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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 교실의 각 측벽과 후벽에 흡음재를 설치함으로써 실내흡음력의 증가에 따른 물리적 음향인자의 변화와 함께 한국어 및 중국어의 음절요해도의 변화를 조사하고자 하였다. 다음의 그림 2에는 흡음재를 설치하기 전과 후의 위치별 마감재를 나타내고 있다.
- 따라서 본 연구에서는 이러한 언어의 발음체계의 차이점을 기반으로 한국어와 중국어의 음성요해도의 차이를 비교하고, 실내 흡음력의 증가에 따른 음성요해도의 개선효과를 평가하고자 한다.
- 본 논문은 빈 강의실의 놔·우측벽 및 뒷벽에 흡음재를 설치함으로써 실내흡음력의 증가시킨 뒤 실내 음향성능을 측정하여 물리적 음향성능의 변화를 조사하고, 음절테스트를 통해 음성요해도의 변화를 파악한 뒤 상관관계를 밝히고자 하였다.
- 본 연구에서는 C대학교의 일반 강의실 중 약 110명 학생을 수용할 수 있는 중규모의 강의실을 대상으로 실내음향성능을 측정하고 한국어 및 중국어의 음절 테스트를 진행하였다. 해당 강의실의 건축적 제원은 다음 표 1과 같다.
- 이를 위해 본 논문에서는 강의실의 실내흡음력이 증가함에 따라 발생하는 물리적 음명료도(D50, STI)의 변화가 학생의 음성요해도에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 중규모 강의실에서 흡음재를 설치하기 전과 후의 실내음향성능을 측정하고, 음절테스트 법을 사용해 음성요해도를 평가하였다.
제안 방법
- 18. The correlation of STI with the speech intelligibility.
- 강의실의 실내흡음력의 변화에 따른 음성요해도와 음향적 영향 요인과의 상관관계를 분석하기 위하여, 강의실에 흡음재를 설치하기 전과 후 60개소 측정점에서 수행한 음절테스트 결과를 음원으로부터의 거리, 9개의 수음점에서 측정한 실내음향성능 측정결과 (SPL, RT, D50, STI)와의 상관관계를 도출하고 비교하였다. 상관관계 결정계수 R2가 0.
- 다음의 그림 13은 음원과 수음점의 거리와 음절테스트 결과의 상관관계를 한국어와 중국어로 구분하여 나타낸 것이다. 또한 흡음재의 설치 유무에 따른 상관관계의 변화를 조사하기 위하여 각각의 상관관계를 도출한 뒤 분석하였다.
- 실내 흡음력 향상에 따른 물리적 음향인자의 변이와 한국어 및 중국어의 음성요해도를 조사하기 위하여 대상공간에 흡음재를 설치하기 전과 후 실내음향 성능 측정과 음절테스트를 진행하였다. 실험에 사용된 흡음재의 종류 및 설치 위치는 다음과 같다.
- 실내 흡음재의 설치에 따른 초기감쇠시간의 변화와 음절테스트 결과 사이의 상관관계를 파악하기 위하여 다음의 그림 15와 같이 도식화한 뒤 비교하였다. 분석시 초기감쇠시간은 중간주파수 대역의 산술 평균 값인 EDT-mid를 사용하였다.
- 5 m 높이로 설정하였다. 실내음향성능 측정시 ETANI ASA-2에서 발생한 MLS 음원을 12면체 무지향성 스피커를 통해 방사하였으며, 방사된 음원은 충격응답음 (impulse response)의 형태로 녹취한 뒤 분석프로그램을 이용해 잔향시간 (RT), 음압레벨 (SPL), 음성명료도 (D50), 음성전달지수 (STI)를 분석하였다.
- 실내흡음력의 증가에 따른 교실의 음성요해도 개선효과를 물리적으로 파악하기 위하여 실내 음향성능을 측정하였다. 실내음향성능의 측정은 KS F 2864에 의해 진행되었으며, 수음점은 강의실의 규모를 고려하여 약 9개소에 1.
- 음성요해도 평가시 피실험자의 평가위치는 그림 5와 같이 강의실 내 110개 좌석 중 60개소로 균등하게 배치하였으며, 1회 실험시 한국어와 중국어 모두 20명씩 전반부, 중반부, 후반부로 나누어 총 3번의 평가를 수행함으로써 교실 전체영역에서 주관적 평가가 이루어지도록 하였다.
- 이를 위해 중규모 강의실에서 흡음재를 설치하기 전과 후의 실내음향성능을 측정하고, 음절테스트 법을 사용해 음성요해도를 평가하였다. 음성요해도 평가시 한국어와 중국어의 두 가지 언어를 대상으로 진행함으로써 강의실의 음환경이 동일할 때 두 언어의 음성요해도 차이를 비교하였다.
