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KR101971608B1 - 웨어러블 음향 장치 - Google Patents

웨어러블 음향 장치 Download PDF

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KR101971608B1
KR101971608B1 KR1020170180810A KR20170180810A KR101971608B1 KR 101971608 B1 KR101971608 B1 KR 101971608B1 KR 1020170180810 A KR1020170180810 A KR 1020170180810A KR 20170180810 A KR20170180810 A KR 20170180810A KR 101971608 B1 KR101971608 B1 KR 101971608B1
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정승규
홍충식
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주식회사 이엠텍
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Abstract

본 발명은 음향 신호의 재생에 의해 공중으로 방사된 음향이 착용자의 청각 기관에 도달되지 않으며 착용자와 대화하는 대화자의 음성이 착용자의 청각 기관에 보다 잘 전달되도록 하는 웨어러블 음향 장치에 관한 것이다.
본 발명인 웨어러블 음향 장치는 적어도 하나 이상의 스피커와, 적어도 스피커에서 방사된 소리와 대화 신호를 포함하는 외부 음향 신호를 획득하는 마이크와, 재생 음향 신호를 스피커에 인가하여 소리를 방사시키되, 외부 음향 신호에 포함된 스피커에서 방사된 소리에 대응하는 신호를 제거하여 대화 신호를 추출하고, 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커에 인가하는 제어부로 구성된다.

