KR20130133790A - 보청기를 가진 개인 통신 장치 및 이를 제공하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보청기를 제공하기 위해 배치된 개인 통신 장치에 관한 것이다. 개인 통신 장치는 음성 신호를 수신하기 위한 입력부, 프로그램 가능한 프로세싱 수단 및 처리된 신호를 출력하기 위한 출력부를 포함한다. 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 파라미터 세팅에 기초한 제1 신호 경로에서 상기 음성 신호의 디지털 버전상에서 필터링 작업을 수행하기 위하여 배치되고, 사용자 선호도, 청각적 정보, 청취 상황에 대한 정보에 기초한 상기 파라미터 세팅을 결정하기 위한 제어 로직을 제공하기 위하여 배치되고, 여기서, 상기 개인 통신 장치는 수신된 음성 신호의 음성 환경 분석을 통하여 및/또는 상기 개인 통신 장치의 센싱 수단을 통하여 얻어지고 사용되어서, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 난청 보상된 신호를 출력하기 위해 배치된 난청 보상 모듈로서 작동 가능하다. 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 상기 제1 신호 경로와 병렬적인 제2 신호 경로를 추가로 가지며, 상기 제2 신호 경로는 상기 음성 신호와 상기 파라미터 세팅의 상기 디지털 버전 을 수신하고, 상기 파라미터 세팅과 상기 음성 신호의 상기 디지털 버전에 기초한 상기 필터링 수단의 필터 계수를 결정하기 위해 배치되는 전달 함수 계산을 위한 모듈을 더욱 포함한다.

Description

보청기를 가진 개인 통신 장치 및 이를 제공하기 위한 방법{PERSONAL COMMUNICATION DEVICE WITH HEARING SUPPORT AND METHOD FOR PROVIDING THE SAME}

본 발명은 일반적으로, 디지털 보청기, 골도 임플랜트, 중이 임플랜트 또는 달팽이관 임플랜트 또는 이를 조합한 기능을 제공하도록 맞춤된 개인 통신 장치의 분야에 관한 것이다.

난청 특성은 매우 개인적이고, 청각 역치(hearing threshold)는 거의 사람마도 다르다. 난청은 주파수마다 다르고, 이는 임상 청력도(clinical audiogram)에 의해 반영된다. 난청(지각성, 전도성 또는 혼성, 빛, 적당한, 극심한 또는 심각한)의 유형 및 심각성에 따라, 인간의 귀의 음향 신호처리 특징은 다양한 방법으로 타협되고, 전도성 난청에서와 같이 입력되는 소리의 단순한 증폭에서부터 심각한 지각성 난청의 경우에서와 같이 비-음향 트랜스듀서를 사용하거나 및/또는 좀 더 세련된 음향 신호처리까지의 기능적인 중재의 다양한 유형을 요한다. 기존의 보청기는 입력되는 음향 신호를 포착하고, 이를 증폭시켜서 외이도 내에 위치된 확성기를 통하여 신호를 출력한다. 전도성 및 혼성 난청에서, 골도를 통한 대안적인 시뮬레이션 경로 또는 이소골 연쇄(ossicular chain)나 내이 유체(inner ear fluid)의 직접적인 움직임이 적용될 수 있고, 기존의 보청기는 대안적인 골 전도성 임플랜트 또는 중이 임플랜트로 대체될 수 있다. 골 전도성 임플랜트 보조기는 종래의 음향 보청기와 유사하나, 진동기를 통하여 음향 신호를 청각 상실된 사용자의 두개골로 전송한다. 중이 임플랜트는 기계적 트랜스듀서를 사용하여 중이 또는 내이를 직접 시뮬레이트 한다. 지각성에서, 내이의 음향 신호처리에서의 난청 부족은 음의 세기의 변화된 감지와 감소된 주파수 분해능을 초래한다. 음의 세기 지각에서의 변화를 보상하기 위하여, 예를 들어, 낮은-레벨의 음향보다 높은-레벨의 음향에 대하여 약한 증폭이 요구된다. 그래서, 지각성 난청에서의 보청기의 핵심 기능은 (a) 각각의 주파수에서 필요한 양의 증폭을 제공하여 인간의 손상된 귀의 민감도 손실을 보상하는 것, (b) 주변 상항에 의존하는 증폭에 따라 음의 세기 보충에 대하여 보상하는 것이다. 심각한 지각성 난청에서, 환자를 위한 유일한 기능성 솔루션은 달팽이관 임플랜트(cochlear implant, CI)를 주는 것이다. 달팽이관 임플랜트는 인간의 내이의 수용체 및 신경에 전기 자극을 제공한다. 달팽이관 임플랜트의 이 신호 처리 연쇄에서, 마이크로폰에 의해 선택된 신호는 보청기와 유사한 방식으로 처리된다. 그런 다음, 제2 단계는 최적화된 음성 신호를 임플랜트된 자극기를 위한 여기 패턴(excitation pattern)으로 변환한다. 임플랜트된 자극기는 전극을 구동하는 전기 전류원을 포함하고, 이는 청각 신경을 직접 자극하기 위하여 외과적으로 달팽이관에 임플랜트된다. 전체적으로 임플랜트 가능한 달팽이관 임플랜트(Totally implantable cochlear implant, TICI)는 청각 손상된 사용자의 머리에 가시적이지 않은 부품을 가진 임플랜트 가능한 마이크로폰, 재충전 가능한 배터리 및 음성 프로세서를 포함한다.

도 1은 마이크로폰, 아날로그/디지털 신호 컨버터, 디지털 신호 프로세서, 디지털/아날로그 컨버터 및 스피커를 포함하는 종래의 디지털 보청기의 모식도이다. 또한, 도 1은 음향 트랜스듀서의 성질을 제외한, 골 전도성 임플랜트 및 중이 임플랜트를 나타낸다. 도 1의 실선 화살표는 모듈간의 음성 신호의 흐름을 나타낸다. 도 2는 일반적으로 귀 뒤에 착용하는 외부 귀-착용 유닛을 가진 종래의 달팽이관 임플랜트의 스킴을 나타내는데, 이는 마이크로폰, 아날로그/디지털 신호 컨버터, 보청기와 같이 신호 사전처리하는 디지털 신호 프로세서 및 달팽이관 임플랜트 내의 전극의 여기 패턴을 만들고 변조에 의해 경피성 전송(transcutaneous transmission)을 위해 신호를 준비하는 변조기 유닛을 가진다. 이들 장치 내의 음성 신호 흐름은 실선 화살표에 의해 도시된다. 또한, 이 도면은 청각 손상된 머리 내로 임플랜트된 파트를 도시한다. 여기서, 외부 유닛으로부터의 신호는 복조되고, 손상된 내이는 점선 화살표에 의해 표기된 바와 같이, 임플랜트된 전극을 통하여 자극을 받는다. 사용자의 피부를 통한 전송은 무선이다. 전체적으로 임플랜트 가능한 달팽이관 임플랜트는 전체적으로 임플랜트된 장치에서 필요하지 않은 변조 모듈과 복조 모듈을 제외하고, 도 2에 도시된 모든 부품으로 구성된다.

보청기의 신호 처리의 핵심 임무와 다른 보청기 시스템의 신호 사전-처리에서 중요한 부분은 모든 청취 상황에서 적당한 음의 세기를 감지하는 것을 제공하는 자동 이득 제어뿐만 아니라 주파수-등화 필터링과 증폭이다. 이들 핵심 임무에 추가로, 신호 처리는 잡음 감소, 피드백 감소, 음질 향상, 음성 이해도 향상, 구체적인 방향으로부터의 음성(방향성 마이크로폰, 빔 형성)의 개선된 신호대잡음 비율 등을 제공할 수 있다.

보청기와 다른 청각 솔루션은 환자의 개개인 난청을 위해서 증폭을 조절해야 할 뿐만 아니라 현 음성 환경에 대한 증폭의 양을 조절할 필요가 있다. 이는 지각성 난청에 대한 특성인 음의 세기 보충의 현상과 관련 있다. 음의 세기 보충의 결과로서, 약한 청취 상황에서 더 많은 증폭이 요구되고, 시끄러운 청취 상황에서 더 적은 증폭이 요구된다. 1초 보다 큰 시상수를 가지고 음성 환경에 대한 증폭의 양을 서서히 조절하는 것은 "자동 음량 제어"로 불리운다. 이 유형의 조절은 신호를 왜곡시키지 않으면서 (그 결과 높은 음성 품질을 야기함)정확한 양의 증폭을 준다는 이점을 가진다. 그러나, 입력 신호의 레벨의 갑작스런 변화는 보상될 수 없고, 동일한 경우 아픈 느낌을 초래할 수 있으며, 또는 시끄러운 이벤트 발생 후 중요한 정보의 손실이 있을 수 있다. 갑작스런 변화의 예는 급작스럽고 시끄러운 소리(문 쾅)일 수 있으나, 두 명의 사람이 동시에 말하는 것을 청취하는데, 둘 중 하나는 다른 하나보다 더 가까울 때도 발생할 수 있다. 입력 신호 레벨에서의 급작스러운 변화를 보상하기 위한 배경 기술의 접근법은 짧은 시상수를 사용하는 "자동 이득 제어" 시스템이다. 그러나, 신호 진폭의 이 빠른 변화 때문에 음성 품질이 감소된다.

종래 기술의 보청기와 달팽이관 임플랜트의 몇몇의 단점이 표기될 수 있다. 보청기는 나이와 장애와 관련되고 종종 매력적이지 않다(이 사회 현상을 종종 '낙인 찍기'로 불린다). 보청기를 필요로 하고 살 능력도 되는 청각이 손상된 사람들 중에 덜 가시적인 장치의 최신 특징이 있더라도, 시장 침투는 약 25%이다. 종래 기술의 또 다른 단점은 보청기와 달팽이관 임플랜트가 맞춤 하드웨어의 필요성과 맞춤 칩 발전 때문에 매우 비싸다는 것이다. 더구나, 보청기는 파라미터 조정(보청기 맞춤)을 위한 전문가를 요한다. 일반적으로, 이 맞춤은 청능사 또는 이비인후과 의사(ENT)에 의한 숙련된 전문가에 의해 전용 맞춤 소프트웨어를 가진 PC 상에서 수행되고, 이는 일반적으로 해당 장치의 제조자에 의해 제공된다. 전문가 지식은 파라미터를 정확히 조절하기 위해 정말로 요구된다. 이는 달팽이관 임플랜트의 경우에서도 실현된다. 청각 전문가의 조정은 가령, 청력도와 같은 객관적인 청각적 측정 또는 사용자로부터의 주관적인 피드백에 기초할 수 있다. 달팽이관 임플랜트의 경우에서, 전문가의 지원과 청취 훈련에 대한 필요는 특히 광범위하다. 청각 손상된 고객은 그들의 장치의 서비스를 위한 청각적 클리닉에 방문해야 하고, 아무리 사소한 소프트웨어 조절이라도 개인적 방문을 요한다.

종래 기술의 또 다른 단점은 청각 손상된 사람 혼자서는 디지털 보청기와 달팽이관 임플랜트를 매우 제한된 수의 수동 조절, 출력 음량 제어를 할 수 있다는 것이고, 어떤 경우에는 적은 수의 기설정된 청취 프로그램 중 하나를 선택한다. 이들 프로그램 각각은 구체적 청취 상황에 대해 최적화된 파라미터 세트를 포함한다. 어떤 경우에는, 보청기는 물리적 리모콘(휴대용 장치 또는 리모콘 기능을 가진 손목 시계)에 의해 제어될 수 있으나, 이들 리모콘에 의해 변화될 수 있는 복수의 파라미터는 제한된다.

종래 기술의 보청기와 달팽이관 임플랜트의 또 다른 단점은 이들 장치를 고객 전자장치(TV, 스테레오, MP3 플레이어, 모바일폰)와 연결하기 위한 해결책이 다루기 힘들고 비싸다는 것이다. 더구나, 보청기는 인터넷과 연결성과 개인 디지털 어시스턴트(PDA) 장치들과의 상호 작용이 없고, 모바일폰은 일반적으로 전화 통화 또는 감소된 음악 증폭 동안에 음성 신호의 증폭으로 제한된다. 보청기에서 운영되는 소프트웨어(펌웨어)는 일반적으로 업그레이드가 불가능하다. 적은 수의 제품에 대해, 펌웨어 업데이는 가능하나 이들 업데이트는 주기적으로 행해지지 않고, 그래서, 신호 처리에서의 변화는 대부분 장치가 제조될 때 예상되었던 파라미터-기반 변화로 제한된다.

배경 기술의 디지털 장치의 최근 세대는 왼쪽 귀와 오른쪽 귀에서 장치들 간의 단순한 통신을 가능하게 한다. 그러나, 이 통신은 낮은 비트 속도의 파라미터로 제한되는데, 이는 가령 두 장비 내의 독립적인 이득 때문에 공간적인 감지를 방해히지 않기 위하여 자동 이득 제어의 파라미트를 동기화하기 위함이다. 왼쪽 귀와 오른쪽 귀에서 마이크로폰으로부터의 음성 신호에 접근하는데 필요한 좀 더 진화된 접근법은 현 기술로 실현 가능하지 않다.

배경 기술의 보청기의 주파수 범위의 상한은 일반적으로 8 kHz이다. 또한, 적은 수의 보청기만이 매우 간단한 형태의 모니터링 사용이 가능하여 보청기 사용의 기간을 결정한다. 마지막으로, 단지 청력 테스트의 일부로서 사용되는 때를 제외하고는 난청 감쇄를 모니터링 하지 않고, 보청기는 8 kHz 이상을 마스킹하는 이명을 제공하기 위한 그들의 능력을 제한한다.

몇몇의 종래 기술 문헌은 하나 이상의 상기 문제를 이미 다루어왔다. 예를 들어, US2009/074206 Al는 청각 손상된 개인을 위하여 음성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 휴대용 지원 청취 시스템은 음성을 향상시키기 위해 개시되고, 전기능 보청기 및 별도의 휴대용 디지털 신호 처리 장치를 포함한다. 장치는 프로그램 가능한 DSP, 보청기로 통신하기 위한 초-광역(UWB) 트랜시버 및 사용자 입력 장치를 포함한다. 별도의 DSP 장치(좀 더 많은 처리 전력, 메모리.. 등을 포함)를 가진 보청기의 음성 처리 기능을 보완함에 의하여 청각 장치의 사용성 및 전반적인 기능이 향상될 수 있다. 제안된 해결책은 난청 보상을 제공하기 위하여 여전히 보청기를 요한다.

