선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 실험 1의 목적은 합성음성의 음향학적 특성과 여러 가지 요인들 중 합성음성 경보자극이 주어졌을 때, 청취자가 주관적으로 인지하는 위급도에 영향을 주는 요인들을 찾아내는 것이다.
- 예비실험의 목적은 피실험자들의 비율판단 능력을 파악하는 것이다. 본 연구에서 수행된 모든 실험에서, 피실험자가 인지하는 위급도에 대한 주관적 평가는 magnitude estimation 기법을 이용하여 측정하였다.
- 즉, 청각적 경보신호의 음향학적, 비음향학적 요소들과 이 경보신호를 청취하였을 때 인간이 주관적으로 인지하는 위급한 정도의 관계를 규명하고, 이를 이용하여 상황에 적합한 정도의 위급함을 전달 할 수 있는 경보신호를 설계하자는 것이다. 이렇게 위급함에 대한 정보를 암호화한 청각적 경보 신호는 상황에 맞는 행동을 유도할 수 있으며, 경보에 대한 응답시간을 단축시킬 수 있다(Morris and Montano, 1996).
가설 설정
- 본 연구에서 수행된 모든 실험에서, 피실험자가 인지하는 위급도에 대한 주관적 평가는 magnitude estimation 기법을 이용하여 측정하였다. Magnitude estimation기법은 인간이 외부자극에 대한 인지강도를 비율로 판단할 수 있고, 적절한 형태, 즉 선의 길이나 수치로 표현 가능하다는 가정을 바탕으로 한다. 따라서 본 실험에 앞서 피실험자들을 대상으로 비율판단(ratio judgment)능력에 대한 검증작업을 실시하였다.
- 80dB의 일정한 크기 순음(pure tone)의 음높이 인지에 있어서, 변화감지역(JND: Just Noticeable Difference) 값은 2Hz 이상(Roederer, 1973)이라고 알려져 있다. 본 연구에 사용된 합성음은 순음이 아닌 복합음이기 때문에 단순비교는 어렵지만, 피치 진동 수차이 0.2Hz는 변화감지역 미만이라고 가정하였다.
제안 방법
- 또한, 주관적 위급 도를 합성음성 경보음에 암호화 하기 위해서는 다양한 어휘와 경보 메시지 형태 등, 좀 더 다양한 경보음 설계요인들에 대한 평가가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 4개의 실험을 통해, 1) 연결형 합성(concatenative synthesis)방식의 합성음을 이용하여 경보음을 제작하기 위해 고려되어야 할 여러 가지 요인들을 파악하고, 2) 경보음을 청취한 후 청취자가 주관적으로 인지하는 위급도 사이의 관계를 규명하고, 이를 정량화하고자 한다.
- Magnitude estimation기법은 인간이 외부자극에 대한 인지강도를 비율로 판단할 수 있고, 적절한 형태, 즉 선의 길이나 수치로 표현 가능하다는 가정을 바탕으로 한다. 따라서 본 실험에 앞서 피실험자들을 대상으로 비율판단(ratio judgment)능력에 대한 검증작업을 실시하였다.
- 본 실험에서는 회귀식의 기울기가 1 인지를 유의수준 5%에서 검정하였으며, 여기에 합격된 피실험자들의 결과만을 이용하여 실험 결과분석을 행하였다. 또한 합격된 피실험자들의 비율 판단 경향을 파악하여 본 실험에서의 평가치들을 통합 보정하였다. 이 두 가지 회귀식의 계수는 본 실험의 결과분석 시, 그 피실험자의 주관적 위급도 평가치 들을 통합, 보정하는데에도 이용하였다.
- 이러한 사실은 이들 요인들을 조정하면, 실제상황의 위급한 정도를 나타낼 수 있는, 즉인지 심리학적인 적합성을 가지는 경보신호를 생성할 수 있음을 보여준다. 물론 이를 위해서는 유효한 요인들에 대한 상세한 분석이 필요하며, 이를 위하여 실험 2, 3, 4에서는 요인들 중 세부적인 조정이 가능한 요인들에 대하여 정량적인 평가를 수행하였다.
