[논문]음성신호 분석을 적용한 이침요법(耳針療法)에 따른 심장 기능 향상 측정

김봉현; 조동욱; 한길성

doi:10.5762/kais.2011.12.12.5588

음성신호 분석을 적용한 이침요법(耳針療法)에 따른 심장 기능 향상 측정
Measurement of Cardiac Function Improvement by Auricular Acupuncture Applying Speech Signal Analysis 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.12, 2011년, pp.5588 - 5593

김봉현 (충북도립대학교 전자정보계열) , 조동욱 (충북도립대학교 전자정보계열) , 한길성 (서원대학교 정보통신공학과)

초록
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본 논문에서는 심장에 해당하는 이(耳)혈 상응점을 자극하여 심장과 관련된 음성분석 요소의 변화를 측정하였다. 이를 위해 심장에 이상이 없는 피실험자 10명을 선정하고 심장에 해당하는 이혈 상응점을 자극하기 전과 후의 음성을 수집하였다. 실험은 음성분석 요소 중 심장과 관련된 Jitter와 2 Formant Frequency Bandwidths를 적용하여 심장 이혈 자극 전과 후의 변화를 측정, 분석하였다. 실험 결과 90%의 피실험자가 Jitter와 2 Formant Frequency Bandwidths 값이 감소하는 현상을 보였으며 이를 통해 이혈 자극에 따른 심장과 음성의 상관성을 분석할 수 있었다. 끝으로 실험에 의해 제안한 방법의 유용성을 입증하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, measure of change the speech analysis parameter by stimulating ears blood points corresponding to cardiac. To do this, we collected voice of before and after a stimulation corresponding points to ears to select normal heart having 10 subjects. We analyzed changes before and after corresponding points to ear in cardiac to apply Jitter, the second zFormant Frequency Bandwidths related to heart of elements of voice analysis. As a result of us experiment, we were able to analyze correlation of voice with cardiac according to corresponding points to ears decreased values of Jitter, the Second Formant Frequency Bandwidths of 90% of subjects. Finally, the effectiveness of proposed method is demonstrated by several experiments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

표 1에서 알 수 있듯이 심장은 오음(五音)중에서 치(緻)소리에 해당하며 발음으로는 설음(舌音)임을 알 수 있다[8,9]. 따라서 본 논문에서는 이침요법이 실질적으로 효과가 있는지에 대해 IT 공학의 음성신호 분석 기술을 적용하여 객관적인 실험 결과를 측정하는 연구를 수행하고자 한다. 이를 위해 심장에 해당하는 이혈 상응점을 자극하기 전과 후의 음성을 수집하고 음성신호 분석 요소를 적용하여 실험 결과를 측정하고 상호간의 비교, 분석을 통해 객관화, 시각화를 도출하는 실험을 수행하고자 한다.
본 논문에서는 음성의 특징 요소에 따라 분석 결과의 차이가 나타날 수 있다는 이론적 배경을 기반으로 심장과 음성의 상관성 연구를 성대 진동의 변화율과 공명강의 변화 측정 실험으로 수행하였다. 이를 위해 한의학적 음령 오행의 심장 소리 패턴을 통해 심장과 설음이 연관되어 있다는 것을 기반으로 혓소리가 음성학적 특징 분석 요소 중에서 Second Formant Frequency Bandwidths와 관련되어 있다는 것을 실험하였으며 단위 시간동안 문장을 낭독하는 음성패턴에서 성대 진동의 변화율을 추출하여 최종적으로 심장 이혈(耳穴)이 성대 진동의 변화율과 공명강에 나타나는 변화를 분석하는 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 이침요법(耳針療法)이 실질적으로 인체 기관에 미치는 영향을 분석하기 위해 심장 이혈(耳穴)에 따른 성대 진동의 변화 및 심장과 음성의 연관성을 구분하는 실험을 수행하였다. 기존의 연구팀에서 수행한 심장질환에 따른 음성의 변화 연구를 기반으로 심장과 관련된 음성신호 분석 요소를 적용하여 심장 이혈 자극에 따른 음성 변화 측정 및 비교, 분석을 수행하였다[11].
본 논문에서는 이혈 자극에 따른 심장 기능의 향상 정도를 측정하기 위해 이혈 자극 전과 후의 음성을 수집하여 동일한 음성신호 분석 기법을 적용한 실험을 수행하였다. 이를 위해 수집된 음성을 분석하는 방법으로는 IBM-PC상에서 음성 분석 프로그램인 Praat를 사용하여 그림 2에서 그림 4와 같은 방법으로 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 음성자료 데이터를 추출하여 음성 데이터 값을 분석하였다.
이를 위해 심장에 해당하는 이혈 상응점을 자극하기 전과 후의 음성을 수집하고 음성신호 분석 요소를 적용하여 실험 결과를 측정하고 상호간의 비교, 분석을 통해 객관화, 시각화를 도출하는 실험을 수행하고자 한다. 최종적으로 심장과 음성분석 요소간의 상관 성을 입증하고 이혈요법의 효능을 입증하는 연구를 수행하고자 한다.

