KR100933409B1

KR100933409B1 - Signal output method without noise of electronic device and electronic device employing same

Info

Publication number: KR100933409B1
Application number: KR1020060095514A
Authority: KR
Inventors: 두세진
Original assignee: 두세진
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2009-12-22
Also published as: KR20080029420A

Abstract

주변 소음이 제거된 신호의 출력이 가능한 전자기기가 개시된다. 헤드폰이나 전화 수화기와 같은 전자기기의 외측에서의 외부소음을 수신한 후에, 수신된 외부소음의 신호에 대하여 필터링을 한다. 이때의 필터링은, 전자기기의 외측과 전자기기 내의 스피커측 사이에서의 전자기기 자체에 의한 필터링 효과와 동일한 필터링이다. 필터링된 신호는 음향기기로부터 출력되는 재생 대상이 되는 음향신호 재생시 차감되어 함께 재생된다. 이에 따라 사용자의 귀에는 외부의 소음신호가 상쇄된 음향만이 들리게 된다.An electronic device capable of outputting a signal from which ambient noise is removed is disclosed. After receiving external noise outside of an electronic device such as a headphone or telephone receiver, the received external noise is filtered. The filtering at this time is the same as the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side in the electronic device. The filtered signal is reproduced by being subtracted at the time of reproducing the sound signal to be reproduced from the sound device. Accordingly, only the sound of which the external noise signal is canceled is heard from the user's ear.

전자기기, 헤드폰, 소음, 제거, 필터 Electronics, Headphones, Noise, Rejection, Filters

Description

Signal output method of noise reduction of electronic device and electronic device employing the same {Method for outputting audio signal where surrounding noise is eliminated, and an electrical device employing the same}

도 1 은 본 발명에 따른 전자기기의 필터링 원리를 설명하기 위하여 헤드폰을 사람의 귀에 착용한 상태를 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing a state in which headphones are worn on a person's ear to explain the filtering principle of an electronic device according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 전자기기의 내부 구성을 도시한 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the internal configuration of the electronic device according to the present invention.

도 3 은 도 2 의 변형예를 도시한 도면.3 is a view showing a modification of FIG.

본 발명은 전자기기의 소음이 제거된 신호 출력 방법 및 이를 채용한 전자기기에 관한 것이다.The present invention relates to a signal output method of removing noise of an electronic device and an electronic device employing the same.

실내에서 혼자서 또는 걸어다니면서 음악 등을 듣기 위해서는 헤드폰을 착용하여야 한다. (통상적으로 귀에만 끼우는 형태는 이어폰이라고 칭하고 머리에 씌우는 형태를 헤드폰이라고 칭하기도 하나, 본 명세서에서 헤드폰이라는 용어는 이와 같이 스피커를 귀에 대고 들을 수 있도록 인체에 착용하는 모든 형태의 기기를 통칭하는 용어로서 사용한다.) 그런데, 전철이나 항공기에서 헤드폰을 사용하는 경 우와 같이 주변 소음이 큰 경우, 사용자는 휴대폰의 소리 크기를 주변 소음보다 현저하게 크게 하여야 하며, 무의식중에 이와 같이 크게 소리를 조절한 경우 사용자의 청력에 악영향을 줄 수 있다.Wear headphones to listen to music while you are walking alone or walking indoors. (Usually, only the shape of the ear is referred to as an earphone and the shape of the head is referred to as a headphone, but in this specification, the term headphone is used to refer to all types of devices worn on the human body so that the speaker can be held in the ear. However, if the ambient noise is loud, such as when using headphones on a train or an aircraft, the user should make the sound level of the mobile phone significantly louder than the ambient noise. It may adversely affect the user's hearing.

이와 같은 주변 소음의 영향은 예컨대 전화기에서도 발생한다. 즉, 전화기를 사용하여 대화 중에 들리는 음향과 주변의 소음이 섞여서 상대방과의 대화에 장애가 생길 수 있다.Such influence of ambient noise also occurs in the telephone, for example. In other words, the sound that is heard during the conversation using the telephone and the surrounding noise may be mixed, which may cause a disturbance in the conversation with the other party.

