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KR102601666B1 - 청각장애인용 히어링 시스템 - Google Patents

청각장애인용 히어링 시스템 Download PDF

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KR102601666B1 KR1020210146238A KR20210146238A KR102601666B1 KR 102601666 B1 KR102601666 B1 KR 102601666B1 KR 1020210146238 A KR1020210146238 A KR 1020210146238A KR 20210146238 A KR20210146238 A KR 20210146238A KR 102601666 B1 KR102601666 B1 KR 102601666B1
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Abstract

본 발명은 많은 사람들이 있는 장소에서도 혼선을 방지하고 명확하게 음성을 수신할 수 있는 청각장애인용 히어링 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 화자로부터 사운드 정보를 수신하고, 사운드 정보를 FM신호로 변환하여 송신하는 송신기; 상기 송신기로부터 FM신호를 수신하여, 상기 FM신호를 근거리 무선신호로 변환하는 FM변환중계기; 및 상기 FM변환중계기로부터 근거리 무선신호를 수신하여 디스플레이부에 표시하여 주거나 음파로 변환하여 출력하는 사용자단말기를 포함하여 구성되는 청각장애인용 히어링 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명은 루프 케이블을 공공기관의 천장이나 바닥에 내장 설치할 필요가 없어, 설치 비용 및 개보수 비용이 절감되고 루프 존에 제한되지 않고 다수의 청취자에게 화자의 사운드 정보를 제공할 수 있다. 또한, 주변 스마트폰에 사운드 정보를 확장하여 제공할 수 있으며, 배터리 전원을 절약하면서 고품질의 사운드 정보를 전달할 수 있다.

