KR102713521B1 - Hearing aid using artificial intelligiece - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 치과 등 소음이 심한 환경 등에서 효과적으로 사용될 수 있는 청각 보조 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a hearing assistance device that can be effectively used in noisy environments such as dental clinics.
환자를 치료함에 있어서 안락하고 편안한 환경을 조성하는 것은 무엇보다도 중요한 사항이다. 병을 어떠한 방식으로 치료하느냐에 따라 조용한 환경이 환자에게 제공될 수도 있는 반면, 치과 분야에서는 치료 과정에서 발생하는 날카롭고 고주파의 소음이 환자에게 불쾌감이나 공포감을 조성할 수 있다. 하지만, 이러한 고주파 소음에 노출된 환자를 보호할만한 대책은 미흡한 상황이다.When treating patients, creating a comfortable and relaxing environment is of utmost importance. Depending on how the disease is treated, a quiet environment can be provided to the patient, but in the dental field, sharp and high-frequency noises generated during treatment can cause discomfort or fear in the patient. However, there is insufficient protection against such high-frequency noises.
치과 등의 의료 분야 외에도, 군부대 및 건설 현장 등의 소음이 심한 산업 분야에서 작업자의 청력 보호에 대한 중요성이 높아지고 있다. 이를 위하여, 현재 작업자는 주로 차폐성 귀마개를 사용하고 있는 실정이지만, 이는 소음뿐만 아니라 시설 내 경보음, 다른 작업자의 음성도 차단하기 때문에, 의사 소통에 문제를 발생시키고, 나아가 안전사고의 원인이 되기도 한다. 특히, 이러한 문제는 청각장애인에게 더욱 심각하다.In addition to the medical field such as dentistry, the importance of hearing protection for workers is increasing in noisy industrial fields such as military bases and construction sites. To this end, workers currently mainly use shielding earplugs, but these block not only noise but also alarm sounds within the facility and the voices of other workers, causing problems in communication and even causing safety accidents. This problem is especially serious for the hearing impaired.
한편, 능동소음제어(ACTIVE NOISE CONTROL) 기술이란 헤드폰이나 이어폰에 별도로 부착되어 있는 마이크를 통해 주변의 소음을 수신하고, 그 소음을 상쇄시키는 상쇄간섭을 노이즈캔슬링 회로에서 발생시켜서 소음을 차단하는 기술이다. 종래에는 능동소음제어 기술을 헤드폰이나 이어폰에 구비시켜서, 멀티미디어 감상에 사용될 뿐이며, 다른 환경에서 다양하게 적용하기 위한 기술의 개발이 크게 이루어지지 않은 상황이다.Meanwhile, ACTIVE NOISE CONTROL technology is a technology that receives surrounding noise through a microphone attached separately to headphones or earphones, and generates destructive interference to cancel out the noise in the noise-canceling circuit to block out the noise. Previously, ACTIVE NOISE CONTROL technology was installed in headphones or earphones and used only for multimedia enjoyment, and there has been little development of technology for diverse applications in other environments.
본 발명의 목적은 치과, 외과 등의 의료 분야, 군부대 및 건설 현장 등의 산업 분야와 같이 소음이 심한 환경에서 소음을 제거하면서 대화가 가능하도록 하는 청각 보조 기기를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a hearing assistance device that enables conversation while eliminating noise in noisy environments, such as in the medical field such as dentistry and surgery, and in industrial fields such as military units and construction sites.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 두 개의 이어플러그 본체들을 포함하며, 상기 두 개의 이어플러그 본체들 각각은 주변 소리의 음파를 전기적 신호로 변환하여 주변 소리 신호를 생성하는 마이크와, 소리의 전기적 신호를 음파로 변환하는 스피커와, 상기 주변 소리 신호를 처리하여 상기 소리의 전기적 신호를 생성하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부는 상기 주변 소리 신호에 대한 인공지능 분석을 수행하여 음성 신호와 음성 신호가 아닌 비음성 신호를 구분하여 분리하는 인공지능 소리 분석 모듈과, 상기 인공지능 소리 분석 모듈로부터 분리되어서 출력되는 상기 음성 신호의 음량을 높이고 상기 비음성 신호의 음량을 낮춘 출력 소리 신호를 생성하여 상기 스피커로 전달하는 출력 소리 신호 생성 모듈을 구비하는 청각 보조 기기가 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to one aspect of the present invention, there is provided a hearing assistance device including two earplug bodies, each of the two earplug bodies having a microphone for converting sound waves of ambient sound into electrical signals to generate ambient sound signals, a speaker for converting the electrical signals of sound into sound waves, and a control unit for processing the ambient sound signals to generate the electrical signals of sound, wherein the control unit has an artificial intelligence sound analysis module for performing artificial intelligence analysis on the ambient sound signals to distinguish and separate voice signals from non-voice signals that are not voice signals, and an output sound signal generation module for generating an output sound signal by increasing the volume of the voice signal and lowering the volume of the non-voice signal that is separated and output from the artificial intelligence sound analysis module and transmitting the output sound signal to the speaker.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로, 인공지능 소리 분석을 이용하여 주변 소리 신호에서 음성 신호와 비음성 신호를 분리하여 각각 처리하여, 음성 신호의 음량은 높이고 비음성 신호의 음량은 낮춤으로써, 치과와 같이 소음인 심한 상황에서도 대화가 가능하게 된다.According to the present invention, all of the above-described purposes of the present invention can be achieved. Specifically, by using artificial intelligence sound analysis to separate voice signals and non-voice signals from ambient sound signals and processing them separately, the volume of the voice signal is increased and the volume of the non-voice signal is decreased, thereby making conversation possible even in noisy situations such as dental clinics.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 기기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 청각 보조 기기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 청각 보조 기기에서 이어플러그 본체의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제어부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 청각 보조 기기의 세 가지 작동 모드들을 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a hearing assistance device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the hearing aid device illustrated in Figure 1.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the earplug body in the hearing aid device illustrated in FIGS. 1 and 2.
Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the control unit illustrated in Figure 3.
FIG. 5 is a diagram showing three operating modes of the hearing aid device illustrated in FIGS. 1 and 2.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 기기가 도 1에는 사시도로 도시되어 있고, 도 2에는 분해 사시도로 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 보조 기기(100)는 두 개의 이어플러그(earplug)(110)들과, 두 개의 이어플러그(110)들을 사용자의 목에 걸 수 있도록 연결하는 목걸이 수단(190)을 포함한다. 청각 보조 기기(100)는 주변 소음을 집중적으로 제거하거나, 소음이 심한 상황에서 대화를 용이하게 하거나, 외부기기가 제공하는 소리 정보를 들을 수 있도록 작동한다.A hearing assistance device according to one embodiment of the present invention is illustrated in a perspective view in FIG. 1 and in an exploded perspective view in FIG. 2. Referring to FIGS. 1 and 2, a hearing assistance device (100) according to one embodiment of the present invention includes two earplugs (110) and a necklace means (190) for connecting the two earplugs (110) so that the two earplugs can be hung around the user's neck. The hearing assistance device (100) operates to intensively remove ambient noise, facilitate conversation in noisy situations, or enable hearing sound information provided by an external device.
두 개의 이어플러그(earplug)(110)들 각각은 사용자의 두 귀에 각각 끼워져서 사용된다. 두 개의 이어플러그(110)들 각각은 이어플러그 본체(120)와, 이어플러그 본체(120)에 분리 가능하게 결합되는 이어캡(earcap)(180)을 구비한다.Each of the two earplugs (110) is used by being inserted into each of the user's two ears. Each of the two earplugs (110) has an earplug body (120) and an earcap (180) that is detachably connected to the earplug body (120).
이어플러그 본체(120)는 기둥 형상으로 길게 연장되는 연장부(121)를 구비한다. 연장부(121)에 목걸이 수단(190)이 결합된다. 도시되지는 않았으나, 이어플러그 본체(120)는 작동을 위해 필요한 전력을 공급하고 재충전이 가능한 이차전지를 구비한다. 이어플러그 본체(120)에 구비되는 이차전지의 충전은 목걸이 수단(190)이 제거된 상태에서 수행된다.The earplug body (120) is provided with an extension part (121) that is extended in a columnar shape. A necklace means (190) is connected to the extension part (121). Although not shown, the earplug body (120) is provided with a secondary battery that supplies the power required for operation and is rechargeable. Charging of the secondary battery provided in the earplug body (120) is performed in a state where the necklace means (190) is removed.
도 3에는 이어플러그 본체(120)의 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 이어플러그(120)는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 작동 모드를 선택하기 위한 조작부(122)와, 주변 소리의 음파를 전기적 신호로 변환하여 주변 소리 신호를 생성하는 마이크(130)와, 소리의 전기적 신호를 사용자가 귀로 들을 수 있도록 음파로 변환하는 스피커(140)와, 외부기기(A)와 통신하는 통신부(145)와, 이어플러그 본체(120)의 작동을 전체적으로 제어하는 제어부(150)를 구비한다.FIG. 3 illustrates a block diagram of the configuration of an earplug body (120). Referring to FIG. 3, the earplug (120) comprises an operating unit (122) for selecting an operation mode of a hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2), a microphone (130) for converting sound waves of ambient sound into electrical signals to generate ambient sound signals, a speaker (140) for converting electrical signals of sound into sound waves so that a user can hear them with his or her ears, a communication unit (145) for communicating with an external device (A), and a control unit (150) for controlling the overall operation of the earplug body (120).
조작부(122)는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)를 조작하기 위한 것으로서, 사용자는 조작부(122)를 이용하여 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 작동 모드를 선택할 수 있다. 본 실시예에서 조작부(122)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이어 플러그 본체(120)의 외부에 버튼 형태로 형성되는 것으로 설명한다. 조작부(122)에 의한 작동 모드 선택 신호는 제어부(150)로 전송된다.The operating unit (122) is for operating the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2), and the user can select the operation mode of the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) by using the operating unit (122). In this embodiment, the operating unit (122) is described as being formed in the form of a button on the outside of the ear plug body (120) as shown in FIGS. 1 and 2. The operating mode selection signal by the operating unit (122) is transmitted to the control unit (150).
