KR100513714B1 - 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 채널 보청기에서의 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치는 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 변조한 후, 변조된 각 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기로 결정하는 엔벨로프 크기 계산부와 상기 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 어택/릴리스 시간 제어하는 어택/릴리스시간 제어부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기의 과정을 통해 주파수 밴드별 신호의 엔벨로프 크기를 간단한 연산만으로 계산하여 어택/릴리스 시간 제어를 할 수 있다.

Description

다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치 및 그 방법{Apparatus for estimating sound power of each channel in multi-channel hearing aid and method thereof}

본 발명은 디지털 보청기에 관한 것으로서, 특히 다중 채널 보청기에서의 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 청각장애라고 함은 소리를 인지할 수 있는 소리의 세기 범위가 줄어든 것을 말한다. 즉, 소리를 인지하기 시작하는 문턱값과 귀에 통증을 주기 시작하는 최대 소리 세기 사이의 범위가 줄어든 것이다. 이러한 현상을 나타내는 사람에게 사용되는 보청기는 입력 신호의 세기를 그 사람의 청각 특성에 맞추어 보정하여 출력해 주어야 한다. 이 경우, 입력 신호의 변형 과정에서 일반적으로 소리의 세기 범위가 줄어들기 때문에 이러한 입력 신호의 변형을 압축(compression)이라 한다.

한편, 청각 이상은 주파수에 따라 다르게 나타나는 것이 일반적인 유형이기 때문에, 보청기는 주파수 밴드별로 이득을 다르게 주어야 한다. 디지털 보청기는 이러한 기능을 구현하기가 비교적 용이하기 때문에 난청자용 보청기로서 적합하다.

도 1은 일반적인 다중 채널 보청기의 구조를 보인 것이다. 입력 신호 x(k)는 여러 개의 주파수 밴드로 분할된다. 각각의 주파수 밴드에서 출력되는 신호는 난청자의 주파수 특성과 각 주파수 밴드별 입력 신호의 세기에 따라 계산되는 이득(gain)에 의해 조정되고, 이득에 의해 조정된 각 주파수 밴드의 신호들이 합쳐져 최종 신호 u(k)로 출력된다.

도 1에 의하면, 일반적인 다중 채널 보청기는 입력 신호를 주파수에 따라 몇 개의 채널 신호로 분할하고 각 주파수 밴드별 이득을 난청자의 청각 특성에 맞추어 조정한다. 따라서, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어는 각 주파수 밴드별로 이루어져야 하고, 이를 위해 입력 신호에 포함된 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 구하여야 한다.

주파수별 신호의 세기를 구하기 위해서 가장 널리 사용되는 방법이 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform : 이하에서 FFT라 한다)을 이용하는 방법이다. 그러나, FFT는 많은 연산을 필요로 하므로 실시간 구현에 어려움이 있다. 또한, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어를 위하여 FFT를 사용할 경우, 연산량으로 인해 주파수 해상도를 높일 수가 없고(낮은 주파수 해상도), 매우 짧은 시간 동안의 특성이 계산되는(높은 시간 해상도) 문제점이 있다.

주파수별 신호의 세기를 구하기 위하여, 입력 신호의 절대값을 엔벨로프(Envelope) 크기로 사용하는 방법도 있다. 그런데, 이 방법에 의하면, 엔벨로프(Envelope) 크기가 정확하지 않게 결정되기 때문에 정확한 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어가 어렵다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 각 주파수 밴드의 신호에 적용하는 이득을 구하기 위하여 적은 연산으로 엔벨로프 크기를 계산함으로써 어택/릴리스 시간 제어가 효과적으로 이루어진 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치는, 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치에 있어서, 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 엔벨로프 크기 계산부; 및 시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 어택/릴리스 시간 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 엔벨로프 크기 계산부는, 각 주파수 밴드별로, 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 변조파 생성부; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 피크값 검출부; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 평균신호 생성부; 및 상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 합산부를 구비함이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법은, 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치에 있어서, 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 단계; 및 시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로, 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 단계; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 단계; 상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 단계; 및 상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 단계를 구비함이 바람직하다.본 발명의 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로, 상기 실수 변조 성분의 평균 신호와 상기 허수 변조 성분의 평균 신호를 각각 저역 통과 필터링하는 단계를 더 구비함이 바람직하다 .본 발명의 상기 제어하는 단계는, 상기 엔벨로프의 크기 mag[n]을 계산함에 있어, 입력 신호의 세기가 커지고 있을 때는 mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기), 입력 신호의 세기가 작아지고 있을 때는 mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기) 에 의해 계산함이 바람직하다. (여기서, mag[n-1]은 직전 시간의 엔벨로프의 크기이고, actrl 및 rctrl은 각각 상승 시간 및 하강 시간을 결정하는 상수이며, 상기 상승 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 상기 하강 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다.)