Description

청각장애인용 히어링 시스템{HEARING SYSTEM FOR A HEARING-IMPAIRED PERSON}
본 발명은 청각장애인용 히어링 시스템에 관한 것이며, 구체적으로 많은 사람들이 있는 장소에서도 혼선을 방지하고 명확하게 음성을 수신할 수 있는 청각장애인용 히어링 시스템에 관한 것이다.
최근에 공항, 학교, 회의장 등 주변 소음이 잦고 화자와 청취자간 거리가 먼 공공장소에서 화자와 청취자 간에 원활한 커뮤니케이션의 증진을 위해 자기 유도 루프 타입의 히어링 시스템이 주목받고 있다.
현재 사용되고 있는 자기 유도 루프 타입의 히어링 시스템은, 공공장소의 바닥이나 천장에 루프 케이블(루프 코일)을 설치하고 방송 화자의 사운드 정보를 담은 전류를 루프 케이블을 통해 흘려주어 발생된 자기 유도 신호를 보청기나 인공와우 착용 청취자가 수신하여 방송 사운드 정보의 전달이 이루어지고 있다. 일부 선진국의 경우에는 이러한 히어링 시스템을 공공장소에 설치하는 것을 필수화하고 법으로 제정하여 운용하고 있다.
그러나, 이러한 방식의 히어링 시스템의 경우, 바닥이나 천장에 루프 케이블을 내장시켜 설치하여야 하므로 막대한 비용이 소요되고 그 루프 케이블 내에만 유도 자기가 형성되므로 한정된 루프 케이블 내(Loop zone)에 존재하는 청취자만 방송 사운드 정보를 수신하게 되는 문제가 있다. 또한, 한번 설치된 루프 케이블을 개보수 공사하기도 어렵고 막대한 비용이 소요되며 불편이 발생하는 문제도 발생하고 있다.
따라서, 자기 유도 타입의 기술을 이용하되, 위에 설명한 비용 및 불편함 없이, 공공장소에서 청취자가 화자의 방송 정보를 원활하게 청취할 수 이루어지도록 하는 시스템 개발이 절실한 상황이다.
한국특허공보(등록공보번호: 10-0872736, "청취력 강화 장치에 통신 유니트를 선택적으로 결합하기 위한 방법 및 시스템")는 청취력을 강화하기 위하여 청취력 강화 장치에 통신 유니트를 선택적으로 결합하기 위한 방법이 개시 되었으나, 보청기 단말기가 송신기로부터 무선 FM 신호를 수신하는 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 루프케이블의 설치 없이 청취자가 화자의 방송 정보를 원활하게 청취할 수 이루어지도록 하여, 루프 케이블의 설치 비용, 확장 공사에 따른 추가 비용 및 불편함을 제거하도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화자로부터 사운드 정보를 수신하고, 사운드 정보를 FM신호로 변환하여 송신하는 송신기; 상기 송신기로부터 FM신호를 수신하여, 상기 FM신호를 근거리 무선신호로 변환하는 FM변환중계기; 및 상기 FM변환중계기로부터 근거리 무선신호를 수신하여 디스플레이부에 표시하여 주거나 음파로 변환하여 출력하는 사용자단말기를 포함하여 구성되는 청각장애인용 히어링 시스템을 제공한다.
상기 송신기는, 다수의 주파수를 생성할 수 있는 다채널 기능이 구비되고, 지역 또는 국가에 호환되는 주파수를 자동으로 서치하여 매칭하는 것이 바람직하다.
상기 FM변환중계기는, FM신호를 수신하는 신호수신부, 주위의 음파신호를 수신하는 마이크, 상기 마이크를 통해 수신된 소음신호에 따라 소음제어신호 전송여부를 판단하는 제어부; 상기 제어부에 의한 소음제어신호에 의해 소음신호의 진폭 및 위상을 측정하여 역위상제어신호를 생성하는 소음제어부; 상기 FM신호를 분석하여 FM신호 파라미터를 추출하여 음성보정을 수행하는 음성보정부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 많은 사람들이 있는 장소에서도 혼선을 방지하고 명확하게 음성을 수신할 수 있는 청각장애인용 히어링 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 루프 케이블을 공공기관의 천장이나 바닥에 내장 설치할 필요가 없어, 설치 비용 및 개보수 비용이 절감되고 루프 존에 제한되지 않고 다수의 청취자에게 화자의 사운드 정보를 제공할 수 있다.
그리고, 주변 스마트폰에 사운드 정보를 확장하여 제공할 수 있으며, 배터리 전원을 절약하면서 고품질의 사운드 정보를 전달할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 히어링 시스템을 설명하는 도면;
도 2는 다양한 동작 모드의 기능을 구비한 송신기를 설명하는 도면;
도 3은 본 발명에 의한 FM변환중계기의 구성을 나타내는 구성도;
도 4는 본 발명에 의한 히어링 시스템의 수행방법을 나타내는 순서도.
본 발명에 의한 구체적인 실시예의 구성 및 작용에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 히어링 시스템을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 장애인용 히어링 시스템은 송신기(100), FM변환중계기(200) 및 사용자단말기(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
송신기(100)는, 강사, 아나운서 등 말하는 사람으로부터 사운드 정보를 수신하고, 사운드 정보를 FM 전자파 신호로 변조하여 무선으로 송신할 수 있다. 화자는 사람뿐만 아니라 사운드를 생성하는 오디오 장치도 될 수 있다.
송신기는 상용전원(예, 220V 또는 110V)로부터 전원을 공급받아 구동될 수도 있고, 배터리가 내장되어 구동될 수도 있다. 배터리는 리튬 이온 배터리가 이용될 수 있고 충전될 수 있다.
송신기(100)는, 화자가 사용하는 마이크로나 오디오 디바이스로부터 유선 또는 무선으로 사운드 정보를 수신할 수 있고, 수신한 사운드 정보는 FM 전자파 신호로 변조될 수 있다.
송신기는 메모리를 구비하여 각종 응용 프로그램이 저장되고 제어부(4)에 의해 응용 프로그램이 구동될 수 있다.
송신기는, 다수의 주파수를 생성할 수 있는 다채널(예, 10개의 채널) 기능이 구비되고, 지역 또는 국가에 호환되는 주파수를 자동으로 검색(Search)하여 매치(Match)시킬 수 있다. 송신기의 무선 송신 주파수는 2.4GHz 또는 216~217MHz일 수 있고, 그 외에 다양한 주파수가 적용될 수 있다.
송신기는 FM 전자파 신호를 무선으로 전송할 수 있는데 최대 송출거리는 수십에서 수백 미터가 될 수 있다. 송신기는 화자, 마이크, 또는 방송 스피커의 주변에 설치될 수 있고 경우에 따라 복수개가 설치될 수 있는데, 천장 또는 벽에 부착되어 사용되는 것이 바람직하다.
FM변환중계기(200)는, 송신기(100)로부터 FM 전자파 신호를 수신하여, FM 전자파 신호를 블루투스와 같은 근거리 무선신호로 변환하여 복수의 사용자단말기(300)에 브로드캐스팅하거나, 개인전용의 사용자단말기에 페어링하여 사용할 수 있다.
또한, FM변환중계기(200)는, FM 전자파 신호를 수신하고, FM 전자파 신호에 대응하는 전류 신호를 생성할 수 있다. 전류는 교류 전류(AC)일 수 있다.