제안 방법

본 논문에서는 이침요법(耳針療法)이 실질적으로 인체 기관에 미치는 영향을 분석하기 위해 심장 이혈(耳穴)에 따른 성대 진동의 변화 및 심장과 음성의 연관성을 구분하는 실험을 수행하였다. 기존의 연구팀에서 수행한 심장질환에 따른 음성의 변화 연구를 기반으로 심장과 관련된 음성신호 분석 요소를 적용하여 심장 이혈 자극에 따른 음성 변화 측정 및 비교, 분석을 수행하였다[11].
Formant는 에너지 정점에 해당하는 부분으로 조음기관의 변화를 나타내는 요소이다. 본 논문에서는 성도의 변화인 포먼트 주파수 대역폭을 추출하기 위해 해당 음성 구간에서 지정한 수의 포먼트를 추출하고 각 Formant의 위치에 대한 기본 값을 생성하는 방식으로 2 Formant Frequency Bandwidths을 측정하였다. Formant는 성도의 위치에 따라 여러 종류가 있으며 2 Formant Frequency Bandwidths는 혓소리에 해당한다[10].
본 논문에서는 심장 이혈(耳穴) 자극에 따른 음성의 변화를 음성공학요소 Jitter와 2 Formant Frequency Bandwidths로 선정하여 분석하였고 심장과 음성의 연관성을 도출하는 실험을 행하였다. 표 2는 피실험자들에 대한 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 Jitter를 추출한 결과이며 표 3은 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 2 Formant Frequency Bandwidths를 추출한 결과이다.
본 논문에서는 심장과 음성의 상관성을 도출한 기존의 논문 결과[11]를 기반으로 귀에서 심장과 내장반사 작용을 일으키는 상응점을 이혈(耳穴)하여 이혈 전과 후의 음성 신호 분석을 통해 공명강과 발성의 변화를 측정하여 오장(五臟)과 오음(五音), 그리고 오성(五聲)과의 관계를 규명하였다[8]. 한의학에서 심장의 소리는 발음상 설음(舌音)에 해당한다.
따라서 심장에 이상현상이 발생하면 설음(舌音)에 문제가 있음을 가지고 심장 질환 여부를 판단한다. 본 논문에서는 한의학의 이와 같은 방법을 적용하여 설음(舌音)을 분석함으로서 음성분석을 수행하였다. 이와 같이 오장(五臟)과 관련된 소리를 아래 표 1에 음령오행표로 나타내었다.
실험 문장은 음령오행을 적용하여 심장에 관련된 소리인 “ㄴ,ㄷ,ㄹ,ㅌ”을 기반으로 하여 “나다라타 느드르트” 라는 문장을 선정하였다.
실험 문장은 음령오행을 적용하여 심장에 관련된 소리인 “ㄴ,ㄷ,ㄹ,ㅌ”을 기반으로 하여 “나다라타 느드르트” 라는 문장을 선정하였다. 심장 상응점 자극을 위해 이침에 사용한 침은 직경 0.25nm, 길이 40nm의 1회용 스테인리스강철 호침으로 개체군의 심장에 해당하는 귀의 상응점에유침하였고, 30분의 시간경과 후에 부착된 호침을 제거를 한 뒤 동일 문장을 사용하여 음성자료를 수집하였다.
음성 수집은 각 개체군들이 안정을 취할 수 있도록 5분간 휴식기를 갖고 편안한 상태에서 음성을 수집하였다. 실험 문장은 음령오행을 적용하여 심장에 관련된 소리인 “ㄴ,ㄷ,ㄹ,ㅌ”을 기반으로 하여 “나다라타 느드르트” 라는 문장을 선정하였다.