- 이를 위해 본 논문에서는 강의실의 실내흡음력이 증가함에 따라 발생하는 물리적 음명료도(D50, STI)의 변화가 학생의 음성요해도에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 중규모 강의실에서 흡음재를 설치하기 전과 후의 실내음향성능을 측정하고, 음절테스트 법을 사용해 음성요해도를 평가하였다. 음성요해도 평가시 한국어와 중국어의 두 가지 언어를 대상으로 진행함으로써 강의실의 음환경이 동일할 때 두 언어의 음성요해도 차이를 비교하였다.
- 잔향시간의 변화에 따른 음성요해도의 관계를 파악하기 위하여, 다음 그림 16과 같이 중간주파수대역 (500 Hz, 1 kHz) 의 잔향시간 평균인 RT-mid 값과 음절테스트 결과를 이용해 사용해 상관관계를 조사하였다.
- 피실험자는 무지향성 스피커를 통해 출력된 음절을 2초 동안 듣고 4초간 받아 적도록 함으로써 그 정답률을 통해 음성요해도를 평가하였다. 음절테스트에 사용한 음원은 한국어의 경우 무향실에서 아나운 서의 음성을 DAT로 녹음하여 사용하였으며, 중국어의 경우 표준 녹음스튜디오 (recording studio)에서 녹음한 아나운서의 음성을 사용하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 흡음재는 중·고주파수 대역의 흡음 성능이 우수한 다공질성 흡음재를 사용하였으며, 일부 재료의 설치시 배후 공기층을 두어 보다 높은 흡음성능을 구현하고자 하였다.
- 음절 테스트란 피실험자가 헤드폰에서 발생하는 단음절의 시험용 음원을 듣고 받아 적은 후 그 정답률을 계산하는 방법을 말한다. 음절 테스트법을 이용한 평가시 언어의 발음체계에 따른 특징을 파악하기 위하여 한국어와 중국어를 대상으로 각각 실험을 진행하였다. 한국어와 중국어에 대한 음절테스트는 각 언어를 모국어로 사용하는 22세에서 25세의 정상청력을 유지하고 있는 한국학생 20명과 중국학생 20명을 대상으로 실시하였다.
- 피실험자는 무지향성 스피커를 통해 출력된 음절을 2초 동안 듣고 4초간 받아 적도록 함으로써 그 정답률을 통해 음성요해도를 평가하였다. 음절테스트에 사용한 음원은 한국어의 경우 무향실에서 아나운 서의 음성을 DAT로 녹음하여 사용하였으며, 중국어의 경우 표준 녹음스튜디오 (recording studio)에서 녹음한 아나운서의 음성을 사용하였다. 이 밖에도 음절테스트시의 배경소음레벨 및 실험시간 등 기타 실험 환경은 실내음향성능 측정시와 동일하게 설정하도록 하였다.
- 음절 테스트법을 이용한 평가시 언어의 발음체계에 따른 특징을 파악하기 위하여 한국어와 중국어를 대상으로 각각 실험을 진행하였다. 한국어와 중국어에 대한 음절테스트는 각 언어를 모국어로 사용하는 22세에서 25세의 정상청력을 유지하고 있는 한국학생 20명과 중국학생 20명을 대상으로 실시하였다.
데이터처리
- 실내 흡음재의 설치에 따른 초기감쇠시간의 변화와 음절테스트 결과 사이의 상관관계를 파악하기 위하여 다음의 그림 15와 같이 도식화한 뒤 비교하였다. 분석시 초기감쇠시간은 중간주파수 대역의 산술 평균 값인 EDT-mid를 사용하였다.
이론/모형
- 실내흡음력의 증가에 따른 교실의 음성요해도 개선효과를 물리적으로 파악하기 위하여 실내 음향성능을 측정하였다. 실내음향성능의 측정은 KS F 2864에 의해 진행되었으며, 수음점은 강의실의 규모를 고려하여 약 9개소에 1.2 m 높이로 설정하였으며, 음원은 교실의 강단 바닥으로 부터 1.5 m 높이로 설정하였다. 실내음향성능 측정시 ETANI ASA-2에서 발생한 MLS 음원을 12면체 무지향성 스피커를 통해 방사하였으며, 방사된 음원은 충격응답음 (impulse response)의 형태로 녹취한 뒤 분석프로그램을 이용해 잔향시간 (RT), 음압레벨 (SPL), 음성명료도 (D50), 음성전달지수 (STI)를 분석하였다.
