KR102813972B1 - 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
스피커 음향 신호 처리 시스템으로, 기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시키는 마스킹 음 발생부(100); 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 순수 마스킹 음만을 제 1 필터링하는 제 1 음향처리부(200); 상기 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 상기 제 1 음향처리부(200)에서 제 2 필터링된 순수 마스킹 음을 제거하여 순수 소음만을 필터링하는 제 2 음향처리부(300); 및 상기 제 1 음향처리부(200)와 제 2 음향 처리부(300)에서 각각 제 1 및 제 2 필터링된 순수 마스킹 음과 순수 소음을 비교하여 상기 마스킹 음 발생부(100)로부터 발생하는 마스킹 음의 크기를 제어하는 제어부(400)를 포함하는 스피커 음향 신호 처리 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스피커와 같은 양방향스피커에서 효과적으로 사용자 음성 등의 인식대상 음향만을 효과적으로 인식할 수 있는 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
건물이나 차량 등 일정한 공간의 외부에서 발생하는 소음은 건물이나 차량의 내부에 있는 사람들에게 정신적 피 해를 초래한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 소음 제어 기술들이 발전되어 왔다. 이 중 하나가 마스킹 효과를 이용하는 것이다. 마스킹 효과는 어떤 소리에 의해 다른 소리가 파묻혀버려 들리지 않게 되는 현상이다.
하지만 공간 위치 등에 따라 사용자의 개인별 환경에 따라 적응형의 새로운 마스킹 효과 기반 음향 신호 처리 시스템 및 방법의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개인용 사운드 마스킹을 이용한 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스피커 음향 신호 처리 시스템으로, 기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시키는 마스킹 음 발생부(100); 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 순수 마스킹 음만을 제 1 필터링하는 제 1 음향처리부(200); 상기 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 상기 제 1 음향처리부(200)에서 제 2 필터링된 순수 마스킹 음을 제거하여 순수 소음만을 필터링하는 제 2 음향처리부(300); 및 상기 제 1 음향처리부(200)와 제 2 음향 처리부(300)에서 각각 제 1 및 제 2 필터링된 순수 마스킹 음과 순수 소음을 비교하여 상기 마스킹 음 발생부(100)로부터 발생하는 마스킹 음의 크기를 제어하는 제어부(400)를 포함하는 스피커 음향 신호 처리 시스템을 제공한다.
본 발명이 일 실시예에서, 상기 제어부(400)는, 상기 제 2 음향처리부(300)에 의하여 제 2 필터링된 순수 소음과 동일하거나 기설정된 세기 이내의 높은 세기로 상기 마스킹 음의 크기를 제어한다.
본 발명이 일 실시예에서, 상기 제 1 음향처리부(200) 및 제 2 음향 처리부(300)는 각각 제 1 마이크로 폰 및 제 2 마이크로폰을 포함한다.
본 발명이 일 실시예에서, 제 1 음향처리부(200)는, 상기 제 1 마이크로폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 기준 마스킹 음과 공간전달함수를 이용한 음향 반향 제거 알고리즘(AEC)를 이용하여 순수 마스킹 음만을 제 1 필터링한다.
본 발명이 일 실시예에서, 상기 제 2 음향처리부(300)는 상기 제 2 마이크로폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 제 4항에 의하여 제 1 필터링된 순수 마스킹 음을 제거하여 순수 소음만을 필터링한다.
본 발명이 일 실시예에서, 상기 스피커 음향 신호 처리 시스템은, 상기 마스킹 음의 세기를 결정하는 앰프(500)를 더 포함한다.
본 발명은 또한 스피커 음향 신호 처리 방법으로, 기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시키는 단계; 상기 마스킹 음과 외부 소음 중 순수 마스킹 음이 제 1 필터링되는 단계; 상기 마스킹 음과 외부 소음 중 상기 제 1 필터링된 순수 마스킹 음이 제거된 순수 소음이 제 2 필터링되는 단계; 상기 제 2 필터링된 순수 소음과 상기 마스킹 음의 세기를 비교하는 단계; 및 상기 마스킹 음의 세기를 상기 제 2 필터링된 순수 소음 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지하는 단계를 포함하는 스피커 음향 신호 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 마스킹 음의 세기를 상기 제 2 필터링된 순수 소음 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지하는 단계는 실시간으로 수행되며, 상기 순수 마스킹 음이 제 1 필터링되는 단계는, 상기 스피커에 구비된 제 1 마이크로 폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 기준 마스킹 음과 공간전달함수를 이용한 AEC를 이용하여 순수한 마스킹 음(Em)만을 통과시키는 방식으로 수행된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 순수 소음이 제 2 필터링되는 단계는, 상기 스피커에 구비된 제 2 마이크로 폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 제 9항에 의하여 필터링된 순수 마스킹 음을 빼서 순수한 소음(En)만을 통과시키는 방식으로 수행된다.