이를 위해 본 논문에서는 음성 분석 및 변형 프로그램인 프라트(Praat)를 사용하여 피실험자의 심장 상응점 이혈(耳穴) 자극 전과 후의 음성을 입력받아 Jitter와 Formant를 분석하였다. Jitter는 단위 시간동안의 성대 진동 횟수의 변화율을 나타내는 요소이다.
따라서 본 논문에서는 이침요법이 실질적으로 효과가 있는지에 대해 IT 공학의 음성신호 분석 기술을 적용하여 객관적인 실험 결과를 측정하는 연구를 수행하고자 한다. 이를 위해 심장에 해당하는 이혈 상응점을 자극하기 전과 후의 음성을 수집하고 음성신호 분석 요소를 적용하여 실험 결과를 측정하고 상호간의 비교, 분석을 통해 객관화, 시각화를 도출하는 실험을 수행하고자 한다. 최종적으로 심장과 음성분석 요소간의 상관 성을 입증하고 이혈요법의 효능을 입증하는 연구를 수행하고자 한다.
이를 위해 피실험자 10명을 한 집단으로 구성하여 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 음성을 수집하고 음성 공학적 요소를 적용 및 분석하였다. 단위시간안의 발음에서 성대가 진동하는 횟수의 변화를 나타내는 Jitter와 성도의 공명을 나타내는 공명강 Formant에서 심장과 관련된 설음(舌音)을 나타내는 2 Formant Frequency Bandwidths를 적용하여 음성분석을 진행한 결과 Jitter에서 실험자 M07을 제외한 모든 실험자의 Jitter값이 감소하여 90%의 유의성을 보였고 2 Formant Frequency Bandwidths에서 모든 실험자들의 데이터 값이 감소하였다.
본 논문에서는 음성의 특징 요소에 따라 분석 결과의 차이가 나타날 수 있다는 이론적 배경을 기반으로 심장과 음성의 상관성 연구를 성대 진동의 변화율과 공명강의 변화 측정 실험으로 수행하였다. 이를 위해 한의학적 음령 오행의 심장 소리 패턴을 통해 심장과 설음이 연관되어 있다는 것을 기반으로 혓소리가 음성학적 특징 분석 요소 중에서 Second Formant Frequency Bandwidths와 관련되어 있다는 것을 실험하였으며 단위 시간동안 문장을 낭독하는 음성패턴에서 성대 진동의 변화율을 추출하여 최종적으로 심장 이혈(耳穴)이 성대 진동의 변화율과 공명강에 나타나는 변화를 분석하는 연구를 수행하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 심장에 이상이 없는 20대 남성 10명으로 피실험자 집단을 구성하였으며 실험의 변칙이 발생하지 못하도록 약물 복용 및 각 신체의 질병으로 인한 과거 이력이 없는 피실험자들로 연구를 진행 하였다. 실험 환경으로는 잡음이 섞이지 않도록 10평 가량의 울림이 없는 밀폐된 공간에서 SONY사의 ICD-SX750 보이스 레코드를 이용하여 음성 녹취를 수행하였다.
본 논문에서는 심장에 이상이 없는 20대 남성 10명으로 피실험자 집단을 구성하였으며 실험의 변칙이 발생하지 못하도록 약물 복용 및 각 신체의 질병으로 인한 과거 이력이 없는 피실험자들로 연구를 진행 하였다. 실험 환경으로는 잡음이 섞이지 않도록 10평 가량의 울림이 없는 밀폐된 공간에서 SONY사의 ICD-SX750 보이스 레코드를 이용하여 음성 녹취를 수행하였다.

