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인체 내부에서의 진동 전달특성 분석
An Analysis of the Vibration Characteristics through the Human Body 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.19 no.7, 2000년, pp.59 - 65  

전종원 (상지영서대학 전자계산과) ,  진용옥 (경희대학교 전자정보학부)

초록
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본 논문은 음성진단이나 치료를 위한 기초연구로서, 인체의 진동신호를 측정하여 그 특성을 분석한 것이다. 가진신호는 외부적인 힘이 아닌 자신의 음성이며, 진동과 공진 특성이 강한 모음 '아', '에', '이', '오', '우'를 적용하여 실험하였다. 실험장치로는 마이크로폰가속도계 그리고 증폭기를 이용하였으며 컴퓨터에 측정 데이터를 저장하였다. 마이크로폰으로 음성신호를 저장하면서 동시에 가속도계를 이용하여 인체 각 부위에서의 진동신호를 측정하였으며 측정 위치는 머리, 목, 몸체를 일정한 간격으로 나누어 총 63개의 위치로 정하였다. 진동 신호의 측정 위치와 횟수는 사용 목적에 따라 충분히 가변적일 수 있다. 진동 분석을 위한 파라미터는 진동 신호의 크기, 위상, 기본 진동수, 결집음폭대이며, 코히어런스 함수를 이용하여 인체의 진동신호와 음성과의 상관성을 알아보았다. 실험결과, 인체의 위치에 따라 독특한 특징들이 있음을 확인하였으며, 그 결과를 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the analysis of vibration characteristics through the human body as the research for voice therapy and diagnosis. The oscillation signal is not external forces but the self-voice to be pronounced the vowels ('a', 'e', 'i', 'o', 'u'). The experiment system consists of microphones...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 결집음폭대 분석을 위해 프레임 길이(Frame Length)는 10msec, 프레임 이동(Frame Advance) 5msec, 필터 계수 (Filter Order)는 12차, 대역폭(Band Width)은 500Hz이하 로 제한하여 계산하였다.
  • 결집음폭대 분석을 위해 프레임 길이(Frame Length)는 10msec, 프레임 이동(Frame Advance) 5msec, 필터 계수 (Filter Order)는 12차, 대역폭(Band Width)은 500Hz이하 로 제한하여 계산하였다.
  • 첫째, 인체에 전달되는 에너지의 변화 를 주파수별로 살펴보았으며 주파수별 비교분석을 용이 하게 하기 위하여 8옥타브(Octave) 대역으로 나누어 분석 하였다. 둘째, 성대에서의 신호의 변화와 역할 등을 실험을 통해 알아보았고 셋째, 음성 고유의 특성이 인체의 각 부 위에서 어떤 특성으로 나타나는 지 알아보기 위해 결집음폭대(Formant)와 코히어런스(Coherence)를 측정하였다.
  • 첫째, 인체에 전달되는 에너지의 변화 를 주파수별로 살펴보았으며 주파수별 비교분석을 용이 하게 하기 위하여 8옥타브(Octave) 대역으로 나누어 분석 하였다. 둘째, 성대에서의 신호의 변화와 역할 등을 실험을 통해 알아보았고 셋째, 음성 고유의 특성이 인체의 각 부 위에서 어떤 특성으로 나타나는 지 알아보기 위해 결집음폭대(Formant)와 코히어런스(Coherence)를 측정하였다.
  • 갖는다. 본 논문에서는 ISO가 규정한 옥타브 밴드 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000(Hz)를 사용하였다. 실험한 결과 몸통QUmk) .
  • 본 논문에서는 모음 '아', '에', '이', '오', 우를 발성하여 그 진동신호가 인체 각 부위에 전달되는 과정과 특성을 분석하였다.
  • 본 논문에서는 모음 '아', '에','이', '오', 우를 발성 하여 그 진동신호가 인체 각 부위에 전달되는 과정과 특 성을 분석하였다. 첫째, 인체에 전달되는 에너지의 변화 를 주파수별로 살펴보았으며 주파수별 비교분석을 용이 하게 하기 위하여 8옥타브(Octave) 대역으로 나누어 분석 하였다.
  • 음성에 관한 인체 각 부위의 진동 신호를 검출하기위 해 모음 '아','에','이','오','우'를 발성하도록 하여 그 음 성과 함께 인체 각 부위에 전달되는 진동 신호를 동시에 측정하였다. 모음이 자음보다 많은 진동을 발생시키며 공 진특성이 잘 나타나기 때문에 실험 음성으로 사용하였다.