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 M-밴드 필터 뱅크(10)를 사용한 디지털 보청기의 구조를 좀 더 자세히 그린 것이다(여기서, M은 1보다 큰 정수이다). M-밴드 압축 회로(20)는 M개의 주파수 밴드들로 나누어진 소리 신호들에 대하여 각각의 주파수 밴드에 대응한 이득을 계산하게 된다.

M-밴드 압축 회로(20)가 이득을 계산하기 위해 사용하는 정보에는 어택/릴리스 시간 제어된 주파수 밴드별 신호의 세기와 난청자의 청각 특성(Hearing Loss) 정보가 있다. 난청자의 청각 특성 정보는 초기에 한번 측정하여 설정(setting)하면 되지만, 어택/릴리스 시간 제어된 주파수 밴드별 신호의 세기는 입력 신호로부터 매번 측정되어야 한다.

입력 신호의 크기가 작을 때는 이득을 크게 하고, 입력 신호의 크기가 커질 때는 이득을 작게 하는 디지털 보청기에 있어서, 이득을 결정하고자 할 때 소리의 세기를 알아야 한다. 또한, 신호의 엔벨로프의 크기는 해당 신호의 세기에 비례하므로 엔벨로프의 크기를 이용하여 이득을 계산할 수 있다. 이와 같이, 디지털 보청기는 동적 압축기(dynamic compressor), 즉 입력 신호의 세기를 보청기 착용자의 특성에 맞게 변형시키는 장치를 사용하기 때문에 입력 신호가 갑자기 커지거나 또는 갑자기 작아지는 경우 적절한 조정을 해 주어야 한다. 예를들어, 입력 신호가 커질 경우 출력 신호도 따라서 커지게 되므로 입력 신호를 적당하게 줄여 주어야 하며, 반대로 입력 신호가 작아질 경우는 입력 신호를 적절하게 키워 주어야 한다. 난청자용 디지털 보청기에서는 큰 변화량을 갖는, 즉 동적 범위(Dynamic Range)가 넓은 입력 신호를 난청자의 좁아진 동적 범위(Dynamic Range)에 맞추어 주어야 하므로 출력 신호의 범위가 적게 된다.

보청기와 같이 소리의 세기에 따라 이득을 조정하는 장치에서, 어택/릴리스 시간(attack and release time) 제어는 소리의 세기가 변할 때 이득을 적절하게 조정하는 것으로서 편안한 청취감과 음성 인지도 향상을 위해 필수적이다. 이하에서, 엔벨로프의 크기를 사용한 어택/릴리스 시간 제어에 대하여 살펴본다.

도 3은 동적 범위(dynamic range)가 좁아진 청각 특성을 가지는 일반적인 난청자를 위한 보청기에서, 입력 신호의 변화에 따라 출력 신호가 변하는 예를 보여준다. 도 3을 살펴보면, 어느 정도의 조정시간이 지나면 출력값이 적당한 세기로 수렴하는 것을 알 수 있다. 입력 신호의 세기가 변화할 때 입력 신호의 세기에 대응하여 순간적으로 출력 신호의 세기를 변화시키는 장치를 구현하는 것은 불가능하다. 따라서, 출력 신호의 세기를 조정하는데 시간이 걸리게 되고, 그 시간은 상승 시간(Rise Tme)과 하강 시간(Fall Time)으로 정의된다. 여기서, 상승 시간은 출력 신호의 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 하강 시간은 출력 신호의 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다. 제1 소정치 및 제2 소정치는 사전에 결정됨이 바람직하며, 추후 가변가능하다. 예컨대, 도 4의 Tr은 상승 시간(Rise Time)으로서 상승된 출력이 안정상태의 2dB에 도달할 때까지 걸리는 시간으로 정의되며, Tf는 하강 시간(Fall Time)으로서 하강된 출력이 안정상태의 2dB에 도달할 때까지 걸리는 시간으로 정의된다. 이 때, 제1 소정치는 안정(stable)상태의 출력 신호값에서 2dB 낮은 값이며, 제2 소정치는 안정 상태의 출력 신호값에서 2dB 높은 값이다. Tr과 Tf를 결정하는 어택 시간 상수 및 릴리스 시간 상수를 각각 actrl, rctrl이라고 할 때, 일반적으로 사용하게 되는 이득값 계산 방법은 다음과 같다.

