본 논문에서는 발성장애아의 음성적 특징을 중심으로 컴퓨터 기반 발성훈련시스템을 설계 및 구현하였다. 본 발성훈련시스템은 선행훈련, 발성인지훈련, 발성강화훈련 단계로 구성되어 있으며, 발성장애 아동의 발성의 상황과 레벨을 분석하고 반복학습 및 개별학습이 가능하도록 하였다. 컴퓨터를 기반으로 발성장애아의 음성을 디지털 신호처리하기 위해 음성적 파라미터 즉, 음성의 강도, 음성의 고저, 유 무성음을 추출하였다. 추출된 음성적 파라미터는 이동체의 움직임 벡터 값으로 변환하여 이미지, 애니메이션, 게임적 요소와 같이 시각적으로 피드백 할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 발성장애아의 음성적 특징을 중심으로 컴퓨터 기반 발성훈련시스템을 설계 및 구현하였다. 본 발성훈련시스템은 선행훈련, 발성인지훈련, 발성강화훈련 단계로 구성되어 있으며, 발성장애 아동의 발성의 상황과 레벨을 분석하고 반복학습 및 개별학습이 가능하도록 하였다. 컴퓨터를 기반으로 발성장애아의 음성을 디지털 신호처리하기 위해 음성적 파라미터 즉, 음성의 강도, 음성의 고저, 유 무성음을 추출하였다. 추출된 음성적 파라미터는 이동체의 움직임 벡터 값으로 변환하여 이미지, 애니메이션, 게임적 요소와 같이 시각적으로 피드백 할 수 있도록 하였다.
In this paper, we design and implement complement based speech training system for voice disorder. The system consists of three level of training: precedent training, training for speech apprehension and training for speech enhancement. To analyze speech of voice disorder, we extracted speech featur...
In this paper, we design and implement complement based speech training system for voice disorder. The system consists of three level of training: precedent training, training for speech apprehension and training for speech enhancement. To analyze speech of voice disorder, we extracted speech features as loudness, amplitude, pitch using digital signal processing technique. Extracted features are converted to graphic interface for visual feedback of speech by the system.
In this paper, we design and implement complement based speech training system for voice disorder. The system consists of three level of training: precedent training, training for speech apprehension and training for speech enhancement. To analyze speech of voice disorder, we extracted speech features as loudness, amplitude, pitch using digital signal processing technique. Extracted features are converted to graphic interface for visual feedback of speech by the system.
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문제 정의
이러한 목적을 충족시키기 위해 컴퓨터를 기반으로 발성장애 아의 음성을 디지털 신호 처리하여 발성에 대한 즉시적인 파라미터 추출과 발성의 상태를 시각적으로 표현함으로써 흥미를 높일 수 있도록 하였다. 또한 최적의 음성을 유지하기 위한 지속적이고 반복훈련이 가능하도록 하였다.
그러므로 발성장애아에게 자신의 발성에 대해 성대의 진동 유 .무를 자각시킴으로써 발성요령을 터득 시키는데 효과를 높이고자 한다.
발성인지훈련단계를 보완 및 강화하기 위한 단계로 발성의 유동성과 언어의 멈춤, 불규칙과 같은 음의 리듬을 훈련시켜 자연스런 발성을 유도 하는데 목적이 있다. 훈련단계는 소리고저강화훈 련, 소리강도강화훈련, 유.
따라서 본 논문에서는 국내의 발성 . 발어 훈련 기기 개발의 극소수로 인해 장애아들이 훈련기기를 통한 교육의 훈련 기회가 부족함에 따라 발성 장애아 중심의 컴퓨터 기반 발성훈련 시스템을 개발하여 보편적으로 사용할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 발성장애아를 위한 발성훈련시스템의 필요성을 인지하고, 이를 위한 컴퓨터 기반 발성훈련시스템을 설계하고 구현하였다. 기본적으로 음성의 파라미터 중소리고저, 소리강도, 유.
본 논문은 발성이 부자연스럽거나 불명확하여 다른 사람과 의사소통 하는데 어려움이 있는 발성장애아동의 발성을 훈련시키기 위한 발성훈련 시스템을 개발하는데 그 목적이 있다. 장애아의 경우 발성에 대한 청각적 피드백을 얻기 어려우므로 자신의 발성에 대한 오차를 인식할 수 있도록 시각적 피드백을 이용함으로써 학습의 효과를 높일 수 있도록 해야 한다.
제안 방법
반복학습은 학생들이 이미 습득한 지식을 유지하고, 강화시키는데 그 목적을 두고 있다. 개별학습을 위해 모듈별로 훈련시스템을 설계하였으며, 선행 훈련의 평가 결과에 의해서 발성의 상황과 레벨을 판단하고. 판단된 결과를 이용하여 학습자의 발성상황에 적합한 훈련모듈을 선택하도록 하였다.
무성을 기반으로 하여 시스템을 설계하였으며, 발성장애아의 발성 상태나 레벨에 따라 개별 훈련 및 반복훈련 할 수 있도록 모듈별로 설계하였다. 또한 장애아 자신의 발성을 자각시키기 위해 이미지, 2차원 애니메이션 등을 이용하여 시각적 피드백 할 수 있도록 하였다.