마이크(130)는 주변 소리의 음파를 전기적 신호로 변환하여 주변 소리 신호를 생성한다. 마이크(130)는 통상적인 마이크로폰의 구성을 포함한다. 주변 소리는 사람의 목소리인 음성과, 음성이 아닌 비음성으로 구분될 수 있다. 주변 소리는 소음을 포함할 수 있다. 마이크(130)에서 생성된 주변 소리 신호는 제어부(150)로 전달된다.The microphone (130) converts sound waves of ambient sound into electrical signals to generate ambient sound signals. The microphone (130) includes a configuration of a typical microphone. The ambient sound can be divided into voices, which are human voices, and non-voices, which are not voices. The ambient sound can include noise. The ambient sound signals generated by the microphone (130) are transmitted to the control unit (150).
스피커(140)는 제어부(150)로부터 전달되는 소리의 전기적 신호를 사용자가 귀로 들을 수 있도록 음파로 변환한다. 스피커(140)는 통상적인 스피커의 구성을 포함한다.The speaker (140) converts the electrical signal of sound transmitted from the control unit (150) into sound waves so that the user can hear it with his ears. The speaker (140) includes a configuration of a typical speaker.
통신부(145)는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)를 스마트폰과 같은 외부기기(A)와 통신 가능하게 연결시킨다. 통신부(145)는 제어부(150)와 제어신호 및 데이터를 주고 받는다. 통신부(145)는 외부기기(A)로부터 음원과 같은 소리 데이터를 전송 받을 수 있다. 본 실시예에서 통신부(145)가 블루투스(bluetooth)와 같은 근거리 무선 통신 기술을 이용하는 것으로 설명한다.The communication unit (145) connects the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) to an external device (A) such as a smartphone so that it can communicate with it. The communication unit (145) exchanges control signals and data with the control unit (150). The communication unit (145) can receive sound data such as a sound source from the external device (A). In this embodiment, it is described that the communication unit (145) uses a short-range wireless communication technology such as Bluetooth.
제어부(150)는 이어플러그 본체(120)의 작동을 전체적으로 제어한다. 도 4에는 제어부(150)의 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제어부(150)는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 작동 모드를 확인하는 작동 모드 확인부(152)와, 마이크(도 3의 130)로부터 출력되는 주변 소리 신호로부터 소음을 제거하는 소음 제거 모듈(155)과, 마이크(도 3의 130)로부터 출력되는 주변 소리 신호에 대한 인공지능 분석을 수행하는 인공지능 소리 분석 모듈(160)과, 인공지능 소리 분석 모듈(160)로부터 분리되어서 출력되는 음성 신호의 음량 및 잡음 신호의 음량을 각각 조절하여 출력 소리 신호를 생성하는 출력 소리 신호 생성 모듈(165)을 구비한다.The control unit (150) controls the overall operation of the earplug body (120). FIG. 4 illustrates the configuration of the control unit (150) as a block diagram. Referring to FIG. 4, the control unit (150) includes an operation mode confirmation unit (152) that confirms the operation mode of the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2), a noise removal module (155) that removes noise from an ambient sound signal output from a microphone (130 of FIG. 3), an artificial intelligence sound analysis module (160) that performs artificial intelligence analysis on an ambient sound signal output from a microphone (130 of FIG. 3), and an output sound signal generation module (165) that generates an output sound signal by adjusting the volume of a voice signal and the volume of a noise signal that are separated and output from the artificial intelligence sound analysis module (160), respectively.
작동 모드 확인부(152)는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 작동 모드를 확인한다. 작동 모드 확인부(152)는 조작부(도 3의 122)가 출력하는 작동 모드 선택 신호를 확인함으로써, 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 작동 모드를 확인한다. 도 5는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)의 세 가지 작동 모드를 보여준다. 도 5를 참조하면, 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)는 집중 소음 제거 모드(M1), 대화 지원 모드(M2) 및 외부기기 연결 모드(M3)의 세 가지 작동 모드들 중 어느 하나의 작동 모드로 작동한다. 집중 소음 제거 모드(M1)과 대화 지원 모드(M2)는 상호 스위칭되어서 변경될 수 있다. 외부기기 연결 모드(M3)는 블루투스 연결을 이용하며, 외부기기 연결 모드(M3) 내에서 집중 소음 제거 모드(M1)와 대화 진원 모드(M2) 중 어느 하나의 모드가 작동할 수 있다.The operation mode confirmation unit (152) confirms the operation mode of the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2). The operation mode confirmation unit (152) confirms the operation mode selection signal output by the operating unit (122 of FIG. 3) to confirm the operation mode of the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2). FIG. 5 shows three operation modes of the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2). Referring to FIG. 5, the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) operates in one of three operation modes: a focused noise cancellation mode (M1), a conversation support mode (M2), and an external device connection mode (M3). The focused noise cancellation mode (M1) and the conversation support mode (M2) can be switched and changed. External device connection mode (M3) uses a Bluetooth connection, and either the focused noise cancellation mode (M1) or the conversation focus mode (M2) can operate within the external device connection mode (M3).