출원 US2007/098115는 종래의 무선 트랜시버 헤드셋과 보청기로서 헤드셋의 확장을 허용하는 추가적인 방향성 마이크로폰을 통합하는 무선 보청기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 제안된 해결책은 모드 선택기 및 프로그램 가능한 음성 필터를 포함하여, 헤드셋이 다양한 보청기 세팅으로 프로그램될 수 있고, 상기 보청기 세팅은 인터넷을 통하여 다운로드 될 수 있거나 환자의 청각 손상에 맞추어 질 수 있다. 용이하게 신호 처리 파라미터를 조절하는 유동적인 수단이 없다.

또한, 특허 문헌 US6944474 및 US7529545는 청각 프로필에 주로 집중한다. 이들은 개인의 청각 프로필, 개인 선택 프로필 및 유도된 난청 프로필(환경 잡음을 고려함)을 측정하는 리소스(resource)를 포함하는 모바일폰을 제안하고, 이들을 별개로 또는 조합하여 음성향상에 기저를 만든다. 이들 문헌에서 음성 입력은 전화 통화로부터의 음성 신호, 무선을 통하여 컴퓨터와 링크되어 수신된 음성 신호 또는 전화상에 저장된 일부 멀티미디어 콘텐츠 중 하나이다. 음성 환경이 이들 음성 소스의 감지를 최적화하도록 고려되는 반면, 음성 환경 그 자체는 목표 신호가 아니다. 반대로, 증폭은 환경 음성의 마스킹 효과를 감소하기 위하여 최적화된다.

출원 US2005/135644에서, 디지털 셀 폰이 내장형 보청기 기능과 함께 기술 된다. 장치는 디지털 신호 프로세서 및 난청 보상 알고리즘에 따라 디지털 데이터를 프로세싱하기 위한 난청 보상 모듈을 포함한다. 난청 보상 모듈은 마이크로프로세서에 의해 실행되는 프로그램으로서 실시될 수 있다. 또한, 제안된 해결책은 보청기와 비교항여, 디지털 셀 폰의 처리 속도와 메모리 면에서 우수한 성능을 사용한다. 디지털 셀 폰의 무선 다운로드 능력은 보청기 기능의 제어 및 실시에 유동성을 제공한다. 실시예에서, 청각 보상 회로는 난청이 현저한 주파수에서 레벨-종속적인 이득을 제공한다. 입력되는 디지털화된 신호는 디지털 필터 뱅크에 의해 처리되고, 이에 의해 수신된 신호는 다양한 주파수 대역으로 나뉘어진다. 필터 뱅크 내의 각각의 필터는 적당한 양의 스톱-밴드 감쇠를 가진다. 또한, 각각의 필터는 약간의 시간 지연을 나타내어 정상적인 음성 감지(확산) 및 생성을 너무 많이 간섭하지 않는다. 계층의, 보간된 유한 임펄스 응답 필터 뱅크의 사용이 제안된다. 필터 뱅크의 출력은 비-선형 이득 테이블 또는 압축 모듈로의 입력으로 작용한다. 이득 테이블의 출력은 합산 회로에서 함께 더해진다. 음량 제어 회로에는 전반적인 신호 레벨의 상호 조절이 가능하도록 제공된다. 제안된 시스템에서, 전화 통화 중에 포착된 음성 신호는 주요 입력으로 사용된다는 것을 주목한다.

본 발명의 실시예의 목적은 난청을 보상하기 위해 구비된 저-비용의 광-범위 개인 통신 장치를 제공하는 것이고, 이는 최소의 신호 지연을 도입하고, 파라미터를 변화시키기 위한 많은 유동성을 제공한다. 또한, 본 발명은 광-범위 개인 통신 장치를 난청을 보상할 수 있는 장치로 변화하는 방법을 제공한다.

상기 목적은 본 발명의 통신 장치에 의해 달성된다. 종래의 디지털 보청기와 다른 통신 장치는 광-범위 고객 통신 장치로부터 보청기를 제공할 수 있는 개인 통신 장치까지 확장되어 왔다. 개인 통신 장치는 음성 신호를 수신하기 위한 입력부(input), 음성 신호를 디지털화하는 A/D 변환 수단(A/D conversion means), 프로그램 가능한 프로세싱 수단(programmable processing means), 처리된 디지털화된 음성 신호를 변환하기 위한 D/A 변환부(D/A conversion) 및 D/A 변환된 신호를 출력하기 위한 출력부(output)를 포함한다. 제1 신호 경로에서 적용된 음성 신호의 디지털 버전 상에서의 필터링 동작을 수행하기 위하여 프로그램 가능한 프로세싱 수단이 즉, 프로그램 가능하게 배치되고, 필터링은 파라미터 세팅에 기초한다. 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 사용자 선호에 대한 정보와 청취 상황에 대한 정보에 기초한 상기 파라미터 세팅을 결정하기 위한 제어 로직을 제공하기 위해 더욱 배치되고, 여기서, 상기 정보는 개인 통신 장치에 사용되고, 수신된 음성 신호의 음성 환경 분석을 통해 및/또는 개인 통신 장치의 감지 수단으로부터 얻은 정보를 통하여 얻어진다. 또한, 가장 바람직하게는, 상호 맞춤 기간 동안에, 조정뿐만 아니라 청력도 및 다른 청각적 측정에 기초한 청각적 정보는 파라미터 세팅을 결정할 때 고려된다. 그 결과, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 난청 보상된 신호를 출력하기 위해 배치된 난청 보상 모듈로서 실제 작동한다. 이 신호는 음향적으로 나타낼 수 있고, 달팽이관 임플랜트에 의해 여기 패턴으로 변환될 수 있거나 여기 패턴을 포함할 수 있다.

프로그램 가능한 프로세싱 수단은 제1 신호 경로와 평행한 제2 신호 경로를 가지고, 여기서, 제2 신호 경로는 필터 전달 함수 계산을 위한 모듈을 포함하는데, 상기 모듈은 음성 신호와 파라미터 세팅의 디지털 버전을 수신하기 위해 배치되고, 파라미터 세팅과 디지털 음성 신호에 기초한 필터링 수단의 필터 계수를 결정하기 위해 배치된다.

상기 기술된 바와 같이, 디지털 신호 프로세싱 수단을 가진 통신 장치는 낮은 신호 레이턴시의 목적을 달성한다. 제안된 솔루션 내의 핵심 신호 경로는 파라미터 세팅이 반영하여 요구되는 주파수 모양에 맞춰진 단일 필터를 포함하고, 상기 파라미터 세팅은 사용자 선호도, 실제 상황과 관련된 정보가 고려되는데, 여기서, 개인 통신 장치가 사용되고, 바람직하게는, 청능사와 같은 보청기 전문가에 의해 제공된 전문적인 정보에 따라 세팅된다. 소개된 신호 지연은 단일 필터에서만 이다.

또한, 유동적인 방식으로 파라미터를 변화하는 목적이 달성된다. 이는 전문가 또는 청능사에 의하여 제안된 본 발명이 소프트웨어의 파라미터를 조절하도록 한다. 어떤 파라미터 세팅은 청각 손상된 사용자에 의해 수정될 수 있다. 또한, 제어 로직이 배치되어서, 장치의 청취 상황에 대한 정보가 파라미터 세팅을 역동적이고 자동적으로 변화시키는데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 전달 함수 계산을 위한 모듈이 필터링 수단의 필터 계수를 실제로 계산하기 위해 배치된다. 대안적으로, 전달 함수 계산을 위한 모듈이 다수의 기설정된 필터 계수 세트 중 필터 세트 계수를 선택하기 위해 배치되고, 여기서, 상기 선택된 필터 계수 세트는 계산된 전달 함수와 최적 매치된다(가령, 최소 자승법). 후자의 실시예의 중요한 장점은 필터 설계는 사용시 실행할 필요가 없다는 것이다. 필터의 재설계는 관련 파라미터가 변경되었을 때 ,가령, 장치가 개인적인 증폭 필요성에 맞추어야 할 때만 필요하다. 이 실시예에서, 바람직하게는, 개인 통신 장치는 기설정된 필터의 세트를 저장하기 위한 저장 수단을 포함한다. 다양한 필터 계수의 세트를 선택하는 것이 입력 신호(가령, 그 신호 레벨)의 특성이 변화될 때마다 요구된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 개인 통신 장치는 전달 함수 계산을 위한 모듈에서 결정되는 값을 가진 필터링 수단에 의하여 신호 출력을 증가시키기 위한 곱셈기(multiplication unit)를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전달 함수 계산을 위한 모듈은 제1 및 제2 레벨 감지기 사이에서 가중화된 합산으로서 레벨 감지를 제공하도록 배치되고, 여기서, 제1 레벨 감지기는 제2 레벨 감지기보다 더 작은 시상수를 가지며, 제1 및 제2 레벨 감지기의 상대적인 가중화 인자(weight factor, w 및 1-w)는 제1 및 제2 레베 감지기 사이에서 감지된 레벨 차이에 의존한다.

또 다른 실시예에서, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 하나의 필터에서 다른 필터로 스위칭되는 동안 생성될 수 있는 음성 인공물(가청 artefact)을 감소시키기 위해 더 배치되고, 이는 필터링 수단의 세팅이 스위치되는 주파수를 조절함에 의하여, 또는 필터 계수를 보간법을 하는 것에 의하여, 또는 오래된 필터로 필터링된 신호와 새로운 필터에 의해 필터링된 신호 사이의 보간법을 하는 것 또는 크로스-패이딩(cross-fading)에 의한다.

바람직하게는, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 디지털화된 음성 신호를 적어도 두 개의 주파수 대역으로 나누기 위해, 그리고 주파수 대역 각각에 레벨 조정을 수행하기 위해 배치된다. 이러한 주파수 대역 나누기는 필터 세팅(즉, 필터 계수)을 계산하는 것 또는 기설정된 필터를 선택하는 것과 결합될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 프로그램 가능한 디지털 신호 프로세싱 수단은 주요 신호 스레드(thread)의 디지털 음성 신호를 지연시키는 수단을 더 포함하여, 예측 지연(look-ahead delay)이 제2 신호 경로에서 가능해지고, 이는 급작스러운 시끄러운 음성으로부터의 불충분한 보호와 같은, 자동 이득 제어에 너무 느리게 반응하기 때문에 발생하는 인공물을 감소시킨다.

바람직하게는, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 디지털 이득 인자를 결정하기 위하여 배치되고, 이는 D/A 모듈에서 신호 클립핑의 양을 제한하고, 음향 트랜스듀서에서 마이크로폰으로으로 음향 피드백을 제한할 수 있게 한다.

바람직하게는, 제어 로직은 현 청취 상황에서 개개의 증폭 요구에 대한 최적화를 하는 난청 보상의 파라미터 세팅을 영구적으로 결정하도록 배치된다. 제어 로직은 청각 손상된 자가 파라미터 세팅을 변화시킨 청취 상황에서 학습하고, 또한, 제어 로직은 전문가 또는 청능사에 의해 소프트웨어에서 파라미터 세팅에 대한 적용을 감지한다.

일 실시예에서, 제어 로직은 청취 상황의 변화 또는 상기 제어 로직으로의 입력에서의 변화에 대한 파라미터 세팅을 업데이트 하기 위하여 배치된다. 대안적으로, 파라미터 세팅은 고정된 속도, 가령, 초당 몇 번으로 제어 로직에 의해 업데이트 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상황 분석은 통계적인 방법의 적용 및 음성 환경을 특징 짓거나 분류하기 위한 기계 학습 기술을 포함하는(이에 제한되지 않음) 음향 장면 분석에 기초한다.

또 다른 실시예에서, 신호 분석 블럭은 가령, 날짜 시간, 지리적 위치(집, 직장, 통근, 그 외 다른 곳), 사용자의 성별과 나이, 사용자의 약속 등과 같은 맥락-감지 정보도 고려하기 위하여 더 배치될 수 있다. 청취 상황에 대한 정보는 센싱 수단을 통하여 얻을 수 있다.

본 발명의 중요한 바람직한 실시예에서, 개인 통신 장치는 연결부, 바람직하게는, 외부 서버와 개인 통신 장치로 양방향성 연결부를 구비하기 위해 더 배치된다. 일반적으로, 연결부는 인터넷 연결이어서, 서버가 서버와 연결된 모든 통신 장치 내의 제어 로직에 청각적 정보를 직접 제공하고 모든 연결된 장치로부터 관련 정보를 수신한다. 반대 방향에서, 사용자 행동을 모니터링 하는 데이터가 서버로 전송될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 제어 로직은 달팽이관 임플랜트의 음성 프로세서와 상호 작용하도록 배치된다.

일 실시예에서, 개인 통신 장치는 달팽이관 임플랜트에 대한 자극 패턴을 형성하기 위해 배치된다. 자극 패턴은 계속적으로 달팽이관 임플랜트로 전송된다.

일 실시예에서, 개인 통신 장치는 가령, 교실 상황 또는 영화, 박물관 또는 교회에서 사용하기 위한 음성 신호의 스트림을 방송하고 수신하기 위해 배치된다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 보청기를 가진 개인 통신 장치를 제공하는 방법에 관한 것인데, 개인 통신 장치는 종래의 보청기와 상이하다는 것을 주목해야 한다. 개인 통신 장치는 입력 음성 신호를 수신하기 위한 입력부, 프로그램 가능한 프로세싱 수단 및 상기 프로세싱된 입력 음성 신호를 출력하기 위한 출력부를 포함한다. 본 방법은 입력 음성 신호의 디지털화된 버전 상에서 필터링 동작을 수행하기 위한 프로그램 가능한 프로세싱 수단을 적용하는 단계 - 여기서, 필터 계수는 파라미터 세팅과 입력 음성 신호의 디지털화된 버전에 기초하여 결정됨 - 와, 사용자 선호도, 청각적 정보 및 수신된 음성 신호 및/또는 개인 통신 장치의 센싱 수단을 통하여 얻어지고 개인 통신 장치가 사용되는 청취 상황에 대한 정보에 기초한 파라미터 세팅을 결정하는 제어 로직을 제공하기 위한 프로그램 가능한 프로세싱 수단을 적용하는 단계 - 여기서, 파라미터 세팅이 결정되어서, 프로그램 가능한 프로세싱 수단이 난청 보상된 신호를 출력하기 위해 배치된 난청 보상 모듈로서 작동함 - 를 포함한다. 이 신호는 음향적으로 나타날 수 있고, 달팽이관 임플랜트에 의해 여기 패턴느로 변환될 수 있으며, 여기 패턴을 포함할 수 있다.

본 발명과 종래 기술에 비해 달성된 장점을 요약하기 위하여, 본 발명의 어떤 목적 및 장점이 본 명세서의 상기에 기술되었다. 물론, 이러한 모든 목적 또는 장점이 본 발명의 어느 특정한 실시예에 따라 달성될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 본 명세서에서 시사하는 바와 같이, 하나의 장점 또는 장점의 그룹을 달성 또는 최적화하는 방식으로 구현 또는 실시될 수 있고, 이는 다른 목적 또는 장점을 달성하는데 본 명세서에서 시사 또는 암시될 수 있다.