기본적으로 음성의 파라미터 중소리고저, 소리강도, 유.무성을 기반으로 하여 시스템을 설계하였으며, 발성장애아의 발성 상태나 레벨에 따라 개별 훈련 및 반복훈련 할 수 있도록 모듈별로 설계하였다. 또한 장애아 자신의 발성을 자각시키기 위해 이미지, 2차원 애니메이션 등을 이용하여 시각적 피드백 할 수 있도록 하였다.
훈련단계는 소리고저강화훈 련, 소리강도강화훈련, 유. 무성음훈련으로 구성되어 있으며 발성장애아의 홍미를 유발하기 위해 2차원 애니메이션을 이용한 게임적 요소를 활용 하였다.
발성장애 중 발성이 너무 높거나 너무 낮은 음도 장애를 위한 훈련 단계이다. 선행훈련을 기반으로 발성장애아의 장애를 수반하는 음도 대역을 설정하여 반복적으로 훈련이 가능하게 설계하였다. 또한 음도 대역을 낮은 음도에서 높은 음도까지 단계적으로 설정하여 여러 음도 대역을 훈련할 수 있다
또한 장애아가 쉽게 이용할 수 있고 학습을 극대화하기 위해서는 특 수아동의 수준에 적절해야 하며 아동의 관심과 흥미를 끄는 훈련도구이어야 한다. 이러한 목적을 충족시키기 위해 컴퓨터를 기반으로 발성장애 아의 음성을 디지털 신호 처리하여 발성에 대한 즉시적인 파라미터 추출과 발성의 상태를 시각적으로 표현함으로써 흥미를 높일 수 있도록 하였다. 또한 최적의 음성을 유지하기 위한 지속적이고 반복훈련이 가능하도록 하였다.
그러므로 음성신호에서 시간에 따른 에너지 를 구함으로써 음의 세기를 알아낼 수 있다. 추출 된 음의 세기는 표 1과 같이 음의 세기에 따라 이동체의 크기를 다르게 보여줌으로써 발성장애 아동이 소리의 강도를 자각할 수 있도록 하였다.
개별학습을 위해 모듈별로 훈련시스템을 설계하였으며, 선행 훈련의 평가 결과에 의해서 발성의 상황과 레벨을 판단하고. 판단된 결과를 이용하여 학습자의 발성상황에 적합한 훈련모듈을 선택하도록 하였다. 발성훈련단계는 선행훈련, 발성인지단계, 발성 강화단계로 구성된다.
발성장애아의 음성 파라미터중 음의 높이와 크기에 대한 결손부분을 찾아내어 발성장애아로 하여금 학 습 성취목표를 제시하는 훈련단계이다. 훈련방법은 웨이브폼이나 스펙트로그램을 통해 음의 높이와 크기를 훈련하며, 소스 음성의 제시는 그림 3과 같이 성별, 연령을 고려하여 음의 높이와 크기 각각에 대해 Low, Medium, High로 구분하여 제시한다.
이론/모형
발성의 높낮이를 찾기 위해 시간영역 피치 검출방법 중 하나인 AMDP(Average Nfegnitude Diffaience Function)를 이용하여 피치를 추출하였으며 AMDF 는 다음과 같다.
발성장애아의 발성에 대한 음성 신호처리와 분석 및 평가를 위해 Delphi 4.0을 사용하였으며, 게 임적 요소와 그래픽, 애니메이션, 사운드 등 멀티 미디어 요소의 사용으로 인해 처리속도가 떨어지는 문제점을 보완하기 위해 DirectX 6.0을 이용하였다 [14].
이 음성신호에 윈도우 함수를 곱하여 샘플을 추출한다. 이 과정을 거친 음성신호는 AMIW법에 의해 피치를 구한다. 이 수치는 그림 7과 같이 셋업된 음도 대역과 비교하여 피치값이 일정 범위 안에 있을 때 이동체가 움직이며 음도 대역을 벗어나면 이동체가 정지하도록 구현하였다.
성능/효과
향후 연구과제는 첫째, 발성장애아의 훈련에 대한 흥미 및 동기유발을 위해 보다 많은 유형의 시각적 화면 및 게임적 요소를 추가하고자 한다. 둘째, 장애자의 음성은 정상인과 달라 성대의 진 동이 불규칙하다. 피치주기의 불규칙성을 측정하기 위한 Jitter와 진폭변화의 불규칙성을 측정하기 위한 Shimmer와 같은 파라미터를 추가하여 기능을 강화한다.
후속연구
본 시스템은 발성장애아가 자신의 발성에 대한 자각과 인지가 가능하며 훈련에 대한 흥미를 유 발함으로써 지속적이고 반복적인 훈련이 가능할 것으로 기대된다. 또한 발성장애아 뿐만 아니라 교사, 가수 등과 같은 음성을 많이 사용하는 정상인을 위한 훈련시스템으로도 활용될 수 있다.
피치주기의 불규칙성을 측정하기 위한 Jitter와 진폭변화의 불규칙성을 측정하기 위한 Shimmer와 같은 파라미터를 추가하여 기능을 강화한다. 셋째, 본 시스템에 대한 실제 특수 교육현장에서 훈련 효과에 대한 검증 및 평가가 필요하다.
향후 연구과제는 첫째, 발성장애아의 훈련에 대한 흥미 및 동기유발을 위해 보다 많은 유형의 시각적 화면 및 게임적 요소를 추가하고자 한다. 둘째, 장애자의 음성은 정상인과 달라 성대의 진 동이 불규칙하다.
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