집중 소음 제거 모드(M1)에서는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 주변 소리에서 소음을 제거하도록 작동한다.In the focused noise cancellation mode (M1), the hearing aid device (100 in FIGS. 1 and 2) operates to remove noise from the surrounding sounds.
대화 지원 모드(M2)에서는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 소음이 있는 상황에서 대화가 원활하게 이루어질 수 있도록 작동한다.In conversation support mode (M2), the hearing assistance device (100 in FIGS. 1 and 2) operates to enable smooth conversation in noisy situations.
외부기기 연결 모드(M3)에서는 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 외부기기(A)로부터 전송되는 소리 데이터를 출력하도록 작동한다.In external device connection mode (M3), the hearing aid device (100 in FIGS. 1 and 2) operates to output sound data transmitted from an external device (A).
도 4를 참조하면, 소음 제거 모듈(155)은 마이크(도 3의 130)로부터 출력되는 주변 소리 신호로부터 소음을 제거하여 소음 제거 소리 신호를 생성한다. 소음 제거 모듈(155)에서 생성된 소음 제거 소리 신호는 스피커(도 3의 140)로 전달되어서 음파로 변환되어 출력된다. 소음 제거 모듈(155)은 저역 필터(LPF : Low Pass Filter) 또는 노치 필터(Notch Filter)를 사용할 수 있다. 저역 필터(LPF)는 주변 소리 신호에서 저주파수 대역은 통과시키고 고주파수 대역은 막아서, 상대적으로 고주파 대역에 분포하는 고주파 소음을 저감하거나 차단한다. 노치 필터는 특정 주파수 대역의 성분만을 제거하는 필터이다. 소음 제거 모듈(155)이 제거하는 주파수 대역은 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 사용되는 환경에 따라서 다르게 설정될 수 있다. 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 치과에서 사용되는 경우에 소음 제거 필터 모듈(155)은 약 3500Hz 이상의 고주파 대역을 막도록 설정되는 것 바람직하다. 소음 제거 모듈(155)은 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 집중 소음 제거 모드(도 5의 M1)로 작동하는 경우에 기능할 수 있다.Referring to FIG. 4, the noise removal module (155) removes noise from an ambient sound signal output from a microphone (130 of FIG. 3) to generate a noise removal sound signal. The noise removal sound signal generated by the noise removal module (155) is transmitted to a speaker (140 of FIG. 3) and converted into a sound wave and output. The noise removal module (155) can use a low pass filter (LPF) or a notch filter. The low pass filter (LPF) passes a low frequency band in an ambient sound signal and blocks a high frequency band, thereby reducing or blocking high frequency noise distributed in a relatively high frequency band. The notch filter is a filter that removes only components of a specific frequency band. The frequency band that the noise removal module (155) removes can be set differently depending on the environment in which the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) is used. When the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) is used in dentistry, it is preferable that the noise removal filter module (155) be set to block a high frequency band of about 3500 Hz or higher. The noise removal module (155) can function when the hearing aid device (100 of FIGS. 1 and 2) operates in a focused noise removal mode (M1 of FIG. 5).
인공지능 소리 분석 모듈(160)은 마이크(도 3의 130)로부터 출력되는 주변 소리 신호에 대한 인공지능 분석을 수행하여, 음성 신호와 음성 신호가 아닌 비음성 신호를 구분하여 분리한다. 인공지능 소리 분석 모듈(160)에서 음성 신호를 제외한 비음성 신호는 잡음 신호로 인식된다. 인공지능 소리 분석 모듈(160)에 의해 분리된 음성 신호와 잡음 신호는 출력 소리 신호 생성 모듈(165)로 전달된다. 인공지능 소리 분석 모듈(160)은 주변 소리 신호에 대한 인공지능 분석을 수행하여 음성 신호와 잡음 신호를 분리하는 인공지능 소리 분석 모델(162)을 구비한다. 인공지능 소리 분석 모듈(160)은 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 집중 소음 제거 모드(도 5의 M1) 및 대화 지원 모드(도 5의 M2)로 작동하는 경우에 기능할 수 있다.The artificial intelligence sound analysis module (160) performs artificial intelligence analysis on the ambient sound signal output from the microphone (130 of FIG. 3) to distinguish and separate voice signals from non-voice signals that are not voice signals. In the artificial intelligence sound analysis module (160), non-voice signals excluding voice signals are recognized as noise signals. The voice signals and noise signals separated by the artificial intelligence sound analysis module (160) are transmitted to the output sound signal generation module (165). The artificial intelligence sound analysis module (160) is equipped with an artificial intelligence sound analysis model (162) that performs artificial intelligence analysis on the ambient sound signal to separate voice signals from noise signals. The artificial intelligence sound analysis module (160) can function when the hearing assistance device (100 of FIGS. 1 and 2) operates in the focused noise removal mode (M1 of FIG. 5) and the conversation support mode (M2 of FIG. 5).