- 실험 1에서는 6가지 요인 즉, 합성음성의 음높이를 나타내는 평균 피치(pitch), 합성음성의 빠르기(speech rate: 발성 속도), 경보메시지 형태(message format), 메시지의 의미, 합성음성의 성별, 반복되는 경보메시지들 간의 시간 간격 등의 요인들을 평가하였다. 각 요인들의 수준은 표 1과같이 각각 2개 수준이다.
- 실험 2에서는 정량적 요인인 합성음성의 빠르기(speech rate)에 대하여, 실험 3에서는 평균 피치(pitch)에 대하여, 그리고 실험 4에서는 반복되는 경보메시지 사이 시간에 대하여 각각의 독립적인 실험을 수행하였다.
- 실험 2에서는 합성음성 경보음의 빠르기(speech rate)를 세분화 하여 이에 따른 주관적 위급도 평가 변화를 정량화하기 위해, 4개의 합성음성 경보음(메시지 2개 X 음성 2개)의 빠르기(speech rate)를 각각 7개 수준으로 조정하였다. 음성합성기에서 생성된 합성음성의 빠르기를 100%라고 하였을 때, 70~130% 범위에서 10%씩 조정하였으며, 이에 따라 총 28개의 실험자극을 생성하고, 표본화율 16kHz, 16bit mono WAV 파일형식으로 저장하여 실험에 이용하였다.
- 실험 4에서는 반복되는 경보메시지 사이 시간 간격을 7개 수준으로 세분화하였는데, 0.25 sec의 7~130% 범위인 0.18 ~0.32sec에서 10% 간격으로 조정하여 실험자극을 생성하였다.
- 실험에 이용된 합성음성은 연결형 합성(concatenative synthesis) 방식을 이용하는 Rhetorical rVoice TTS(Text-To-Speech) 시스템과 AT&T Natural Voices를 이용하여 생성하였으며, 16kHz sampling rate, 16bit mono WAV file format으로 저장하였다. 저장된 합성음성은 Praat 4.
- 실험의 절차는, Lodge(1981)와 Tanenhaus and Murphy (1981) 등이 사용한 실험절차와 지시문을 상황에 맞도록 수정하여 사용하였으며, 선을 긋고, 수치로 평가함으로써 비율 판단을 하도록 하였다. 피실험자에게 수치를 제시하고 이에 적합한 길이의 선을 그리도록 함으로써 비율판단을 하는 경우, 이 측정된 선의 길이와 수치자극을 Log 변환하여 선형 회귀분석을 실시하면, 회귀식의 기울기는 1에 가까운 값을 가져야 한다.
- 실험절차는 실험 1과 동일한 절차를 이용하였으며, 각 실험 별로 28개의 자극을 임의의 순서로 들려주고, 각각의 자극이 평가기준(reference) 경보음과 비교하여 어느 정도 위급하게 느껴지는지를 선을 긋고, 수치 값을 입력함으로써 나타내도록 하였다.
- 있도록 하였다. 실험지시문은 Mashour and Hosman (1968)의 지시문을 본 실험에 맞도록 수정하여 사용하였다. 실험은 MS Windows XP 기반의 OS에서 MS Visual Basic 6.
- 음성합성기에서 생성된 합성음성의 빠르기를 100%라고 하였을 때, 70~130% 범위에서 10%씩 조정하였으며, 이에 따라 총 28개의 실험자극을 생성하고, 표본화율 16kHz, 16bit mono WAV 파일형식으로 저장하여 실험에 이용하였다.
- 이용하였다. 이 메시지들은 가장 낮은 위급도 평가를 받은 여성 합성음성(이후 Fe)과 가장 높은 위급도 평가를 받은 남성 합성음성(이후 Ma)을 기준으로 각각 생성(합성)한 후에, 전술한 정량적 요인들을 실험수준에 따라 조정하여 실험자극으로 이용하였다.
