 및 임계레벨 처리부(130)는, 신호분석부에서 생성한 스펙트럼 정보에 기초하여(스펙트럼 정보에 기초하여 시스템 운용부가 생성한 가중치 및 잡음 변위 조절 변수를 제공받아 이용함으로써), 증폭된 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 주파수 대역별 필터링 처리하고, 원하는 주파수의 음색을 제어하고 불필요한 음원을 제거하고, 음색 매칭하고, 신호음의 레벨을 임계레벨 이내로 제한하는 처리를 수행하여 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성한다.

신호음의 레벨을 임계레벨 이내로 제한함으로써, 주변의 소음량이 순간적으로 높아지는 경우에 순간적인 큰 소리로 인하여 청취자에게 불쾌감 및 청각 손상을 일으키게 되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 음색 및 임계레벨 처리부의 구조를 도시한 블록도이다. 증폭된 디지털 변환 신호(Xvar(n))는 복수의 필터 블록(131)을 통과하여 음색 매칭이 이루어지고, 리미터 블록(132)을 통과하여 신호음의 레벨이 임계레벨 이내로 제한되게 된다.

즉, 스펙트럼 정보를 분석하여 각 주파수별 제어가 이루어질 수 있는데, 이는 필터 블록(131)을 구성하는 직렬 연결된 다단 필터들(Filter1, Filter2, ... FilterN) 각각의 이득을 제어함으로써, 원하는 주파수의 음색이 제어되고, 불필요한 음원이 제거되는 전처리가 이루어지게 된다. 이로써, 원하는 주파수의 음색을 튜닝하고 피드백 발진이 발생한 주파수를 제어할 수 있다.

또한, 리미터 블록(132)에 의하여 순간 음 피크치를 검출하고 -ΔG__Limit인 순간 감쇄 처리한다.

이로써, 임계처리 신호(Xthl(n)) = -ΔG__Limit × ([gN FilterN] × Xvar(n)) 으로 된다.

잡음영역 선택부(140)는, 음색 및 임계레벨 처리가 수행된 임계처리 신호(Xthl(n))로부터 잡음 분포를 확인하기 위하여 신호를 샘플링하여 정신호 블록으로 처리하고, 또한, 샘플링한 신호 중 잡음 성분에 해당하는 부분의 신호를 역변환하여 부신호 블록 버퍼에 의해 처리하여 잡음 영역을 선택하고, 선택된 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))를 생성한다.

잡음영역 선택부의 역할은, 신호에 잡음량이 증가될수록 음성의 명료도가 저하되는데, 신호의 주파수 대역간 이득을 고려하여 최고치와 최저치의 잡음 영역을 지정하여 미리 처리함으로 음성의 명료도를 개선하기 위함이다.

도 5는 잡음영역 선택부의 구조를 도시한 도면이다. 임계처리 신호(Xthl(n))는 정신호 블록과 부신호 블록에 각각 입력된다.

정신호 블록(141)은 임계처리 신호(Xthl(n))에 전달함수 Hp(n) = Fs합주기[Xthl(n)] 처리하여 정신호를 생성한다.

부신호 블록(142)은 임계처리 신호(Xthl(n))에 전달함수 Hn(n) = -Fs합주기[ΔXthl(n)] 처리하여 부신호를 생성하고, 생성된 부신호는 블록 합 가변변위 레벨 조정 블록(143)의 이득이 적용된 ΔGg[Hn)n)]과 정신호 Hp(n)의 합에 의하여 순간 변동 잡음이 개선된다. 이로써, 주기잡음 처리부(150)에서 주기적 잡음 영역만을 처리하여 잡음을 제거한다.

이후, 정신호와 블록 합 가변변위 레벨 조정 블록(143)을 통과한 부신호가 서로 합산되어 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))가 생성된다.

주기잡음 처리부(150)는 입력되는 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))를 생성한다.

도 6은 주기잡음 처리부의 구조를 설명하는 도면이다. 주기잡음 처리부(150)는, 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)과, 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(152)과, 적응 Fir Filter LMS단 블록(153)과, 이들에 의한 결과 신호를 합산하여 피드백하는 블록을 포함한다. LMS는 최소 제곱 평균(Least Mean Square) 처리를 의미한다.

잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)과 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(152)에 각각 입력된다.

주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)은 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))를 H(n) 함수 처리하여 주기 정신호(Xns(n))를 생성한다.

주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(152)은 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))를 H'(n) 함수 처리하여 주기 역신호(X'ns(n))를 생성한다.

적응 Fir Filter LMS단 블록(153)은 주기 정신호(Xns(n))와 주기 역신호(X'ns(n))와 에러 신호(Xerr(n))를 이용하여 주기적 잡음을 감쇄시킨다.

Fir Filter(Finite Impulse Response Filter)는 디지털 필터의 한 종류로서, 입력 신호 중 일정한 값들만을 가지고 원하는 주파수 성분에 대해 필터링을 수행하며, 회귀 성분이 없어 위상이 선형적인 것이 특징이다. Fir Filter는 위상 제어의 측면에서는 아날로그 필터와 유사하게 작용하며, 이로써, 위상 신호 처리를 수행함에 있어서 필수적으로 사용되는 기본 필터이다.

이에 비하여 IIR Filter(Infinite Impulse Response Filter)는 회귀 성분에 의해 위상이 비선형적이라는 문제점이 있어 주기적 잡음 제거에 사용하기에는 문제가 많다.

Fir Filter를 이용하면, 반복적 주기 신호 처리에서 정신호와 역신호를 합성하더라도 위상이 유지되므로 잡음을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

즉, Fir Filter LMS단(153)에서 LMS 처리에 따른 결과 가중치인 능동 계수를 얻고, 임의의 Fir Filter 계수에 적용하여 신호처리를 수행한다. Fir Filter 계수는 LMS 처리에 따라 생성되는 능동 계수인 LMS 결과 가중치에 의해 제어된다. 가중치의 계산에 필요한 T_주기 또는 G_가중치는 Fir Filter LMS단(153)에서 자체 생성되거나 시스템 운용부(190)로부터 제공받을 수 있다. 이로써, 주기잡음 처리부(150)의 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)과 주기 및 잡음신호합 역처리단 블록(152)과 적응 Fir Filter LMS단(153)의 순환 신호처리가 이루어진다. 적응 Fir Filter LMS단(153)은, 적응 Fir Filter LMS단(153)의 출력인 Xnps(n)과 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(151)의 출력인 Xns(n)를 합성하여 생성되는 차이 신호를 에러 신호(Xerr(n))로서 입력받게 되는데, 이 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워지면 주기적 잡음의 주파수 성분이 감쇄되었음을 의미한다.

이러한 처리는 주기 역신호(X'ns(n))를 입력으로 하여 적응 Fir Filter 계수가 반영된 출력 신호, 즉 Xnps(n) 값이 주기 정신호(Xns(n))와 합성되었을 때 생성되는 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워질 때까지, 반복적으로 적응 Fir Filter의 계수값을 수정되어 반복적으로 주기 정신호(Xns(n))와 처리하게 된다.

에러 신호(Xerr(n))는 주기잡음 처리부(150)에 입력되는 신호(예를 들면, 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))에 포함된 주기적 잡음을 나타낸다.

한편, Fir Filter에서는 탭(tap) 딜레이를 가지고 있으며, 각 탭에 가중치(W₀(n), W₁(n), W₂(n), ... Wm(n))를 적용함에 따라 원하는 주파수를 제어하는 필터링을 구현할 수 있다. 이런 처리를 수행한 후 LMS 결과에서 주기적 잡음(또는 에러 신호(Xerr(n)))를 판단한다. 에러 신호가 0에 가까워질 때까지 능동 계수를 조정하여 반복 적용하는 방법으로 주기적 잡음을 감쇄시킨다.

에러 신호(Xerr(n))가 0이거나 임의의 적절한 수준으로 낮아지면, Fir Filter LMS단(153)의 출력인 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))는 주기적 잡음에 대응하는 주파수 성분이 감쇄되었음을 의미할 수 있으며, 다음 구성부에 입력된다.