인공지능 소리 분석 모델(162)은 수집된 소리 데이터에 대한 딥러닝 학습에 의해 생성된 것으로서, 치과에서 경우를 예를 들어서 학습 과정을 설명하면 다음과 같다.The artificial intelligence sound analysis model (162) is created by deep learning on the collected sound data. The learning process is explained as follows using a dental case as an example.
우선, 1 단계로서, 치과 병원에서 해당 진료 별 / 소리 발생 유형 별(석션, 핸드피스 소리, 아기 우는 소리 등) / 소속 과별(보존과, 소아치과 등 다른 진료 환경들)로 음성 데이터를 수집하고 사전 분류 및 태깅(tagging)을 시행한다(1 단계).First, as a first step, voice data is collected by dental hospital treatment type/sound generation type (suction, handpiece sound, baby crying sound, etc.)/department (conservative dentistry, pediatric dentistry, and other treatment environments) and pre-classification and tagging are performed (step 1).
다음, 2 단계로서, 취합된 음성+음향 데이터가 혼재된 실제 현장의 데이터들을 대상으로 의료진의 음성만 분류한다. 이 때, 타임라인 상에서 시작 포인트와 종료 포인트를 구분하거나, 주파수 별로 구분해서 의료진의 음성이 태깅되는 방식이 사용될 수 있다. 여기서, 의료진의 음성 분류의 경우, 의료진의 음성인지 아닌지를 구별한 후, 의료진의 음성을 텍스트로(sound to text) 변환하여, 문장 별로 선택하여 정리하고 이를 태깅하는 과정을 거친다. 소음별 분류의 경우, 소음인지 아닌지 구별한 후, 어떠한 종류의 치과 소음인지를 판별하여 태깅하는 과정을 거친다.Next, as the second step, only the voices of medical staff are classified from the actual field data where the collected voice + sound data are mixed. At this time, the method of tagging the voices of medical staff by distinguishing the start and end points on the timeline or by distinguishing by frequency can be used. Here, in the case of classification of the voices of medical staff, after distinguishing whether it is the voice of medical staff or not, the voices of medical staff are converted into text (sound to text), and the process of selecting and organizing them by sentence and tagging them is carried out. In the case of classification by noise, after distinguishing whether it is noise or not, the process of determining the type of dental noise and tagging it is carried out.
다음, 3 단계로서, 태깅된 데이터를 바탕으로 딥러닝 학습 알고리즘을 생성한다. 구체적으로, 소음 환경에서 음성 분별도 및 명료도 향상을 위해 합성 곱 신경회로망(CNN: Convolutional Neural Network)에 기반한 환경 소음 분별 알고리즘을 생성한다. 시간에 따른 Hz를 입력파형으로 이미지화 하고 이를 통해 음성 파형과 잡음 파형을 분류한다. 이를 통해, 다음 두 가지 기능에 사용된다.Next, as the third step, a deep learning learning algorithm is generated based on the tagged data. Specifically, an environmental noise classification algorithm based on a convolutional neural network (CNN) is generated to improve speech discrimination and intelligibility in a noisy environment. The Hz over time is imaged as an input waveform, and the speech waveform and noise waveform are classified through this. Through this, it is used for the following two functions.
먼저, 의료진의 음성과 치과 치료의 다양한 잡음을 분류할 수 있는 알고리즘 개발에 활용된다.First, it is used to develop an algorithm that can classify the voices of medical staff and various noises of dental treatment.
다음, 음성 활동 검출(voice activity detection)의 키 솔루션(key solution)으로서 활용될 수 있다.Next, it can be utilized as a key solution for voice activity detection.
잔류 합성 곱 신경망(Residual CNN)이 사용되는 것이 바람직하다. 잔류 학습 방식은 특정 층에 잔류 연결을 추가하는 방식으로 계산량의 증가와 기울기의 소실/폭발 문제를 효과적으로 해결함으로써 깊은 신경망 구조에서도 우수한 성능을 보여준다. 이에 합성 곱 신경망과 잔류 학습 방식을 결합한 잔류 합성 곱 신경망을 적용하여 소음을 식별하는 방식이 이용된다.It is desirable to use a residual convolutional neural network (Residual CNN). The residual learning method effectively solves the problem of increasing the amount of calculation and vanishing/explosion of gradients by adding residual connections to a specific layer, thereby showing excellent performance even in deep neural network structures. Accordingly, a method of identifying noise by applying a residual convolutional neural network that combines a synthetic convolutional neural network and a residual learning method is used.