- file format으로 저장하였다. 저장된 합성음성은 Praat 4.2.29를 이용하여 여러가지 실험수준으로 변형되었으며, Pentium 4 PC에 장착된 Philips Seismic Edge PSC705 sound board와 Philips SBC3375 헤드폰을 통하여 피실험자에게 제시되었다.
- 0으로 프로그래밍된 소프트웨어를 이용하여 진행되었으며, 각각의 실험자극은 임의의 순서로 Pentium 4 PC에 장착된 Philips Seismic Edge PSC705 sound board오牛 Philips SBC3375 헤드폰을 통하여 피실험자에게 제시되었다. 피실험자는 제시되는 경보음과, 미리 들려준 평가기준 경보음 (reference stimuli)을 비교하여 기준 경보음보다 어느 정도 더 위급하게 느껴지는지를 선을 긋고(line production: LP), 수치 값을 입력함(numerical Estimation: NE)으로써 나타내도록 하였다.
대상 데이터
- 기준을 통과한 23명이 선정되었다. 23명의 피실험자는 19세에서 40세(평균 27.2세, 표준편차 5.13) 사이의 남자 13명, 여자 10명으로 이루어졌다.
- 26명의 피실험자가 실험에 참여하였으며, 이들 중 앞에서 언급한 기준을 통과한 23명이 선정되었다. 23명의 피실험자는 19세에서 40세(평균 27.
- 본 실험에서 사용된 경보메시지는 표 2와 같이 가상적인 비행기 조종석 환경을 대상으로, Simpson and Williams(1980)의 실험에 이용되었던 합성음성 경보메시지들 중 두 가지 의미와 메시지 형태(format) 두 가지를 이용하였다. 피실험자들의 실제 생활 환경과는 차이가 있는 비행기 조종석 환경에서의 경보메시지를 대상으로 하므로, 실험 전 피실험자에게 경보가 울리는 위급상황에 대해 충분히 설명하였다 합성음성 경보음의 크기(amplitude)는 위급도 평가에 영향을 미칠 것으로 예측되지만, 본 연구에서는 제외하였다.
- 사용된 실험장비는 실험 1과 동일한 실험장비가 이용되었으며, 실험 1에서 평가되었던 합성음성 경보메시지 중 가장 낮은 위급도 평가를 받은 'Cabin Pressure Dropping' 메시지와 가장 높은 위급도 평가를 받은 'Traffic One O'clock' 메시지를 이용하였다. 이 메시지들은 가장 낮은 위급도 평가를 받은 여성 합성음성(이후 Fe)과 가장 높은 위급도 평가를 받은 남성 합성음성(이후 Ma)을 기준으로 각각 생성(합성)한 후에, 전술한 정량적 요인들을 실험수준에 따라 조정하여 실험자극으로 이용하였다.
- 실험 3에서는 음성합성기에서 생성된 합성음성 평균 피치의 70~130% 범위에서 10%씩 조정하여 7개 수준, 28개의 실험 자극을 생성, 실험에 이용하였다.
- 실험지시문은 Mashour and Hosman (1968)의 지시문을 본 실험에 맞도록 수정하여 사용하였다. 실험은 MS Windows XP 기반의 OS에서 MS Visual Basic 6.0으로 프로그래밍된 소프트웨어를 이용하여 진행되었으며, 각각의 실험자극은 임의의 순서로 Pentium 4 PC에 장착된 Philips Seismic Edge PSC705 sound board오牛 Philips SBC3375 헤드폰을 통하여 피실험자에게 제시되었다. 피실험자는 제시되는 경보음과, 미리 들려준 평가기준 경보음 (reference stimuli)을 비교하여 기준 경보음보다 어느 정도 더 위급하게 느껴지는지를 선을 긋고(line production: LP), 수치 값을 입력함(numerical Estimation: NE)으로써 나타내도록 하였다.