  • 음성에 관한 인체 각 부위의 진동 신호를 검출하기위 해 모음 '아','에','이','오','우'를 발성하도록 하여 그 음 성과 함께 인체 각 부위에 전달되는 진동 신호를 동시에 측정하였다. 모음이 자음보다 많은 진동을 발생시키며 공 진특성이 잘 나타나기 때문에 실험 음성으로 사용하였다.
  • 인체는 대칭이면서 내부적으로 좌,우가 다르고 횡격막과 성대를 기준으로 부분적으로 상,하가 구분되어 있다. 이 와같은 구조적 특성에 대한 음파의 전달특성을 전달에너 지와 위상성분,결집음폭대 특성,방사 음성과의 상관성을 통해 알아보았다. 향후, 인체 내부의 음향 특성을 이용하 여 더욱 효과적인 음성치료나 음성진단을 하기 위해서는 다양한 기초 연구가 필요하다고 하겠다.
  • 한 개는 목에 있 는 성대(vocal cords)이며, 한 개는 몸 중앙에 위치한 횡격막(diahragm)이다. 이 중에서 성대의 상,하 양측멷에 인접한 두 진동신호를 비교해 보았다. 위상은 역전(Eiase Reversal)되어 180° 가까이 위상차가 발생한다.
  • 인체는 대칭이면서 내부적으로 좌,우가 다르고 횡격막과 성대를 기준으로 부분적으로 상,하가 구분되어 있다. 이 와같은 구조적 특성에 대한 음파의 전달특성을 전달에너 지와 위상성분,결집음폭대 특성,방사 음성과의 상관성을 통해 알아보았다. 향후, 인체 내부의 음향 특성을 이용하 여 더욱 효과적인 음성치료나 음성진단을 하기 위해서는 다양한 기초 연구가 필요하다고 하겠다.
  • 인체 진동신호 추출을 위한 측정위치는 먼저 인체를 그림 1과 같이 머리, 목, 몸통으로 분류하여, 머리 부분에 서는 머리 위에서 5곳, 안면에서는 이마와 광대뼈등 3곳, 측면에서는 귀 윗부분 그리고 뒷면은 1곳에서 추출하였 다. 목에서의 구간은 성대(Vocal cords)를 기준으로 위와 아래 부분 그리고 성대 위치이고 전, 후, 좌, 우 같은 방 식으로 데이터를 추출하였다.
  • 인체 진동신호 추출을 위한 측정위치는 먼저 인체를 그림 1과 같이 머리, 목, 몸통으로 분류하여, 머리 부분에 서는 머리 위에서 5곳, 안면에서는 이마와 광대뼈등 3곳, 측면에서는 귀 윗부분 그리고 뒷면은 1곳에서 추출하였 다. 목에서의 구간은 성대(Vocal cords)를 기준으로 위와 아래 부분 그리고 성대 위치이고 전, 후, 좌, 우 같은 방 식으로 데이터를 추출하였다.
  • 코히어런스 함수값은 0〜1사이의 값을•가지며, 1에 가까울수록 두 신호 사이의 선 형 종속 정도가 강하다고 볼 수 있다. 인체에서 63개의 표본 위치를 정하고 각 위치에서의 내부 진동신호와 음 성을 가지고 코히어런스 함수를 구하였다. 그림 12는 주 파수 대역을 8옥타브로 나누어 인체 부위와 함께 구성한 3차원 특징을 등고선도로 나타낸 것이다.
  • 코히어런스 함수값은 0〜1사이의 값을•가지며, 1에 가까울수록 두 신호 사이의 선 형 종속 정도가 강하다고 볼 수 있다. 인체에서 63개의 표본 위치를 정하고 각 위치에서의 내부 진동신호와 음 성을 가지고 코히어런스 함수를 구하였다. 그림 12는 주 파수 대역을 8옥타브로 나누어 인체 부위와 함께 구성한 3차원 특징을 등고선도로 나타낸 것이다.
  • 인체의 공명특성을 알아보기위해 결집음폭대 성분을 추출하여 비교하였다. 제1결집음폭대는 가슴머리-목 순으로 높았으며 모음'아'에서는 가슴과 복부, 머리에서 제2결 집음폭대 주파수가 음성과 일치하였다.
  • 주파수별 비교분석을 용이하게 하기 위하여 옥타브 대역 으로 나누어 분석하였다. 중심 주파수(Charact前sth Frequency) 는 일정 주파수 대역의 중간주파수를 의미하거나, 옥타브 대역 해석시 기준이 되는 주파수이다.
  • 주파수별 비교분석을 용이하게 하기 위하여 옥타브 대역 으로 나누어 분석하였다. 중심 주파수(Charact前sth Frequency) 는 일정 주파수 대역의 중간주파수를 의미하거나, 옥타브 대역 해석시 기준이 되는 주파수이다.
  • 본 논문에서는 모음 '아', '에','이', '오', 우를 발성 하여 그 진동신호가 인체 각 부위에 전달되는 과정과 특 성을 분석하였다. 첫째, 인체에 전달되는 에너지의 변화 를 주파수별로 살펴보았으며 주파수별 비교분석을 용이 하게 하기 위하여 8옥타브(Octave) 대역으로 나누어 분석 하였다. 둘째, 성대에서의 신호의 변화와 역할 등을 실험을 통해 알아보았고 셋째, 음성 고유의 특성이 인체의 각 부 위에서 어떤 특성으로 나타나는 지 알아보기 위해 결집음폭대(Formant)와 코히어런스(Coherence)를 측정하였다.
  • 본 논문에서는 모음 '아', '에','이', '오', 우를 발성 하여 그 진동신호가 인체 각 부위에 전달되는 과정과 특 성을 분석하였다. 첫째, 인체에 전달되는 에너지의 변화 를 주파수별로 살펴보았으며 주파수별 비교분석을 용이 하게 하기 위하여 8옥타브(Octave) 대역으로 나누어 분석 하였다. 둘째, 성대에서의 신호의 변화와 역할 등을 실험을 통해 알아보았고 셋째, 음성 고유의 특성이 인체의 각 부 위에서 어떤 특성으로 나타나는 지 알아보기 위해 결집음폭대(Formant)와 코히어런스(Coherence)를 측정하였다.

