소리를 시각화한 신개념 기술

소리를 시각화한 신개념 기술

[인터뷰] 허신 기계연 나노자연모사연구실 박사

 

소리를 들을 수 없는 청각장애인들은 일상생활에서 비장애인들에 비해 많은 위험에 노출돼 있다. 자동차경적 소리나 화재경보음 등 위험을 예방하기 위한 각종 소리정보를 취득할 수 없기 때문이다.

하지만 이제 청각장애인들도 소리를 효과적으로 ‘볼 수’ 있게 됐다. 허신 한국기계연구원(이하 기계연) 나노자연모사연구실 박사팀이 소리를 시각화한 청각도우미 장치를 개발한 것이다. 이는 자동차 경적이나 지하철 알람, 전화벨소리 등 청각장애인이 듣고 싶어 하는 소리를 눈으로 볼 수 있도록 해 앞으로 청각장애인들의 생활이 한 층 윤택해질 것으로 평가받고 있다.

안경형태 장치 디스플레이에 시각화 표시

▲ 허신 기계연 나노자연모사연구실 박사 ⓒ한국기계연구원

허신 박사팀의 이번 연구는 안경 형태의 청각도우미 장치 위에 청각장애인이 듣고 싶어 하는 소리를 시각화하는 기술이다. 안경과 목걸이, 팔찌 등 휴대용 착용 장비에 적용, 소리를 일정 간격으로 배열된 초소형 청각소자에 입사한 후 측정되는 각각의 음압신호 공간 분포를 가시화 알고리즘을 통해 디스플레이에 표시해 소리 방향과 위치를 눈으로 볼 수 있게 해 준다.

개발된 초소형 청각소자는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 마이크로폰 소자다. 4인치 실리콘 웨이퍼 기준으로 수백 개 소자를 대량으로 제조할 수 있는 MEMS 공정기술을 이용하기 때문에 제품 제작의 효율에도 기여할 수 있다. 가격경쟁력은 물론 제품의 소형화와 소자 특성을 균일하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.

제품을 개발하기 위해 연구팀은 실리콘 기판에 마이크로폰 소자 및 CMOS 신호처리소자를 제작한 후 두 소자를 패키징 한 MEMS 마이크로폰을 6mm×7mm 크기로 제조했다. 개발된 마이크로폰은 일반적인 MEMS 마이크로폰 감도(-42.0dB)보다 우수한 감도(–37dB)와 100~5,000Hz의 넓은 주파수 대역을 갖고 있다.

특히 허신 박사팀의 이러한 기술은 국내 최초로 수행된 것이어서 더욱 눈길을 끈다. 기존에는 산업체에서 등에서 자동차 소음이나 풍력발전기 날개 소음을 측정해 가시화하는 장비 정도만 존재했다. 청각장애인의 청각보조를 위한 기기는 전무했다고 볼 수 있다.

허신 박사는 “기존 산업체에서는 자동차 소음이나 풍력발전기 날개 소음을 측정해 가시화 하는 장비가 있었다. 하지만 대부분이 고가였으며 큰 사이즈의 마이크로폰 어레이 및 신호처리장치를 사용해 왔다. 청각장애인의 청각보조를 위해 적합한 특성을 갖는 초소형 청각소자를 이용해 소리를 시각화하는 연구 사례는 없었다”고 언급했다.

본 연구와 관련해서 허신 박사는 “기존의 MEMS 마이크로폰은 주로 휴대용 IT기기의 음성처리에 적합한 특성을 갖고 있지만 이번에 개발된 MEMS 마이크로폰 기술은 청각장애인이 듣고 싶어 하는 소리의 방향과 발생 위치를 시각적으로 확인할 수 있는 청각보조용 장치의 핵심 기술”이라며 “단순히 소리의 크기를 증폭시키는 보청기나 고도난청 환자들에게 이식되는 인공와우와도 차별화 된다”고 설명했다.

청각장애인‧노약자 삶의 질 향상에 기여

▲ CMOS 신호처리소자가 통합 패키지된 MEMS 마이크로폰 ⓒ한국기계연구원

허신 박사팀의 이번 기술은 청각장애인들로 하여금 소리를 시각화할 수 있는 장을 마련했다는 점에 큰 의의가 있다.

허신 박사는 “개발된 기술은 안경, 목걸이, 팔찌 등 휴대용 또는 착용형 장비에 적용할 수 있어 청각장애인들의 장애 노출을 최소화할 수 있다”며 “궁극적으로 청각장애인과 노약자의 삶의 질 향상에 크게 기여할 전망이다. 또한 현재 MEMS 마이크로폰 소자는 전량 외국에서 수입되고 있지만 향후 상용화되면 약 10억 달러의 수출 및 수입대체 효과가 예상된다”고 설명했다.

허신 박사가 이번 연구를 진행한 것은 청각장애인들의 삶에 관심을 가지면서부터다. 장애인들에게 상대적으로 불편한 시스템인 각종 생활환경에서 장애인들이 보다 편리하게 생활할 수 있도록 고민하던 차에 이번 연구를 시작하게 된 것이다.

“그동안 청각장애인들의 삶의 질에 대한 관심이 있었습니다. 그러던 중 이번 장비를 개발하면 청각장애인에게 도움이 될 수 있을 것이라고 생각했죠. 청각장애인들의 삶의 질을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 모두가 건강한 사회생활을 할 수 있는 계기가 되고, 더 나아가 국가발전에 도움이 된다고 판단해 연구를 진행하게 됐습니다.”

본 연구는 기업과 학교의 관심을 받으며 지금에 이를 수 있었지만, 연구 과정이 항상 순탄했던 것은 아니었다. 무엇보다 감도와 주파수 대역의 특성을 갖도록 설계하는 것은 가장 어려운 부분이었다. 청각장애인들이 듣고 싶어 하는 소리를 감지하는 것도 어려울 뿐 아니라, 그것의 감도와 주파수대역 특성을 파악하는 것도 결코 쉽지 않았다.

개발된 기술은 추후 휴대폰과 노트북, 카메라, 의료기기, 오락기, 음향 진단기기, 산업분야의 소음진단 등에 응용이 가능하다. 허신 박사는 “본 기술의 세계시장 규모는 2020년에 약 41억 달러, 한화 약 4조5,600억 원 수준으로 예상되는 만큼 매우 큰 잠재력을 갖고 있다”고 덧붙였다.

연구를 발표한 허신 박사는 “앞으로 본 장치가 청각장애인에게 유용하게 사용될 수 있도록 더욱 힘 쓸 예정”이라며 “가끔 ‘장치를 개발해주어서 감사하다’는 메일을 받으면 연구한 보람을 느낀다. 올 2013년 말까지 4mm×4mm로 축소된 크기를 구현함으로써 활용 영역과 기술경쟁력을 더욱 높일 예정이다. 개발된 기술은 참여 기업에 이전할 계획”이라고 언급했다.

황정은 객원기자 | hjuun@naver.com 저작권자 2013.05.06 ⓒ ScienceTimes