이와 같은 점을 고려하여 주변 소음을 상쇄시켜 줄이고 재생하고자 하는 음향만이 부각되도록 한 방안들이 몇가지 개발되어 있다.In light of this, several methods have been developed to offset the ambient noise and reduce only the sound to be reproduced.

예컨대, 한국특허공개 제10-1999-0022727호(소음 제어 및 소음 감소 장치)에는 소음환경하에서 마이크로폰에 들어오는 소음을 제거하는 신호처리 수단을 부착하되 배경소음에 대해서 위상 또는 게인을 조절하여 상쇄시키는 구성을 갖는 마이크로폰 장치가 개시되어 있다. 그런데, 이 방식에서는 2 개의 마이크로폰을 서로 각도를 달리하여 음성과 주변 소음을 분리하고자 한 것으로서, 적어도 2 개의 마이크로폰이 필요하다는 단점이 있다.For example, Korean Patent Publication No. 10-1999-0022727 (Noise Control and Noise Reduction Device) is equipped with a signal processing means for removing noise coming into a microphone under a noise environment, but is configured to cancel by adjusting phase or gain with respect to background noise. A microphone device is disclosed. However, in this method, two microphones are intended to separate voice and ambient noise by varying angles, and at least two microphones are required.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 마이크로폰만을 사용하여 기존의 디지털 제품 및 2 개 이상의 마이크로폰을 채용한 방식에 비해 소음 제거 효과가 큰 전자기기 및 이러한 전자기기에서의 소음 제거 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to use only one microphone, compared to the existing digital products and the method employing two or more microphones, the electronic device having a greater noise reduction effect and It is to provide a noise reduction method in such an electronic device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 전자기기 외측에서의 외부소음을 수신하는 단계; (b) 상기 외부소음의 신호에 대하여, 상기 전자기기 내에 상기 전자기기의 외측과 상기 전자기기 내의 스피커측 사이에서의 상기 전자기기 자체에 의한 필터링 효과에 상응하는 필터링 동작을 수행하는 단계; (c) 재생 대상이 되는 음향신호를 증폭하여 재생하되, 필터링된 상기 외부소음 신호를 차감하여 재생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기의 주변 소음이 제거된 신호 출력 방법을 제안한다.The present invention to achieve the above object, (a) receiving external noise outside the electronic device; (b) performing a filtering operation on the external noise signal corresponding to the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side in the electronic device; (c) amplifying and reproducing an audio signal to be reproduced, and regenerating by subtracting the filtered external noise signal; and a method of outputting a signal from which ambient noise of the electronic device is removed.

상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 필터링된 신호를 위상반전시키는 단계, 및 위상반전된 신호를 상기 음향신호에 가산하는 단계를 포함하여 구성될 수도 있다.The step (c) may include a phase inverting of the signal filtered in the step (b), and adding the phase inverted signal to the sound signal.

본 발명에 따르면, 전자기기의 외측면에서의 외부소음을 수신하기 위한 마이크로폰; 상기 마이크로폰이 수신한 상기 외부소음의 신호에 대하여 상기 전자기기의 외측과 상기 스피커측 사이에서의 상기 전자기기 자체에 의한 필터링 효과에 상응하는 필터링을 하는 내부필터; 및 상기 내부필터에 의해 필터링된 상기 외부소음 신호를 위상 반전하여 상기 스피커에 제공하는 위상반전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기가 제공된다.According to the present invention, a microphone for receiving external noise on the outer surface of the electronic device; An internal filter for filtering the external noise signal received by the microphone corresponding to the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side; And a phase inverter for reversing the external noise signal filtered by the internal filter and providing the inverted phase to the speaker.