- 합성음성은 Rhetorical rVoice TTS 시스템과 AT&T Natural Voices 시스템에서 사용되는 전형적인 남자음성과 여자음성 각 1개씩 총 4개의 화자(speaker)를 선택하여 생성하였다. 합성음의 빠르기(speech rate)는 초당 발음되는 음절(syllable)를 나타내는 것으로, 메시지 음절 수를 발성 시간으로 나눈 값이다.
데이터처리
- 기하 평균은 magnitude estimation 기법을 이용하여 측정한 자료들의 중심경향을 나타내는 표준적인 측도이다(Lodge, 1981). 기하 평균된 지각 강도(주관적 위급도)와 자극강도 값은 각각 log 변환하여, 선형 회귀분석을 시행하였다.
- 마찬가지로 선을 제시하고 피실험자로 하여금 수치로 선의 길이를 평가하도록 하는 경우에도 회귀식의 기울기는 1에 가까운 값을 가져야 하며, 1에 가까운 값을 가지지 않으면 피실험자가 비율판단 능력이 떨어지거나, 지시사항을 제대로 이행하지 않는 것으로 판정할 수 있다. 본 실험에서는 회귀식의 기울기가 1 인지를 유의수준 5%에서 검정하였으며, 여기에 합격된 피실험자들의 결과만을 이용하여 실험 결과분석을 행하였다. 또한 합격된 피실험자들의 비율 판단 경향을 파악하여 본 실험에서의 평가치들을 통합 보정하였다.
- 실험은 전술한 6개 독립변수들에 각각 2개의 수준으로 실시되었으며, 통합된 위급도 평가치를 종속변수로 하여 ANOVA 분석을 실시하였다. 표 3에서 볼 수 있는 것처럼, 6개 요인들 모두 유의한⑦<0.
-
표 6. 합성음성 빠르기에 대한 회귀분석
회귀식의 기울기 값은 Stevens의 멱함수에서 지수 값에 해당하는데, Wilks's Lambda를 이용하여 기울기 간에 차이가 있는지를 검증하였다
. 네 개의 지수 값들을 두 개씩 쌍으로 6가지 경우에 대하여 검증한 결과, 표 7처럼, 5% 유의수준에서 여성음성(F)으로 합성한 두 개의 메시지 간에 기울기 차이가 있는 것으로 나타났지만, 유의수준 1%에서는 모든 경우에 있어서, 기울기가 다르다고 할 수 없는 것으로 나타났다.
이론/모형
- 각 자극에 대한 피실험자의 평가치는 선의 길이와 수치 값으로 나타나게 되는데, 이 두 개 평가치의 regression bias를 교정하기 위하여 Lodge(1981)가 제안한 다음과 같은 식을 이용하여 통합한 후, 실험의 종속변수로 사용하였다.
- 본 실험에서는 Simpson and Williams(1980)가 제시한 영어로 된 경보메시지를 그대로 이용하였고, 피실험자들은 한국인들이기 때문에, 경보음에 대한 주관적 위급도 평가가 한국어로 된 경보음에 대한 것과는 차이가 있을 수 있다. 또한, 다양한 위급 상황과, 피실험자들이 피부로 느낄 수 있는 실제 생활 환경에서의 위급도 평가연구가 더 진행되어야 하겠지만, 본 연구는 합성음성을 이용한 새로운 경보음 설계에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 것이다. 본 연구에서 수행된 모든 실험에서, 피실험자가 인지하는 위급도에 대한 주관적 평가는 magnitude estimation 기법을 이용하여 측정하였다. Magnitude estimation기법은 인간이 외부자극에 대한 인지강도를 비율로 판단할 수 있고, 적절한 형태, 즉 선의 길이나 수치로 표현 가능하다는 가정을 바탕으로 한다.
- 67로써 소리의 크기 변화에 별로 민감하지 않다는 것을 보여주고 있다. 실험 2, 3, 4의 목적은 정량적 요인들의 지수 값이 각각 어느 정도인지를 파악하는 것이며, 피실험자들의 반응강도는 magnitude estimation 기법을 사용하여 측정하였다.
