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64채널 소음 차폐 디지털 보청기 펌웨어 개발
64 Channel Noise Masking Digital Hearing Aid Firmware Development 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.31 no.6, 2012년, pp.367 - 372  

장순석 (조선대학교 제어계측로봇공학과)

초록
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본 논문은 64채널 디지털 보청기를 위한 소음 차폐 알고리즘을 소개한다. 125 Hz에서 8000 Hz 주파수 대역 사이에서 64채널을 위해, 125 Hz의 주파수 분해도를 유지하였다. 사람의 달팽이관과 유사한 스펙트럼 차폐 처리 효과를 보청기 소음 감쇠 처리 알고리즘에 적용하였다. 이론적 알고리즘은 어셈블러 언어의 프로그램 소프트웨어로 변환하여 디지털 보청기용 DSP IC 칩으로 이식하였다. 일부 소음 차폐 프로그램 코드를 보여주며 설명하였고, 실시간으로 소음 처리 되는 결과를 전기음향 실험에 의해 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper introduces noise masking algorithm for 64 channel digital hearing aid. 125 Hz spectral resolution is maintained for 64 channels from 125 Hz to 8000 Hz. The same spectral masking processing effects as the cochlea are considered and applied for the present hearing aid noise reduction proces...

주제어

#디지털 보청기   #주파수 채널   #소음 차폐   #스펙트럼   #어셈블러 언어  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 FFT(Fast Fourier Transformation)에 의한 주파수 채널별 압축 방식에 스펙트럼 영역에서의 휘드백 소거와 주변 소음 감쇠 알고리즘을 펌웨어로 개발하여 실제로 디지털 보청기로 실현시킨후, 이를 전기음향 검사에 의해 검증해 보였다. 본 논문의 목적은 디지털 보청기의 주요 기능인 비선형 압축과 별도로, 최적화되고 간편한 연산의 소음 감쇠 알고리즘을 DSP IC 칩으로 실시간 동작 처리하는 펌웨어를 개발하여 향후 소음 감쇠 알고리즘을 향상시키는 기반을 마련하는 데 있다.
  • 본 논문에서는 FFT(Fast Fourier Transformation)에 의한 주파수 채널별 압축 방식에 스펙트럼 영역에서의 휘드백 소거와 주변 소음 감쇠 알고리즘을 펌웨어로 개발하여 실제로 디지털 보청기로 실현시킨후, 이를 전기음향 검사에 의해 검증해 보였다. 본 논문의 목적은 디지털 보청기의 주요 기능인 비선형 압축과 별도로, 최적화되고 간편한 연산의 소음 감쇠 알고리즘을 DSP IC 칩으로 실시간 동작 처리하는 펌웨어를 개발하여 향후 소음 감쇠 알고리즘을 향상시키는 기반을 마련하는 데 있다.
  • 본 연구에서는 1개의 마이크로폰만을 사용하였 으며 본 연구 결과를 토대로 소음 차폐 디지털 보청기 제품화하는 연구를 주력할 계획이며, 현재까지 원음대비 약 2 dB 정도 SNR 비율이 향상되었음을 확인해 보았다. 본 연구에서는 디지털 토글 스위치를 사용하여 현재 주변 소음을 언제라도 수집하여 업그레이드할 수 있어 실용적으로 소음 차폐를 위한 소음 진폭 스펙트럼을 수집하도록 한 특징을 가진다.
  • 본 연구에서는 1개의 마이크로폰만을 사용하였 으며 본 연구 결과를 토대로 소음 차폐 디지털 보청기 제품화하는 연구를 주력할 계획이며, 현재까지 원음대비 약 2 dB 정도 SNR 비율이 향상되었음을 확인해 보았다. 본 연구에서는 디지털 토글 스위치를 사용하여 현재 주변 소음을 언제라도 수집하여 업그레이드할 수 있어 실용적으로 소음 차폐를 위한 소음 진폭 스펙트럼을 수집하도록 한 특징을 가진다. 소음 스펙트럼이 어음과 달리 매우 특이할 경우에는 3번째 토글 스위칭으로 기 저장된 특이 소음 진폭 스펙트럼을 EEPROM으로부터 RAM으로 전송하여 사용하면 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Minimum Statistic(MS) 알고리즘이란? 주변 소음은 감쇠시키고 어음의 세기는 상대적으로 높여주는 여러 다른 연구들이 진행되어 왔는데, 대표적으로 Minimum Statistic(MS) 알고리즘은 단일 채널에서 통계적인 최소값을 기반으로 주변 소음의    PSD(Powe Spectral Density)를 추정하는 알고리즘이다.[5] 이 알고리즘의 단점은 시간 지연이 심해서 실시간으로 활용하기가 어렵다고 지적된다.
난청 환자의 수가 기하급수적으로 늘고 있는 이유는? 공기오염, 수질오염 다음으로 심각한 환경오염으로 간주되는 소음에 의한 피해로 인해 난청 환자의 수가 기하급수적으로 늘고 있다. 미국의 경우 소음성 난청을 가진 직업병 유소견자의 수가 3천만 명으로 보고된다.
보청기를 사용하며 겪는 문제점은? 그런데 보청기 사용자들이 보청기를 사용하면서 갖는 어려움으로 소음 문제가 대두된다. 조용한 환경에서 타인의 음성을 증폭하여 듣는 것까지는 좋은데, 시장이나 지하철, 노래방처럼 주변 환경이 시끄러운 장소에서는 어음과 더불어 소음도 함께 증폭되기 때문에 어음에 대한 변별력이 현저히 낮아지는 문제이다.[4] 본 연구에서 어음은 사람의 말소리를 의미하고, 소음은 어음 외 모든 외부 소리를 가리킨다.
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참고문헌 (17)