대상 데이터

  • 음성신호는 진동 원으로서의 역할과 더불어 인체 내부 진동신호를 분석하 기 위한 기준 신호로 사용하기 위해 동시에 저장하였다. 데이터 입력 장치로는 마이크로폰。&K4193)과 가속도계 (B&K4374)를 사용하였으며 증폭기는 NEXUS(B&K2690) 를 사용하였다(그림 2).
  • 음성에 관한 인체 각 부위의 진동 신호를 검출하기위 해 모음 '아','에','이','오','우'를 발성하도록 하여 그 음 성과 함께 인체 각 부위에 전달되는 진동 신호를 동시에 측정하였다. 모음이 자음보다 많은 진동을 발생시키며 공 진특성이 잘 나타나기 때문에 실험 음성으로 사용하였다.
  • 인체 진동신호 추출을 위한 측정위치는 먼저 인체를 그림 1과 같이 머리, 목, 몸통으로 분류하여, 머리 부분에 서는 머리 위에서 5곳, 안면에서는 이마와 광대뼈등 3곳, 측면에서는 귀 윗부분 그리고 뒷면은 1곳에서 추출하였 다. 목에서의 구간은 성대(Vocal cords)를 기준으로 위와 아래 부분 그리고 성대 위치이고 전, 후, 좌, 우 같은 방 식으로 데이터를 추출하였다. 몸통(Trunk)에서는 앞, 뒤 각각 15곳, 양측면은 종방향으로 5곳을 표본 추출 구간으로 설정하여 전체 63개의 위치를 설정하였다.
  • 목에서의 구간은 성대(Vocal cords)를 기준으로 위와 아래 부분 그리고 성대 위치이고 전, 후, 좌, 우 같은 방 식으로 데이터를 추출하였다. 몸통(Trunk)에서는 앞, 뒤 각각 15곳, 양측면은 종방향으로 5곳을 표본 추출 구간으로 설정하여 전체 63개의 위치를 설정하였다. 음성신호는 진동 원으로서의 역할과 더불어 인체 내부 진동신호를 분석하 기 위한 기준 신호로 사용하기 위해 동시에 저장하였다.

이론/모형

  • 음성신호와 내부 음파 사이의 유사도를 측정하기 위해 코히어런스(coherence) 함수를 사용하였다. 코히어런스 함 수는 두 신호 사이의 선형성의 정도를 나타내는 지표로 서 주파수의 함수로 표현하며 두 신호의 자기스펙트럼 (Auto-Spextrum)과 상호스펙트럼(Cross-Spectrum)으로 나 타내면 다음과 같다.
  • 음성신호와 내부 음파 사이의 유사도를 측정하기 위해 코히어런스(coherence) 함수를 사용하였다. 코히어런스 함 수는 두 신호 사이의 선형성의 정도를 나타내는 지표로 서 주파수의 함수로 표현하며 두 신호의 자기스펙트럼 (Auto-Spextrum)과 상호스펙트럼(Cross-Spectrum)으로 나 타내면 다음과 같다.
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