입력 신호의 세기가 커지고 있을 때(어택 시간 제어):

mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)

입력 신호의 세기가 작아지고 있을 때(릴리스 시간 제어):

mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)

이득[n] = F(mag[n])

여기에서 F는 입력 신호의 세기와 난청자의 청각 특성에 따라 이득을 결정하는 함수이며, mag는 입력 신호의 세기를 나타내는 값으로서, 본 발명은 mag를 적은 연산량으로 효과적으로 구하기 위한 것이다.

본 발명에서는 계산량을 줄이기 위해 직각 변조(Quadrature Modulation)를 변형한 방법을 사용한다. 도 5는 직각 변조(Quadrature Modulation) 특성을 보여준다. 도 5는 정밀한 저역통과 필터를 사용하여 도 5의 (a)에 도시된 입력 신호를 도 5(b)와 도 5(c)에 도시된 바와 같이 기본 밴드(base band)로 옮긴 후, 다시 도 5(d)에 도시된 바와 같이 재구성(Reconstruction)이 가능한 신호로 변조하는 구조를 보여준다. 즉, 입력 신호는 와 만큼 변조(modulation)되어 필터링 또는 신호의 전송 등에 사용된다.

본 발명은 재구성(reconstruction)이 목적이 아니고 적은 연산량으로 특정 주파수 밴드의 신호 세기를 계산하고자 하는 것인 만큼, 정밀한 저역통과 필터를 사용하지 않아도 된다. 또한, 본 발명에서는 한쪽 방향(예를 들어, 도 5의 (a)에서 (b)방향)으로만 변조(modulation)하여 계산된 복소(Complex) 신호에서 실수 성분과 허수 성분의 크기를 더하여 엔벨로프의 크기로 사용한다. 즉, 특정 주파수 밴드의 신호를 그 중심 주파수 만큼 변조(modulation)하면, 그 중심 주파수 성분은 직류(주파수=0)성분으로 변환된다. 따라서, 변조(modulation)된 결과에서 직류성분의 크기를 구하면 해당 신호의 엔벨로프 크기를 알게 된다.

즉, 대역 통과 필터링되지 않은 원래의 소리 신호를 도 5(a)에서 (b)과정의 변조(modulation)만을 수행할 때, 출력 신호는 복소신호로서 변형되어, 중심 주파수 가 직류성분으로 변조된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 변조된 신호의 직류성분의 크기를 알면 주파수 에서의 원래의 소리 신호의 크기를 알 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 일실시예의 전체 구성도이다. 도 6에 의하면, 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 일실시예는 엔벨로프 크기 계산부(30) 및 어택/릴리스 시간 제어부(40)를 포함한다.

엔벨로프 크기 계산부(30)는 입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 변조한 후, 변조된 각 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기로 결정한다.

어택/릴리스 시간 제어부(40)는 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 구하여진 각 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 어택/릴리스 시간 제어한다.

도 7은 엔벨로프 크기 계산부(30)의 일실시예를 좀 더 상세하게 도시한 블록구성도이다. 도 7에 의하면, 엔벨로프 크기 계산부(30)의 일실시예는 변조파 생성부(40), 피크값 검출부(50), 평균신호 생성부(60), 저역통과필터(70) 및 합산부(80)를 구비한다. 엔벨로프 크기 계산부(30)는 도 2의 M-밴드 필터 뱅크(10)에 의해 나뉘어진 각 주파수 밴드별로 대응하는 엔벨로프 크기를 계산하는데, 각 주파수 밴드별로 별도의 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 병렬적으로 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기를 계산하거나, 하나의 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 주파수를 변경하면서 순차적으로 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기를 계산할 수 있다.

변조파 생성부(40)는 입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수 와 동일한 주파수를 갖는 코사인파()와 사인파()를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성한다.

피크값 검출부(50)는 변조파 생성부(40)에 의해 생성된 실수 변조 성분에서 상위 피크(peak)값들 및 하위 피크(peak)값들을 검출하는 실수성분 피크값 검출부(51) 및 허수 변조 성분에서 상위 피크값들 및 하위 피크값들을 검출하는 허수성분 피크값 검출부(52)를 구비한다.

평균신호 생성부(60)는 실수 변조 성분의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 평균한 실수 평균신호를 생성하는 실수 평균신호 생성부(61) 및 허수 변조 성분의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 평균한 허수 평균신호를 생성하는 허수 평균신호 생성부(62)를 구비한다.