도 7은 적응 Fir Filter LMS단 블록의 구조를 설명하는 도면이다. 적응 Fir Filter LMS단 블록(153)은 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))에 포함된 주기적 잡음을 인식하기 위하여, 주기 역신호(X'ns(n))를 신호처리한다. 또한, 에러 신호(Xerr(n))에 따른 LMS 능동 계수를 반영하는 신호처리를 수행한다.

에러 신호(Xerr(n))는 주기 정신호(Xns(n))와 주기잡음 처리부에서 출력하는 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))를 합산하여 생성되는 차이로서 정의될 수 있는데, 이는 주기적 잡음 가중치에 해당한다. 따라서, 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 잡음 감쇄를 위해 설정된 정도보다 크다면, 주기적 잡음을 더욱 감쇄시키기 위해서 적응 Fir Filter LMS단 블록(153)의 LMS 능동 계수가 더욱 조정되고, 다시 생성된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))가 다시 주기 정신호(Xns(n))와 합산될 수 있다.

이러한 피드백 절차를 반복하여 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워지게 되면 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))에서 주기적 잡음이 모두 감쇄되었다고 판단할 수 있다.

본 발명에서 Fir Filter를 이용하는 이유는 잡음 감쇄 처리될 신호의 선형 위상을 유지하기 위함이다. 즉, Fir Filter가 선형성을 가지므로, 주기적 신호(즉, 잡음)의 역상을 혼합할 때, 주기적 신호가 선형적으로 제거될 수 있다.

주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))는 X'ns(n) × W_m(n)가 되는 Fir Filter를 통과한 신호로서, Xnps(n) = ∑ W_m(n) × X'ns(n-m)가 된다.

주기잡음 처리부(150)는, 능동 알고리즘을 이용하여 신호(X'ns(n))에 적응 Fir Filter 계수(W_m(n))를 적용함으로써, 평균 제곱의 에러로 인지되는 신호를 최소화할 수 있다.

여기서 에러 신호로 인지되는 부분은, 도 6을 참고할 때, Xerr(n) = Xns(n) + Xnps(n) 로 된다. 여기서, 주기 및 잡음신호합 처리단(151)의 전달 함수를 H(n)으로 하고, 주기 및 잡음신호합 역 처리단(152)의 전달 함수를 H'(n)이라고 하면, Xns(n) = Xnad(n) × H(n)라고 정리되며, 마찬가지로 X'ns(n) = Xnad(n) × H'(n)라고 정리될 수 있다.

결국, Xerr(n) = Xns(n) + Xnps(n)이며, 능동 알고리즘의 평균 제곱근을 취하면, 다음과 같이 정리된다.

▽²Xerr(n) = 2 Xerr(n)×(dXerr(n)/dW(n))

= 2 Xerr(n)×d{Xns(n) + (X'ns(n) × [W_m(n)]_T)}/dW(n)

즉, Xns(n)와 X'ns(n)는 서로 역상 관계에 있는 신호이므로, [W_m(n)]_T와 같이 능동 계수 벡터 테이블에 의한 [W_m(n)]_T의 주기적 상호 상쇄 처리를 수행하면 Xerr(n)는 0에 근접할 것이고, 마침내 Xnps(n)에서는 비주기적 신호만 포함하게 된다.

한편, 통상적으로 LMS 능동 알고리즘만으로도 주기적인 신호를 제거할 수는 있다. 하지만, 어느 정도까지를 주기적 잡음으로 볼 것인지에 대한 판단과, 판단된 주기적 잡음을 어느 정도까지 상쇄할 것인지에 대한 판단이 필요하다.

이러한 판단은, 시스템 운용부(190)가 주기 및 잡음신호합 처리단(151)과 주기 및 잡음신호합 역 처리단(152)과 적응 Fir Filter LMS단(153)에 적용되는 T(주기)와 G(가중치)를 제어함으로써 조절될 수 있다.

잡음변위 조절부(160)는 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))의 레벨을 제어하여 레벨변위커브에 적응된 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))를 생성한다.

음성을 포함하는 신호로부터 주기적 신호를 상쇄시키는 정도가 커지면, 잔상 효과를 일으키는 유발 잡음이 오히려 증가할 수 있다. 그래서 이러한 부작용을 해결하고자, 잡음변위 조절부(160)가 적용된다.