FM변환중계기(200)는, 블루투스모듈을 포함하고, 상기 FM 전자파 신호를 블루투스 프로토콜로 변환하여 블루투스 수신 모듈을 구비한 사용자단말기인 스마트폰(300), 이어폰, 보청기 등에 송신할 수 있으며, 반대로 사용자단말기로부터 FM변환중계기(200)로 신호를 수신받을 수도 있다.
FM변환중계기(200)는, 마이크가 내장되어 있거나 마이크와 연결이 가능한 포트(Port)가 구비될 수 있다.
사용자단말기는, T-코일과 같은 코일이 구비되어 FM변환중계기(200)에 의한 전류신호를 통해 전류를 흘림으로써 자기장을 발생시키고, 이 자기장을 이용하여 청취자에 사운드 정보를 제공할 수 있다. 이때, 상기 사용자단말기(300)는 청취자의 귀(Ears)에 삽입될 수 있는 사이즈와 형상을 가지는 것이 바람직하다.
FM변환중계기(200)는 다수개 일 수 있으며 구획된 각 클래스마다 구비될 수 있다. 각 FM변환중계기(200)는 송신기(100)로부터 FM전파를 수신받아 이를 블루투스 프로토콜에 맞게 변환시킨 다음 클래스에 있는 각 사용자들에게 브로드캐스팅하여 준다. 이때, 상기 블루투스는 근거리에서만 브로드캐스팅되므로 다른 클래스에 영향을 끼치지 않게 된다.
도 2는 다양한 동작 모드의 기능을 구비한 송신기를 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 송신기(특히, 배터리로 구동되는 송신기)는, 신호의 송수신이 이루어지지 않는 (시간) 구간에서 전력 소모를 약하게 하는 ‘슬리핑 모드(Sleeping mode)’와, 신호의 송수신이 이루어지는 구간에서 상대적으로 강한 전력이 소모되는 ‘액티브 모드(Active mode)’로 구분될 수 있다.
일 실시예에 따라, 슬리핑 모드에서 액티브 모드로의 전환은 송신기가 웨이크업(Wake-up) 신호를 수신 받아 이루어진다. 웨이크업 신호는 화자로부터 수신된 신호가 일정한 문턱(Threshold) 크기(DB) 이상일 경우 생성되도록 제어될 수 있다. 이로 인해 화자 또는 사용자가 송신기를 수작업으로 Power On/off 할 필요가 없으며, 주변 소음으로 인해 액티브 모드로 전환되는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따라, 액티브 모드에서 슬리핑 모드로의 전환은 대기 (Waiting) 구간의 존재로 이루어 질 수 있다. 대기 구간은 일정한 시간 동안 송신기가 화자로부터 사운드 정보를 받지 않은 대기 구간을 의미할 수 있다. 대기 구간은 송신기의 사용자나 제작자가 미리 설정하여 송신기에 입력 및 저장할 수 있다. 대기 구간이 종료되면 자동으로 액티브 모드에서 슬리핑 모드로 전환 제어될 수 있다. 이로 인해 배터리가 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수 있다.
송신기가, 앞서 설명한 다양한 모드로 구동되기 위하여, 송신기의 메모리부(3)에 응용 프로그램이 저장되고 제어부(4)에 의해 구동 동작이 제어될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따라, 송신기는 액티브 모드에서 화자의 사운드 정보를 제외한 노이즈를 필터링하는 기능을 더 포함할 수 있다. 이로 인해 강연장에서 앞자리에 앉아 잡담하는 청취자의 음성이 다른 청취자에 전달되지 않게 된다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 FM변환중계기(200)는 마이크(205), 신호수신부(210), 제어부(220), 음성보정부(230), 소음제어부(240), 음성합성부(250), FM변환부(260), 블루투스모듈(270)을 포함하여 구성된다.
상기 신호수신부(210)는 FM신호를 수신하는 안테나를 포함할 수 있으며, 송신기에서 전송하는 신호를 수신한다. 또한, 상기 마이크(205)는 주변환경에 따른 음파를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 역할을 한다.
상기 제어부(220)에서는 수신된 신호를 이용하여 분석한 후, 이후의 절차를 결정한다.
즉, 제어부(220)에서는 마이크에 의해 수신된 신호에서 실시간으로 소음에너지를 산출하게 된다. 상기 소음에너지 E는 샘플링 타임 i에서 n까지 측정된 신호의 진폭을 S(i)라 하면 다음과 같은 식으로 산출된다.
Figure 112021124447942-pat00001
제어부에서는 상기 소음에너지가 설정값 이상인지 여부를 판단하여, 소음에너지가 설정값 이상이면 소음제어부(240)에 소음제어신호를 전송한다.
상기 소음제어부(240)에서는 소음제어신호를 수신하면, 마이크로부터 수신된 소음신호를 분석하여 피치, 특성파명, 파워, 선스펙트럼 주파수와 같은 음성 파라미터를 추출하고, 소음신호의 진폭 및 위상을 측정하여 소음신호와 크기가 동일하고 역위상인 역위상제어신호를 생성한다.
한편, 음성보정부(230)에서는 신호수신부(210)에서 수신된 FM신호를 분석하여 피치, 특성파명, 파워, 선스펙트럼 주파수와 같은 FM신호 파라미터를 추출한다.
그리고, 음성보정부에서는 소음제어부에서 추출된 소음신호의 음성 파라미터와 FM신호 파라미터를 비교하여 음성보정을 수행한다.
예를 들어, 음성보정부에서는 소음신호의 피치와 FM신호의 피치를 비교하여 그 차이가 설정값 이하인 경우 FM신호의 피치를 쉬프트하여 조절한다.
또한, FM신호를 주파수 공간으로 변환하여 주파수가 낮은 저주파 구간과 나머지 구간인 고주파 구간으로 구획할 수 있으며, 저주파 구간은 유성음 성분으로 인식하며, 고주파 구간은 무성음 성분으로 인식할 수 있다.
그리고, 음성보정부에서는 저주파 구간의 에너지 E1 및 고주파 구간의 에너지 E2를 산출하고, 그 비율 E1/E2을 계산하여 E1/E2가 일정 범위에 들어오도록 일부 저주파 구간 또는 고주파 구간을 제거하여 FM신호를 보정할 수 있다.
한편, 사용자는 음성보정조절부를 이용하여 자신의 상태에 따라 최적의 음성으로 보정할 수 있으며, 음성보정부에서는 음성보정조절부의 설정에 따라 위와 같은 방법으로 FM신호를 보정할 수 있다.
상기 음성합성부(250)에서는 소음제어부(240)에 의해 생성된 역위상제어신호 및 음성보정부(230)에 의해 보정된 FM신호를 합성하고, 신호변환부(260)에서는 합성된 신호를 블루투스 프로토콜에 맞게 변환시킨다.
그리고, 변환된 신호는 블루투스모듈(270)에 의해 사용자단말기(300)로 전송이 된다.
상기 사용자단말기는 스마트폰, 이어폰, 보청기 등으로 구성될 수 있으며, 스마트폰인 경우 FM변환중계기에서 전송된 블루투스 신호를 수신하여 대응되는 문자로 변환한다음 디스플레이부에 표시하여 줄 수 있다.
또한, 사용자단말기가 이어폰이나 보청기인 경우 내장된 스피커를 통해 수신된 블루투스 신호를 음파로 변환하여 출력한다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 송신기 200 : FM변환중계기
205 : 마이크 210 : 신호수신부
220 : 제어부 230 : 음성보정부
240 : 소음제어부 250 : 음성합성부
260 : 신호변환부 270 : 블루투스모듈
280 : 음성보정조절부 300 ; 사용자단말기