출력 소리 신호 생성 모듈(165)은 인공지능 소리 분석 모듈(160)로부터 분리되어서 출력되는 음성 신호의 음량 및 잡음 신호의 음량을 각각 조절하여 출력 소리 신호를 생성한다. 출력 소리 신호 생성 모듈(165)은 음성 신호 음량은 높이고, 잡음 신호의 음량은 낮추어서 출력한다. 출력 소리 신호 생성 모듈(165)에서 생성된 출력 소리 신호는 스피커(도 3의 140)로 전달되어서 음파로 변환되어 출력된다. 인공지능 소리 분석 모듈(160)은 청각 보조 기기(도 1 및 도 2의 100)가 대화 지원 모드(도 5의 M2)로 작동하는 경우에 기능할 수 있다. 그에 따라, 소음이 심한 주변 상황에서도 소음은 작게 들리고 음성은 크게 들리게 되어서, 대화가 원활하게 이루어질 수 있다.The output sound signal generation module (165) is separated from the artificial intelligence sound analysis module (160) and generates an output sound signal by adjusting the volume of the output voice signal and the volume of the noise signal, respectively. The output sound signal generation module (165) increases the volume of the voice signal and decreases the volume of the noise signal and outputs it. The output sound signal generated by the output sound signal generation module (165) is transmitted to a speaker (140 of FIG. 3) and converted into a sound wave and output. The artificial intelligence sound analysis module (160) can function when the hearing assistance device (100 of FIGS. 1 and 2) operates in a conversation support mode (M2 of FIG. 5). Accordingly, even in a noisy surrounding environment, the noise is heard small and the voice is heard large, so that a conversation can be conducted smoothly.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이어캡(earcap)(180)은 이어플러그 본체(120)에 분리 가능하게 결합된다. 이어캡(180)은 사용자의 특성에 맞게 다양한 크기의 것이 교체되어서 사용될 수 있다. 이어캡(180)은 이어폰에서 통상적으로 사용될 수 있는 구성으로 이루어질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the earcap (180) is detachably connected to the earplug body (120). The earcap (180) can be replaced with various sizes to suit the user's characteristics and used. The earcap (180) can be formed in a configuration that can be commonly used in earphones.
목걸이 수단(190)은 두 개의 이어플러그(110)들을 사용자의 목에 걸 수 있도록 연결한다. 목걸이 수단(190)은 이어플러그 본체(120)에 결합되는 두 개의 결합부(192)들과, 두 개의 결합부(192)들을 연결하는 연결 줄(196)을 구비한다.The necklace means (190) connects two earplugs (110) so that they can be hung around the user's neck. The necklace means (190) has two connecting parts (192) that are connected to the earplug body (120) and a connecting line (196) that connects the two connecting parts (192).
두 개의 결합부(192)들 각각은 두 개의 이어플러그 본체(120)들 각각에 하나 씩 분리 가능하게 결합된다. 결합부(192)는 대체로 링 형태로서, 이어플러그 본체(120)의 연장부(121)를 감싸서 이어플러그 본체(120)에 결합된다. 결합부(192)는 탄성 재질로 이루어진다.Each of the two connecting parts (192) is detachably connected to each of the two earplug bodies (120). The connecting part (192) is generally in the shape of a ring and is connected to the earplug body (120) by wrapping around the extension part (121) of the earplug body (120). The connecting part (192) is made of an elastic material.
연결 줄(196)은 두 개의 결합부(192)들을 연결한다. 연결 줄(196)이 사용자의 목에 걸리게 된다.A connecting line (196) connects two connecting parts (192). The connecting line (196) is hung around the user's neck.
이제, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 청각 보조 기기(100)를 작동 모드에 따른 작용을 중심으로 설명한다. 청각 보조 기기(100)는 집중 소음 제거 모드(M1), 대화 지원 모드(M2) 및 외부기기 연결 모드(M3)의 세 가지 작동 모드들 중 어느 하나의 작동 모드로 작동한다.Now, referring to FIGS. 1 to 5, the operation of the hearing aid device (100) according to the operating mode will be described. The hearing aid device (100) operates in one of three operating modes: a focused noise cancellation mode (M1), a conversation support mode (M2), and an external device connection mode (M3).
먼저, 집중 소음 제거 모드(M1)에 대해 설명한다. 집중 소음 제거 모드(M1)는 작동 모드 확인부(152)가 사용자에 의해 조작되는 조작부(122)가 출력하는 집중 소음 제거 모드 선택 신호를 확인함으로써 수행된다. 집중 소음 제거 모드(M1)에서는 소음 제거 모듈(155)이 작동하여 설정된 주파수 대역의 차단하도록 기능함으로써 수행된다. 또한, 집중 소음 제거 모드(M1)에서는 인공지능 소리 분석 모듈(160) 및 출력 소리 신호 생성 모듈(165)도 함께 작동한다. 집중 소음 제거 모드(M1)는 주변 소음에 매우 심하여, 소음을 집중적으로 차단하고자 할 때 유용하다.First, the focused noise removal mode (M1) will be described. The focused noise removal mode (M1) is performed by the operation mode confirmation unit (152) confirming the focused noise removal mode selection signal output by the operation unit (122) operated by the user. In the focused noise removal mode (M1), the noise removal module (155) operates to block a set frequency band, thereby performing the function. In addition, in the focused noise removal mode (M1), the artificial intelligence sound analysis module (160) and the output sound signal generation module (165) also operate together. The focused noise removal mode (M1) is very severe in ambient noise, and is useful when noise needs to be blocked intensively.