- 위급도에 대한 두 가지 평가치(LP, NE)는 Lodge(1981)의 방정식을 이용하여 통합한 후, 기하 평균(geometric mean) 을 취하였다. 기하 평균은 magnitude estimation 기법을 이용하여 측정한 자료들의 중심경향을 나타내는 표준적인 측도이다(Lodge, 1981).
- 실험수준은 음성합성 시스템에서 생성된 합성음성 빠르기의 85% 및 115% 수준이다. 이 두 가지 수준에 맞추기 위해 Praat 4.2.29의 PSOLA(Pitch Synchronous Overlap And Add) 알고리즘을 이용하여 각 메시지의 발성시간을 조정하였다.
- 이들 요인과 주관적 위급도와의 정량적 관계를 파악하기 위하여 Stevens의 멱함수(power law)를 이용하였다. Stevens는 외부자극강도와 주관적인 지각강도 간에 지수적인 관계가 있다고 주장하고, 식2와 같이 정의하였다.
- 합성음성의 평균 피치는 autocorrelation method(Borsma, 1993)를 이용하여 측정되었으며, 피치 실험수준은 Praat 4.2.29를 이용하여 조정하였다. 조정된 평균 피치 진동 수들의 최대 차이 값은 0.
성능/효과
- 각 피실험자에는 실험 전, 컴퓨터를 이용한 실험진행과 magnitude estimation을 이용한 평가 방법에 익숙해 질 수 있도록, 충분히 설명하였으며, 여유를 가지고 미리 연습할 수 있도록 하였다. 실험지시문은 Mashour and Hosman (1968)의 지시문을 본 실험에 맞도록 수정하여 사용하였다.
- 또한 경보 메시지가 반복될 때, 메시지 간의 시간 간격이 작은 경우, 위급도 평가치는 높은 것으로 나타났으며, 경보메시지 형태 중 단어 수가 적은 keyword 형태가 semantic context형태보다 높은 평가치를 나타내었다. 그리고 여자음성의 경보음 보다 남자음성 경보음에 대해 높은 위급도 평가 결과가 나타났다. 일반적으로, 남자음성 보다는 여자음성이 높은 주관적 위급도 평가치를 이끌어 낼 것으로 예상하지만(Edworthy et al.
- 있는지를 검증하였다. 네 개의 지수 값들을 두 개씩 쌍으로 6가지 경우에 대하여 검증한 결과, 표 7처럼, 5% 유의수준에서 여성음성(F)으로 합성한 두 개의 메시지 간에 기울기 차이가 있는 것으로 나타났지만, 유의수준 1%에서는 모든 경우에 있어서, 기울기가 다르다고 할 수 없는 것으로 나타났다. 이에 따라 Steven's의 멱함수 지수 값을 통합하면 1.
- 이 결과는 간단한 규칙기반 음성합성기를 이용하여 생성된 경보음의 위급도 평가실험(Park and Jang, 1999) 결과와 일치한다. 또한 경보 메시지가 반복될 때, 메시지 간의 시간 간격이 작은 경우, 위급도 평가치는 높은 것으로 나타났으며, 경보메시지 형태 중 단어 수가 적은 keyword 형태가 semantic context형태보다 높은 평가치를 나타내었다. 그리고 여자음성의 경보음 보다 남자음성 경보음에 대해 높은 위급도 평가 결과가 나타났다.
- 관계를 나타내면 표 10과 같다. 물론 합성음성의 이해도 등을 고려하여 각 요인들의 조정 가능한 범위에 대한 연구가더 있어야 하겠지만, 실험된 범위 내에서는 합성음성의 빠르기에 피실험자들의 지각강도가 가장 예민하게 변화되는 것으로 나타났다.
- 일부 피실험자들은 높은 음높이를 가지는 남자음성이 상당히 거칠고, 부자연스럽게 들린다고 보고하였다. 물론, 더 많은 음색의 합성음성들을 대상으로 평가되어야 하겠지만, 본 실험 결과는 여성음색을 가지는 합성음성이라고 해서 높은 주관적 위급도 평가 값을 보증하는 것이 아님을 보여준다.