- 실내흡음력의 증가에 따른 강의실의 음성요해도 개선효과를 주관적으로 평가하기 위하여, 음절테스트 법에 의한 평가를 수행하였다. 음절 테스트란 피실험자가 헤드폰에서 발생하는 단음절의 시험용 음원을 듣고 받아 적은 후 그 정답률을 계산하는 방법을 말한다.
성능/효과
- 1) 실내음향성능 측정 결과, 흡음재를 설치하기 전과 후 강의실의 잔향시간 (RT-mid) 및 초기감쇠 시간(EDT-mid), 음압레벨 (SPL)이 감소하였으며, 음성명료도 (D50) 및 음성전달지수(STI)가 증가하였다.
- 2) 음절테스트 결과, 흡음재를 설치함에 따라 한국어의 평균 정답률은 약 4.9 %, 중국어는 약 6.4 %가 증가하였음을 알 수 있었으며, 한국어보다 중국어의 음절테스트 정답률이 흡음재의 설치 전과 후 모두 약 11 % 가량 높게 나타났다.
- 3) 물리적 인자와 음절테스트의 상관관계 분석 결과 한국어는 음성명료도 및 음성전달지수와 비례적으로 유의한 상관관계 (R2 =0.65 이상)를 보이고 있었으며, 흡음재를 설치하였을 때 음원과 수음점의 거리와 부 (-)의 선형관계를 나타내며 유의하지 않지만 높은 수준의 상관관계 (R2 = 0.572)를 보이고 있었다. 이를 통해 한국어의 음성요해도에는 직접음과 초기반사음비가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 4) 중국어의 경우 한국어와 마찬가지로 음성명료도 및 음성전달지수와 음절테스트 결과가 정(+)적으로 유의한 상관관계 (R2 =0.65 이상)에 있음을 알 수 있었다. 그러나 잔향시간과 부 (-)적으로 높은 상관관계 (R2 =0.
- 음성명료도 측정결과 흡음재를 설치하였을 때 전주파수대역에서 음성명료도가 향상됨을 알 수 있었다. 강의실 내에 흡음재를 설치하기 전 음성명료도 평균값은 약 37.5 %로 강의를 위한 공간으로써 다소 낮은 경향을 보이는데 비해, 흡음재를 설치한 후 약 55.3 %로 크게 향상된 것을 알 수 있었다. 그 중에서도 250 Hz와 1 KHz 이상의 고주파수 대역에서 음성 명료도가 크게 향상되었음을 알 수 있었다.
- 강의실에 흡음재를 설치하기 전과 후의 잔향시간 평균을 다음의 그림 6과 같이 도식화하여 비교한 결과 중고주파수대역의 잔향시간이 상대적으로 크게 줄어든 것을 알 수 있는데, 이는 실험에 사용된 흡음재의 흡음률이 해당 주파수 대역에서 높은 흡음특성을 가지고 있는데 기인한 것이다.
- 강의실의 잔향시간을 500 Hz와 1 kHz의 산술평균 값인 RT-mid 값으로 비교한 결과, 흡음재를 설치하기 전의 잔향시간은 약 1.59초로 나타났다. 이것은 미국의 학습교실에 대한 음환경 기준 중 잔향시간 기준인 0.
- 교실을 전반부, 중반부, 후반부로 나누어 분석할 때 위치에 따른 테스트결과 차이가 큰 것으로 나타났으며 위치를 좌·중·우로 분석할 때 흡음재 설치 후에 이 세부분의 편차가 더 커졌다.
- 3 %로 크게 향상된 것을 알 수 있었다. 그 중에서도 250 Hz와 1 KHz 이상의 고주파수 대역에서 음성 명료도가 크게 향상되었음을 알 수 있었다.
- 또한 한국어와 중국어 모두 음성명료도와 음성인지성능에 공통적으로 영향을 받고 있으므로, 음성요해도에 영향을 미치는 요인은 초기반 사음임을 주장하는 기존의 연구결과를 뒷받침하고 있다. 그러나 2차적 영향요인으로써 한국어는 음원으로부터의 거리, 중국어는 잔향시간으로 나타남으로써 언어별로 초기반사음 외에 음절요해도에 영향을 미치는 인자가 다를 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 언어의 발음 특성에 따라 음성요해도에 영향을 미치는 요인이 각기 다를 수 있으므로 교실의 설계시 언어의 발음특성에 적합한 음환경 기준을 설정해야 함을 제안하는 바이다.
- 5 이하로 나타났다. 그러나 흡음재를 설치한 후의 음성전달지수는 최적치인 0.60 이상으로 상승됨으로써 음성전달을 위한 음향성능이 향상되었음을 알 수 있었다.