Description

웨어러블 음향 장치{WEARABLE SOUND CONVERTOR}
본 발명은 웨어러블 음향 장치에 관한 것으로서, 특히 음향 신호의 재생에 의해 공중으로 방사된 음향이 착용자의 청각 기관에 도달되지 않으며 착용자와 대화하는 대화자의 음성이 착용자의 청각 기관에 보다 잘 전달되도록 하는 웨어러블 음향 장치에 관한 것이다.
웨어러블 음향 장치는 예를 들면, 블루투스 헤드셋, 넥밴드 단말기 등과 같이 무선 통신(예를 들면 블루투스 통신)을 이용하여 사용자 단말기(예를 들어, 스마트폰, MP3, 타블렛PC, 노트북 등)와 데이터 통신을 하여, 사용자 단말기로부터 전송된 음향정보를 무선 통신 모듈을 통해 획득하고, 획득한 음향정보를 내장된 스피커를 통하여 외부 공중으로 출력하여 사용자에게 제공하는 장치이다.
통신기술의 발달로 5G LTE(5세대 Long Term Evolution)이 구현됨에 따라, 스마트폰이나 테블릿PC 등을 이용하여 무선통신으로 각종 컨텐츠들을 감상할 수 있게 되면서, 스마트폰이나 테블릿PC의 음성출력단자와 유선 연결하여 이어폰으로 소리를 출력받는 유선이어폰보다, 블루투스 기능을 탑재한 헤드셋 또는 이어폰의 선호도가 점차 증가하고 있다.
하기의 특허문헌은 음향정보를 외부 공중으로 출력할 수 있는 스피커를 포함하는 블루투스 헤드셋을 기재하고 있다. 이러한 종래 기술에 따른 블루투스 헤드셋의 사용 시에, 즉 착용자가 음악을 청하는 중에 다른 사람과 대화를 할 경우, 다른 사람의 음성을 듣기 위해서는 착용자가 블루투스 헤드셋의 음향 출력을 감소시키는 방법만이 가능하였다. 따라서, 착용자는 음향 출력의 감소를 직접 버튼 등의 입력으로 진행하여야 하는 불편이 있었다.
대한민국 특허등록 제10-1755320호
본 발명은 웨어러블 음향 장치를 착용하는 착용자가 음향을 청취하면서도 대화 상대자의 음성을 보다 명확하게 청취할 수 있도록 하는 웨어러블 음향 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 웨어러블 음향 장치는 적어도 하나 이상의 스피커와, 적어도 스피커에서 방사된 소리와 대화 신호를 포함하는 외부 음향 신호를 획득하는 마이크와, 재생 음향 신호를 스피커에 인가하여 소리를 방사시키고, 외부 음향 신호에 포함된 스피커에서 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 제거하여 대화 신호를 추출하고, 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커에 인가하는 제어부로 구성된다.
또한, 제어부는 제어부는 재생 음향 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하는 위상 및 크기 조절부와, 조절된 재생 음향 신호와, 마이크로부터 인가된 외부 음향 신호를 합산하여 외부 음향 신호에 포함된 스피커에서 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 제거하여 대화 신호를 추출하여 인가하는 제 1 믹서와, 제 1 믹서로부터의 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커에 인가하는 제 2 믹서를 구비한다.
또한, 제어부는 추출된 대화 신호를 저장하고, 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커를 통하여 방사시키고, 위치 및 크기 조절부는 재생 음향 신호 및 저장된 대화 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하고, 제 1 믹서는 위상 및 크기 조절부와, 조절된 재생 음향 신호 및 조절된 대화 신호와, 마이크로부터 인가된 외부 음향 신호를 합산하여 외부 음향 신호에 포함된 신규의 대화 신호를 추출하여 인가하는 것이 바람직하다.
본 발명은 웨어러블 음향 장치를 착용하는 착용자가 음향을 청취하면서도 대화 상대자의 음성을 보다 명확하게 청취할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨어러블 음향 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 웨어러블 음향 장치의 일실시예이다.
도 3은 도 1의 제어부(20)의 부분 구성도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예들과 도면을 통하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 웨어러블 음향 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 웨어러블 음향 장치의 일실시예이다.
본 발명인 웨어러블 음향 장치는 필요한 전원을 공급하는 전원부(1)와, 전원의 온/오프 입력과 음향 방사 선택 입력, 대화 선택 입력, 대기 모드 입력, 증폭 정도의 조절 입력 등을 획득하는 입력부(3)와, 재생 음향 신호 및 외부 음향 신호 중의 적어도 하나 이상을 소리로 방사 표출하는 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b)와, 전원의 온/오프 상태와 현재 수행 중인 모드(또는 기능)(대기 모드, 음향 방사 모드, 대화 모드)의 표시를 수행하는 표시부(7)와, 음향이나 음성 등을 포함하는 외부 음향을 획득하기 위한 적어도 하나 이상의 마이크(9)와, 외부의 전자 통신 기기(예를 들면, 스마트폰, 패드, 테블릿 pc 등)와 유선 및/또는 무선 통신(예를 들면, 블루투스 통신, 와이파이 통신 등)을 수행하는 통신부(11)와, 상술된 구성요소들을 제어하며, 입력부(3)로부터의 선택/변환 입력 및 전자 통신 기기와의 통신 연결 여부에 따라 대기 모드, 음향 방사 모드 및 대화 모드 중의 하나의 기능을 수행하는 제어부(20)로 구성된다. 다만, 전원부(1) 및 통신부(11)는 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 기술에 불과하여 상세한 설명이 생략된다.
본 발명인 웨어러블 음향 장치는 도 2에서와 같이 양 단부(30a), (30b) 사이에 개방부를 구비하며 착용자의 목 주위나 어깨에 안착되는 본체부(30)를 구비한다. 본체부(30)는 적어도 일부분이 탄성을 지니도록 된다.
입력부(3)는 본체부(30)에 형성되며, 전원 온/오프 입력 또는 음향 방사 모드, 대화 모드의 선택 입력, 음향 방사의 볼륨 조절 입력, 대화 모드 시의 대화 신호의 증폭 정도 선택 입력을 획득하기 위한 복수의 입력부(3a, 3b)로 구성된다.
제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b)는 본체부(30)의 양 단부(30a), (30b)에 근접하여 장착되며, 특히 일정한 방향(예를 들면, 본체부(30)의 상측 방향 또는 본체부(30)의 중심 방향)을 향하여 외부 공간 또는 공중으로 음향 또는 소리를 방사할 수 있도록 장착된다.
표시부(7)는 대기 모드, 음향 방사 모드 또는 대화 모드가 수행 중임을 표시하며, 예를 들면 색상(청색, 적색)이나 점멸을 다르게 표시할 수 있는 1개의 표시기로 구성될 수 있다.
마이크(9)는 외부 소리(음향 및 음성)를 획득하기 위해 외측을 향하여 형성된다.
제어부(20)는 전원부(1)로부터 전원이 공급된 상태에서, 입력부(3), 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b), 표시부(7), 마이크(9) 및 통신부(11)를 각각 제어하여 대기 모드, 음향 방사 모드 또는 대화 모드를 수행한다.
먼저, 대기 모드에 대하여 설명된다. 제어부(20)는 입력부(3)에 의해 전원 공급이 된 후 음향 방사 모드나 대화 모드 선택이 없는 경우이거나, 음향 방사 모드나 대화 모드의 종료 입력이 획득된 경우이며, 표시부(7)를 통하여 대기 모드임을 표시한다.