본 발명의 상기 태양 및 다른 태양은 여기 첨부된 실시예를 참조로부터 명백해질 것이다.

이제, 본 발명은 가령 첨부된 도면을 참조함에 의하여 더욱 기술될 것이다.
도 1은 종래의 디지털 보청기 솔루션을 도시한다.
도 2는 종래의 달팽이관 임플랜트를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 장치의 기본 하드웨어 블럭에 대한 고차원도를 나타낸다.
도 4는 발명의 실시예를 나타내는데, 여기서, 개인 통신 장치는 외부 서버와 연결된다.
도 5는 본 발명의 솔루션에서, 신호(실선) 및 제어 신호(점선)의 흐름에 대한 도면을 나타낸다.
도 6은 제어 로직(청능사, 청각 손상된 사용자 및 상황 분석으로부터의 입력)에서 사용되는 정보를 도시한다.
도 7은 장치의 변화 업데이트(사용자 변경, 그들의 문맥, 센서 데이터 뿐만아니라 제어 로직의 결론적인 결정)가 제공된 외부 서버를 도시한다.
도 8은 수동 및 자동 입력을 제어 로직 모듈에 제공하고 상황 분석 불럭과 제어 로직 모듈의 실행을 업데이트 하는 외부 서버를 도시한다.
도 9는 증폭되지 않은 직접음이 증폭된 음과 동시에 감지될 때, 난청 보상 모듈에서 작은 지연을 유지하는 것의 중요성을 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예를 나타내는데, 난청 보상 모듈에서 단일 필터가 신호 경로에 제공된다. 4개의 서로 다른 입력이 도시된다.
도 11은 신호 경로가 필터와 곱셈 유닛을 포함하는 대안적인 실시예를 도시한다.
도 12는 자동 게인 제어가 필터링의 출력에 적용되어 많은 지연을 초래하는 난청 보상 모듈의 실행을 도시한다.
도 13은 전달 함수 계산 모듈의 가능한 실행을 도시한다.
도 14는 개인 통신 장치와 달팽이관 임플랜드 사이의 유선 연결을 도시한다. 개인 통신 장치는 달팽이관 임플랜트의 모든 파라미터를 알고, 맞춤을 개선하기 위하여 이들 파라미터를 변경한다. 또한, 개인 통신 장치는 음성 프로세서로 대체될 수 있다.
도 15는 개인 통신 장치와 달팽이관 임플랜트 사이의 양방향 무선 링크를 도시한다.
도 16은 개인 통신 장치와 달팽이관 임플랜트 사이의 양방향 무선 링크를 도시하는데, 안테나와 외부 코일은 이도(ear canal)에 위치된다.
도 17은 개인 통신 장치와 전체적으로 임플랜트형인 달팽이관 임플랜트 사이의 양방향 무선 링크를 도시하는데, 안테나도 임플랜트 된다.
도면은 도식적으로 나타낸 것일 뿐 제한적이지 않다. 도면에서, 일부 구성의 크기는 과장될 수 있고, 스케일 목적상 도시되지 않을 수 있다. 치수와 상대 치수는 본 발명의 실시를 위한 실제 축소와 일치할 필요는 없다. 청구항의 모든 참조 표시는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 다양한 도면에서, 동일한 참조 표시는 동일 또는 유사한 구성을 말한다.

본 발명은 특정 실시예와 어떤 도면을 참조하여 기술될 수 있으나, 본 발명이 그에 제한되지 않고 단지 청구항에 의해서만 제한된다.

더구나, 발명의 상세한 설명 및 청구항에서의 용어인 제1, 제2 등은 유사한 요소를 구별하기 위해 사용되는 것이고, 연속성, 순위에서의 일시적, 공간적으로 또는 다른 방식으로 기술하는 것은 아니다. 사용된 용어는 적절한 환경에서 바뀔 수 있다는 것을 이해해야 하고, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 본 명세서에 기술되거나 도시된 것과 다른 순서로 작동할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

청구항에서 사용된 용어 "포함하는"은 나열된 수단으로 제한되도록 해석되어서는 안된다는 것을 주목해야 한다. 다른 요소 또는 단계를 배제하여서는 안된다. 그래서, 기술된 특징, 정수, 단계 또는 언급된 구성의 존재를 구체화하도록 해석되고, 하나 이상의 특징, 정수, 단계 또는 구성, 또는 그 들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하여서는 아니된다. 따라서, 표면 "A 수단 및 B 수단을 포함하는 장치"는 단지 구성 A와 B만을 포함하는 것으로 제한되어서는 아니된다. 본 발명을 참조하여서, 단지 장치의 관련 구성이 A와 B라는 것을 의미한다.

본 상세한 설명을 통하여, "일 실시예" 또는 "실시예"는 실시예와 관련되어 기술된 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 이 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구가 표현되는 것은 모든 동일한 실시예에 관하여 필요한 것은 아니나, 그럴 수도 있다. 더구나, 특정 특징, 구조 또는 특성은, 하나 이상의 실시예에서, 본 발명으로부터 당업자 중 하나에게 명백하여, 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 예시적 실시예의 기술에서, 본 발명의 다양한 특징은, 하나 이상의 다양한 발명의 태양의 이해를 개시 및 돕기 위하여 간소화의 목적으로, 하나의 실시예, 특징 또는 그 설명에서 종종 함께 그룹화된다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 발명의 방법은 더 많은 특징을 요하는 청구된 발명이 각 청구항에 명시적으로 나열되는 의도를 반영하는 것으로 해석되지는 않는다. 그 보다는 후술하는 청구항은 상기 개시된 하나의 실시예의 모든 특징이 아닌 그에 내제된 진보적인 태양을 반영한다. 따라서, 상세한 설명 후의 청구항은 본 명세서에서, 상세한 설명에 명시적으로 포함되고, 본 발명의 별도의 실시예로서 각각의 청구항이 나타난다.

더구나, 본 명세서에 기술된 일부 실시예가 다른 실시예에 포함된 다른 특징 일부를 포함하나, 서로 다른 실시예의 특징의 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것이고, 당업자가 이해하는 한, 다양한 실시예를 형성한다. 예를 들어, 후술하는 청구항에서, 모든 청구된 실시예는 조합으로 사용될 수 있다.

본 발명의 어떤 특징 또는 태양을 기술할 때, 특정 용어의 사용은 본 명세서에서 용어와 관련된 발명의 특징 또는 태양의 모든 구체적인 특징을 포함하는 것으로 재정의되는 것을 의미하는 것으로 간주되어서는 아니된다.

본 명세서에 기술에서, 많은 구체적인 설명이 제시된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이들 구체적인 설명 없이 실시될 수 있다는 것을 이해한다. 다른 예에서, 공지된 방법, 구조 및 기술은 본 설명의 이해도를 불명료하게 되지 않도록 하기 위하여 자세히 설명되지 않는다.

본 발명은 음성 프로세싱 능력을 가진 개인 통신 장치에 관한 것이다. 청각 전문가가 도와줄 수 있는지 여부에 관계없이, 청각 손상된 사람에게 난청 보상을 제공하기 위하여, 본 발명의 개인 통신 장치는 보청기, 달팽이관 임플랜트, 골전도 보청기, 중이 임플랜트 또는 촉각 보청기의 기능의 소프트웨어 실행이 보강된다. 본 발명에 따르면, 대량-생산된 고객 장치는 보청기 시스템으로 변환된다. 예를 들어, 난청 보상은 스마트폰 및 마이크로폰을 가진 스마트폰에서 발생할 수 있고, 내부 스피커 또는 그 헤드폰 또는 이어버드는 보청기가 된다. 본 설명의 나머지에서, 개인 통신 장치는 일반적으로 "폰", "모바일폰" 또는 "스마트폰"으로 언급된다. 그러나, 이들은 단지 예시이고, 당업자는 본 발명이 현 전화 기술에 제한되지 않다는 것을 이해할 것이다. 그것의 진화 또는 변형물도 고려될 수 있을 뿐만 아니라, 휴대용 게임 콘솔(console), 뮤직 플레이어 등과 같은 디지털 음성 프로세싱이 가능한 완전히 다른 개인 장치도 고려될 수 있다. 모든 고객 통신 장치는 음성 입력부(내장형 마이크로폰 또는 외부 마이크로폰을 위한 라인-입력 연결부 또는 음성 입력부의 다른 수단)에 대하여 가능한한 사용될 수 있고, 이는 음성 신호에 접근하는 프로그램 가능한 중앙 프로세싱 유닛을 포함하고, 음성 출력부(스피커, 이어버드 또는 헤드폰으로의 라인-출력 연결부 또는 음성 출력부의 다른 수단)을 제공한다. 더구나, (리치(rich)) 사용자 대화 방식은 예를 들어, 터치 스크린을 통하여 가능하다. 인터넷 연결성도 바람직하게 가능하다.

고객 하드웨어의 어플리케이션 때문에, 본 발명의 장치는 일부 공통 특성을 가짐에도 불구하고, 보청기와 상이하다. 예를 들어, 장치는 마이크로폰에 의하여 음성 환경을 선택할 수 있고, 프로세서 수단에서 명령어 세트를 실행하여 음성을 처리할 수 있으며, 여기서, 명령어 세트는 난청 보상 모듈에서 볼 수 있기 때문이다. 이 프로세서/난청 보상 모듈에서, 음성은 수정되어서 부분적으로 청각 손상을 회복시킨다. 마지막으로, 장치는 사용자에게 음성 출력을 제시하는 수단을 포함한다. 이 기본 신호 흐름(이는 종래 기술의 디지털 보청기와 본 발명의 공통점임)은 도 1에도 도시된다.

본 발명은 음성 신호를 상이한 출력부에 전송하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이미 언급된 도 2는 종래의 달팽이관 임플랜트를 도시하는데, 이는 또한, 난청 보상 모듈을 가지나, 변조 및 복조 단계가 사용자 머리의 외부 및 내부에 위치된다는 점에서 다르다. 본 발명은 스마트폰과 같은 개인 통신 장치 내의 달팽이관 임플랜트의 난청 보상 기능을 실행하는데 사용되고, 이는 다른 맞춤형-프로그램 가능한 머리에 착용하는 음성 프로세서를 비-개인적이고 비-프로그램 가능한 유닛으로 대체할 수 있도록 하는 반면, 개개의 파라미터 세트ㅇ과 음성 신호의 프로세싱은 개인 통신 장치 내에서 수행된다.

본 발명은 골 전도성 임플랜트, 중이 임플랜트 또는 상기 언급된 장치의 임의의 조합과 인터페이스될 수 있다. 또한, 본 발명은 유도루프 시스템("텔레콤")을 통하여 저가의 보청기에 연결될 수 있다. 이 경우에, 난청 보상 모듈(따라서, 프로세싱 수단)에서 신호 프로세싱은 수신 장치에서의 신호 변화, 가령, 자동 이득 제어 또는 주파수 모양을 감지하는 것이 필요하다. 선형 보청기에 텔러코일 업리크(telecoil uplink)의 한 가능한 실시예는 아날로그 머리에 쓰는 보청기 내에서 신호 프로세싱을 비활성화 시키고, 어떠한 주파수 모양 없는 선형(투명한) 모드로 세팅하는 것이다. 이 형상에서, 저가의 보청기는 텔러코일을 통하여 귀로 신호의 적은 지연 무선 업링크이면서 동시에, 높은 출력 레벨을 생산하는 것을 가능하도록 하는데 유용하다.

본 발명은 다음 하드웨어 구성을 가진 개인 통신 장치에 기초한다. 이는 A/D 컨버터, 디지털화된 음성 신호에 작동하는 범용 프로그램 가능한 프로세싱 유닛, 프로세싱 유닛 내에서 처리된 신호의 음성 출력을 위한 수단 및 바람직하게는 인터넥 연결성이다. 본 발명에 따른 개인 통신 장치의 실시예의 고-차원 스킴은 도 3에 나타난다. 또한, 도 3은 본 발명에서 사용될 수 있는 개인 통신 장치의 추가적인 특징을 도시한다. 대안적인 입력 모드는 전화 통화 신호, 인터넷 통신으로부터의 신호, 장치의 인터넷 연결 및/또는 제2 마이크로폰을 통하여 수신된 신호를 포함한다. 출력단에서, 음향 트랜스듀서는 이어버드 또는 해드폰일 수 있고, 골전도 보청기의 진동기일 수 있다. 다른 출력모드는 달팽이관 임플랜트(도 2 참조) 또는 인터넷 통신 소프트웨어로의 출력부에서 사용되는 변조기를 포함한다. 다시 말해, 음성 신호의 흐름은 도 3에서 실선 화살표로 나타난다. 본 발명은 이 진보된 하드웨어를 활용하여, 진보된 신호 프로세싱 기술을 보청기 기능을 추가하여 보청기 기능을 실시한다.

또한, 개인 통신 장치의 하드웨어는 시계(시간, 주중 날짜 및 년 중 계절을 제공함)와 같은 추가적인 센서, 운동 감지를 위한 가속도계 또는 자이로미터 및 분류기(classification)(앉아 있는 것, 걷는 것 등) 및 GPS, GSM 셀타워 기지국이나 로컬리제이이션에 기초한 무선 기지국과 같은 위치 센서를 포함한다. 센서 데이터는 시스템 요청을 통하여 전화기의 작동 시스템에 접근한다. 하드웨어는 예를 들어, 지리적 터치 스크린 디스플레이할 수 있는 리치 사용자 인터페이스를 더 포함하는데, 이는 청각 손상된 사용자와 청각 전문가에 의해 다양한 파라미터를 제어 및 변경시키는데 사용될 수 있다. 이들 제어 신호의 흐름은 도 3의 점선 화살표에 의해 표시된다.

또한, 바람직하게는, 장치는 데이터 저장을 위한 수단을 포함한다. 저장부는 명령어 세트와 파라미터 뿐만 아니라 음악과 비디오와 같은 멀티미디어 콘텐츠도 저장할 수 있다. 또한, 저장부는 사용자가 음성 기록을 녹음 및 재생산할 수 있게 한다. 또한, 저장부는 네트워크 커넥션 캐시(network connection cache)와 같은 기능을 한다. 일시적으로 인터넷 연결이 고장난 경우에, 일시적으로 데이터를 저장하여, 인터넷 연결이 다시 설치될 때, 나중에 서버로 보낼 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 본 발명은 프로그램 가능한 프로세싱 유닛내에서 고성능 플로팅-포인트 유닛을 사용하여, C, C++ 및 자바와 같은 고차원 프로그램 언어로 기재된 명령어 형식으로 실행되고, 작동 시스템을 통하여 음성 입력부 및 출력부, 센서, 터치 스크린, 인터넷 연결 및 데이터 저장에 접근할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 개인 통신 장치는, 도 4에 수직의 점선 화살표로 도시되는 바와 같이 인터넷 연결을 통하여 외부 서버와 연결된다. 인터넷 연결은 청각 전문가가 청각 손산된 사용자 주위에서 도와주질 못할 때, 청각 손상된 사용자에게 특히 도움이 되는데, 이는 본 발명이 인터넷 연결을 통하여 리모트 파라미터 조절(리모트 맞춤), 리모트 서비스 및 리모트 재활을 가능케 하기 때문이다.