도 8은 잡음변위 조절부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

음성을 포함하는 신호는 주기잡음 처리부(150)를 거치면서 주기적 성분이 감쇄된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))가 출력되는데, 잡음변위 조절부(160)는 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))에 여전히 잔류하는 유발 잡음 부분을 추가 처리하게 된다.

잡음변위 조절부(160)는, 전처리 이득단(Pre G)과, 잡음변위 기울기 제어단(161)과, 후처리 이득단(Post G)을 포함하여 구성된다. 전처리 이득단과 후처리 이득단은 신호의 레벨을 평준화하기 위해 적용된다. 잡음변위 기울기 제어단(161)은 유발 잡음 부분의 일부를 처리하기 위해 적용된다.

도 9는 잡음변위 조절부의 잡음변위 기울기 제어단의 구조와 잡음변위 기울기 제어단에 있어서 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.

도 9(a)에 도시된 바와 같은 잡음변위 기울기 제어단(161)은 주기잡음 처리부(150)에서의 처리에 의해 의도하지 않게 추가된 유발 잡음 부분을 감쇄시키기 위하여, 직렬 연결된 등화 처리용 다단 필터(Filter1, Filter2 ... FilterN)와 이득 기울기 제어단(Gain Slop Control; GSC)을 포함하여 구성된다.

주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))는 음량 제어, 잔상 잡음 제어, 그리고 유발 잡음이 나타난 주파수 대역의 레벨이 제어되어, 레벨변위적응 신호(Xnvc(n))가 된다. 레벨변위적응 신호(Xnvc(n))는 다음과 같이 생성된다. Xnvc(n) = Pre G × [gN FilterN] × GSC × Post G.

여기서, [gN FilterN]은, 유발 잡음이 나타난 주파수 대역의 레벨을 제어하기 위한 필터로서, 노치 필터, 쉐프 필터, 피크 필터 등으로 구성될 수 있다.

이득 기울기 제어단(GSC)에서는, 소리의 시간 변형을 제어하는 Attack, Release, Sustain, Decay Time에 따른 음파의 변형과 음량의 높낮이에 따른 이득 기울기를 제어함으로써, 잔상 잡음 제어 처리를 수행한다.

도 9(b)는 이득 기울기 제어단(GSC)에서 레벨을 제어하는 예를 보여준다. 도면에서 가로축은 신호의 입력값이고, 세로축은 신호의 출력값이다. 도면에서 일정한 기울기를 가진 직선은 신호의 입력 대 출력의 비가 선형적으로 증가하는 기준선을 나타낸다. 이때, 시스템 운용부(190)에서, 변위선으로 보여지는 바와 같이, 임의로 어떤 입력값에 대해서는 이득을 기준선보다 높이고 다른 부분은 기준보다 레벨을 낮추는 방식으로 제어할 수 있다. 이로써, 잔상 잡음 제어 처리를 할 수 있다.

신호처리 매칭부(170)는, 음색 및 임계레벨 처리부(130)에서 출력하는 임계처리 신호(Xthl(n))와 잡음영역 선택부(140)에서 출력하는 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))를 입력으로 하고, 상기 입력 신호들 각각과 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와의 시간지연(Δt1 및 Δt2)을 보상하는 처리를 수행하고, 시간지연이 보상된 신호에서 상기 신호 보상 처리에 의해 발생한 잡음을 개선하기 위하여 소정 주파수 대역통과 필터를 적용하여 시간 매칭 신호(Xtm(n))를 생성한다.

도 10은 신호처리 매칭부의 구조를 설명하는 도면이다. 임계처리 신호(Xthl(n))와 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))는 시간지연단(171)에 입력될 수 있다. 임계처리 신호(Xthl(n))는 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))에 비하여 시간(Δt1) 만큼 앞서므로, 시간(Δt1) 만큼의 지연이 필요하고, 또한, 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))는 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))에 비하여 시간(Δt2) 만큼 앞서므로, 시간(Δt2) 만큼의 지연이 필요하다.

따라서, 시간지연단(171)은 임계처리 신호(Xthl(n))와 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n)) 각각에 대하여 적당한 지연처리를 적용하여 동일한 시간 지연을 갖도록 처리된다.