- 또한 교실을 좌･중간･우측으로 구분할 때 흡음재의 부착 전후에 따른 위치별 정답률의 차이는 매우 작은 것으로 나타났다. 그리고 우측을 제외한 좌측 및 중간측에서 흡음재를 설치하기 전보다 흡음재 설치한 후의 한국어 음절 테스트 정답률의 표준편차가 작게 나타났다. 즉, 실내흡음력이 증가됨에 따라 실내의 음성분포 더 균일해 진 것을 알 수 있었다.
- 특히, 후반부에서 정답율이 급격히 떨어지는 것 알 수 있었다. 또한 교실을 좌･중간･우측으로 구분할 때 흡음재의 부착 전후에 따른 위치별 정답률의 차이는 매우 작은 것으로 나타났다. 그리고 우측을 제외한 좌측 및 중간측에서 흡음재를 설치하기 전보다 흡음재 설치한 후의 한국어 음절 테스트 정답률의 표준편차가 작게 나타났다.
- 또한, 흡음재의 설치에 따른 흡음력의 증가를 확인하기 위해서 잔향공식을 이용해서 흡음력을 계산한 결과, 표 5에 나타난 바와 같이 흡음재를 설치할 경우 기존교실에 비해 흡음력이 약 73.3 % 상승함을 알 수 있었다.
- 또한 흡음재 설치 전보다 흡음재 설치 후에 중국어 음절테스트 정답률의 표준편차가 더 작게 나타냈다. 마찬가지로 흡음력 증가에 따라 실내의 음성분포가 더 균일하게 나타내는 것을 검증하였다.
- 분석결과 음성명료도와 음성요해도는 정(+)의 선형관계를 나타내고 있으며, 결정계수 R2 값이 한국어의 경우 0.696, 중국어는 0.707로 나타나 서로 유의미한 상관관계에 있음을 알 수 있었다. 이것은 흡음력 향상에 따라 초기 반사음 에너지 비율이 높아지고 음성요해도 또한 직선관계로 향상되고 있으므로, 음성명료도 값이 커질수록 청취자의 음성요해도가 개선되며 나아가 교사의 말을 학생이 보다 잘 이해할 수 있는 것이다.
- 상관관계 분석결과, 한국어의 경우 초기감쇠시간이 증가함에 따라 음성요해도가 감소하는 결과를 보이고 있다. 상관계수 R값의 산출결과 -0.
- 실험 결과 기존교실에서의 음절테스트 정답률은 약 83.4 %로 나타났으며, 실내에 흡음재를 설치함에 따라 89.8 %로 증가하한 것으로 나타났다. 이를 통해 흡음재 설치 후 기존 교실에 비해 음절테스트 정답 률이 약 6.
- 음성명료도 측정결과 흡음재를 설치하였을 때 전주파수대역에서 음성명료도가 향상됨을 알 수 있었다. 강의실 내에 흡음재를 설치하기 전 음성명료도 평균값은 약 37.
- 음성명료도와 마찬가지로 음성전달지수가 증가할수록 음성요해도 또한 비례적으로 증가하게 되는 것을 알 수 있었다. 두 인자간의 상관계수 분석결과 한국어와 중국어 모두 정의 선형관계에 있고, 음성 전달지수와 음절테스트 결과 결정계수 (R2) 값이 한국어의 경우 0.
- 음성요해도 실험시 각 음절은 강의시 일반적인 강사의 위치에 설정한 무지향성 스피커를 통해 전달되었으며, 스피커의 1 m앞에서 측정한 음원의 출력레벨은 75 dB로 물리적 음향성능 측정시와 동일하게 설정하였다. 음성요해도 실험은 물리적 음향인자 측정을 시행한 동일한 시간대에 수행되었으며 언어명료도 실험시 암소음 레벨은 약 34 dB (A)이었다.
- 553)에 있음을 알 수 있었다. 이를 통해 중국어는 초기반사음비에 비례적이고 후기 잔향음에 반비례적인 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 8 %로 증가하한 것으로 나타났다. 이를 통해 흡음재 설치 후 기존 교실에 비해 음절테스트 정답 률이 약 6.4 %가 높아졌음을 알 수 있었다.
- 이상의 연구 결과를 통해 동일한 공간에서도 한국어와 중국어의 음성요해도가 다르게 나타날 수 있음을 파악하였다. 또한 한국어와 중국어 모두 음성명료도와 음성인지성능에 공통적으로 영향을 받고 있으므로, 음성요해도에 영향을 미치는 요인은 초기반 사음임을 주장하는 기존의 연구결과를 뒷받침하고 있다.