도 5는 제어 로직 모듈과 그 다양한 입력부를 소개한다. 적시에 프로그램되어 난청 보상 모듈의 역할을 하는 프로세싱 수단은 마이크로폰으로부터의 (A/D 컨버팅된) 음성 신호를 수신하고, 증폭도고 최적화된 음성을 스피커로 전달하는데, 이는 이어 버드, (블루투스) 해드셋 또는 다른 종류의 스피커 일 수 있다. 난청 보상은 두 개의 입력, 즉, 디지털화된 음성 신호와 제어 로직으로부터의 파라미터 세트를 가진다. 또한, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 파라미터 세팅을 결정하기 위한 제어 로직을 제공하기 위하여 적용(적시에 프로그램된다는 의미)된다. 이 파라미터 세트는 난청 보상 모듈의 세부사항을 제어한다. 제어 로직 모듈의 출력은 난청 보상 모듈의 아키텍쳐의 세부사항과 그 파라미터를 반영한다. 이들 파라미터의 일부는 맞춤 과정 동안에 자주 사용되고, 청능사에게 잘 알려져 있는 압축비, 니포인트, 레벨 감지기에서 사용되는 시상수, 주파수 대역의 이득 스펙, 최대 출력 제한등과 같은 청각적 정보이다.

제어 로직은 본 발명이 종래의 보청기와 구별되는 특징 중 하나이다. 종래 기술에서, 음성 프로세싱의 파라미터는 대부분 통계적이다. 이들 값은 일반적으로 맞춤 과정 동안에 청각 전문가가 파라미터를 설정하는 것으로부터 변하지 않게 된다. 음량과 액티브 청취 프로그램과 같은 단지 적은 수의 파라미터는 역동적으로 청각 손상된 사용자에 의해 적용된다. 새로워진 개념과 제품은 마이크로폰 신호를 분석하는 알고리즘을 사용하여 청취 상황에 따라 방향성 마이크로폰과 같은 특징 및 잡음 감쇠를 활성화 또는 비활성화시킨다(가령, 배경 잡음에서의 음성 신호가 검출되면 방향성 마이크로폰이 활성화됨). 그러나, 이들 알고리즘은 제한된 입력 신호 세트를 가지고, 최적의 경우에 파라미터의 매우 작은 서브세트를 변화한다.

전달 함수 계산 모듈은 신호 프로세싱의 코어에 있다. 본 발명에서, 제어 로직 모듈은 전달 함수 계산 모듈의 다양한 파라미터를 커버하는 값 업데이트의 연속적인 스트림을 가진 전달 함수 계산 모듈을 제공한다(도 5 참조). 값 업데이트의 연속적인 스트림은 가령, 초당 몇번 또는 청취 상황의 각 변화마다 또는 제어 로직으로의 입력 변화마다 트리거되는 것과 같이 매우 자주 발생하는 것으로 해석된다. 신호 프로세싱 파라미터에 대한 세팅의 연속적인 업데이트는 본 발명과 종래 기술을 구별한다.

파라미터 값의 연속적인 최적화는 제어 로직 모듈에서 실시된다(도 6 참조). 맞춤 과정 동안에, 청능사는 제어 로직의 제1 입력을 제공한다. 이 맞춤 과정은 본 발명의 장치의 네트워크 능력을 사용하여 인터넷 그 자체 또는 이를 걸쳐서 장치에 선행할 수 있다. 청능사는 압축비, 자동 이득 제어의 시상수, 이퀄라이져 대역에서의 이득 세팅을 포함하나 이에 제한되지 않는 청각적 파라미터의 값을 수정한다. 청능사의 세팅은 제어 로직 모듈 내의 데이터 저장부 모듈에 저장된다. 제어 로직으로의 제2 입력은 청각 손상된 사용자가 개인 통신 장치의 터치 민감성 스크핀에 제시된 제어기를 사용하여 적용될 수 있는 어떤 변화이다. 다시 말해, 이들 변화는 데이터 저장 모듈에 저장된다.

청각 손상된 사용자가 파라미터의 세팅을 바꿀 때마다, 상황 분석 모듈이 트리거되어 청각 손상된 사용자가 바꾼 청취 상황의 특징을 제공한다. 상황 분석 모듈이 장치의 센서에 접근한다. 또한, 마이크로폰 신호의 분석을 수행한다. 결과적인 청취 상황의 특징이 기술어의 풍부한 세트이고, 이는 청취 상황의 단순한 카테고리 또는 청취 상황의 기설정된 어레이에 대한 인덱스를 초과한다. 청취 상황의 카테고리는 트리거의 타임 스탬프와 함께, 청각 손상된 사용자에 의해 요구된 새로운 파라미터 값으로 제어 로직의 데이터 저장 모듈에 저장된다.

청능사 또는 청각 손상된 사용자에 의해 행해진 파라미터 세팅의 모든 변화는 제어 로직의 데이터 저장부에 저장된다. 제어 로직의 최적의 파라미터 세팅 모듈은 이들 데이터 목록의 모두에 접근한다. 또한, 최적의 파라미터 세팅 모듈은 디폴트 값 모듈에 접근하고, 이는 각각의 파라미터에 대해 단일 값, 다시 말해 디폴트된 값을 저장한다.

최적의 파라미터 세팅 모듈의 일 실시예에서, 파라미터의 값은 다음 알고리즘을 사용하여 결정된다.

각각의 파라미터에 대하여,

1. 결과값을 파라미터의 디폴트값으로 설정한다.

2. 청능사가 파라미터를 조절하였다면, 청능사에 의해 제공된 가장 최근의 값으로 결과값을 겹쳐쓴다. 가장 최근의 값은 데이터 저장 모듈내에 각각 기록되는 시간 스탬프를 사용하여 결정된다.

3. 청능사가 파라미터를 조절하였다면, 청능사에 의해 제공된 가장 최근의 값으로 결과값을 겹쳐쓴다. 이 알고리즘은 청각 손상된 사용자의 값 변화에 직접 응답한다.

좀 더 진보된 실시예에서, 알고리즘은 사용자가 조절하였던 현 청취 상황과 이전의 청취 상황 사이의 차이를 본다. 청취 상황들간의 차이는 상황의 기술자의 서브세트의 유클리드 거리로서 계산될 수 있다. 기술자의 서브세트는 상황의 지리적-위치, 주파수 스펙트럼의 모양, 가령, 4 Hz, 16 Hz 및 64 Hz와 같은 양의 관련 모듈레이션 주파수로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 알고리즘은 상황 분석 모듈을 트리거 하여 현 청취 상황을 특징짓고, 각 파라미터에 대하여 후술하는 단계를 실행한다.

1. 결과값을 파라미터의 디폴트값으로 설정한다.

2. 청능사가 파라미터를 조절하였다면, 청능사에 의해 제공된 가장 최근의 값으로 결과값을 겹쳐쓴다.

3. 청각 손상된 사용자가 파라키터를 조절하였다면, 현 청취 상황의 특징과 청각 손상된 사용자가 파라미터를 조절하였던 청취 상황의 특징간의 거리를 계산한다. 만일 이 두 특징간의 거리가 문턱값 이하라면, 해당 예에서 바뀐 파라미터의 값에 적용한다. 이 알고리즘은 청각 손상된 사용자의 값 변화에 직접 응답하나, 사용자가 다른 청취 상황에 있을 때에는 파라미터의 값이 변한다. 이 실시예의 한 예는 사용자의 집과 직장에서 사용자의 증폭 필요성을 학습한다. 상황 분석은 장치의 위치 능력을 사용하여 마이크로폰 신호에서의 일반적인 음성 패턴을 감지하여 상황 분석의 강건성을 증가시키고, 공간에서 사용자를 찾을 수 있다. 사용자가 이들 상황의 하나에서 시스템적인 행동을 나타낸다면, 알고리즘은 이들 상황-의존적인 세팅을 학습 및 자동으로 재생산할 수 있다. 사용자가 새롭고 알려지지 않은 위치에 있다면, 알고리즘은 이 위치에서 잡음 맵에 따라 평균 잡음 레벨의 데이터베이스로 되돌아갈 수 있다.

또 다른 실시예에서, 파라미터 값의 추가적인 세트는 데이터 저장 모듈에 유지된다. 이 파라미터 세트의 값은 청능사가 선택한 가장 최근의 값 또는 청능사가 파라미터에 대해 새로운 값을 구체화하지 않은 경우 디폴트 값으로 초기에 설정된다. 청각 손상된 사용자가 파라미터의 값 변화를 지각할 때마다, 값의 추가적인 세트는 청각 손상된 사용자의 증폭 요구를 반영하여 바뀐다. 예를 들어, 청각 손상된 사용자가 그래피컬 사용자 인터페이스 내의 볼륨 슬라이더로 조절하는 글로벌 이득에서의 변화는 압축비의 변화를 초래할 수 있다. 이 변화에 대하여, 청각 손상된 사용자가 값을 변화하였던 청취 상황의 특징이 중요하다. 가령, 청각 손상된 사용자가 약한 소리만의 음량을 시스템적으로 증가시킨다면, 자동 이득 제어의 압축비는 이 알고리즘의 결과로서 증가될 것이다. 청각 손상된 사용자가 이퀄라이져 값을 변화시킨다면, 알고리즘은 서시히 그 증폭값을 적용하여 구체적인 청취 상황에서 요구되는 증폭을 생산할 것이다. 이 실시예의 장점은 유사한 청취 상황이 유사한 파라미터 값을 야기한다는 것이다. 이는 청각 손상된 사용자에 의해 명시적으로 조절되지 않았던 청취 상황에서 청각 손상된 사용자의 증폭 요구를 근사화할 수 있다. 이 실시예에서, 제어 로직의 출력은 모든 파라미터의 값의 추가적이 세트이다. 이 알고리즘은 청각 손상된 사용자의 값 변화에 직접 반응하지 않는다. 대신에, 청각 손상된 사용자의 증폭 요구에 대응한 세팅에 서서히 접근한다.

제어 로직이 음성 입력에서의 변화를 빠르게 반응함에도 불구하고, 그 목적은 급작스런 시끄러운 음성에 대한 보호를 제공하는 것은 아니다. 이 보호는 난청 보상 모듈에서의 자동 이득 제어의 일부이다.

제어 로직은 이미 언급한 알고리즘과 병렬로 운영하는 추가적인 알고리즘을 실행할 수 있다. 이러한 병렬 알고리즘의 한 예는 예를 들어 청취 상황의 카테고리화를 사용할 수 있고, 이는 대부분 스피치를 포함한다(가령, 어떤 스펙트럼 구성 및 신호 변조의 성질에 의함). 이들 추가적인 알고리즘의 결과는 가령, 더 많은 증폭을 주고, 더 긴 시상수를 사용하거나 방향성 마이크로폰을 활성화하기 위하여, 음성 신호의 존재에서의 제어 로직의 출력을 조절하는데 사용될 수 있다. 스피치를 포함하지 않는 음성 환경에서, 이득은 감소될 수 있다(광역 또는 구체적으로 최고의 잡음 에너지를 포함하는 주파수에서). 자체 음성 감지기는 신호 프로세싱 파라미터를 바꿔서, 좀 더 우수한 자체 음성을 만든다. 또한, 이는 머리 내부에서 생성되는 다른 소리(가령, 씹는 소리, 기침 소리)을 감소시키는데 유용하다. 마찬가지로, 초인종은 지각되어 알람을 트리거하거나 접근하는 자동차의 소리가 안정상의 이유로 증폭될 수 있다.

제어 로직은 한 청취 상황에서 다른 청취 상황으로 변하는 계속-변하는 파라미터 세트와 함께 영구적인 출력 스트림 출력을 제공한다. 제어 로직은 각 상황에서 난청 보상 모듈을 위한 파라미터의 세트를 최적화하여, 청각 손상된 사용자에 대한 최고의 결과를 산출할 것이다. 이들 파라미터에 기초하여, 난청 보상 모듈은 출력 음성 신호를 생산하기 위해 활성화되고, 이는 주어진 상황(음성 환경, 위치, 시간)과 개개의 사용자의 증폭 요구에 대해 최적화된다.

서버와 개인 통신 장치간의 통신은 도 7 및 도 8에 좀 더 자세히 도시된다. 서버는 구체적 사용자에 대하여 제어 로직의 입력과 출력에 대해 업데이트되고, 이 정보를 그 데이터베이스에 추가한다. 이 데이터베이스에서, 정보는 서버와 연결된 모든 장치로부터 모은다.

도 7은 인터넷 연결이 어떻게 개인 통신 장치가 청취 상황과 장치상의 임의의 사용자 조절에 대한 정보의 일정한 스트림을 가진 서버를 제공하는 것을 도시한다. 더구나, 제어 로직 모듈은 그 입력 및 출력의 정보를 외부 서버에 제공한다. 폰의 센서는 서버에 의해 요구된 경우나 사용자의 조절에 의해 트리거된 경우에만 서버에 입력을 제공한다. 또한, 서버의 데이터베이스는, 주어진 위치에서의 평균 잡음 레벨에 대하여 서버에 알려줄 수 있는 잡음 랜드스케이프(noise landscape)와 같은 다른 인터넷 기반 데이터 소스에 접근할 수 있다. 이 잡음 랜드스케이프는 자체 관측에 기초하고, 장치 내 또는 외부 서버상에서 위치 기능을 사용할 수 있다.

외부 서버는 두 가지 유형의 입력을 장치에 제공한다(도 8 참조). 우선, 수동 전문 모듈과 전문 입력 모델은 파라미터의 세트를 연결된 장치의 제어 로직으로 제시한다(도 8에서 제어 로직으로의 볼드 점선을 참조). 이 기능은 청능사로부터의 입력을 반영하고, 두 시나리오에서 중요하다. 장치의 청각 손상된 사용자와 청각 전문가간의 거리가 너무 길다면, 청각 전문가는 컴퓨터를 사용하여 청각 손상된 사용자의 장치의 제어 로직에 파라미터 입력을 설정한다(수동 전문 입력). 일반적으로 이 시나리오는 "리모트 맞춤"이라 한다. 또한, 서버는 어떠한 사람의 중재 없이 파라미터 세팅을 제시할 수 있다. 이는 예를 들어, 개발 도상국에서 청각 손상된 인구를 도와주기에 너무 적은 수의 훈련된 청각 전문가의 수 때문에 청각 전문가가 도와줄 수 없다면, 최저의 해결책이다. 자동 제시는 인공 지능 또는 기계 학습 알고리즘에 기초하고, 이는 제시하는 어느 종류의 청각 전문가가 다른 청각 손상된 사람에게 유사한 진단과 유사한 불평을 주는 것을 관측한다. 이 자동화 제시의 지능은 서버에 연결된 다수의 청각 손상된 사용자로부터 자동으로 소집된 관측으로 훈련된다. 이들 관측에 기초하여, 전문 입력 모델은 서버에서 생성된다.