또한, 본 발명에 따르면, 전자기기의 외측면에서의 외부소음을 수신하기 위한 마이크로폰; 상기 마이크로폰이 수신한 상기 외부소음의 신호에 대하여 상기 전자기기의 외측과 상기 스피커측 사이에서의 상기 전자기기 자체에 의한 필터링 효과에 상응하는 필터링을 하는 내부필터; 및 재생 대상인 상기 음향신호로부터 상기 내부필터에 의해 필터링된 상기 외부소음 신호를 차감하여 상기 스피커에 제공하는 감산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기가 제공된다.In addition, according to the present invention, a microphone for receiving external noise on the outer surface of the electronic device; An internal filter for filtering the external noise signal received by the microphone corresponding to the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side; And a subtractor for subtracting the external noise signal filtered by the internal filter from the sound signal to be reproduced and providing the external noise signal to the speaker.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 헤드폰이나 전화기 또는 녹음기 등과 같은 전자기기에서 해당 전자기기의 물리적 음향 필터링 특성을 고려하고 이 물리적 필터링 현상을 상쇄할 수 있도록 회로를 설계하여 청취자의 귀에서는 외부 소음이 정확하게 상쇄되도록 하는 방안을 제안한다. 이하의 예에서는 설명의 편의상 이에 관하여 전자기기 중 헤드폰을 예시하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 헤드폰뿐만 아니라 전화기, 녹음기 등과 같은 음향의 재생 또는 녹취에 사용되는 모든 종류의 전자기기에 사용될 수 있다.The present invention is to consider the physical acoustic filtering characteristics of the electronic device such as headphones, telephones or recorders, and to design a circuit to cancel the physical filtering phenomenon so that the external noise is accurately canceled in the listener's ear Suggest. In the following example, for convenience of description, a headphone among electronic devices will be described. However, the present invention can be used not only for headphones but also for all kinds of electronic devices used for reproduction or recording of sounds such as telephones, recorders, and the like.

도 1 은 본 발명에 따른 헤드폰의 필터링 원리를 설명하기 위하여 헤드폰을 사람의 귀에 착용한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 헤드폰(100)이 사람의 귀에 착용된 상태에서는 사람의 귀에는 헤드폰(100) 자체에서 제공된 음향과 함께 외부 소음(Nout)이 들리게 된다. 이때, 외부 소음(Nout)은 사람이 헤드폰(100)을 착용한 상태와 착용하지 않은 상태에서는 각각 다르다. 즉, 헤드폰(100)을 착용하지 않은 상태에서는 외부소음(Nout)이 아무런 장애물 없이 사람의 귀에 직접 제공되므로 외부소음(Nout)이 그대로 변화 없이 인식되나, 헤드폰(100)을 귀에 착용한 상태에서는 귀가 헤드폰(100)에 가리워져 외부 소음이 다르게 인식된다. 이와 같이 사람의 귀에서 외부소음(Nout)이 다르게 인식된 소음을 Nin 으로 도시하였다.1 is a view schematically showing a state in which a headphone is worn on a human ear in order to explain the filtering principle of the headphone according to the present invention. In the state where the headphone 100 is worn on the human ear, external noise Nout is heard in the human ear together with the sound provided by the headphone 100 itself. At this time, the external noise (Nout) is different in the state where the person wearing the headphone 100 and the non-wearing state, respectively. That is, since the external noise (Nout) is provided directly to the human ear without any obstacle in the state that the headphone 100 is not worn, the external noise (Nout) is recognized as it is without change, but the ear when the headphone 100 is worn on the ear Covered with the headphone 100, external noise is perceived differently. In this way, the noise perceived differently from the outside (Nout) in the human ear is shown as Nin.