다음, 대화 지원 모드(M2)에 대해 설명한다. 대화 지원 모드(M2)는 작동 모드 확인부(152)가 사용자에 의해 조작되는 조작부(122)가 출력하는 대화 지원 모드 선택 신호를 확인함으로써 수행된다. 대화 지원 모드(M2)에서는 인공지능 소리 분석 모듈(160)이 작동하여 주변 소리 신호로부터 음성 신호와 잡음 신호가 분리되고, 출력 소리 신호 생성 모듈(165)이 작동하여 음성 신호의 음량은 높아지고 잡음 신호의 음량은 낮아짐으로써 수행된다. 대화 지원 모드(M2)는 소음이 심한 주변 상황에서 원활한 대화가 요구될 때 유용하다.Next, the conversation support mode (M2) is described. The conversation support mode (M2) is performed by the operation mode confirmation unit (152) confirming the conversation support mode selection signal output by the operation unit (122) operated by the user. In the conversation support mode (M2), the artificial intelligence sound analysis module (160) operates to separate the voice signal and the noise signal from the surrounding sound signal, and the output sound signal generation module (165) operates to increase the volume of the voice signal and decrease the volume of the noise signal. The conversation support mode (M2) is useful when a smooth conversation is required in a noisy surrounding environment.
다음, 외부기기 연결 모드(M3)에 대해 설명한다. 외부기기 연결 모드(M3)는 작동 모드 확인부(152)가 사용자에 의해 조작되는 조작부(122)가 출력하는 외부기기 연결 모드 선택 신호를 확인함으로써 수행된다. 외부기기 연결 모드(M3)에서는 통신부(145)에 의해 외부기기(A)가 통신 가능하게 연결됨으로써 수행된다. 외부기기 연결 모드(M3)에서 외부기기(A)로부터 음원과 같은 소리 데이터를 전송 받아서 스피커(140)를 통해 출력된다. 외부기기 연결 모드(M3)는 사용자가 작업에 집중하거나, 치과 치료 중 심리적 안정을 취하기 위해 음악을 청취하고자 할 때 유용하다. 또한, 외부기기 연결 모드(M3)에서는 집중 소음 제거 모드(M1)와 대화 지원 모드(M2)가 함께 사용될 수 있다. 사용자의 심리적 안정을 위해서는 외부기기 연결 모드(M3)가 집중 소음 제거 모드(M1)가 함께 사용되는 것이 바람직하다. 치과 환경을 예로 들면, 조용한 상태에서 음악을 감상하며 치과 공포증을 감소시킬 수 있으며, 산업/작업 환경에서는 체감 소음을 줄일 수 있다.Next, the external device connection mode (M3) will be described. The external device connection mode (M3) is performed by the operation mode confirmation unit (152) confirming the external device connection mode selection signal output by the operation unit (122) operated by the user. The external device connection mode (M3) is performed by the communication unit (145) connecting the external device (A) so that it can be communicated. In the external device connection mode (M3), sound data such as a sound source is received from the external device (A) and output through the speaker (140). The external device connection mode (M3) is useful when the user wants to listen to music to concentrate on work or to achieve psychological stability during dental treatment. In addition, the focused noise removal mode (M1) and the conversation support mode (M2) can be used together in the external device connection mode (M3). For the psychological stability of the user, it is preferable that the external device connection mode (M3) and the focused noise removal mode (M1) are used together. For example, in a dental environment, listening to music in a quiet environment can reduce dental phobia, and in an industrial/work environment, it can reduce perceived noise.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above examples, the present invention is not limited thereto. The above examples may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.
100: 청각 보조 기기 110: 이어 플러그
120: 이어 플러그 본체 121: 연장부
122: 조작부 130: 마이크
140: 스피커 150: 제어부
152: 작동 모드 확인부 155: 소음 제거 모듈
160: 인공지능 소리 분석 모듈 162: 인공지능 소리 분석 모델
165: 출력 신호 생서 모듈 170: 통신부
180: 이어캡 190: 목걸이 수단
192: 결합부 196: 연결 줄100: Hearing aid device 110: Ear plug
120: Ear plug body 121: Extension part
122: Control panel 130: Microphone
140: Speaker 150: Control Unit
152: Operation mode check unit 155: Noise reduction module
160: AI Sound Analysis Module 162: AI Sound Analysis Model
165: Output signal generation module 170: Communication unit
180: Ear cap 190: Necklace means
192: Joint 196: Connecting line
Claims (10)
사용자의 목에 걸 수 있도록 상기 두 개의 이어플러그 본체들을 연결하는 목걸이 수단을 포함하며,
상기 두 개의 이어플러그 본체들 각각은 주변 소리의 음파를 전기적 신호로 변환하여 주변 소리 신호를 생성하는 마이크와, 소리의 전기적 신호를 음파로 변환하는 스피커와, 사용자가 작동 모드를 선택할 수 있도록 하는 조작부와, 외부기기와의 통신을 위한 통신부와, 상기 주변 소리 신호를 처리하여 상기 소리의 전기적 신호를 생성하는 제어부를 구비하며,
상기 제어부는 상기 조작부가 출력하는 작동 모드 선택 신호를 확인하는 작동 모드 확인부와, 상기 주변 소리 신호로부터 소음을 제거하여 소음 제거 신호를 생성하고 상기 소음 제거 신호를 상기 스피커로 전달하는 소음 제거 모듈과, 상기 주변 소리 신호에 대한 인공지능 분석을 수행하여 음성 신호와 음성 신호가 아닌 비음성 신호를 구분하여 분리하는 인공지능 소리 분석 모듈과, 상기 인공지능 소리 분석 모듈로부터 분리되어서 출력되는 상기 음성 신호의 음량을 높이고 상기 비음성 신호의 음량을 낮춘 출력 소리 신호를 생성하여 상기 스피커로 전달하는 출력 소리 신호 생성 모듈을 구비하며,