시간지연이 적용된 신호는 대역 필터 블록(172)을 통과하면서 원하는 대역의 주파수만 통과하여 시간 매칭 신호(Xtm(n))로 된다. 시간매칭 신호(Xtm(n))는 잡음조절 합성부(180)에 제공된다.

시간매칭 신호(Xtm(n))는 시간지연 처리된 임계처리 신호(Xthl(n))이거나, 시간지연 처리된 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))이거나, 시간지연 처리된 이들 두 신호의 합성된 신호일 수 있다. 즉, 신호처리 매칭부에는 임계처리 신호(Xthl(n))와 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))가 함께 입력되어 각각의 지연시간이 매칭되고, 출력은 Xtm(n) 하나로 출력될 수 있다.

한편, 주기잡음 처리부(150)의 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n)) 및 잡음변위 조절부(160)의 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))에 대해서도 적절한 지연 처리가 적용될 수 있으며, 이로써, 잡음조절 합성부(180)에 입력되는 시간매칭 신호(Xtm(n))와 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))와 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))가 서로 합성될 때 신호 위상의 시간지연에 의해 발생하는 울림 현상 등을 방지할 수 있게 된다.

잡음조절 합성부(180)는 각 블록에서 출력하는 처리된 신호들을 입력받아 선택적으로 처리하여 적응 환경에 따라 음색이 보상되고 및 주기적 잡음이 제거됨으로써 다양한 조건에 적응된 결과 음성 신호(Xnc(n))를 생성하게 된다. 즉, 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))와 시간매칭 신호(Xtm(n)) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 결과 음성 신호(Xnc(n))로서 출력한다.

도 11은 잡음조절 제어부의 구조를 설명하는 도면이다.

잡음조절 합성부(180)는, 잡음변위 조절부(160)로부터 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))를 입력받아서 이득 조정하기 위한 증폭단(G1)과, 주기잡음 처리부(150)로부터 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))를 입력받아서 이득 조정하기 위한 증폭단(G2)과, 신호처리 매칭부(170)로부터의 시간매칭 신호(Xtm(n))를 입력받아 이득 조정하기 위한 증폭단(G3)을 구비한다. 그리고, 증폭단에 의해 이득 조정된 신호들 중 어느 하나를 선택하여 출력하거나 둘 이상을 합성하여 결과 음성 신호(Xnc(n))로서 출력하는 신호합성단(181)을 구비한다.

증폭단들(G1, G2, G3)과 신호합성단(181)에 의해 선택되어 합성된 결과 음성 신호(Xnc(n))는 다음과 같이 표현될 수 있다. Xnc(n) = (G1 × Xnvc(n)) + (G2 × Xnps(n)) + (G3 × Xtm(n)).

여기서, 증폭단의 이득(G1, G2, G3)은, 청취자가 원하는 잡음 감쇄 정도에 따라서 조정될 수 있다.

종래의 잡음 감쇄 장치들은 여러 입력 신호들을 합성하여 처리하는 것이 아니라 하나의 신호경로로 연결되어 처리되고 처리된 신호를 출력단에 대하여 단지 On/Off하는 것에 그치므로(예를 들면, 잡음 감쇄를 위하여, 별도 수음된 잡음 신호의 역상을 음성 신호에 합성할 것인지 여부(On/Off)의 선택), 주변의 환경 변화(즉, 적응 환경의 변화)에 적응하기 어려웠고 청취자의 요구에 대응하기 어려웠다.

하지만, 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는 잡음조절 합성부(180)의 증폭단들(G1, G2, G3)과 신호합성단(181)을 이용하여 신호를 다양하게 선택하고 잡음을 감쇄시키는 정도를 다변화할 수 있으므로, 주변의 환경 요인이나 청취자의 요구에 효과적으로 적응할 수 있게 된다.

제어 동작의 예시로서, 잡음 감쇄 정도를 작게 하고자 하는 경우에는, G1 = 0, G2 = 0, G3 = 1로 설정함으로써, 시간매칭 신호(Xtm(n))만을 출력하면 된다 (여기에서, G1 + G2 + G3 = 1일 수 있다). 이러한 출력에서는, 음색, 피드백 발진 및 임계 레벨이 제어된 음성을 들을 수 있다.