Claims (3)

  1. 화자로부터 사운드 정보를 수신하고, 사운드 정보를 FM신호로 변환하여 송신하는 송신기;
    상기 송신기로부터 FM신호를 수신하여, 상기 FM신호를 근거리 무선신호로 변환하는 FM변환중계기; 및
    상기 FM변환중계기로부터 근거리 무선신호를 수신하여 디스플레이부에 표시하여 주거나 음파로 변환하여 출력하는 사용자단말기를 포함하여 구성되며,
    상기 FM변환중계기는,
    FM신호를 수신하는 신호수신부,
    주위의 음파신호를 수신하는 마이크,
    상기 마이크를 통해 수신된 소음신호에 따라 소음제어신호 전송여부를 판단하는 제어부;
    상기 제어부에 의한 소음제어신호에 의해 소음신호의 진폭 및 위상을 측정하여 역위상제어신호를 생성하는 소음제어부;
    상기 FM신호를 분석하여 FM신호 파라미터를 추출하여 음성보정을 수행하는 음성보정부 및
    상기 소음제어부에 의해 생성된 역위상제어신호 및 음성보정부에 의해 보정된 FM신호를 합성하는 음성합성부를 포함하고,
    상기 음성보정부에서는 상기 소음신호의 음성파라미터와 FM신호 파라미터를 비교하여 음성보정을 수행하며, FM신호를 주파수 공간으로 변환하여 저주파 구간의 에너지 E1 및 고주파 구간의 에너지 E2를 산출하고, 그 비율 E1/E2을 계산하여 E1/E2가 일정 범위에 들어오도록 일부 저주파 구간 또는 고주파 구간을 제거하여 FM신호를 보정하는 청각장애인용 히어링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는,
    다수의 주파수를 생성할 수 있는 다채널 기능이 구비되고, 지역 또는 국가에 호환되는 주파수를 자동으로 서치하여 매칭하는 청각장애인용 히어링 시스템.
  3. 삭제
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