과학 공동체의 지식이 업데이트되는 경우, 도 10 및 도 11에 도시된 것과 다른 신호 프로세싱을 가진 난청 보상에 대한 모델을 만드는 인공 지능, 제어 로직, 전문 입력 및 상황 분석이 이 새로운 지식을 반형하여 수정될 수 있다. 간단한 예는 이미 언급된 맞춤 룰의 적용이다. 또 다른 예는 상황 분석의 새로운 방법일 수 있다.

또한, 서버상의 인공지능은 가장 관련있는 사용자의 상황을 더욱 특징화하기 위하여 상황 분석 모듈을 개선하는데 사용된다. 일반적으로, 서버의 강도는 개개의 사용자의 개인 통신 장치의 내부 워킹을 개선하기 위하여 사용자 간에 소집된 데이터에 의존할 수 있다.

종래의 청각 기술과 비교하여, 새로운 과학 지식은 난청 보상을 개선시키기 위하여 장치 내로 더 높은 페이스에서 피드백될 수 있다.

상기 기술된 바와 같이, 제어 로직은 청취 상황에서의 변화에 자동으로, 또 적절히 반응하여 학습할 수 있다. 사용자가 상황에서 증폭을 반복하여 감소한다면, 그 제어 로직에서의 알고리즘은 이 행동 패턴을 학습할 것이고, 이 상황에서 증폭을 자동으로 감소시키는 것을 시작할 것이다. 그러나, 서버도 이들 행동 패턴으로부터 관측 및 학습할 수 있다. 유사한 난청을 가진 많은 사용자가 구체적인 상황에서 더 작은 증폭을 원한다면, 이 지식은 해당 상황에서 더 작은 증폭을 향한 바이어스를 추가하기 위하여 제어 로직의 세트를 룰에 추가될 수 있다. 이 유형의 자동 증폭 조절은 파라미터 세팅에 직접 피드백할 수 있는 능력이 제한된 유아, 노인 또는 정신적으로 힘든 보청기 사용자의 경우에 특히 유용하다.

도 9는 사용자의 귀에 도달하는 두 개의 음성 신호를 나타낸다. 비-증폭된, 직접음은 증폭된 음성과 함께 동시에 지각된다. 이들 두 신호가 동시에 듣고, 증폭된 음성의 지연이 너무 클 때, 의도치 않은 부작용이 발생할 수 있다. 따라서, 난청 보상 모듈에서 지연이 작게 유지하는 것이 요구된다. 예를 들어, "Tolerable Hearing Aid Delays: I. Estimation of Limits imposed by the Auditory path Alone using Simulated Hearing Losses" (M. Stone et al., Ear & Hearing, June 1999, Vol.20, issue 3, p.182) 문헌에서 언급된 바와 같이, 골-전도 음성과 보청기를 착용한 사람에 의해 경험되는 보청기-전도 음성간의 시간 차이는 20 밀리세컨드를 초과하는 값에 대하여 방해하는 것으로 평가된다. 이 명확성은 디지털 신호 프로세싱을 가능한 낮춤에 의해 유도되는 지연(레이턴시)을 유지하는 중요성을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 실시예에서 가장 중요한 기술적 태양 중 하나는 난청 보상 모듈에 의해 유도되는 레이턴시를 최소로 유지하는 것이다. 종래의 보청기가 음성 레이턴시를 10 내지 15 밀리세컨드 이하로 목표하는 반면, 고객 장치(가령, iOS, 안드로이드, 블랙베리 OS 또는 웹 OS와 같은 스마트폰 작동 시스템)의 작동 시스템은 명령어가 하나 이상의 음성 샘플을 음성 입력 신호로부터 가져오거나 하나 이상의 처리된 음성 샘플로 출력하기 위하여 작동 시스템에 실행되는 때에 추가 지연을 신호 체인에 추가한다. 종래의 보청기의 레이턴시는 하드웨어 레이턴시(샘플링 이론을 만족시키기 위한 신호 대역을 제한하는데 사용되는 안티-에일리어싱 필터의 레이턴시, A/D와 D/A 컨버터의 레이턴시)와 신호 프로세싱에 의해 유도된 레이턴시의 합이다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 장치의 레이턴시는 마이크로폰에 의해 선택된 음성 신호와 음성 출력간에 관측된 전체 레이턴시이다. 이 전체 레이턴시는 여러 구성의 합으로부터 파생된다. 이는 안티-에일리어싱 필터, A/D 컨버터의 레이턴시, 음성 입력부를 위한 음성 하드웨어 드라이버 내의 버퍼링, 음성 입력부를위한 작동 시스템 모듈 내의 버퍼링, 보청기 신호 프로세싱의 레이턴시, 음성 출력을 위한 더 높은 작동 시스템 모듈의 버퍼링, 음성 출력을 위한 음성 하드웨어 드라이버 내의 버퍼링 및 D/A 컨버터의 레이턴시이다. (모바일) 폰 기반 보청기가 무선으로 귀에 음성을 송신한다면, 추가적인 레이턴시가 발생할 수 있다. 이들 구성의 일부의 지연은 통신 장치의 제조자와 그 작동 시스템의 제조자의 협력 없이 바뀔 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 통신 장치는 전체 시스템 지연을 최소로 하기 위하여 프로세서 내의 주된 신호 경로 내에서의 지연을 최소로 하는 것을 목표로 한다.

반대로, US6944474 및 US7529545에서, 음향 신호처리 또는 음성 소스의 무선 전송은 사용자에 대한 음성 인공물 없어도 상대적으로 많이 가능하게 한다. 이는 종래 기술의 해결책에서, 환경 음성은 장치 내에서 증폭되지 않기 때문이다. 결과적으로, 도 9에 도시된 음성 합계의 문제는 발생하지 않는다.

난청 보상 모듈은 많은 가능한 실시예를 가질 수 있다(도 10 및 도 11 참조). 개인 통신 장치 내의 실시를 위하여 필요한 낮은 신호 프로세싱 지연을 달성하기 위하여, 낮은 레이턴시 난청 보상 모듈은 두 개의 신호 경로를 포함한다. 제1 신호 경로는 디지털 음성 신호 입력을 필터링 하기 위한 필터링 신호를 제공하여 청각 손상된 사용자에 대한 음성 품질과 스피치 구별성을 개선시키기에 적합한 음성 신호를 생성한다. 제2 신호 경로는 마이크로폰으로부터 입력 신호를 수신하고, 하나 이상의 주파수 밴드에서 음성 레벨을 분석한다. 제2 신호 경로의 형상은 제어 로직의 출력에 의해 결정된다. 제2 신호 경로는 제1 신호 경로에서 사용된 필터의 필터 계수를 계산하는 전달 함수 계산을 위한 모듈을 포함한다.

도 10은 낮은 레이턴시 신호 프로세싱을 달서하기 위한 하나의 바람직한 실시를 나타낸다. 제1 신호 경로에서, 디지털 필터는 신호에 적용된다. 제2 병렬 신호 경로에서, 동일한 신호는 전달 함수 계산 모듈에 입력되고, 이는 도 13에 도시된다. 상측 신호에서 필터의 계수는 정기적으로(가령, 각 밀리세컨드마다) 업데이트 될 필요가 있다. 제2 신호 결로에서의 전달 함수 계산 모듈은 두 개의 입력을 수신하다. 이는 제어 로직으로부터의 음성 신호와 파라미터 세트이다. 전달 함수 계산 모듈에서, 필터 계수는 각각의 주파수에서 원하는 이득을 제공하는 성질을 가진 디지털 필터를 생산하기 위하여 계산된다.

펄터 계수의 업데이트는 입력 신호에서의 변화에 반응하기 위하여 연속적으로 발생한다. 필터는 음성 신호를 변화시키고, 필터된 신호를 D/A 컨버터로 전송한다. 달팽이관 임플랜트(CI)의 경우에, 필터된 신호는 D/A 컨버터로 전송되지 않고, 그 대신에, 달팽이관 임플랜트로 전송되기 위해 디지털적으로 암호화된다. 전체적으로 임플랜트 가능한 달팽이관 임플랜트(TICI)는 정상적으로, 도 10에 도시된 장치를 완전히 독립적으로 작동할 것이다. 그러나, TICI 내의 마이크로폰이 동작을 멈춘다면, 신호는 A/D 컨버터를 닮아서 TICI로 전달될 수 있다. 대안적으로, TICI의 신호 프로세싱은 장치 내의 신호 프로세싱에 의해 대체될 수 있다. 이 경우에, 디지털적으로 암호화된 신호는 TICI로 전송된다.

두 가지 신호 경로를 가진 신호 프로세싱의 장접은 낮은 신호 지연을 위해 용이하게 최적화될 수 있다는 것이다. 동일한 낮은 신호 지연은 단지 작은 계수를 가진 유한 임펄스 응답(FIR) 필터 또는 무한 임펄스 응답(IIR)의 사용에 의하여 달성된다.

IIR 필터에 기초한 실시에서, 조심스럽게 설계된 최저 위상 필터가 사용된다. 최조 위상 IIR 필터의 한 예는 Linkwitz-Riley 필터이다. 이는 신호 스미어링(signal smearing)을 감소시켜서 필터의 전반적인 그룹 지연을 최소화한다. 최저의 위상 필터는 임펄스 응답의 시작에서 에너지를 최대로 집중함에 의하여 달성한다. 그러나, 기술된 신호 프로세싱 아키텍쳐도 FIR 필터에 기초할 수 있다.

일 실시예에서, IIR 필터는 두 개의 단을 포함한다. 제1 단은 맞춤 룰에 의해 미리 처방된 이득에 따라 일반적인 음성 입력 레벨(가령, 70dB SPL)에서 난청을 보상한다. 제1 단의 필터 계수는 전달 함수가 바뀔때 마다, 가령, 이퀄라이져 세팅의 변화 또는 난청을 기술하는 파라미터의 변화에 의하여 원하는 상수로 업데이트 된다. 제1 단에서의 필터는 입력 신호에 의존하지 않는다. 제1 단 필터는 결과적인 전달 함수의 모양을 생산할 수 있도록 요구되고, 상기 전달 함수는 이웃 대역과 매우 다른 이득을 가진 이퀄라이져의 세팅을 실시할 수 있는 충분한 자유도를 가진다. 제2 단은 제1 단의 출력을 필터링하고, 입력 신호는 전달 함수의 변화에 의존하는 다이내믹 셀빙 필터(dynamic shelving filter)의 캐스케이드이다. 입력 신호가 바뀌기 때문에, IIR 필터의 계수도 업데이트될 필요가 있다. 필터가 두 개의 단으로 분리된 장점은, 입력 신호 특성이 변할 때, 제2 단에서의 필터의 필터 계수만 재계산될 필요가 있다는 것이다. 이는 프로세싱 유닛에서 계산상 로드를 상당히 감소시킨다.

제2 단의 필터에서 요구되는 자유도는 상당히 낮을 수 있다. 10개의 채널을 가진 멀티-채널 자동 이득 제어의 종래 실시에서, 이들 채널은 독립적으로 작동하지 않는다. 그 대신에, 이웃하는 채널은 서로 링크되어, 음성 인공물을 막았다. 본 발명에서, 요구되는 다이내믹 주파수 모양은 적은 수의 용이-설계가능하나 제1 단의 필터에서 전달 함수의 우수한 주파수 분해능을 제공하는 쉘빙 필터로 달성된다.

요컨데, 도 10에 도시된 디지털 신호 프로세싱 수단은 디지털 신호 프로세싱 수단에 입력되는 디지털 음성 신호를 필터링하기 위한 필터링 수단이 구비된 제1 신호 경로 및 상기 제1 신호 경로와 병렬인 제2 신호 경로를 가진다. 제2 신호 경로는 디지털 음성 신호를 수신하기 위해 배치된 전달 함수 계산 블럭 및 제어 로직 모듈에 결정된바와 같은 파라미터 세팅을 포함하고, 제공된 파라미터 세트에 기초한 필터링 수단의 전달 함수 세팅을 계산하기 위해 더욱 배치된다. 제2 신호 경로에서 발생하는 어떠한 신호 분석의 래그(lag)는 제1 신호 경로에서 음성 신호의 지연을 증가시키지 않는다.

도 10에 도시된 필터 전달 함수의 계산은 여러 명령어를 요하고, 개인 통신 장치의 능력에서 래그를 발생하여 입력 신호에서의 급작스런 변화에 충분히 빠르게 반응한다. 도 11에 도시된 신호 프로세싱 아키텍쳐는 도 10의 아키텍쳐에 비해 바람직한데, 곱셈 유닛이 사용되어 주파수에 걸쳐 동일하나 다른 레벨을 갖는 모양을 가지는 전달 함수를 생산하기 때문이다. 이는 전달 함수 계산 모듈이 디지털 필터를 재설계하지 않으면서, 입력 신호의 레벨의 급작스런 변화에 빠르게 반응하도록 할 수 있게 한다.

도 10 및 도 11의 대안적인 실시예에서, 필터 계수는 필터 디자인 알고리즘에서 연속적으로 계산되지 않는다. 그 대신에, 충분히 큰 필터 계수의 세트는 사전-계산되고, 장치에 저장된다. 전달 함수 계산 모듈은 원하는 전달 함수를 결정하고, 그리고 나서, 현재 필요에 가장 매치되는 계수를 선택한다. 도 10에 도시된 신호 프로세싱 아키텍쳐는 이 실시예에 비해 바람직한데, 곱셈 유닛이 사용되어 주파수에 걸쳐 동일하나 다른 레벨을 갖는 모양을 가지는 전달 함수를 생산하기 때문이다. 이는 사전-계산될 필요가 있는 필터 계수의 세트의 수를 감소시킨다. 이 실시예에서, 개인 통신 장치는 바람직하게는 사전디자인된 필터의 세트를 저장하기 위한 저장 수단을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 디지털 신호 프로세싱은 새로운 필터가 디자인되거나 선택된 후에 두 개의 필터간에 스위칭 될 때 음성 인공물을 막도록 주의한다. 필터 스위치의 그 순간 음성 인공물은 이들 스위치의 주파수를 증가시키거나, 필터 계수의 보간하거나, 새로운 필터의 필터 상태를 초기화하거나, 필터된 신호를 보간하거나 이들 기술을 조합함에 의해 감소될 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 실시예는 멀티채널 자동 이득 제어(AGC)의 실시를 가능하게 한다. 멀티채널 AGC는 단일 필터에 의해 달성될 수 있는데, 이 필터가 다이내믹하게 많은 가능한 필요되는 주파수 모양을 만족할 수 있기 때문이다. 물론, 전달 함수 계산 모듈은 서로 다른 주파수 영역에서 동작하는 멀티플 레벨 감지기를 사용해야 한다.