즉, 사람의 귀에서 들리는 외부소음(Nin)은 실제 외부소음(Nout)과는 다소 상이하며, 이는 결과적으로 외부소음(Nout)이 소정의 필터링 특성을 가지는 헤드폰(100)의 물리적 구성에 의하여 필터링된 후에 귀에 들리는 소음(Nin)으로 인식되는 것을 의미한다. 종래의 헤드폰 소음제거장치는 이러한 특성을 고려하지 않고 외부의 소음을 그대로 위상 반전시켜 상쇄시키는 구성을 구비하였으나, 본 발명에서는 이러한 헤드폰(100) 자체의 물리적 특성에 기인한 필터링 효과를 반영한 방식으로 외부소음을 상쇄시킨다.That is, the external noise (Nin) heard from the human ear is somewhat different from the actual external noise (Nout), which is consequently filtered by the physical configuration of the headphone 100 in which the external noise (Nout) has a predetermined filtering characteristic. After that, it is recognized as the noise (Nin) heard in the ear. Conventional headphone noise canceller has a configuration for canceling the phase noise by inverting the phase as it is without considering such characteristics, in the present invention in the manner reflecting the filtering effect due to the physical characteristics of the headphone 100 itself Cancel out the noise.

이와 같은 본 발명을 도 2 에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 헤드폰의 내부 블록도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to the internal block diagram of the headphones according to the present invention as shown in FIG.

본 발명에 따른 헤드폰(100)은 통상적인 헤드폰과 마찬가지로 앰프(30)와 스피커(40)를 구비하고 있다. 앰프(30)는 라디오나 MP3 플레이어 등과 같은 음향기기(도시되지 않음)로부터 제공되는 재생 대상이 되는 음향신호를 수신하여 증폭하며, 스피커(40)는 증폭된 음향신호를 재생함으로써 사람의 귀에 헤드폰(100)이 착용된 상태에서 재생 음향을 귀에 제공한다. 이들 구성은 기존의 헤드폰과 동일한 것이며, 다만, 본 발명에서는 스피커(40)가 앰프(30)를 통한 음향신호 외에도 후술되는 바와 같이 필터링부(20)를 통한 음향신호도 함께 재생한다.The headphone 100 according to the present invention is provided with an amplifier 30 and a speaker 40 like conventional headphones. The amplifier 30 receives and amplifies a sound signal to be reproduced from an acoustic device (not shown) such as a radio or an MP3 player, and the speaker 40 reproduces the amplified sound signal so that a headphone ( 100 is worn to provide a reproducing sound to the ear. These configurations are the same as the existing headphones, but in the present invention, the speaker 40 reproduces the sound signal through the filtering unit 20 as well as the sound signal through the amplifier 30 as described below.

본 발명에 따른 헤드폰(100)은 이들 외에 마이크로폰(10), 및 필터링부(20)를 구비하고 있다.In addition to these, the headphone 100 according to the present invention includes a microphone 10 and a filtering unit 20.

마이크로폰(10)은 도 1 과 같이 헤드폰(100)의 외측면의 일 부위에 부착되어 있다. 이 마이크로폰(10)은 헤드폰(100)의 외측면에서의 외부소음(Nout)을 수신한 다. 마이크로폰(10)이 수신한 외부소음의 신호는 필터링부(20)로 제공된다.The microphone 10 is attached to a portion of the outer surface of the headphone 100 as shown in FIG. The microphone 10 receives external noise Nout from the outer side of the headphone 100. The external noise signal received by the microphone 10 is provided to the filtering unit 20.

필터링부(20)는 내부필터(23) 및 위상반전기(25)를 포함하여 구성된다.The filtering unit 20 includes an internal filter 23 and a phase inverter 25.

내부필터(23)는 헤드폰(100)의 외측면과 스피커(40)측 사이에서의 헤드폰(100) 자체에 의한 필터링 효과에 상응하는 필터링 동작을 수행한다.The internal filter 23 performs a filtering operation corresponding to the filtering effect by the headphone 100 itself between the outer surface of the headphone 100 and the speaker 40 side.