- 본 연구에서 시행된 일련의 실험들은 합성음성을 이용하는 새로운 형태의 청각적 경보음을 제시하는데 있어서 상황의 위급한 정도와 같은 심리학적인 적합성(psychological appropriateness)을 부여하는 것이 가능함을 확인시켜 주었다. 연결합성방식의 합성음성을 경보음으로 이용하는 경우, 합성음성의 평균 피치, 경보메시지 형태와 의미, 합성음성의 성별, 음성의 빠르기(발성속도), 반복시의 메시지 사이 시간 간격 등이 경보청취자의 주관적 위급도에 영향을 미칠 수 있으며, 이를 이용하면 상황의 위급한 정도를 경보음에 암호화 (coding) 하는 것이 가능하다.
- 실험 1에서는 합성음성 경보의 정성적 요인 3개와 정량 적요인 3개가 인간의 인지 심리적 반응인 주관적 위급도에 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 이러한 사실은 이들 요인들을 조정하면, 실제상황의 위급한 정도를 나타낼 수 있는, 즉인지 심리학적인 적합성을 가지는 경보신호를 생성할 수 있음을 보여준다.
- 선형회귀분석을 시행한 결과이다. 지수 값(기울기) 4개에 대한 기울기 차이 검정 결과는 유의수준 5%의 모든 경우에서 기울기가 다르다고 할 수 없는 것으로 나타났으며, 이에 따라 통합된 Steven's의 멱함수 지수 값은 0.701, adjusted R2=0.988이다.
- 분석을 실시하였다. 표 3에서 볼 수 있는 것처럼, 6개 요인들 모두 유의한⑦<0.0001) 차이가 있는 것으로 나타났으며, 요인들 간의 2인자 이상의 교호작용은 없는 것으로 나타났다. 요인별 각 수준의 주관적 위급도 평가 평균과 표준편차는 표 4와 같다.
- 표 4에서 볼 수 있는 것과 같이 합성음성 경보음이 빠르게 발성될수록, 평균 피치가 높을수록(음높이가 높을수록) 위급도 평가치는 높아지는 것으로 나타났다. 이 결과는 간단한 규칙기반 음성합성기를 이용하여 생성된 경보음의 위급도 평가실험(Park and Jang, 1999) 결과와 일치한다.
- 시행한 결과이다. 회귀식 기울기의 차이 검정 결과는 유의수준 5% 모든 경우에서 기울기가 다르다고 할 수 없는 것으로 나타났다. 통합된 Steven's의 멱함수 지수 값은 -0.
후속연구
- 미칠 수 있다. 따라서 사람의 음성에 훨씬 가까우며, 이해도와 명료도가 높은 연결형 합성음성에 대한 주관적 위급도 관계는 새로이 평가되어야 할 것이다. 또한, 주관적 위급 도를 합성음성 경보음에 암호화 하기 위해서는 다양한 어휘와 경보 메시지 형태 등, 좀 더 다양한 경보음 설계요인들에 대한 평가가 선행되어야 한다.
- 있다. 또한, 다양한 위급 상황과, 피실험자들이 피부로 느낄 수 있는 실제 생활 환경에서의 위급도 평가연구가 더 진행되어야 하겠지만, 본 연구는 합성음성을 이용한 새로운 경보음 설계에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 9 이상으로써, Stevens의 멱함수를 이용한 모델이 높은 설명력을 가지고 있음을 나타내고 있다. 이러한 관계를 이용하면, 위의 세 가지 정량적 요인들을 변화시킴으로써 합성음성 경보음이 특정수준의 위급한 정도를 나타낼 수 있도록 조정하는 것이 가능할 것이다. 예를 들어 어떤 음성합성 경보음의 위급도 지각강도를 25% 높이고자 한다면, 합성음성의 빠르기를 본래 빠르기의 120.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.