반대로, 도 12에 도시된 아키텍처와 같은 다른 신호 프로세싱 아키텍처는 필터의 캐스케이드와 그 다음의 자동 이득 제어 유닛을 포함한다. 이 형상은 상당히 큰 신호 지연을 가지는데, 필터의 지연과 그 다음의 자동 이득 제어 유닛의 지연이 추가되기 때문이다.

난청 보상 모듈의 또 다른 기능은 단일-마이크로폰 노이즈 감쇠기이다. 노이즈 감쇠기는 배경 잡음의 음성 존재와 같은 기준에 따라 제어 로직에 의해 활성화되거나 비활성화된다.

난청 보상 모듈의 또 다른 기능은 피드백 감소이다. 가장 단순한 경우에, 디스터빙 잡음 신호의 주진동수 영역이 감지되고, 이 주파수 영역은 더 적은 증폭을 수신한다. 잡음이 스펙트럼적으로 음성 신호와 오버랩되면, 좀 더 진화된 잡음 감쇠 알고리즘인 적용된다. 좀더 진화된 실시예에서, 음성 신호는 적응 필터에 의해 수정되어 피드백을 감소시킨다.

폰의 작동 시스템은 사용자의 비디오 및 뮤직 라이브러리에 직접 액세스 가능하게 한다. 본 발명에 따르면, 이들 노래 또는 비디오의 사운드트랙이 난청에 대해 보상 처리한 후에 청각 손상된 사용자에 액세스되고, 재생산된다. 노래 또는 스테레오에 녹음된 사운드트랙은 두 개의 독립적인 채널에서 처리된다. 본 발명은 마이크로폰 신호와 뮤직 스트림간의 입력 양상의 자동 혼합을 더 제공할 수 있다. 마이크로폰이 초인총 또는 접근하는 구급차와 같은 특별한 신호를 선택할 때, 이들 신호는 뮤직 신호에 혼합/추가되는 반면, 뮤직 레벨은 감소된다. 이들 특별한 신호의 감지는 상황 분석 모듈에서 취급된다.

저장된 콘텐츠의 신호 프로세싱에 대한 요구는 마이크로폰 신호의 프로세싱에 대한 요구와 비교하여 완화된다. 마이크로폰 신호가 증폭되지 않기 때문에, 음성 출력과 마이크로폰 사이의 음향 피드백이 발생할 수 없다. 또한, 직접적이고, 증폭되지 않은 신호의 부재때문에, 더 큰 신호 지연이 사용자에 의해 관측되지 않는다. 낮은-레이턴시 음성에 대하여 최적화하는 본 발명에 따른 장치의 시스템 아키텍처는 이 상황에서 신호 프로세싱에 악영향을 주지 않는다.

뮤직의 재생산 동안에, 본 발명의 장치는 노래와 뮤직의 장르에 대한 메타데이터를 사용하여 이 유형의 뮤직에 대해 제시된 신호 프로세싱 세팅을 바꿀 수 있다. 이 세팅의 예는 전자 뮤직을 청취할 때 좀 더 베이스를 높이고, 클래식 음악에 대한 다이내믹 범위를 추가로 감소시키는 것을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 사용자가 음질 또는 배터리 수명을 우선순위 매길 수 있도록 한다. 이 결정은 그래픽 사용자 인터페이스에서 터치 스크린을 사용하여 사용자에 의해 정해진다. 배터리 수명에 대한 우선순위는 음성 프로세싱의 샘플 속도를 감소시키고, 필터 내의 다수의 계수를 CPU 상에 더 적은 로드로 옮긴다.

전달 함수 계산 모듈은 제2 신호 경로 내의 난청 보상 모듈 내에 있고, 제1 신호 경로에 필터 계수를 제공하여 정확한 상황-종속적인 이득이 각각의 주파수에서 주어진다. 도 13은 상기 추력을 생산하는 전달 함수 계산 모듈의 일 실시예를 나타낸다. 전달 함수 계산 모듈로의 한 입력은 음성 신호이다. 음성 신호 레벨은 레벨 감지기에 의해 감지된다. 이 레벨 감지기는 음성 신호에 작동하고, 음성 레벨의 추정치를 생산한다. 대안적으로, 입력 신호는 두개 이상의 주파수 영역으로 분리될 수 있고, 각각의 주파수 영역에서, 한 레벨 감지기는 이 주파수 영역에서 신호 에너지의 추정치를 생산할 것이다. 각각의 레벨 감지기는 입력 신호에서의 급작스런 변화에 빠르게 반응하는 능력을 정의하는 하나 이상의 시상수를 가지는 반면, 감지된 음성 레벨이 너무 까다롭게 변하지 않도록 하여 우수한 음질을 유지한다. 시상수의 값은 제어 로직에 의해 제공된다. 레벨 감지기 출력은 원하는 출력 음성 레벨을 생산하는데 요구되는 이득을 결정하기 위하여 AGC 모듈에서 현 입력 레벨로서 사용된다.

AGC의 파라미터는 제어 로직에 의해 제공된다. 이들 파라미터는 사용자를 매우 시끄러운 소리로부터 보호하기 위하여 압축비, 니포인트, 조용한 상황에서 마이크로폰 잡음을 감소시키기 위한 신호 확장 및 출력 음성 레벨을 제한하기 위한 문턱값 파라미터를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제어 로직 내에서, 맞춤 룰은 청각 손상된 사용자의 난청/청력도를 이퀄라이져 값으로 변환하는데 사용된다. 이들 값은 리치 사용자 인터페이스에서 청각 손상된자에 의해 사용되는 베이스-트레블 제어와 같은 다양한 다른 소스로부터 파생될 수 있는 이퀄라이져 세팅에 추가되어 주어진 상황에서 음질, 개개의 증폭 요구에 대한 증폭을 미세-조정하기 위한 청각 전문가에 의해 사용되는 그래픽 이퀄라이져 및 전자-음향 트랜스듀서(마이크로폰, 스피커 등)의 주파수 종속적인 특징에 대한 교정 및 보상을 위한 이퀄라이져 세팅을 최적화한다. 제어 로직은 이들 다양한 이퀄라이져 값을 단일 이퀄라이져로 합산하고, 이는 입력으로서 전달 함수 계산 모듈에 주어진다.

제어 로직 내에서, 비-선형 맞춤 룰은 청력도를 사용하여 음성 신호의 입력 레벨의 기능으로서 이득을 구체화할 수 있다.

전달 함수 계산 모듈 내의 이득 제한 로직은 각각의 주파수에 대한 최대 이득 문턱값을 결정함에 의하여 신호 클립핑과 피드백을 방지한다. 타겟 전달 함수는 AGC, 맞춤 룰과 이퀄라이져로부터 이득 계산을 합산하고, 이들 이득이 이득 제한 문턱값이하이도록 한다. 그리고 나서, 전달 함수 계산 모듈은 디지털 필터를 설계하고 필터 계수를 필터로 전송한다.

본 발명의 장치에서, 이득은 난청 보상 모듈 내의 디지털 이득과 신호를 음향 트랜스듀서로 제공하는 아날로그 증폭기의 이득을 합산한 것이다. 디지털 이득은 D/A 컨버터가 아날로그 신호를 생성하기 전에 디지털 신호에 적용된다. 이 디지털 이득은 디지털 신호의 값이 초플로팅-포인트 수에서 1.0의 최대 값 또는 16 비트 정수의 경우에 32768에 얼마나 근접하는 지를 결정한다. 반대로, 아날로그 이득은 D/A 컨버터 이후에 신호에 적용된다. 이 아날로그 이득은 전형적으로 (모바일)폰의 음량 제어에 의해 제공된다.

사용자에 의해 지각된 이득은 아날로그 이득과 디지털 이득의 합이다. 이론적으로, 둘 중 하나는 사용자에 의해 조절될 수 있으나, 아날로그 이득만 감소하고 디지털 이득은 항상 최대로 유지하는 두 가지 이유가 있다. (1) 정수와 같은 신호 표현의 정확성이 적은 신호 진폭 때문에 나빠지기 때문에 신호가 적은 수에 의해 나타날 때, 양자화 잡음이 발생한다. 디지털 이득이 더 높아질수록, 더 적은 양자화 잡음이 신호에 추가된다. (2) 적은 아날로그 이득은 높은 아날로그 이득보다 적은 아날로그 증폭 잡음에 기인한다. 이 두 가지 이유 때문에, 디지털 이득은 파라미터 기여도가 바뀔 때마다 바람직하게 최대화된다. 사용시 조정될 수 있는 이득은 아날로그 이득뿐이다. 이 이득은 모바일 폰 하드웨어 또는 작동 시스템에 의해 구비되는 제어기를 사용하여 청각 손상된 사용자에 의해 조정된다.

디지털 이득의 최대값은 (a) 왜곡을 생성하고 음질을 감소시키는 가청 신호 클립핑 인공물, (b) 가청 피드백에 의해 제한된다. 피드백은 스피커에서 음성이 새어나올 때 발생하고, 마이크로폰에서 지각되며, 무한 루프를 생성한다. 피드백은 보청기 신호 프로세싱의 전달 함수, 마이크로폰의 전달 함수, 스피커의 전달 함수, 사용 중 헤드폰 또는 이어버드의 유형, 이들 상의 또는 귀속에서의 맞춤 및 모자 쓰기나 귀에 가까이 손을 대는 것과 같은 신체 상황에 의존한다. 피드백을 만들기 위한 완벽한 시스템의 위험은 간단한 측정에서 추정될 수 있다. 이는 각각의 청력도 주파수로서는, 디지털 이득이 피드백이 발생하기까지 증가된다. 이 측정은 최대 이득 G_feedback(f)에 의존하는 주파수를 야기한다. 신호가 클립되었는지를 결정하기 위하여, 프로브 음성 신호가 시스템에 입력으로서 사용되고, 결과 출력 신호의 샘플이 얼마나 많이 1.0f의 최대값을 초과하는지 관측된다. 최대값을 초과하는 적은 수의 음성 샘플이 가청 신호 품질 감쇠를 야기하지 못하기 때문에, 처리된 프로브 신호의 음성 샘플의 일정 퍼센트 P_clip가 클립될 수 있다. 모든 출력 신호 진폭을 분류한 후에, 정확히 P_clip 클립된 음성 샘플을 야기하는 이득값 G_clipping을 결정하기 쉽다. 최종 디지털 이득은 어떤 주파수(f)와 G_clipping에서 보청기 신호 프로세싱으로부터의 이득의 합이 G_feedback(f)을 초과하지 않는다면, G_clipping이다. 이 경우에, G_clipping은 이에 따라 감소될 필요가 있다.

또 다른 실시예에서, 디지털 신호 프로세싱 수단은 주요 신호 스레드에서 디지털 음성 신호를 지연하기 위한 수단을 포함하여, 신호 분석 스레드에서 예측 지연이 가능하게 한다. 전달 함수 계산(도 12)의 아키텍처와 도 7로부터의 시스템 아키텍처는 이 예측 지연에 의하여 확장되어서 오버슈트 방지 메카니즘을 실현한다. 오버슈트는 급작스런 신호 변화에 대하여 자동 이득 제어의 너무 느린 반응에 의해 발생한 잘-알려진 현상이다. 작은 예측 지연이 디지털 신호 프로세서에 소개되어서, 전반적인 시스템이 급작스런 레벨 변화에 더 우수하게 응답하도록 하기 위하여 레벨 감지기가 "신호의 미래"에 조사할 수 있도록 한다. "신호의 미래"의 프리뷰가 주요 신호 경로를 지연시킴에 의해 달성될 수 있기 때문에, 이 코스(course)의 룩 어헤드(look ahead) 레벨 감지기가 신호 경로의 전반적인 레이턴시에 추가된다. 멀티미디어 콘텐츠를 증폭하는 경우에, 이 예측 지연은 큰 지연이 이들 상황에서 발견되지 않기 때문에 훨씬 커질 수 있다.

레벨 감지기에 관하여, 후술하는 것이 주목된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 가중화된 레벨 감지기가 적용되고, 이는 두 개의 간단한 레벨 감지기, 즉, 빠른 시상수를 가진 레벨 감지기(L _fast )와 느린 시상수를 가진 레벨 감지기(L _slow )로 구성된다. 이들 레벨 감지기의 유닛은 dB SPL에서 음성 압력 레벨이다. 가중화된 레벨 감지기는 빠른 레벨 감지기와 느린 레벨 감지기 사이의 가중화된 합산으로 계산될 수 있다.

L _weighted = wL _fast + (1-w)L _slow , 0 ≤ w ≤ 1

가중 인자(w)는 세 단계 과정으로 결정된다.

1. L _weighted 에 대한 값이 요구될 때마다, 두 레벨 감지기간의 차이가 계산된다. Δ = L _fast - L _slow .

2. w의 현재값은 함수 weight(Δ)에 의해 파생된 값과 비교되고, w는 max (w, weight(Δ))로 설정한다. 함수 weight(Δ)는 예를 들어, weight(Δ)의 그 다음의 제한을 가지고, [0,1] 범위에서, weight(Δ) = abs(0.06 * Δ)로 주어진다. 아니면, 비-선형 가중화 함수도 사용될 수 있다.

3. L _slow 와 L _fast 가 서로 바뀔 때(다시 말해, Δ의 부호가 바뀔 때), w는 0으로 리셋된다. 스텝 3에서 w의 갑작스런 변화는 L _weighted 의 값의 갑작스런 변화를 초래하는데, 이는 L _fast 와 L _slow 의 값이 그 부호가 변할 때, 유사하기 때문이다.

본 발명에 따르면, 폰은 세 개의 작동 모드로 달팽이관 임플랜트와 상호작용할 수 있다. 모든 3 개의 작동 모드에서, 폰과 음성 프로세서간의 연결부는 도 14에 도시된 바와 같이, 하드웨어에 내장된 전기적 연결부일 수 있다. 이 경우에, 임플랜트에 필요한 에너지는 폰으로부터 파생될 수 있다. 대안적으로, 모든 3 개의 작동 모드는 도 15 및 도 16에 도시되는 바와 같이, 폰과 임플랜트 사이의 무선 연결부를 사용할 수 있다. 이 경우에, 머리에 외부적으로 착용하는 부분은 에너지 소스를 포함하여 무선 신호를 수신하고 에너지를 임플랜트로 전송한다.