즉, 전술한 바와 같이 헤드폰(100)은 그의 물리적 특성에 기인하여 실제 외부소음(Nout)과 헤드폰(100) 착용자의 귀에 들리는 외부소음(Nin)이 다르게 하는 요인이 되며, 이때 내부필터(23)는 이러한 헤드폰(100)의 특성을 하나의 필터로서 간주하고 이 필터의 특성과 동일한 특성으로 필터링 동작을 수행하도록 설계된다. 예컨대, 헤드폰(100)의 물리적 특성에 의한 필터링 효과가 5,000Hz 이상의 음향에 대해서는 그 크기를 절반으로 줄이고 5,000Hz 이하의 음향에 대해서는 그대로 통과시키는 로우패스필터(Low Pass Filter)의 특성을 갖는다면, 내부필터(23)는 이와 동일한 특성을 갖는 로우패스필터로서 설계된다. 이때, 헤드폰(100) 자체의 필터링 특성은 각 헤드폰의 제작 후에 실험적으로 결정될 수도 있고, 헤드폰(100)의 물리적 구성에 따라 수학적으로 구해질 수도 있을 것이다.That is, as described above, the headphone 100 is a factor in which actual external noise (Nout) and external noise (Nin) heard by the wearer of the headphone 100 are different due to its physical characteristics. It is designed to regard the characteristics of the headphone 100 as one filter and perform the filtering operation with the same characteristics as those of the filter. For example, if the filtering effect due to the physical characteristics of the headphone 100 has a characteristic of a low pass filter that cuts the size in half for sound of 5,000 Hz or more and passes the sound for 5,000 Hz or less as it is, The internal filter 23 is designed as a low pass filter having this same characteristic. In this case, the filtering characteristic of the headphones 100 itself may be determined experimentally after the manufacture of each headphone, or may be mathematically determined according to the physical configuration of the headphone 100.

위상반전기(25)는 내부필터(23)의 출력에 대해서 그 위상을 반전시킨다. 이에 따라 위상반전기(25)의 출력(즉, 필터링부(20)의 출력)은 외부소음(Nout)과 그 주파수에 따른 크기의 특성은 동일하고 위상만 반전된 신호로서, 결과적으로 귀에 들리는 소음(Nin)에 대해서 위상반전되어 Nin 을 상쇄시킬 수 있는 신호가 된다.The phase inverter 25 inverts its phase with respect to the output of the internal filter 23. Accordingly, the output of the phase inverter 25 (that is, the output of the filtering unit 20) is an external noise Nout and a signal whose magnitude has the same characteristic according to its frequency and whose phase is only inverted, and as a result, audible noise Phase inversion with respect to (Nin) becomes a signal capable of canceling Nin.

스피커(40)에 앰프(30)로부터의 음향신호와 함께 필터링부(20)의 외부소음 상쇄용 신호가 인가됨으로써 스피커(40)에서는 이들 신호가 혼합된 신호가 재생된 다. 따라서, 사람의 귀에 들리는 음향은 다음과 같이 된다.When the external noise canceling signal of the filtering unit 20 is applied to the speaker 40 together with the acoustic signal from the amplifier 30, the speaker 40 reproduces a mixed signal of these signals. Thus, the sound heard by the human ear is as follows.

사람의 귀에 들리는 음향Sound heard in the human ear

= 스피커에서 재생된 음향 + 외부소음(Nout)에 기인한 실제 외부소음(Nin)= Sound reproduced from the speaker + Actual external noise (Nin) due to external noise (Nout)

= {음향신호에 대한 스피커 재생 음향 + 외부소음(Nout)이 필터링되고 위상반전된 음향(= -Nin)} + 외부소음(Nout)에 기인한 실제 외부소음(Nin)= {Speaker reproduction sound for sound signal + External noise (Nout) filtered and phase reversed sound (= -Nin)} + Actual external noise (Nin) due to external noise (Nout)

= 음향신호에 대한 스피커 재생 음향= Speaker playback sound for sound signal

이에 따라, 사람의 귀에는 외부 소음이 상쇄된 깨끗한 음향신호가 들리게 된다.As a result, a clean sound signal in which the external noise is canceled is heard in the human ear.