또한, 잡음 감쇄 정도를 최대로 하고자 하는 경우에는, 예를 들면, G1 = 0.4, G2 = 0.6, G3 = 0의 값을 적용할 수 있다. 이로써, 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))와 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))가 합성되어 출력될 수 있다. 이러한 출력에서는, 음색, 피드백 발진 및 임계레벨이 제어되고, 주기적 잡음이 감쇄되고, 레벨이 조정된 음성을 들을 수 있다.

한편, 원음의 잡음을 어느 정도 수용함으로써 정감있는 음성을 청취하고자 하는 경우에는, G3을 0으로 하지않고 약간의 가중치를 설정하면 된다.

이러한 제어를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Xnc(n) = (G3 × Xtm(n))경우에는, G3를 가변함에 따라 시간 매칭신호(Xtm(n))만 출력된다. 이러한 신호에 의하면, 음색, 피드백 발진 및 임계 레벨이 제어된 음성과 잡음영역 선택에 의한 순간 변동 잡음이 개선된 음성을 구현할 수 있다.

Xnc(n) = (G1 × Xnvc(n)) + (G2 × Xnps(n))경우에는, G1과 G2의 가변에 따라 레벨변위 적응 신호(Xnvc(n))와 주기잡음 감쇄 신호(Xnps(n))가 합성되어 출력된다. 이러한 신호에 의하여, 음색, 피드백 발진 및 임계레벨이 제어되고, 순간 변동 잡음개선 및 주기적 잡음이 감쇄되고, 레벨이 조정된 음성을 구현할 수 있다.

Xnc(n) = (G1 × Xnvc(n)) + (G2 × Xnps(n)) + (G3 × Xtm(n))경우에는, G1, G2, G3의 가변에 따라 다양한 신호 합성이 이루어지며 다양한 적응 환경에 맞춰 구현할 수 있다.

즉, G1, G2, G3는 고정치가 아닌 가변치이며, 적응 환경에 따라 가변하여 적용될 수 있다.

이와 같은 구성에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 감쇄 장치는, 단지 하나의 낮은 임피던스 마이크에 의해 수음된 음압 신호로부터, 유입된 주변 잡음 및 높은 증폭도의 증폭에 의해 발생한 잡음 성분만을 선택적으로 감쇄시키고, 각 음향처리 단계마다 생성되는 다양한 출력 신호들(Xthl(n), Xnad(n), Xnps(n), Xnvc(n)) 중 하나 또는 복수를 가중 혼합하여 청취자에게 제공함으로써, 청취자는 원하는 방식으로 정감 있는 소리를 청취할 수 있게 된다.