합산부(80)는 실수 평균신호와 허수 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구한다. 그런데, 실수 평균신호와 허수 평균신호를 그대로 사용하는 경우 피크값의 변화가 심하여 불안정한 값이 출력될 수 있으므로 저역통과 필터링하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 실수 변조 성분의 평균 신호와 허수 변조 성분의 평균 신호가 합산부(80)에 의해 합하여지기 전에 각각 저역 통과 필터링하는 실수성분 저역통과필터(71) 및 허수성부 저역통과필터(72)를 구비하는 저역 통과 필터(70)를 더 포함한다. 이때, 실수성분 저역통과필터(71) 및 허수성부 저역통과필터(72)는 각각 정확한 주파수 특성이 요구되는 것이 아니기 때문에 적은 연산량의 간단한 필터가 이용될 수 있다.

엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 계산된 결과 값들은 어택/릴리스 시간 제어부(40)에서 사용되는 각 주파수 밴드별 엔벨로프 크기로서 사용된다.

도 8에 의하면, 어택/릴리스 시간 제어부(40)는 각 주파수 밴드별로 엔벨로프 크기 계산부(30)에 의해 계산된 엔벨로프 크기가 증가 상태에 있는지 여부를 검사한다(100 단계). 만약, 엔벨로프의 크기가 증가 상태에 있으면, 수학식 1에 따라 대응하는 주파수 밴드의 소리 신호의 세기를 결정하고(110 단계), 그렇지 않은 경우에는 수학식 2에 따라 대응하는 주파수 밴드의 소리 신호의 세기를 결정한다.

이와 같이 결정된 각 주파수 밴드의 소리 신호의 세기는 난청자의 청각 특성에 맞추어 대응하는 주파수 밴드의 이득을 계산하는데 사용된다. 이후, 계산된 각 주파수 밴드의 이득은 보청기로 입력되는 주파수 밴드별 신호를 난청자에게 적합한 세기의 신호로 조정하는데 사용된다.

이하에서, 도 9a에 도시된 테스트 신호를 사용하여 특정 주파수 밴드의 엔벨로프 크기를 구하면 도 9b 내지 도 9g에 도시된 바와 같다.

도 9a는 입력 신호를 8 밴드로 나눈다고 가정하고, 8 밴드로 나뉘어진 입력 신호의 4번째와 7번째 밴드에 해당하는 신호들을 더하여 만든 테스트 신호이다. 도 9b에서 좌측 그래프와 중앙 그래프는 각각 8 밴드로 나뉘어진 신호 중 중심주파수 =0인 신호를 만큼 쉬프팅(shifting)하여 변조(modulation)한 복소(complex) 신호의 실수성분 신호와 허수성분 신호를 도시한 것이고, 우측 그래프는 실수성분 신호와 허수성분 신호를 더한 후 직류 성분을 추출한 것이다. 그리고, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 도 9f 및 도 9g는 중심주파수 가 각각 2π×1/16, 2π×2/16, 2π×3/16, 2π×4/16, 2π×5/16, 2π×6/16인 신호를 만큼 변조(modulation)한 복소(complex) 신호의 실수성분 신호, 허수성분 신호 및 직류 성분을 추출한 것이다. 4번째 밴드와 6번째 밴드 신호를 변조한 결과 신호에서, 직류성분이 0이 아닌 값이 나오는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 직류성분으로 해당 주파수 밴드 신호의 엔벨로프 크기가 표현된다는 것을 보이기 위해서, 의 특성을 갖는 간단한 저역 통과 필터를 사용하였다. 여기서 X는 입력 Y는 출력이다.

도 10은 12K 샘플링한 실제 음성신호를 예시한 것이고, 도 11은 도 10에 예시된 신호를 사용하여 100Hz성분 신호의 크기를 구한 것이다. 여기에서, 100Hz 만큼 변조한 후, 변조된 신호의 상위 피크값들과 하위 피크값들을 구하고 상위 피크값과 하위 피크값의 평균을 직류성분으로 사용한다. 그런데, 이 과정에서 피크값들의 변화가 심하여 평균값을 그대로 사용할 수 없기 때문에, 평균값을 다시 의 특성을 갖는 간단한 저역 통과 필터를 사용하여 처리하였다.

본 발명에 의하면, 상기의 과정을 통해 주파수 밴드별 신호의 엔벨로프 크기를 간단한 연산만으로 계산하여 어택/릴리스 시간 제어를 할 수 있다.

도 1은 일반적인 디지털 보청기 구조를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 채널 보청기의 구조를 도시한 것이다.

도 3은 어택/릴리스 시간 제어에 의한 신호의 변화를 도시한 것이다.

도 4는 Tr과 Tf를 설명하기 위한 도면이다.

도 5은 직각 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치의 전체 구성도이다.

도 7은 도 6의 엔벨로프 크기 계산부를 보다 상세히 도시한 블록 구성도이다.