  1. J. C. Fernandes, "Effects of Hearing Protector Devices on Speech Intelligibility," Applied Acoustics, vol. 64, no. 6, pp. 581-590, 2003. 

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  2. 김규상, 소음성 난청의 청각학적 평가(1), 산업보건, 181권, pp. 12-21, 2003. 

    원문보기 상세보기

  3. 이윤정, 김필운, 장용민, 이상흔, 조진호, 김명남, "ITE 타입의 소음 차폐기용 소형 음향 필터의 설계," 센서학회지, 13권, 6호, pp. 479-487, 2004. 

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  4. 장순석, 권유정, 디지털 보청기, 두양사, 2005. 

  5. R. Martin, "Noise power spectral density estimation based on optimal smoothing and minimum statistics," Speech and Audio Processing, IEEE Transactions on, vol. 9, no. 5, pp. 504-512, 2001. 

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  6. J. Li, et al., "Two-stage binaural speech enhancement with Wiener filter for high-quality speech communication," Speech Communication, vol. 53, no. 5, pp. 677-689, 2011. 

    상세보기 crossref

  7. 지유나, 박영철, 손준일, 김동욱, "보청기를 위한 음질 개선 알고리즘," 한국음향학회 춘계학술대회 학술발표회 논문집, 31권, 1(s)호, pp. 185-188, 2012. 

  8. 김태인, 장성민, 송원준, 배성재, 김완두, 조맹효, "인공기저막 기반 인공와우의 주파수 분리 성능향상을 위한 인공기저막 전산모사," 대한기계학회논문집A, 36권, 4호, pp. 457-463, 2012. 

    원문보기 상세보기

  9. S.S. Jarng, "Active Linear Modeling of Cochlear Biomechanics Using Hspic," The Journal of the Acoustical Society of Korea, vol.24, no. 3E, pp. 77-86, 2005. 

  10. 황윤수, 한종희, 지윤상, 홍성화, 이상민, 김동욱, 김인영, 김선일, "디지털 보청기 사용자를 위한 압신 알고리즘의 성능 연구," 의공학회지, 32권, 2호, pp. 218- 229. 2012. 

  11. 노형철, 김헌중, 한헌수, 차형태, "심리음향모델을 적용한 난청 보정 알고리즘의 연구," 대한전자공학회제13회 신호처리 합동 학술대회 논문집, 13권, pp. 189-192, 2000. 

  12. R. Brennan, T. Schneider, "Filterbank structure and method for filtering and separating an information signal into different bands, particularly for audio signal in hearing aids," US Patent US 6,236,731, 2001. 

  13. "Ezairo 5910 Hybrid Prelimiary Data sheet," AMIS Semiconductor, October 2007. 

  14. 장순석, "디지털 보청기의 압축과 작동시간 및 해제 시간과의 관계," 한국음향학회 학술발표대회 논문집, 27권, 2(s)호, pp. 157, 2008. 

  15. 권유정, 장순석, "BEM에 의한 보청기 마이크로폰을 가진 귀의 지향성 시뮬레이션," 한국음향학회학술대회논문집, 23권 1호, pp. 361-366, 2004. 

  16. 박형우, 이성태, 배명진, "잡음환경에서 휴대전화 사용에 따른 소음성 난청예방 기술에 관한 연구," 한국음향학회지, 30권, 4호, pp. 207-214, 2011. 

  17. 김성희, 신종헌, 여창기, 한영경, 이중기, 장순석, "한국인의 정상적인 노화에 의한 성별 연령별 순음청력에 의한 기준청력," 한국음향학회지, 24권, 6호, pp. 353-357, 2005. 

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