또한, 다양한 출력 신호들(Xthl(n), Xnad(n), Xnps(n), Xnvc(n))간에 발생하는 시간지연을 매칭시키고 주파수 분포 대역을 조절함으로써 명료도 높은 소리를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 단일 마이크에 의해 수음된 음압 신호로부터 주기적 잡음을 감쇄시키는 장치로서:
   상기 마이크에 의해 생성된 상기 음압 신호를 디지털 변환하여 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성하는 가변증폭 및 신호 변환부;
   상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 수신하여 음색을 제어하고 임계레벨을 제한하여 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성하는 음색 및 임계레벨 처리부;
   상기 임계처리 신호에서 잡음 영역을 선별하고 선별된 상기 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 생성하는 잡음영역 선택부;
   상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 이용하여 주기 정신호(Xns(n)) 및 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하고, 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리하여 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xns(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 소망하는 정도보다 크면 상기 출력 신호를 조정한 후 다시 상기 주기 정신호(Xns(n))와 합성하고, 생성되는 상기 에러 신호(Xerr(n))가 상기 소망하는 정도의 이하로 감쇄되었다면 최종의 상기 출력 신호를 상기 주기적 잡음이 감쇄된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))로서 출력하는 주기잡음 처리부;
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))를 생성하는 잡음변위 조절부;
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))에 임의의 가중치를 부여하고 서로 합성하여 주기적 잡음이 감쇄된 결과 음성 신호(Xnc(n))를 출력하여 스피커를 통해 출력되도록 하는 잡음조절 합성부; 및
   상기 가변증폭 및 신호변환부, 상기 주기잡음 처리부, 상기 잡음변위 조절부 및 상기 잡음조절 합성부의 동작을 제어하는 시스템 운용부를 포함하는, 잡음 감쇄 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))에 대한 상기 임계처리 신호(Xthl(n)) 및 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n)) 각각의 시간지연(Δt1 및 Δt2)을 보상하여 상기 임계처리 신호(Xthl(n))와 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))가 서로 동일한 위상을 갖도록 처리하고, 상기 임계처리 신호(Xthl(n))와 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n)) 중 적어도 하나를 포함하는 시간매칭 신호(Xtm(n))를 생성하는 신호처리 매칭부를 더 포함하고,
   상기 잡음조절 합성부는, 상기 시간매칭 신호(Xtm(n))를 더 입력받아 임의의 가중치를 부여한 후 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))에 합성하여 상기 결과 음성 신호(Xnc(n))를 출력하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 시간매칭 신호(Xtm(n))와 동일한 위상을 갖도록, 상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))의 각각을 지연처리하는 것을 더 포함하는, 잡음 감쇄 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 잡음조절 합성부는,
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n)), 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n)) 및 상기 시간매칭 신호(Xtm(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성함으로써 상기 결과 음성 신호(Xnc(n))를 생성하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 주기잡음 처리부는,
   입력 신호를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 상기 주기 정신호(Xns(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록과,
   상기 입력 신호를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록과,
   상기 주기 역신호(X'ns(n))에 Fir Fiter를 적용하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))가 적용되어 생성된 신호에 LMS 처리하여 상기 출력 신호를 생성하는 적응 Fir Filter LMS단 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하는 신호분석부를 더 포함하고,
   상기 시스템 운용부는 상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여 상기 각부에서 사용되는 필터링 또는 레벨 제어의 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
8. 단일 마이크에 의해 수음된 음압 신호로부터 주기적 잡음을 감쇄시키는 방법으로서:
   상기 마이크에 의해 생성된 상기 음압 신호를 디지털 변환하여 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 생성하는 단계;
   상기 디지털 변환 신호(Xvar(n))를 수신하여 음색을 제어하고 임계레벨을 제한하여 임계처리 신호(Xthl(n))를 생성하는 단계;
   상기 임계처리 신호에서 잡음 영역을 선별하고 선별된 상기 잡음 영역의 레벨을 조정하여 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 생성하는 단계;
   상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))를 이용하여 주기 정신호(Xns(n)) 및 주기 역신호(X'ns(n))를 생성하고, 상기 주기 역신호(X'ns(n))를 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리하여 출력 신호를 생성하고, 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xns(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 소망하는 정도보다 크면 상기 출력 신호를 조정한 후 다시 상기 주기 정신호(Xns(n))와 합성하고, 생성되는 상기 에러 신호(Xerr(n))가 상기 소망하는 정도의 이하로 감쇄되었다면 최종의 상기 출력 신호를 상기 주기적 잡음이 감쇄된 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))로서 출력하는 단계;
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))를 생성하는 단계; 및
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))와 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n))에 임의의 가중치를 부여하고 서로 합성하여 주기적 잡음이 감쇄된 결과 음성 신호(Xnc(n))를 출력하여 스피커를 통해 출력되도록 하는 단계를 포함하는, 잡음 감쇄 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n))에 대한 상기 임계처리 신호(Xthl(n))와 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n)) 각각의 시간지연(Δt1 및 Δt2)을 보상하여 상기 임계처리 신호(Xthl(n))와 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n))가 서로 동일한 위상을 갖도록 처리하고, 상기 임계처리 신호(Xthl(n))와 상기 잡음레벨조정 신호(Xnad(n)) 중 적어도 하나를 포함하는 시간매칭 신호(Xtm(n))를 생성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 주기잡음감쇄 신호(Xnps(n)), 상기 레벨변위 적응신호(Xnvc(n)) 및 상기 시간매칭 신호(Xtm(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성함으로써 상기 결과 음성 신호(Xnc(n))를 생성하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 방법.

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