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문제 정의
- 여학생에서는 5 번째 측정지점에서 가장 낮은 절대차이합계를 보였고, 남학생들과 같이 7 번째 가장자리의 측정값의 절대차이합계가 가장 높았다. 이런 차이는 주로 어디서 발생하는 것일까? 이 문제의 해답을 찾기 위해 개별 남녀학생들의 분석 자료를 살펴보았다.
- 이렇게 포먼트 분석값은 분석방식과 파라미터 설정방법에 따라 항상 달라질 수 있음을 알 수 있다. 이 연구에서는 프라트의 burg방식을 이용하여 대학생들이 발음한 모음 목록에서 어느 측정지점에서 포먼트값의 변화가 가장 많은지를 살펴보고, 스펙트럼 정보에서 본 포먼트 측정값의 정확성을 확인하며 실제 포먼트 위치를 찾으려면 어떻게 해야 할 지 조사해 보고자 한다.
- 일부 연구자들은 분석과정에 대한 별다른 검토 없이, 기존의 연구논문에서 제시한 결과와 큰 값 차이를 보이는 잘못 측정된 결과를 논문 초고에 기록하여 제출하는 경우가 종종 있었다. 이에 본 논문에서는 포먼트값을 바르게 구할 수 있는 방법을 찾아보기 위해, 합성음과 대학생이 발음한 모음의 포먼트값을 구하는 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 살펴보고자 한다. 이러한 연구는 보다 정확한 포먼트 측정에 대한 자료를 제공함으로써 앞으로 국어를 비롯한 외국어 모음 연구에 타당성을 부여하여 의미 있는 결과를 도출하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
- 덧붙여 각 측정 지점에 따른 변화를 줄이기 위해 20 ms 구간을 선택하여 평균 포먼트값을 구했다. 7 개 지점에서 측정된 포먼트값은 마이크로소프트 엑셀을 이용하여 3 번째 측정지점 값을 중심으로 절대차이합계를 구하여 남녀, 모음, 측정위치 등에 따른 변화 정도를 먼저 분석하였다. 3 번째 지점은 모음 구간의 지속시간을 3 등분했을 때 앞의 1/3 부분 해당한다.
- 서론에서도 살펴보았듯이 측정지점에 따라 포먼트값이 달라지기 때문에, 이 논문에서는 Yang(1996)에서 모음의 전체지속시간의 1/3지점에 해당하는 값을 구했던 점을 응용하여 균일한 간격의 7 개 지점마다 포먼트값 3 개(F1, F2, F3) 씩을 구했다. 구체적으로는 다음의 프라트 스크립트를 이용하여 피험자의 음성을 불러온 다음 모음 구간을 마우스로 선택하고, 선택된 구간 시작에서 30 ms, 끝에서 40 ms를 제외한 모음의 전체지속시간을 6 등분한 간격으로 시작점을 포함하여 7 개 지점의 포먼트값을 구했다. 20 명의 화자마다 다섯 개의 모음을 발음했고, 측정지점 7 개에서 각각 3 개의 포먼트값을 구하여 모두 2100개의 자료를 구했다.
- 자료 분석은 피험자가 발음한 모음 다섯 개(“아, 에, 우, 오, 이”)를 To Formant(burg)의 기본 설정 값으로 주어진 5500 Hz까지 5 개의 포먼트를 찾는 방식을 이용해 분석했다. 서론에서도 살펴보았듯이 측정지점에 따라 포먼트값이 달라지기 때문에, 이 논문에서는 Yang(1996)에서 모음의 전체지속시간의 1/3지점에 해당하는 값을 구했던 점을 응용하여 균일한 간격의 7 개 지점마다 포먼트값 3 개(F1, F2, F3) 씩을 구했다. 구체적으로는 다음의 프라트 스크립트를 이용하여 피험자의 음성을 불러온 다음 모음 구간을 마우스로 선택하고, 선택된 구간 시작에서 30 ms, 끝에서 40 ms를 제외한 모음의 전체지속시간을 6 등분한 간격으로 시작점을 포함하여 7 개 지점의 포먼트값을 구했다.