상기 작동 모드 선택 신호에 따라서 집중 소음 제거 모드, 대화 지원 모드 및 외부기기 연결 모드 중 선택된 모드가 작동하며,
상기 집중 소음 제거 모드에서는 상기 소음 제거 모듈, 상기 인공지능 소리 분석 모듈 및 상기 출력 소리 신호 생성 모듈이 작동하며,
상기 대화 지원 모드에서는 상기 인공지능 소리 분석 모듈과 상기 출력 소리 신호 생성 모듈이 작동하며,
상기 외부기기 연결 모드에서는 상기 통신부가 작동하여 상기 외부기기로부터 음원을 전송받아서 상기 스피커를 통해 출력하며,
상기 외부기기 연결 모드에서는 상기 집중 소음 제거 모드와 상기 대화 지원 모드 중 어느 하나의 모드가 추가로 선택되어서 함께 작동할 수 있으며,
상기 집중 소음 제거 모드와 상기 대화 지원 모드는 상기 조작부에 의해 상호 스위칭되어서 변경되며,
상기 목걸이 수단은 상기 두 개의 이어플러그 본체들 각각에 분리 가능하게 결합되는 두 개의 결합부들과, 상기 두 개의 결합부들을 연결하는 연결 줄을 구비하는,
청각 보조 기기.Two earplug bodies; and
Includes a necklace means for connecting the two earplug bodies so that they can be worn around the user's neck,
Each of the above two earplug bodies has a microphone that converts sound waves of ambient sound into electrical signals to generate ambient sound signals, a speaker that converts electrical signals of sound into sound waves, a control unit that allows the user to select an operating mode, a communication unit for communicating with an external device, and a control unit that processes the ambient sound signals to generate electrical signals of sound.
The control unit comprises an operation mode confirmation unit that confirms an operation mode selection signal output by the operation unit, a noise removal module that removes noise from the ambient sound signal to generate a noise removal signal and transmits the noise removal signal to the speaker, an artificial intelligence sound analysis module that performs artificial intelligence analysis on the ambient sound signal to distinguish and separate a voice signal from a non-voice signal that is not a voice signal, and an output sound signal generation module that generates an output sound signal that increases the volume of the voice signal output by being separated from the artificial intelligence sound analysis module and decreases the volume of the non-voice signal and transmits the output sound signal to the speaker.
Depending on the above operation mode selection signal, the selected mode among the focused noise cancellation mode, conversation support mode, and external device connection mode operates.
In the above-mentioned focused noise removal mode, the noise removal module, the artificial intelligence sound analysis module and the output sound signal generation module operate.
In the above conversation support mode, the artificial intelligence sound analysis module and the output sound signal generation module operate.
In the above external device connection mode, the communication unit operates to receive sound from the external device and output it through the speaker.
In the above external device connection mode, either the focused noise cancellation mode or the conversation support mode can be additionally selected and operate together.
The above-mentioned focused noise cancellation mode and the above-mentioned conversation support mode are switched and changed by the above-mentioned operating unit.
The above necklace means comprises two connecting parts that are detachably connected to each of the two earplug bodies, and a connecting string connecting the two connecting parts.
Hearing assistance devices.
상기 인공지능 소리 분석 모듈은 딥러닝 학습에 의해 생성되어서 상기 주변 소리 신호로부터 음성 신호와 비음성 신호를 분리하는 인공지능 소리 분석 모델을 구비하는,
청각 보조 기기.In claim 1,
The above artificial intelligence sound analysis module is provided with an artificial intelligence sound analysis model that is generated by deep learning and separates speech signals and non-speech signals from the surrounding sound signals.
Hearing assistance devices.
상기 딥러닝 학습은 잔류 합성 곱 신경망을 기반으로 수행되는,
청각 보조 기기.In claim 2,
The above deep learning is performed based on a residual convolutional neural network.
Hearing assistance devices.
상기 소음 제거 모듈은 저역 필터 또는 노치 필터를 구비하는,
청각 보조 기기.In claim 1,
The above noise removal module comprises a low-pass filter or a notch filter.
Hearing assistance devices.
상기 이어플러그 본체에 분리 가능하게 결합되는 이어캡을 더 포함하는,
청각 보조 기기.In claim 1,
Further comprising an ear cap detachably connected to the earplug body.
Hearing assistance devices.
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