제1 작동 모드에서, 폰은 음성 프로세서의 파라미터 세팅에 대한 정보를 수신한다. 작동시, 음성 프로세서는 그 내부 마이크포폰으로부터 음성 신호를 선택하고, 이 신호를 처리하여 자극 패턴(stimulation pattern)을 생성한다. 변조를 적용한 후에, 신호는 외부 및 내부 코일을 사용하여 달팽이관 임플랜트로 전송된다. 이 경피성 신호 전송은 부분적으로 임플랜트 가능한 청각 임플랜트에서의 종래 기술이다. 청각 임플랜트의 임플랜트 가능한 부분이 자체 배터리를 포함하지 않다면, 에너지는 RF 코일을 통하여 전송되어야 하고, 이는 또한 부분적으로 임플랜트 가능한 청각 임플랜트에서의 종래기술이다. 이 작동 모드에서, 폰은 음성 프로세서의 파라미터 세팅 또는 달팽이관 임플랜트의 파라미터 세팅을 바꿀 수 있다. 신호 프로토콜은 파라미터의 값의 변화에 대하여 달팽이관 임플랜트에 알려주는데 사용된다. 이들 변화는 사용자(자체-맞춤), 처능사(맞춤) 또는 인터넷으로의 청능사(리모트 맞춤)에 기원한다. 제1 작동 모드에서의 이들 임무에 대하여, 폰은 어떠한 음성 신호를 처리할 필요가 없다. 그 대신에, 그 터치 스크린과 인터넷 연결부는 리치 리모트 제어 기능을 제공하는데 사용된다.

제2 작동 모드에서, 도 15에 도시되는데, 음성 프로세서는 그 자체 마이크로폰을 사용하여 자극 패턴을 생성하는데 사용되는 음성 신호를 선택한다. 동시에, 폰은 그 자체 마이크로폰을 가진 동일한 청취 상황을 선택하고, (폰의)마이크로폰으로부터 얻어진 음성 신호는 또한 상기 기술된 바와 같이 폰에서 처리된다. 제어 로직의 출력은 음성 프로세서로 전달되어 자동 리모트 제어의 기능을 제공하고, 여기서 임플랜트의 파라미터는 청취 상황의 특징에 따라 적응된다. 이는 제1 작동 모드와 상이한데, 제1 작동모드에서, 폰은 임플랜트를 청각 손상된 사용자의 필요에 맞추는 것을 도와주기 때문이다. 제2 작동 모드의 대안적인 실시예에서, 음성 프로세서내에서 선택된 폰의 마이크로폰 신호는 폰으로 전송되고 폰의 내부 마이크로폰 대신에 사용되거나 내부 마이크로폰과 함께 사용된다.

제3 작동 모드(도 16 참조)에서, 음성 프로세서는 비활성되고 폰은 음성 신호를 처리할 뿐만 아니라 자극 패턴도 생성한다. 머리에 착용한 부분의 기능은 자극 패턴을 수신하는 것이고, 변조를 적용하여 신호를 임플랜트로 전달한다. 대안적인 실시예에서, 변조도 폰에서 실현된다. 이 경우에, RF 코일은 사용자의 피부와 연결된 청각 임플랜트의 외부 부분일 뿐이다.

작동 모드의 장점은 자체-맞춤, 맞춤을 위한 리치 플랫폼, 리모트 맞춤, 자동 리모트 제어, 하드웨어 결함(끊어진 선에 의한 오류등)에 대한 자동 경고에 있다. 모든 세 개의 작동 모드에서, 폰과 음성 프로세서 사이의 연결부는 하드 내장형 전기적 연결부일 수 있다. 이 경우에, 임플랜트 내에서 요구되는 에너지는 폰으로부터 파생될 수 있다.

임플랜트가 그 자체적으로 재충전 가능한 배터리를 가진다면, 대안적인 실시예는 머리에 착용하는 부분이 충분한 에너지를 임플랜틀부터 수신하여, 폰으로부터 무선 신호를 수신할 수 있는 실시예가 가능하다. 또 다른 실시예에서, 임플랜트는 그 자체적으로 재충전 가능한 배터리 및 음성 신호와 데이터를 폰으로 바꾸는 트랜스듀서를 가진다(도 17 참조). 이 경우에, 외부 구성은 모바일폰에 대한 양방향 링크가 불요하다.

모든 3 개의 작동 모드의 대안적인 형상에서, 외부 코일은 바람직하게는 출원 US2011/130622에 기술되는 바와 같이, 외이(또는 귓바퀴)에 위치된다. 코일과 안테나는 거의 보이지 않는 커널내(in-the-canal, ITC) 장치로 실현될 수 있다. 임플랜트 가능한 부분이 배터리를 포함하지 않다면, ITC 장치는 바람직한 접근 가능한 위치에서 배터리를 포함한다. 신호와 에너지 전달은 US2011/130622에 기술된 바와 같이 실시될 것이다. 임플랜트 가능한 부분이 그 자체적으로 배터리를 포함한다면, 외부 부분은 ITC 장치의 구성으로 에너지를 제공하는 상당히 작은 배터리를 요하거나, 안테나에 대한 에너지는 신체내에서 외부로 경피성 에너지를 통하여 임플랜트된 배터리에 의해 제공될 수 있다. 또한, 임플랜트 가능한 부분은 전체적으로 임플랜트 가능한 달팽이관 임플랜트일 수 있다.

자체-맞춤 과정동안에, 청각 손상된 사용자는 폰의 터치 스크린 인터페이스를 사용하여, 이 파라미터 변화의 영향에 대한 청취 동안에, 신호 프로세싱 파라미터의 어떤 값을 직접 변화시킬 수 있다. 그러나, 파라미터를 가진 청각 손상된 사용자의 직접 상호작용은 단점을 가진다. 다수의 파라미터가 매우 크고, 대부분의 파라미터는 다소 기술 본질적이고, 음향 신호 처리에 대한 그 영향은 비-전문가에에 쉽게 이해되지 않는다. 또한, 파라미터가 음향 신호처리에 가지는 영향은 다른 파라미터의 값에 크게 의존한다.

청각 손상된 사용자에 의한 신호 프로세싱 파라미터의 자체-맞춤의 대안적인 실시예는 적은 수의 메타-파라미터를 가진 사용자를 나타낸다. 이들 메타-파라미터는 파라미터의 서브세트에 동시에 영향을 준다. 메타-파라미터의 한 예는 니포인트와 압축비뿐만 아니라 압축의 시상수를 변화시킬 수 있고, 이는 사용자가 그가 듣고 싶은 약하거나 멀리서의 소리를 조절할 수 있게 한다. 이 접근법은 복수의 파라미터를 감소시키고 파라미터를 좀 더 직관적이게 한다.

대안적인 실시예는 파라미터의 값의 수정을 자동으로 생성하고, 주어진 청취 상황에서 가령, A/B 비교의 형태로 그의 선호도를 묻는다.

또 다른 실시예에서, 청각 손상된 사용자는 구체적인 청취 상황에서 고주파수와 저주파수 신호 에너지만을 조정함에 의하여 음성의 간단한 조절이 되도록 요구된다. 이들 청취 상황은 폰에서 사전-녹음되고 저장될 수 있고, 현 청취 상황이 사용될 수 있다. 그리고 나서, 알고리즘은 사용자가 청취 상황 세트로 만들어 조절할 수 있고, 어떤 청취 상황에서 사용자 조정을 추정하게 한다. 가장 간단한 형태에서, 이 알고리즘은 데이터 포인트 내간법 및 외간법을 제공하는 신호 프로세싱 파라미터로 맵핑하는 분석 함수를 사용할 것이다. 최적 근사법은 알고리즘에 의해 제공된 추정으로 사용자의 관측된 조정의 차이를 최소로 하여 결정될 것이다. 사용자의 조절이 어떤 양의 통계적 변량을 허용하기 때문에, 오버-맞춤이 이 최적화에서 방지될 필요가 있다.

자체-맞춤의 또 다른 실시예는 사용자가 그의 폰으로 게임을 하는 것과 관련 있다. 게임 중에, 본 발명의 난청 보상 모듈에 의해 처리된 음성은 사용자에게 나타난다. 게임에서 발전하기 위하여, 사용자는 이 음성 입력에 반응할 필요가 있다. 게임 중에, 사용자는 게임과 상호작용하고, 이에 따라 자신도 모르게 신호 프로셋이의 파라미터가 변화된다. 예를 들어, 게임의 일부가 배경 잡음에 의해 가려진 음성 신호에서의 정보에 반응할 수 있다. 또는, 사용자는 매우 약한 음성 레벨에서 나타난 목소리에 반응할 필요가 있을 것이다. 또한, 게임은 가령, 하나 이상의 음악 악기를 식별할 필요가 있는 게임에서 음악을 재생산할 수 있다. 파라미터 맞춤에 접근하기 위한 게임 베이스는 어린이들의 자체-맞춤 과정에 유익함을 제공할 수 있다. 맞춤에 근거한 게임은 청능사가 사용하는 동일한 입력을 통하여 제어 로직으로 전달될 수 있는 파라미터 값의 범위를 생산할 것이다(도 5 및 도 6 비교).

배경 기술의 보청 해결책과 비교할 때, 본 발명은 알려진 해결책으로부터 다양한 태양에서 구별되고, 많은 점에서 우월하다.

전 세계에 걸쳐 약 600만 청각 손상 인구를 바라볼 때, 사람들 중 많은 이들은 제한된 경제적 수단에 힘들어하고, 종래의 보청 해결책을 구입할 여력이 되지 않는데, 왜냐하면, 현대식 보청기, 달팽이관 임플랜트, 골 전도성 임플랜트 중이 임플랜트는 맞춤형 하드웨어의 필요성과 맞춤형 칩 개발 때문에 고가-최신 장치이기 때문이다.

반면에, 음성 프로세싱 능력을 가진 고객 제품은 대량 생상되고, 훨씬 더 구입가능하다. 또한, 스마트폰과 같은 고객 장치 및 본 발명의 장치는 배터리 수명 및 경쟁력 있는 고객 제품 시장에 의해 주도되는 CPU 파워에서 이점을 가진다. 본 발명에 따르면, 사용자는 스마트폰 또는 뮤직 플레이어와 같은 매력적인 고객 제품을 사용할 수 있다. 이들 장치는 보청기 보다 훨씬 많은 사람에게 어필하고, 청각-손상된 사용자는 이들 장치를 공중에서 더욱 기꺼이 사용할 것이다.

반면에, 가장 최신의 보청기는 약 8 kHz 범위에서 주파수 상한을 가지고, 고객 음성 장치는 음악 소비에 대하여 최적화되고, 정상적인 청취 사용자의 주파수 범위(20 Hz 내지 20 kHz)에 대하여 제조된다. 특히, 경도-중도 사이의 난청으로 고통받는 사람들은 특히 이들 장치의 넓은 주파수 범위로부터 혜택 받을 수 있다.

본 발명은 대부분의 고객 장치는 넓은 범위의 통합 가능성을 제공하기 때문에 다른 기술(TV, 스테레오, 게임 콘솔, 랜드라인 전화기, 초인종, 자동차 음성 시스템, 휴대용 마이크로폰 등)과 쉽게 결합 될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 이어버드, 헤드폰, 블루투스 해드셋 또는 음향 자극에 대하여 증폭된 스피커 시스템을 사용하게 한다. 또한, 음성 입력과 관련하여, 고객 장치는 보청 해결책보다 좀 더 융통성이 있다. 상기 고객 장치는 블루투스 또는 무선 인터넷을 통하여 음성 신호를 수신할 수 있다.

본 발명은 사용자가 리치 사용자 인터페이스, 가령 스마트폰의 터치 스크린상의 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 다수의 파라미터를 제어할 수 있게 한다. 또한, 이 스크린은 사용자에게 자세한 피드백을 제공하는데, 이는 종래의 보청 해결책으로는 불가능한 것이다. 사용자가 하고 있는 조절이 구체적인 상황에서 필요한 증폭에 의해 구동될 수 있으나, 더욱 중요한 것은, 사용자는 조절 기간을 시작할 수 있는데, 그가 기록된 음향 상황으로 제시되고, 최적의 음성 분별력, 최적의 음질 및 최적의 청취 편암함을 위하여 증폭도를 조정하도록 요구된다. 사용자의 이들 조절은 "자체-맞춤"으로 불리운다. 이들 조절은 난청 보상 모듈의 파라미터에 직접 영향을 줄 수 있고, 파라미터 세트의 반복적인 A/B 비교로서 행해질 수 있다. 자체-조절이 여러번의 청취 상황에서 반복된다면, 알고리즘은 주어진 청취 상황에서 최적의 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다.

달팽이관 임플랜트의 경우에, 재활 및 청취 훈련은 매우 힘들고 집중적이며, 일반적으로 청취 전문가로부터 많은 시간의 도움이 요구된다. 본 발명은 청각 손상자와 청각 전문가 사이의 리모트 재활 및 리모트 청취 훈련을 중재함에 의하여 도움이 될 수 있다. 또한, 본 발명은 간단한 자동 재활 및 청취 훈련 임무를 실행할 수 있고, 사용자는 리치 사용자 인터페이스로 상호작용한다(자극을 듣고, 질문에 대답하기 등). 사용자의 모국어에서 청취 테스트를 수행할 필요성은 서버에 의해 취급되는데, 여기서 테스트 재료는 다수 언어로 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 자유로이 프로그램 가능한 프로세싱 유닛(도 3 참조)이 클럭, 위치 센서 및 가속도계(도 5의 센서 모듈 참조)와 같은 센서에 기초한 자세한 사용 모니터링을 활성화한다는 것이다. 이 사용 모니터링은 청능사에게 유용한 데이터를 제공한다.

종래의 보청 해결책은 난청 감소를 모니터링 할 수 없고, 청능사에 경보를 줄 수 없다. 반대로, 본 발명은 프로그램 가능한 프로세싱 유닛의 기능을 생성하는 음성을 사용하여 증폭의 상승 뿐만 아니라 사용자의 사용 패턴에서의 변활를 관측하고, 청취 테스트를 주기적으로 실행하며, 리치 사용자 인터페이스를 사용하여 그 사용자의 청취 능력을 상호적으로 테스트할 수 있다. 서버로의 인터넷 링크를 사용하여, 청취 전문가는 청취 손상된 사용자의 성능에서의 변화에 대하여 알 수 있다.