먼저, 음향 방사 모드에 대하여 설명된다. 제어부(20)는 입력부(3)에 의해 착용자로부터 음향 방사 모드에 대한 선택 입력을 획득하고, 저장된 음향(또는 음악) 파일(예를 들면, mp3, mp4 등)을 판독하여 저장된 재생 프로그램을 이용하여 재생 음향 신호로 변환하여, 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b)에 재생 음향 신호를 인가하여 음향(소리)이 방사되도록 하여, 착용자가 음향을 청취하도록 한다. 또는, 제어부(20)는 통신부(11)를 통하여 전자 통신 기기와 통신 연결된 상태에서, 전자 통신 기기로부터 음향 파일을 수신하여 저장된 재생 프로그램을 이용하여 재생 음향 신호로 변환하거나, 전자 통신 기기로부터 재생 음향 신호를 수신하여 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b)에 재생 음향 신호를 인가하여 음향(소리)이 방사되도록 한다.
다음으로, 대화 모드에 대하여 설명된다. 대화 모드는 음향 방사 모드를 수행하면서, 외부 공간에서 대화 상대방의 음성만을 증폭하거나 그대로 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b)를 통하여 방사시키는 모드이다. 제어부(20)는 입력부(3)에 의해 착용자로부터 대화 모드에 대한 선택 입력을 획득하고, 상술된 음향 방사 모드를 수행하면서, 마이크(9)를 동작시켜 주변 소리(음성 및 음향)를 획득한다. 이때, 제어부(20)는 표시부(7)를 통하여 대화 모드를 수행 중임을 표시한다.
제어부(20)는 재생 음향 신호를 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b) 중의 어느 하나의 스피커에 인가한 후, 마이크(9)를 제어하여 외부 음향 신호를 마이크(9)로부터 획득한다. 이 외부 음향 신호는 착용자와의 대화 상대방의 대화 소리뿐만 아니라, 제 1 또는 제 2 스피커(5a), (5b)에서 방사되는 재생 음향 신호의 소리도 포함되어 있다. 이러한 점에서, 제어부(20)는 외부 음향 신호에서 재생 음향 신호가 방사된 소리를 제거하고 대화 상대방의 대화 소리만을 포함하는(또는 대화 소리가 가장 큰 비율을 차지하도록 된) 음향 신호(이하에서, '대화 신호'라고 함)를 추출하고, 추출된 대화 신호를 신규의 재생 음향 신호와 함께 또는 추출된 대화 신호를 증폭하여 신규의 재생 음향 신호와 함께 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b) 중의 어느 하나 이상의 스피커로 인가하여 착용자가 대화 소리를 보다 명확하게 듣도록 할 수 있다. 또는, 제어부(20)는 제 1 스피커(5a)에 추출된 대화 신호를 증폭하여 인가하여 방사되도록 하고, 제 2 스피커(5b)에는 신규의 재생 음향 신호만을 인가하도록 할 수도 있다.
이러한 제어부(20)에 의해 수행되는 대화 모드의 상세 메커니즘은 도 3에서 설명된다.
도 3은 도 1의 제어부(20)의 부분 구성도로서, 대화 모드 수행 시에 외부 음향 신호 및 재생 음향 신호의 처리 위한 블록 구성도이다.
제어부(20)는 재생 음향 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하는 위상 및 크기 조절부(20a)와, 조절된 재생 음향 신호와 마이크(9)로부터의 외부 음향 신호를 합산하여 대화 신호를 출력하는 제 1 믹서(20b)와, 제 1 믹서(20b)로부터의 대화 신호를 증폭시키는 증폭부(20c)와, 제 1 믹서(20a)로부터의 증폭된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b) 중의 적어도 하나 이상으로 출력하는 제 2 믹서(20d)를 포함한다. 증폭부(20c)는 제 1 믹서(20b)와 제 2 믹서(20d) 사이에 위치되고 있으나, 제 1 믹서(20a)의 전단에 위치되어 외부 음향 신호를 증폭시키거나 제 2 믹서(20d)의 후단에 위치되어 대화 신호와 재생 음향 신호가 합산된 신호를 증폭할 수도 있다. 또한, 제어부(20)는 입력부(3)를 통하여 입력되는 증폭 정도에 따라 증폭부(20c)의 증폭 정도를 가변할 수도 있다.
마이크(9)로부터의 외부 음향 신호는 제 1 또는 제 2 스피커(5a), (5b)에서 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 포함하기에, 이러한 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 제거하기 위해, 위상 및 크기 조절부(20a)는 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b) 중의 어느 하나 이상으로 출력되는 재생 음향 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절한다. 위상 및 크기 조절부(20a)는 이러한 조절을 위해 공중 전파 모델을 모사한 디지털 필터인 FIR 필터나 주파수 선택 억압 알고리즘을 적용할 수 있다.
FIR 필터는 임펄스 응답(impulse response)를 구현하는 것으로, 예를 들어 어떠한 소리가 사람의 청각 기관에 전달될 때 공기 중 매질의 특성, 공간의 반향특성, 귓바퀴의 회절 특성들이 나타나게 되는데 이러한 특성들은 각각의 임펄스 응답으로 표현될 수 있으며 이러한 임펄스 응답이 FIR 필터에 의해 구현된다.
또한, 위상 및 크기 조절부(20a)는 시간 도메인(time domain) 상에서 재싱 음향 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하는 대신에, 주파수 도메인(frequency domain)으로 변경하여 각 주파수 Bin 별로 위상 및 크기 또는 증폭도를 변경하여 처리하는 주파수 선택 억압 알고리즘을 채용할 수 있다.
제 1 믹서(20b)는 조절된 재생 음향 신호를 위상 및 크기 조절부(20a)로부터 인가 받아, 외부 음향 신호와 합산하여 외부 음향 신호에 포함된 방사된 재생 음향 신호가 상쇄되어 제거되고 대화 신호가 추출된다.
제 2 믹서(20d)는 대화 신호 또는 증폭된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b) 중의 적어도 하나 이상으로 출력한다.
상술된 과정에 의해서, 제어부(20)는 대화 모드를 수행하여 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b) 중의 적어도 하나 이상으로 재생 음향 신호를 방사하는 동시에, 방사된 재생 음향 신호의 소리가 최소화되거나 제거된 외부 음향 신호를 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b) 중의 적어도 하나 이상으로 방사하여, 착용자가 대화 신호를 보다 명확하게 인식할 수 있도록 한다.
또한, 제어부(20)는 제 1 믹서(20b)에서 추출된 대화 신호를 저장하며, 제 2 믹서(20d)에서 재생 음향 신호와 대화 신호를 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b)로 인가하여 방사된 후, 마이크(9)는 재생 음향 신호와 대화 신호의 방사된 소리 및 신규의 대화 소리를 포함하는 외부 음향 신호로 획득하게 된다. 여기서, 제어부(20)는 저장된 대화 신호와 재생 음향 신호를 위상 및 크기 조절부(20a)에 인가하여 조절된 대화 신호와 재생 음향 신호를 제 1 믹서(20b)에 인가하도록 한다. 제 1 믹서(20b)에 의해 외부 음향 신호에 포함된 대화 신호와 재생 음향 신호를 상쇄시켜 신규의 대화 신호가 증폭부(20c) 및/또는 제 2 믹서(20d)에 인가되어 신규의 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호가 제 1 및 제 2 스피커(5a, 5b) 중의 어느 하나 이상에 인가되도록 하여, 신규의 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호의 소리가 방사되도록 한다.
제어부(20)는 상술된 과정들을 반복적으로 진행하여, 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b)에서 방사되는 소리에 대응하는 신호를 마이크(9)로부터 획득된 외부 음향 신호에서 상쇄 제거하는 과정을 진행하여, 신규의 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호에 대응하는 소리만이 제 1 및 제 2 스피커(5a), (5b) 중의 적어도 하나 이상에 인가하여 소리로 방사되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 전원부 3: 입력부
5a, 5b: 제 1 및 제 2 스피커 7: 표시부
9: 마이크 11: 통신부
20: 제어부