한편, 본 발명에서는 스피커(40)에 앰프(30)로부터의 신호와 필터링부(20)의 신호가 함께 입력되도록 하였으나, 스피커(40) 전단에 가산기를 마련하여 앰프(30)와 필터링부(20)로부터의 신호가 각각 합쳐진 후에 스피커(40)로 입력되도록 할 수도 있다.Meanwhile, in the present invention, the signal from the amplifier 30 and the signal from the filtering unit 20 are input to the speaker 40 together, but an adder is provided at the front of the speaker 40 to provide the amplifier 30 and the filtering unit 20. May be input to the speaker 40 after they are combined.

또한, 본 발명에서의 필터링부(20)는 전술한 바와 같이 헤드폰(100) 자체의 필터링 효과와 유사한 필터링 및 이에 대한 위상반전을 통해 -Nin 신호를 생성하도록 한 것으로서, 이러한 기술적 사상이 구현되는 것이라면 필터링부(20)가 단일의 필터로서 구성되는 등과 같은 변형이 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속한다 할 것이다.In addition, the filtering unit 20 according to the present invention is to generate a -Nin signal through the filtering similar to the filtering effect of the headphone 100 itself and the phase inversion as described above, if such a technical idea is implemented Modifications such as the filtering unit 20 is configured as a single filter will all be within the scope of the technical idea of the present invention.

도 3 은 도 2 의 예를 도시한 것이다. 도 3 에서는 도 2 의 위상반전기(25) 대신에 감산기(50)가 채용되어 있다. 내부필터(23)와 기타 다른 구성은 도 2 와 동일하다. 내부필터(23)의 출력이 앰프(30)의 출력으로부터 차감되어 스피커(40) 에 제공됨으로써 전술한 위상반전기의 구성과 동일한 구성을 하게 된다.3 illustrates an example of FIG. 2. In FIG. 3, a subtractor 50 is employed instead of the phase inverter 25 of FIG. 2. The internal filter 23 and other configurations are the same as in FIG. The output of the internal filter 23 is subtracted from the output of the amplifier 30 and provided to the speaker 40 to have the same configuration as that of the above-described phase inverter.

본 발명에 따르면, 하나의 마이크로폰을 채용하고 내부필터를 이용하여 전자기기의 특성을 모델링한 필터링을 수행한 외부소음을 상쇄시키므로, 소음이 제거된 음향신호의 재생이 가능한 전자기기의 저가 구현이 가능하게 된다.According to the present invention, since a single microphone is used and an internal filter cancels external noise that is filtered by modeling the characteristics of the electronic device, it is possible to implement a low-cost electronic device capable of reproducing a sound signal from which noise is removed. Done.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속할 것이다.In the above, the preferred embodiment of the present invention has been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical spirit of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations will be possible within the scope of equivalents of the claims to be described therein, and such variations will fall within the protection scope of the present invention.

Claims

(a) receiving external noise outside the electronic device;

(b) performing a filtering operation on the external noise signal corresponding to the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side in the electronic device;

(c) amplifying and reproducing an acoustic signal to be reproduced, and regenerating by subtracting the filtered external noise signal; and removing ambient noise of the electronic device.

The method of claim 1,

The step (c) includes the step of inverting the signal filtered in the step (b) and adding the phase inverted signal to the sound signal, wherein the ambient noise of the electronic device is removed. Signal output method.

A microphone for receiving external noise on an outer surface of the electronic device;

An internal filter for filtering the external noise signal received by the microphone corresponding to the filtering effect by the electronic device itself between the outside of the electronic device and the speaker side; And

And a phase inverter for reversing the external noise signal filtered by the internal filter and providing the inverted phase to the speaker.

And a subtractor configured to subtract the external noise signal filtered by the internal filter from a sound signal to be reproduced and provide the same to the speaker.