본 발명에서, 청취 손상된 사용자와 청취 전문가 사이의 작업 흐름은 장치의 인터넷 연결 때문에 좀 더 유동적이다. 청취 전문가는 3 가지 방식으로 청취 손상된 사용자와 상호작용할 수 있다. 첫째, 그는 리치 사용자 인터페이스(도 3 참조)를 사용하여 직접 장치 파라미터를 조절할 수 있다. 둘째, 그는 외부 서버의 수동 전문 입력을 사용하여 장치 세팅을 먼곳에서 바꿀 수 있다(도 8 참조). 셋째, 그는 서버에 지식을 생성하는데 공헌하여 전문 입력 모델의 파라미터를 잡아비틀어서 서버에 더 우수한 자동 전문 입력을 제공할 수 있다. 또한, 전문 입력 모델은 기계-학습 알고리즘을 사용하여 복수의 청각 손상된 사용자에 의해 만들어진 조절로부터 학습할 수 있다.

사용자는 상황의 음성 기록을 업로드하기 위하여 인터넷 연결부를 사용할 수 있고, 그는 장치를 사용하는 문제점을 가지거나 그는 뭐라고 말하는지 이해해야 하는 문제점을 가진다. 리치 사용자 인터페이스 때문에, 사용자는 이들 기록을 가령 "이 기록에서 나는 나의 손자가 말하는 것을 못 듣는다"와 같은 주석도 달 수 있다. 이들 기록은 청능사가 사용자의 문제점의 성질을 더 잘 이해할 수 있게 도와준다. 장치와 서버의 연결 때문에, 이 유형의 상황에서, 청각 손상된 자와 청각 전문가 사이의 구체적인 상호작용은 긴 거리에 걸쳐 지원된다. 리모트 보청기의 가능성은 개발 도상국 또는 시골 지역과 같이, 주민당 청각 전문가의 수가 적을 때 특히 유용하다.

종래의 보청기에서 운영하는 소프트웨어(펌웨어)는 일반적으로 업그레이드가 불가능하다. 적은 수의 제품에 대하여, 펌웨어 업데이트는 가능하나 이들 업데이트는 주파수 기반으로 행해지므로, 신호 프로세싱에서의 변화는 거의 대부분의 경우에 장치가 만들어질 때 예상되어왔던 파라미터-기반의 변화에 국한된다. 반대로, 서버에 인터넷 연결은 신호 프로세싱 파라미터뿐만 아니라 소프트웨어 알고리즘 그 자체도 정기적으로 업데이트할 수 있게 한다.

단지 적은 수의 보청기만이 이명 차폐(tinnitus masking)에 근거한 매우 간단한 형태의 잡음을 제공한다. 반대로, 본 발명은 프로그램 가능한 프로세싱 유닛 내에서 이명 억제(tinnitus suppression)와 이명 차폐를 실시하고, 이 둘은 작동 시스템의 저장 용량으로부터 이익을 받는다. 이는 개별적으로 선택된 음성 기록을 저장할 수 있도록 하고, 또한, 사용자가 스스로 이명 제거를 위하여 음성 환경을 녹음할 수 있도록 한다. 이미 언급된 8 kHz 넘는 광범위의 주파수는 이명 제거에 특히 유용한데, 이는 이명이 8 kHz 넘는 주파수에서 종종 발견되기 때문이다.

또한, 본 발명은 입력 신호는 인터넷 프로토콜 텔레포니(VoIP)로부터 파생될 수 있게 한다. VoIP는 인터넷 프로토콜(가령, UDP)에 기초한 패킷을 사용하여 하나의 인터넷 장치로부터 다른 장치로 음성 데이터를 전송한다. 많은 VoIP 프로토콜은 랜드라인 전화의 대역인 약 3400 Hz와 셀폰에 대한 3100 Hz의 제한을 넘는 광역 주파수 밴드에서 음성을 전송한다. 종래의 VoIP 텔레포니는 청각 손상된 사용자의 개별적인 증폭 요구를 만족시키지 못한다. 본 발명은 청각 손상된 사용자에게 더 용이하게 이해되는 VoIP 텔레포니를 제공하는데 사용될 수 있다. 이를 위하여, VoIP 데이터는 입력 신호로 간주되고, 따라서 도 1의 마이크로폰과 A/D 컨버터를 대체한다. 이 형상은 음악 재생에서 본 발명의 활용과 비슷하다. 청능사 또는 청각 손상된 사용자가 시스템에 했던 세팅은 증폭된 VoIP 신호를 청취할 때 활성화될 것이다. 출력 음성 신호는 증폭되지 않을 것이다. 또한, 본 발명은 데이터 연결에 오류를 야기시킬 수 있는 급작스러운 매우 시끄러운 소리로부터 보호막을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, 이 보호막은 정상 청각 사람에게 유용하다.

프로그램 가능한 인터넷 연결된 장치를 사용하는 유동성의 또 다른 장점은 저가로 교실에서 청각 손상된 아이들에 대한 청취 해결책을 도와주는 것이다. 종래의 해결책은 종종 주파수 변조(FM) 기술에 기초하고, 선생님과 제자들 각각을 위한 추가적인 하드웨어를 필요로 한다. 이들 시스템은 잘 작동이되나 매우 비싸다. 더구나, FM 시스템은 가령, 이웃 교실로부터의 간섭을 피하기 위하여 FM 채널의 선택에 많은 신경을 써야한다. 좀 더 간단한 접근법은 주변 교실 잡음보다 선생님의 목소리를 증폭시키는 음성-필드 증폭 해결책이다. 그러나, 이 해결책은 제자와의 거리, 반향 및 교실내의 음향 잡음이 문제가 된다. 대신에, 본 발명에서, 선생님에서 제자로, 제자에서 선생님으로 및 제자들 간의 음성 신호의 전송은 무선 인터넷 연결(WiFi) 또는 블루투스 또는 개인 통신 장치과 자유로이 사용할 수 있는 또 다른 무선 연결을 사용하여 실현될 수 있다. 인터넷 프로토콜 및 블루투스 페어링 메카니즘은 이웃 교실간의 간섭을 줄이거나 심지어 제거할 수 있는 용이하고 저가의 격이 다른 해결책이다.

본 발명에서, 사용된 모든 마이크로폰으로부터의 신호는 프로그램 가능한 프로세싱 유닛에서 동시에 처리된다(가령, 마이크로폰들은 서로 단지 몇 밀리미터의 거리에 위치되고 이는 방향성 마이크로폰 또는 왼쪽 귀와 오른쪽 귀에서 마이크로폰으로부터의 신호를 시뮬레이팅하기 위함임). 따라서, 본 발명은 청각 손상된 사용자의 공간적인 방향성을 유지하거나 두 귀 사이의 음의 세기 균형을 다이내믹하게 조정하는 알고리즘을 실시할 수 있도록 한다. 두 귀의 신호의 조인트 프로세싱은 청능사가 두 귀 사이의 음의 세기에서의 최대차이를 제한할 수 있는 비대칭 난청을 가진 사용자에게 보청기 맞춤에 특히 유용하다. 마찬가지로, 한쪽 귀 또는 방향성 마이크로폰을 잡고 있는 손에 위치된 마이크로폰으로부터 형성되는 멀티-마이크로폰 빔을 실시하는 알고리즘이 사용될 수 있는데, 이는 모든 신호 프로세싱이 중앙 플레이스에서 발생하기 때문이다. 종래의 보청기 시스템에서, 빔 형성의 파라미터는 일반적으로 고정된다. 예를 들어, 타겟 신호의 음성 방향이 항상 앞쪽으로 가정한다. 우리의 발명에서 리치 사용자 인터페이스는 사용자가 터치 스크린 상의 알고리즘을 형성하는 빔의 타겟 방향을 수동으로 조절할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 장치의 단일 프로세싱 유닛 내의 중앙 신호 프로세싱은 서로 다른 기술을 혼합형으로 맞추는 경우에 많은 이익을 제공한다. 예를 들어, 사용자가 한 쪽 귀에 보청기를 착용하고, 다른 쪽 귀에 달팽이관 임플랜트를 착용할 때, 두 귀의 음의 세기의 지각이 균형을 잡거나 음성 신호의 도착 시간이 조절되어 두 귀로부터의 신호를 비교하여 사용자가 공간적으로 입력되는 소리를 찾는데 도움이 된다. 결합된 전자음향 스티뮬레이션 또는 기술의 다른 조합도 동일하다.

본 발명이 상기 설명과 도면에 자세히 기술되고 설명되었지만, 이러한 기술과 설명은 설명적 또는 예시적이지 제한적으로 간주되지 않는다. 상기 설명은 본 발명의 어떤 실시예를 자세히 설명한다. 그러나, 상기 문헌상 아무리 자세히 설명되더라도, 본 발명은 다양한 방식으로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다.

개시된 실시예에 대한 다른 변형예는 청구된 발명, 도면에 대한 연구, 개시되고 첨부된 청구항의 실시에서 당업자에 의해 이해될 수 있다. 청구항에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않고, 부정관서 "한" 또는 "하나"는 복수형을 배제하지 않는다. 청구항 내의 어떤 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (20)

1. 보청기와 다른 보청기를 제공하기 위해 배치되는 개인 통신 장치에 있어서, 상기 개인 통신 장치는 음성 신호를 수신하기 위한 입력부, 프로그램 가능한 프로세싱 수단 및 처리된 신호를 출력하기 위한 출력부를 포함하되,
   - 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 파라미터 세팅에 의하여 형성 가능한 제1 신호 경로에서 상기 음성 신호의 디지털 버전상에서 필터링 작업을 수행하기 위하여 배치되고,
   - 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 상기 제1 신호 경로와 병렬적인 제2 신호 경로를 추가로 가지며, 상기 제2 신호 경로는 상기 음성 신호와 상기 파라미터 세팅의 상기 디지털 버전을 수신하고, 상기 파라미터 세팅과 상기 음성 신호의 상기 디지털 버전에 기초한 상기 필터링 수단의 필터 계수를 결정하기 위해 배치되는 전달 함수 계산을 위한 모듈을 포함하며,
   - 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 사용자 선호도, 청각적 정보, 청취 상황에 대한 정보에 기초한 상기 파라미터 세팅을 결정하기 위한 제어 로직을 제공하기 위하여 배치되고, 여기서, 상기 개인 통신 장치는 수신된 음성 신호의 음성 환경 분석을 통하여 및/또는 상기 개인 통신 장치의 센싱 수단을 통하여 얻어지고 사용되어서, 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 난청 보상된 신호를 출력하기 위해 배치된 난청 보상 모듈로서 작동가능한 것을 특징으로 하는
   개인 통신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   전달 함수 계산을 위한 상기 모듈은 상기 필터링 수단의 필터 계수를 계산하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   전달 함수 계산을 위한 상기 모듈은 사전-계산된 복수의 필터 계수 세트, 상기 계산된 전달 함수와 매칭하는 상기 선택된 필터 계수 세트 중에서 필터 계수 세트를 선택하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
   상기 개인 통신 장치는 전달 함수 계산을 위한 상기 모듈에서 결정된 값을 가진 상기 필터링 수단에 의하여 신호 출력을 곱셈하기 위한 곱셈기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
   전달 함수 계산을 위한 상기 모듈은 제1 및 제2 레벨 감지기 사이에서 가중화된 합산으로서 레벨 감지를 제공하기 위해 배치되고, 여기서, 상기 제1 레벨 감지기는 상기 제2 레벨 감지기보다 더 작은 시상수를 가지고, 상기 제1 및 제2 레벨 감지기 각각의 가중화 인자 w와 1-w는 상기 제1 및 제2 레벨 감지기 사이에서 감지된 레벨 차이에 의존하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 상기 필터링 수단의 상기 세팅이 스위칭되는 주파수를 적용함에 의하여 또는 상기 세팅을 보간법에 의하여, 또는 상기 필터링 수단의 출력에서 신호 보간법에 의하여 음성 인공물을 감소시키기 위하여 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 상기 디지털화된 음성 신호를 적어도 두 개의 주파수 대역으로 쪼개고, 상기 주파수 대역의 각가에서 레벨 조절을 수행하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 상기 디지털화된 음성 신호를 지연시켜서 예측 지연이 가능하게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단은 신호 클리핑 양을 제한하고, 음향 트랜스듀서에서 마이크로폰으로의 음향 피드백을 제한하는 디지털 이득 인자를 결정하기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 청취 상황의 변화에서 또는 상기 제어 로직의 입력의 변화에서 상기 파라미터 세팅을 업데이트하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 상기 조절이된 상황과 함께, 청각 손상자에 의해 사용자가 조절하는 것을 등록하기 위해 배치된 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 청각 손상된 사용자 또는 청능사에 의해 만들어진 상기 파라미터 세팅에 대한 변화 이력과 디폴트된 파라미터 값에 기초한 상기 파라미터 세팅을 결정하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 상기 파라미터 값이 정해진 청취 상황과 현 청취 상황을 비교하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센싱 수단을 통하여 얻은 사용 상황에 대한 정보는 활동량 감지, 위치, 시간 중 적어도 하나의 아이템에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개인 통신 장치에 대한 외부 서버의 연결부를 만드는데 배치되고, 상기 연결부는 사용자 행동 모니터링을 위한 전송 데이터를 적용하는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 청각적 정보의 적어도 일부는 상기 서버로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 달팽이관 임플랜트의 음성 프로세서와 상호작용하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개인 통신 장치는 달팽이관 임플랜트로 전송된 자극 패턴을 생성하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개인 통신 장치는 교실 상황에서 사용을 위한 음성 신호의 스트림을 방송 및 수신하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 개인 통신 장치.
20. 보청기를 가진 개인 통신 장치를 제공하는 방법에 있어서,
    상기 개인 통신 장치는 입력 음성 신호를 수신하기 위한 입력부, 프로그램 가능한 프로세싱 수단 및 처리된 입력 음성 신호를 출력하기 위한 출력부를 포함하고,
    상기 방법은 상기 입력 음성 신호의 디지털화된 버전에 대한 필터링 작업을 수행하기 위한 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단을 적용하는 단계 - 이에 의해, 필터 계수는 파라미터 세팅과 입력 음성 신호의 디지털화된 버전에 기초하여 결정됨 - 와,
    사용자 선호도에 대한 정보, 청력학적 정보 및 청취 상황에 대한 정보에 기초한 상기 파라미터 세팅을 결정하기 위한 제어 로직을 제공하기 위한 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단을 적용하는 단계 - 여기서, 상기 개인 통신 장치는 수신된 음성 신호의 음성 환경 분석을 통하여 및/또는 상기 개인 통신 장치의 센싱 수단을 통하여 얻어지고 사용되며, 상기 파라미터 세팅은 결정되어, 상기 프로그램 가능한 프로세싱 수단이 난청 보상된 신호를 출력하기 위해 배치된 난청 보상 모듈로서 작동함 - 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    개인 통신 장치를 제공하는 방법.

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