- 실험 자료는 앞 절에서 제시한 합성음 제작 방법을 이용하여 10 명의 남자가 발음한 국어모음 “이, 에, 우, 오, 아”의 평균 포먼트값(Yang, 1996:251, Table 3 참고)을 가지는 소리를 만들었다.
- 차수가 낮으면 모음 “우, 오”와 같이 두 개의 포먼트값이 가까이 접근한 경우에 하나의 포먼트로 처리하는 오류가 발생하기도 한다. 이 논문에서는 기본형인 16차를 분석 설정으로 하였다. 모든 포먼트값은 1초의 음성구간의 중간점인 0.
- 이 연구에서는 포먼트값 측정상의 문제점을 검토해보기 위해 프라트의 합성음 생성기로 모음과 유사하게 만든 합성음을 프라트의 세 가지 포먼트 분석방식을 적용하여 측정하고 원래의 값과의 절대적인 차이값을 구하여 어떤 문제점이 있는지 살펴보고, 20 명의 대학생 남녀학생들이 발음한 모음의 포먼트값을 burg방식으로 분석하여, 전체지속시간의 1/3 지점을 기준으로 모음구간 앞, 뒤의 7 개 측정지점에서 구한 포먼트값과의 절대차이합을 계산해 변화량을 측정하였고, 조음 동작으로 생각할 수 없는 포먼트 측정상의 오류를 수정하기 위해서는 어떻게 해야 할 지 살펴보았다. 그 결과는 다음과 같다.
- 자료 분석은 피험자가 발음한 모음 다섯 개(“아, 에, 우, 오, 이”)를 To Formant(burg)의 기본 설정 값으로 주어진 5500 Hz까지 5 개의 포먼트를 찾는 방식을 이용해 분석했다.
- 분석소프트웨어가 포먼트값을 바르게 측정하는지 판단하기 위해서는 사람의 목소리보다는 기계로 만든 합성음을 이용하는 것이 편리하다. 합성음은 프라트의 기본 메뉴 가운데 Create sound from formula를 이용하여 1 초 분량의 44.1 kHz로 된 표본속도의 음성을 다음 공식을 입력하여 만들었다.
- 위의 공식은 기본적으로 500 Hz, 1500 Hz, 2500 Hz, 3500 Hz, 4500 Hz으로 된 정현파를 하나의 소리로 만든 복합음으로 5 개의 포먼트를 가진 모음과 비슷한 구조를 보여준다. 합성음을 사람의 음성과 비슷하게 만들기 위해 고주파로 갈수록 진폭값이 낮아지도록 각 항의 분수값을 점점 낮추었다. 이 합성음의 확대한 음성파형과 스펙트로그램은 <그림 1>과 같다.
대상 데이터
- 구체적으로는 다음의 프라트 스크립트를 이용하여 피험자의 음성을 불러온 다음 모음 구간을 마우스로 선택하고, 선택된 구간 시작에서 30 ms, 끝에서 40 ms를 제외한 모음의 전체지속시간을 6 등분한 간격으로 시작점을 포함하여 7 개 지점의 포먼트값을 구했다. 20 명의 화자마다 다섯 개의 모음을 발음했고, 측정지점 7 개에서 각각 3 개의 포먼트값을 구하여 모두 2100개의 자료를 구했다.
- 이 연구에 참여한 피험자는 대학교에 재학 중인 남학생 10 명과 여학생 10 명이다. 이들은 조용한 연구실에서 삼성 DB-P73컴퓨터에 Sennheiser(PC151) 헤드셋 마이크를 연결하여 자신의 이름을 말하고 모음 “아, 에, 우, 오, 이, 으”를 보통 속도로 또렷하게 발음한 것을 GoldWave(v.