본 발명에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법은, 실시간으로 가변되는 마스킹 음의 제어를 통하여 적응형의 사운드 마스킹이 가능하며, 이로써 개인 환경에 따라 최적의 사운드 마스킹 효과를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템의 블록도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템의 단게별 동작 모식도이다.
도 6은 상술한 시스템에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 방법의 단계도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템의 단게별 동작 모식도이다.
도 6은 상술한 시스템에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 방법의 단계도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.
더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.
이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.
또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.
한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.
하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.
또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니 된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.
이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템은, 기설정된 주파수 영역대의 마스킹 음 발생부(100); 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 순수 마스킹 음을 제 1 필터링하는 제 1 음향처리부(200); 상기 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 상기 제 1 음향처리부(200)에서 필터링된 순수 마스킹 음을 제거하여 순수 소음을 제 2 필터링하는 제 2 음향처리부(300); 및 상기 제 1 음향처리부(200)와 제 2 음향 처리부(300)에서 각각 필터링된 순수 마스킹 음과 순수 소음을 비교하여 상기 마스킹 음 발생부(100)로부터 발생하는 마스킹 음 크기를 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
본 발명은 특히 공간전달함수를 이용하여 마이크로폰에 입력된 신호 중 특정 음향신호(즉, 즉,스피커로부터 발생하는 음악과 같은 음향신호)를 제거 시켜 사용자 음성신호만을 인식하게 하는 음향에코제거(Acoustic Echo Cancelling) 알고리즘을 이용하여, 외부 소음에 대응하여 마스킹 음 크기를 가변적으로 제어하여 마스킹 효과를 극대화시킨다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템의 단계별 동작 모식도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 마스킹 음이 마스킹 음 발생부(100)에 의하여 발생하며, 이때 마스킹 음의 세기는 앰프(500)에 의하여 결정된다.
도 3을 참조하면, 상기 마스킹 음 발생부(100)에 의하여 발생한 마스크 음은 외부 소음과 함께 상기 스피커에 구비된 제 1 마이크로폰(210) 및 제 2 마이크로폰(310)에 입력되어 녹음된다.
도 4를 침조하면, 상기 제 1 음향처리부(200)에서는 제 1 마이크로폰(210)에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 기준 마스킹 음과 공간전달함수를 이용한 AEC를 이용하여 순수 마스킹 음(Em)만을 제 1 필터링하여 통과시킨다. 즉, 본 발명은 음을 듣는 사용자 개인별도 공간 상위 기하학적인 변수 등에 따라 기준 마스킹 음이 변화되는 점을 고려, 실제 공간전달함수를 이용한 AEC 알고리즘을 통하여 전체 소음 중 순수 마스킹 음만을 추출하며, 이를 위한 별도의 제 1 마이크로폰(210)을 이용한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 공간전달함수를 이용한 외부음향신호 제거는 종래의 음향에코제거(Acoustic Echo Cancelling) 알고리즘을 사용하며, 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제 1 음향처리부2100)에는 이러한 알고리즘을 처리할 수 있는 별도의 프로세서가 구비될 수 있다(도 4의 AEC).
또한 제 2 음향처리부(300)의 제 2 마이크로폰를 통하여 녹음된 마스킹 음과 소음에서 상기 제 1 음향처리부(200)에 의하여 제 1 필터링된 음향신호(즉, 순수 마스킹 음(Em))을 제거하여 순수 소음(En)만을 통과시켜 2차 필터링한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 처리 시스템은 상기 마스킹 음의 세기를 제어하는 제어부(400)를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제 1 음향처리부(200)와 제 2 음향 처리부(300)에서 각각 제 1 및 제 2 필터링된 순수 마스킹 음(Em)과 소음(En)을 비교한다.
즉, 상기 제어부는 마스킹 음 레벨과 소음 레벨을 비교하여 소음 레벨에 비해 동일하거나 기설정된 범위(예를 들어 3dB) 이내로 세기가 큰 마스킹 음을 재생하도록 앰프(500)의 볼륨을 실시간으로 조절한다.
본 발명에 따른 음향 처리 시스템은, 개인형 사운드 마스킹 시스템으로, 정확한 소음 레벨과 마스킹 음 레벨을 구할 수 있다. 이로써 소음 레벨과 유사하거나 가장 효과적인 세기(예를 들어 3dB 정도 큰) 마스킹 신호 음을 실시간으로 재생시킬 수 있으며, 이를 위하여 AEC 알고리즘이 적용된 소음 측정 전용 마이크로폰을 포함하는 음향처리 장치와 AEC를 거친 순수한 소음 신호의 위상을 반전시켜 순수한 마스킹 음 만을 추출해 내는 마스킹 음 추출 전용 음향처리 장치를 동시에 사용한다.