데이터처리

본 논문에서는 이혈 자극에 따른 심장 기능의 향상 정도를 측정하기 위해 이혈 자극 전과 후의 음성을 수집하여 동일한 음성신호 분석 기법을 적용한 실험을 수행하였다. 이를 위해 수집된 음성을 분석하는 방법으로는 IBM-PC상에서 음성 분석 프로그램인 Praat를 사용하여 그림 2에서 그림 4와 같은 방법으로 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 음성자료 데이터를 추출하여 음성 데이터 값을 분석하였다.

성능/효과

단위시간안의 발음에서 성대가 진동하는 횟수의 변화를 나타내는 Jitter와 성도의 공명을 나타내는 공명강 Formant에서 심장과 관련된 설음(舌音)을 나타내는 2 Formant Frequency Bandwidths를 적용하여 음성분석을 진행한 결과 Jitter에서 실험자 M07을 제외한 모든 실험자의 Jitter값이 감소하여 90%의 유의성을 보였고 2 Formant Frequency Bandwidths에서 모든 실험자들의 데이터 값이 감소하였다. 결론적으로 단위시간안의 발음에서 성대가 진동하는 횟수의 변화가 감소함으로서 성대의 진동이 점차 안정되고 성도의 공명강 수치가 낮아짐에 따라 심장과 음성의 관계가 유의성이 있다는 것으로 해석된다.
이를 위해 피실험자 10명을 한 집단으로 구성하여 심장 이혈(耳穴) 전과 후의 음성을 수집하고 음성 공학적 요소를 적용 및 분석하였다. 단위시간안의 발음에서 성대가 진동하는 횟수의 변화를 나타내는 Jitter와 성도의 공명을 나타내는 공명강 Formant에서 심장과 관련된 설음(舌音)을 나타내는 2 Formant Frequency Bandwidths를 적용하여 음성분석을 진행한 결과 Jitter에서 실험자 M07을 제외한 모든 실험자의 Jitter값이 감소하여 90%의 유의성을 보였고 2 Formant Frequency Bandwidths에서 모든 실험자들의 데이터 값이 감소하였다. 결론적으로 단위시간안의 발음에서 성대가 진동하는 횟수의 변화가 감소함으로서 성대의 진동이 점차 안정되고 성도의 공명강 수치가 낮아짐에 따라 심장과 음성의 관계가 유의성이 있다는 것으로 해석된다.
627이 감소하여 심장과 음성이 연관성이 있음을 확인할 수 있다. 따라서 단위 시간 동안 성대 진동 변화가 안정되고, 공명강을 통한 심장과 음성 관계의 상관성이 유의성이 있다는 것으로 해석된다. 그림 5와 그림 6의 음석분석결과 그래프를 보면 이혈(耳頁) 후의 음성분석요소 Jitter과 2 Formant Frequency Bandwidths의 변화를 쉽게 분별할 수 있다.
실험 결과 성대 진동의 변화율을 나타내는 Jitter에서 피실험자 M07이 심장 이혈(耳穴) 전(1.691%)보다 후(1.912%)의 데이터가 상승하여 +0.221의 편차를 보였으나 M07 실험자를 제외한 모든 실험자들의 데이터 값이 감소하여 평균적으로 –0.331의 편차를 보여 90%의 유의성을보였으며, 2 Formant Frequency Bandwidths에서 모든 실험자의 데이터 값이 감소하였으며 평균 191.627이 감소하여 심장과 음성이 연관성이 있음을 확인할 수 있다.

후속연구

추후 더 많은 임상자료를 획득하여 연구하게 된다면 더욱 신뢰성 깊고 다양한 결론을 유추해 낼 수 있을 것이며 음성공학을 도립한 음성인식 시스템의 설계로 이침요법 뿐만 아니라 다양한 대체의학들을 접목하여 자신의 건강상태를 진단할 수 있는 자가진단 시스템의 기반을 마련할 수 있을 것이라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대체의학이란 어떤 의미로 표현되고 있는가?	이러한 대체의학은 한의학과는 다른 시각으로 접근되고 있으며 대체의학 자체에 대한 시각도 기존의 전통적 민간요법과 외국에서 유래한 요법들로 구분하고 있다. 대체의학은 흔히 지배적인 보건의료체계가 대증요법(서양의학)에 기초로 하고 있는 나라, 혹은 전통의학이 국가 보건의료체계 속에 흡수되지 않은 나라에서 전통의학을 이르는 말로 사용되며 보완적, 대체적 또는 비전통적 의학이란 의미로 표현되고 있다. 일반적인 전통의학은 동양의학, 전통의료, 민간요법 등 서양의학을 제외한 의료방법을 총칭하여 사용된다.
	이침요법의 치료기전은 무엇인가?	이와 같은 대체의학 중 이침요법은 현대인들이 선호하는 형태로 약에 대한 부작용과 편리성을 보장하기 위한 의학으로 1987년 WHO(세계보건기구)에 채택되어져 있으며 현재 세계적으로 많은 관심을 받고 있다. 이침요법은 질병의 예방과 관리법에 대한 이론적 체계를 세우고 있는 대체의학으로서 귀에는 전신(全身)에 해당하는 부위가 있으며 기혈이 흐르는 인체의 한 부분으로 보기 때문에 인체에 해당하는 부위에 질병이 발생하면 그 부위와 상응하는 귀의 내장반사점을 자극함으로서 질병을 치료한다[3,4].
	일반 성인 심장의 무게 및 특징은?	또한, 심장은 흉부에 위치하는 장기로써 인체에 하나만 존재한다. 보통 성인이 약 350∼600g으로 남자가 여자보다 약간 더 무겁다. 심장은 수축과 이완에 의해 심장박동이 나타나는데, 휴식상태에서 심장은 보통 1분에 60∼70회 수축한다.

참고문헌 (11)

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Yang Byeong Gon, Theory and Practice of Voice Analysis using Praat, pp69-100, Mansu Publishers, 2003.
Kim Bong Hyun, "A Study on Correlativity Analysis of Formant Frequency and Lingual for Heart Diseases Diagnosis", Hanbat National Univ. Doctor's Degree Paper, pp12-21, 2009.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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