데이터처리
- 선택 구간의 시작과 끝 부분을 피한 이유는 사전연구로 검토해 본 결과 25 ms로 된 포먼트 분석창에 묵음구간이 포함되어 측정값의 편차가 너무 많았기 때문이다. 덧붙여 각 측정 지점에 따른 변화를 줄이기 위해 20 ms 구간을 선택하여 평균 포먼트값을 구했다. 7 개 지점에서 측정된 포먼트값은 마이크로소프트 엑셀을 이용하여 3 번째 측정지점 값을 중심으로 절대차이합계를 구하여 남녀, 모음, 측정위치 등에 따른 변화 정도를 먼저 분석하였다.
성능/효과
- <표 3>은 포먼트 측정지점별로 구한 절대차이합계를 보여준다. 3 번째 측정지점 값을 기준으로 남학생들에서는 5 번째 측정지점에서 절대차이합계가 7979 Hz로 낮고, 7 번째 모음이 끝나는 지점 가까이에서 가장 높은 절대차이합계를 보였다. 여학생에서는 5 번째 측정지점에서 가장 낮은 절대차이합계를 보였고, 남학생들과 같이 7 번째 가장자리의 측정값의 절대차이합계가 가장 높았다.
- 연구자가 합성음을 직접 들어봤을 때 해당모음을 듣는 것 같은 청각적인 인상을 받았다. SenSyn, SpeechStation, SFS 등과 같은 기존의 포먼트 합성기를 이용할 때 수많은 변수값을 제대로 지정해야하고, 서로 인접한 포먼트값의 상호 충돌로 인한 잡음이 많이 생겨서 음성분석기의 성능을 점검하는데 이용하기가 불편한 점을 감안하면 이러한 합성음은 음성분석시스템 점검을 하는데 편리할 것으로 생각된다.
- 첫째, 합성음의 포먼트 분석에서 프라트의 burg 방식에서 가장 적은 측정에러가 나왔다. sl방식이나 l pc방식에서는 인접한 포먼트를 가지는 모음이나 포먼트 갯수에 따른 오류가 크게 나타났는데, 프라트에서 제공하는 이 두 가지 방식을 이용하여 포먼트 분석을 할 때는 주의가 필요함을 알 수 있었다.
- 개인별 자료를 살펴본 결과 남학생이 발음한 모음 “오”에서는 포먼트 갯수를 더 많이 지정했을 때 F1과 F2를 바르게 측정해 주었으며, 여학생이 발음한 모음 “이”에서는 오히려 포먼트 갯수를 더 적게 지정했을 때 F2의 에러를 줄일 수 있었다.
- 이런 오류를 줄이기 위해서는 녹음된 음성을 여러 명이 들어서 옳은 목표 모음인지 판단한 다음 분석을 하면 된다. 두 번째로 발화음의 환경은 공동조음 현상으로 가장 빠른 이동 거리로 조음이 되므로 앞뒤에 오는 자음의 영향이 모음 발화에 영향을 주게 된다. Lindblom(1963)은 모음 /u/만 발음할 때는 F2가 F1에 아주 가까이 접근하였으나 /dud/와 같이 자음 d 사이에 넣어 발음했을 때 F2값은 F1에서 많이 떨어져 발음되었는데 이를 목표음 미달(undershoot)의 예로 제시했다.
- 둘째, 20 명이 발음한 다섯 개 모음의 절대차이합계를 구해본 결과 포먼트값이 대체로 높게 나타나는 여성에게서 높은 변화량을 보였다. 모음 가운데서도 남학생과 여학생 모두의 모음 “우, 오”에서 높은 변화량을 보였고, 주된 원인으로는 두 개의 포먼트를 하나로 추정하는 오류나, F4를 F3으로 추정한 경우였다.
- 모음별로는 남성에서는 모음 “우”가 가장 높은 값을 차지하고 있고 모음 “에”가 가장 적은 차이합계를 보였고, 여성에서는 오히려 모음 “오”에서 변화량이 적고, 모음 “에”에서 가장 높은 절대차이합계를 보였다.