도 8은 도 6의 어택/릴리스 시간 제어부의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 9a는 테스트 신호를 예시한 것이다.

도 9b 내지 도 9g는 각각 8 밴드로 나뉘어진 입력신호에서 1 내지 6번째 밴드 신호가 중심주파수 만큼 변조된 복소 신호의 실수성분 신호, 허수성분 신호 및 직류 성분을 도시한 것이다.

도 10은 20K 샘플링된 음성 신호를 예시한 것이다.

도 11은 도 10에 예시된 음성 신호에서 100Hz 성분의 엔벨로프 크기를 계산한 결과를 그래프로 도시한 것이다.

Claims (8)

1. 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 장치에 있어서,

   입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 엔벨로프 크기 계산부; 및

   시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 어택/릴리스 시간 제어부를 포함함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 엔벨로프 크기 계산부는 각 주파수 밴드별로

   입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 변조파 생성부;

   상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 피크값 검출부;

   상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 평균신호 생성부; 및

   상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 합산부를 구비함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 엔벨로프 크기 계산부는 각 주파수 밴드별로

   상기 실수 변조 성분의 평균 신호와 상기 허수 변조 성분의 평균 신호를 각각 저역 통과 필터링하는 저역 통과 필터를 더 구비함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 어택/릴리스시간 제어부는 상기 엔벨로프의 크기 mag[n]을 계산함에 있어,

   입력 신호의 세기가 커지고 있을 때는

   mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기),

   입력 신호의 세기가 작아지고 있을 때는

   mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)

   에 의해 계산함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정장치(여기서, mag[n-1]은 직전 시간의 엔벨로프의 크기이고, actrl 및 rctrl은 각각 상승 시간 및 하강 시간을 결정하는 상수이며, 상기 상승 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 상기 하강 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다.)
5. 입력된 소리 신호를 소정의 수의 주파수 밴드들로 분할하고, 각각의 주파수 밴드의 소리 신호를 대응하는 이득에 의해 조정한 후, 각 주파수 밴드의 소리 신호를 합하여 출력하는 다중 채널 보청기에서 상기 이득을 구하기 위한 각 주파수 밴드별 신호의 세기를 측정하는 방법에 있어서,

   입력된 소리 신호의 각 주파수 밴드별 신호를 해당 주파수 밴드의 중심 주파수 만큼 쉬프팅(shifting)하고, 상기 쉬프팅된 각 주파수 밴드별 신호의 직류 성분의 크기를 구하여 각 주파수 밴드별로 상기 입력된 소리 신호의 엔벨로프(envelope) 크기를 산출하는 단계; 및

   시간에 따른 상기 산출된 엔벨로프 크기의 변화 추이에 따라 상기 산출된 엔벨로프 크기를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법.
6. 제5 항에 있어서, 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로

   입력된 소리 신호에 상기 주파수 밴드의 중심 주파수와 동일한 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 각각 곱하여 실수 변조 성분 및 허수 변조 성분을 생성하는 단계;

   상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분 각각에서 최대값 및 최소값을 검출하는 단계;

   상기 실수 변조 성분 및 상기 허수 변조 성분별로 상기 검출된 최대값과 상기 검출된 최소값을 평균한 결과를 평균신호로서 출력하는 단계; 및

   상기 실수 변조 성분의 평균신호와 상기 허수 변조 성분의 평균신호를 합하여 변조된 주파수 밴드의 직류 성분의 크기를 구하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법.
7. 제6 항에 있어서, 상기 산출하는 단계는, 각 주파수 밴드별로

   상기 실수 변조 성분의 평균 신호와 상기 허수 변조 성분의 평균 신호를 각각 저역 통과 필터링하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법.
8. 제5 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는, 상기 엔벨로프의 크기 mag[n]을 계산함에 있어,

   입력 신호의 세기가 커지고 있을 때는

   mag[n] = actrl×mag[n-1] + (1-actrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기),

   입력 신호의 세기가 작아지고 있을 때는

   mag[n] = rctrl×mag[n-1] + (1-rctrl)×(해당 주파수 밴드 소리 신호의 엔벨로프 크기)

   에 의해 계산함을 특징으로 하는 다중 채널 보청기에서의 주파수 밴드별 소리 신호의 세기 측정방법(여기서, mag[n-1]은 직전 시간의 엔벨로프의 크기이고, actrl 및 rctrl은 각각 상승 시간 및 하강 시간을 결정하는 상수이며, 상기 상승 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 증가하여 제1 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이고, 상기 하강 시간은 상기 엔벨로프의 크기가 점차적으로 하강하여 제2 소정치에 도달할 때까지 소요되는 시간이다.)