Claims (3)

  1. 적어도 하나 이상의 스피커와;
    적어도 스피커에서 방사된 소리와 대화 신호를 포함하는 외부 음향 신호를 획득하는 마이크와;
    재생 음향 신호를 스피커에 인가하여 소리를 방사시키고, 외부 음향 신호에 포함된 스피커에서 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 제거하여 대화 신호를 추출하고, 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커에 인가하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제어부는 재생 음향 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하는 위상 및 크기 조절부와, 조절된 재생 음향 신호와, 마이크로부터 인가된 외부 음향 신호를 합산하여 외부 음향 신호에 포함된 스피커에서 방사된 재생 음향 신호에 대응하는 소리를 제거하여 대화 신호를 추출하여 인가하는 제 1 믹서와, 제 1 믹서로부터의 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커에 인가하는 제 2 믹서를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제어부는 추출된 대화 신호를 저장하고, 추출된 대화 신호와 신규의 재생 음향 신호를 합산하여 스피커를 통하여 방사시키고, 위치 및 크기 조절부는 재생 음향 신호 및 저장된 대화 신호의 위상 및 크기 중의 적어도 하나 이상을 조절하고, 제 1 믹서는 위상 및 크기 조절부와, 조절된 재생 음향 신호 및 조절된 대화 신호와, 마이크로부터 인가된 외부 음향 신호를 합산하여 외부 음향 신호에 포함된 신규의 대화 신호를 추출하여 인가하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 장치.
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