본 발명은 또한 상술한 시스템이 기반한 적응형의 사운드 마스킹이 가능한 스피커 음향 신호 처리 방법을 제공하는데, 이는 이하 상세히 설명한다.
도 6은 상술한 시스템에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 음향 신호 처리 방법의 단계도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시킨다. 이후 싱기 마스킹 음과 외부 소음 중 순수 마스킹 음이 제 1 필터링된 후, 상기 마스킹 음과 외부 소음 중 상기 제 1 필터링된 순수 마스킹 음이 제거된 순수 소음이 제 2 필터링된다. 이로써 소음 세기 레벨과 마스킹 음 세기 레빌이 추출되며, 이후 상기 제 2 필터링된 순수 소음과 상기 마스킹 음의 세기를 비교하고, 상기 마스킹 음의 세기를 상기 제 2 필터링된 순수 소음 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지한다.
이상 살핀 바와 같이 본 발명에 따른 스피커 음향 신호 처리 시스템 및 방법은, 실시간으로 가변되는 마스킹 음의 제어를 통하여 적응형의 사운드 마스킹이 가능하며, 이로써 개인 환경에 따라 최적의 사운드 마스킹 효과를 구현할 수 있다.
Claims (10)
- 스피커 음향 신호 처리 시스템으로,
기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시키는 마스킹 음 발생부(100);
외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 순수 마스킹 음(Em)만을 제 1 필터링하는 제 1 음향처리부(200);
상기 외부 소음을 입력받아 상기 외부 소음에서 상기 제 1 음향처리부(200)에서 제 1 필터링된 순수 마스킹 음(Em)을 제거하여 순수 소음(En)만을 제 2 필터링하는 제 2 음향처리부(300); 및
상기 제 1 음향처리부(200)와 제 2 음향 처리부(300)에서 각각 제 1 및 제 2 필터링된 순수 마스킹 음(Em)과 순수 소음(En)을 비교하여 상기 마스킹 음 발생부(100)로부터 발생하는 마스킹 음의 크기를 제어하는 제어부(400)를 포함하며,
상기 제어부(400)는 상기 마스킹 음의 크기를, 상기 제 2 필터링된 순수 소음(En)과 동일하거나, 상기 제 2 필터링된 순수 소음(En) 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지하며,
상기 제 1 음향처리부(200) 및 제 2 음향 처리부(300)는 각각 상기 외부 소음을 입력받는 제 1 마이크로 폰 및 제 2 마이크로폰을 포함하며,
상기 제 1 음향처리부(200)는, 기준 마스킹 음과 공간전달함수를 이용한 음향 반향 제거 알고리즘(AEC)를 이용하여 순수 마스킹 음(Em)만을 제 1 필터링하는 것을 특징으로 하는 스피커 음향 신호 처리 시스템. - 삭제
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- 제 1항에 있어서, 상기 스피커 음향 신호 처리 시스템은,
상기 마스킹 음의 세기를 결정하는 앰프(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 음향 신호 처리 시스템. - 스피커 음향 신호 처리 방법으로,
기설정된 세기의 마스킹 음을 발생시키는 단계;
상기 마스킹 음과 외부 소음 중 순수 마스킹 음이 제 1 필터링되는 단계;
상기 마스킹 음과 외부 소음 중 상기 제 1 필터링된 순수 마스킹 음이 제거된 순수 소음이 제 2 필터링되는 단계;
상기 제 2 필터링된 순수 소음과 상기 마스킹 음의 세기를 비교하는 단계;
상기 마스킹 음의 세기를 상기 제 2 필터링된 순수 소음 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지하며, 상기 마스킹 음의 세기를 상기 제 2 필터링된 순수 소음 대비 기설정된 범위 이내로 높게 유지하는 단계는 실시간으로 수행되며,
상기 순수 마스킹 음(Em)이 제 1 필터링되는 단계는, 상기 스피커에 구비된 제 1 마이크로 폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 기준 마스킹 음과 공간전달함수를 이용한 AEC를 이용하여 순수한 마스킹 음(Em)만을 통과시키는 방식으로 수행되며,
상기 순수 소음(En) 제 2 필터링되는 단계는, 상기 스피커에 구비된 제 2 마이크로 폰에 녹음된 마스킹 음과 소음 중에서 상기 제 1 필터링된 순수 마스킹 음(Em)을 빼서 순수한 소음(En)만을 통과시키는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 스피커 음향 신호 처리 방법. - 삭제
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