- 셋째, 남여화자마다 적절한 포먼트 갯수를 지정해야만 정확한 포먼트를 구할 수 있음을 알 수 있었다. 개인별 자료를 살펴본 결과 남학생이 발음한 모음 “오”에서는 포먼트 갯수를 더 많이 지정했을 때 F1과 F2를 바르게 측정해 주었으며, 여학생이 발음한 모음 “이”에서는 오히려 포먼트 갯수를 더 적게 지정했을 때 F2의 에러를 줄일 수 있었다.
- 첫째, 합성음의 포먼트 분석에서 프라트의 burg 방식에서 가장 적은 측정에러가 나왔다. sl방식이나 l pc방식에서는 인접한 포먼트를 가지는 모음이나 포먼트 갯수에 따른 오류가 크게 나타났는데, 프라트에서 제공하는 이 두 가지 방식을 이용하여 포먼트 분석을 할 때는 주의가 필요함을 알 수 있었다.
- 포먼트 별로 보았을 때, 남성에서는 모음 “오, 우”에서 두 개의 포먼트를 하나로 측정하는 오류가 많아서 F3을 F2로 측정하여 차이합계가 높아졌으며, 여성에서는 F1의 8478 Hz에 비해 F2는 3 배 이상, F3는 5 배 이상의 절대차이합계를 보였다.
후속연구
- 가능하면 잘못된 측정값에 근거를 두고 일반화를 하는 오류를 피해야 할 것이다. 앞으로 이렇게 측정된 포먼트값을 합성하여 원음과 어떤 부분에서 청각적으로 차이가 나는지 또 적절한 포먼트 갯수를 화자의 음향적 특징에 따라 지정하는 방안을 연구해볼 필요가 있다.
- 지금까지 두 남녀 학생의 포먼트 분석에서 나타난 오류의 예와 같이, 포먼트의 적절한 갯수를 판단하기 위해서는 <그림 5>와 같이 두 개의 포먼트가 너무 가까이 근접하거나 측정값들이 변화량이 심한 경우 또는 <그림 7>과 같이 스펙트로그램 상 포먼트가 없는 곳에 나타난 경우들을 찾아 분석 설정을 바꾸거나, 항상 스펙트로그램을 바탕에 놓고 측정값을 확인할 필요가 있다. 앞으로 프라트로 모음을 측정했을 때 개별 화자들에 대한 분석 오류의 비율이 얼마나 많을 지에 대한 연구가 필요하고, 포먼트 갯수 설정을 적절히 하기위해 화자별 피치값이나 포먼트값의 범위 등 음향적 특징을 이용하는 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 이러한 결과들은 모음 포먼트 측정을 할 때 음성분석소프트웨어에서 구해진 값이 정확한지 반드시 검토해야 한다는 결론을 내릴 수 있다. 가능하면 잘못된 측정값에 근거를 두고 일반화를 하는 오류를 피해야 할 것이다.
- 이에 본 논문에서는 포먼트값을 바르게 구할 수 있는 방법을 찾아보기 위해, 합성음과 대학생이 발음한 모음의 포먼트값을 구하는 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 살펴보고자 한다. 이러한 연구는 보다 정확한 포먼트 측정에 대한 자료를 제공함으로써 앞으로 국어를 비롯한 외국어 모음 연구에 타당성을 부여하여 의미 있는 결과를 도출하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
- <그림 4>에서 모음 “우, 오”는 포먼트값이 매우 안정적으로 측정되었음을 알 수 있고, 모음 “에”의 F2값이 측정지점 5 번과 6 번에서 갑자기 떨어지는 모양을 보이고 있는데 이는 측정상의 에러라고 보아야 할 것이다. 이렇게 연속적으로 변하는 포먼트 궤적을 보면 갑작스런 변화지점에서 구한 포먼트값이 맞는지 확인하는데 도움이 될 것이다.
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