- 한편 동일한 음향적 환경에서 한국어의 음절테스트 결과보다 중국어의 음절테스트 결과가 항상 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉, 기존교실에서 한국어보다 중국어의 음절테스트 결과가 약 10.3 % 크게 나타났으며, 강의실 내부에 흡음재를 설치한 후 약 11.8 % 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 그리고 우측을 제외한 좌측 및 중간측에서 흡음재를 설치하기 전보다 흡음재 설치한 후의 한국어 음절 테스트 정답률의 표준편차가 작게 나타났다. 즉, 실내흡음력이 증가됨에 따라 실내의 음성분포 더 균일해 진 것을 알 수 있었다.
- 음압레벨 측정 결과의 평균값을 그림 8에 도식화하였다. 측정 결과 강의실에 흡음재를 설치할 경우 기존 교실보다 음압레벨이 평균 1.3 dB 정도 감소되며, 특히 2 kHz과 4 kHz에서 약 1.9 dB로 가장 많이 감소되었음을 알 수 있었다.
- 다음의 그림 7은 강의실에 흠음재를 설치하기 전과 후의 초기감쇠시간 측정결과의 평균을 도식화하여 비교한 것이다. 측정 결과 기존 교실의 초기감쇠 시간은 약 1.57초로 나타났으나 흡음재 설치 후 약 0.84초로 줄어든 것을 알 수 있었다. 이를 통해 초기 감쇠시간과 잔향시간의 편차가 매우 작게 나타난 것을 알 수 있으며, 이를 통해 강의실 내에서 음이 균일하게 저감된다는 것을 유추할 수 있다.
- 측정결과, 기존 교실의 음성전달지수는 0.48로 음성전달을 목표로 한 공간의 한계치인 0.5 이하로 나타났다. 그러나 흡음재를 설치한 후의 음성전달지수는 최적치인 0.
- 한국어의 경우 흡음재를 설치하기 전과 후 모두 음원으로부터의 거리와 음절테스트 결과는 부 (-)의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 즉, 음원과 수음점의 거리가 길어질수록 음성요해도가 낮아지는 반비례의 관계에 있음을 보여주는 것이다.
- 한국어의 음절테스트 결과, 기존교실에서 수행한 음절테스트 정답률은 평균 73.1 %로 나타났으며, 흡음재를 부착한 후의 평균 정답률이 약 4.9 %가 상승한 약 78.0 %로 나타났다. 이는 흡음력의 증가에 따라서 잔향시간이 줄어들고 음성명료도가 향상된 결과로 판단된다.
- 한편 동일한 음향적 환경에서 한국어의 음절테스트 결과보다 중국어의 음절테스트 결과가 항상 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉, 기존교실에서 한국어보다 중국어의 음절테스트 결과가 약 10.
후속연구
- 그러나 본 연구는 C대학 중규모 강의실을 대상으로 흡음재의 설치 유무에 따른 음향인자의 변화와 음절테스트 결과를 비교한 것으로 일반화에 다소 부족함이 있다. 또한 현재까지 음절요해도와 학습성과의 상관관계에 대한 연구결과가 없으므로 본 연구의 결과가 학생의 학습성취도에 영향을 미칠 것으로 단언하기에는 어려움이 있다.
- 또한 현재까지 음절요해도와 학습성과의 상관관계에 대한 연구결과가 없으므로 본 연구의 결과가 학생의 학습성취도에 영향을 미칠 것으로 단언하기에는 어려움이 있다. 따라서 향후 여러 규모의 공간에서 다양한 흡음성능을 단계별로 적용하여 언어별 음성요해도와의 상관관계를 분석하고, 학생 들의 학업성취도 결과의 모니터링을 통해 비교한다면 한국어와 중국어 외에도 다양한 언어에 영향을 미치는 요인을 설정하고 음성요해도와 학업성취도와의 관계를 설명할 수 있는 연구결과를 도출할 수 있을 것이다.
- 이러한 결과를 종합해 볼 때 언어의 발음 특성에 따라 음성요해도에 영향을 미치는 요인이 각기 다를 수 있으므로 교실의 설계시 언어의 발음특성에 적합한 음환경 기준을 설정해야 함을 제안하는 바이다. 또한 동일한 음환경에서 성인에 비해 8세 이하 아동의 음성요해도 능력이 더 낮으며, 공간의 명료도가 낮아질수록 아동의 음성요해도 능력은 성인에 비해 더욱 현저히 낮아지는 연구결과 [3]를 감안할 때, 음성전달을 위주로 한 공간의 사용연령에 적합한 음환경 기준이 설정되어야 할 것이다.
- 그러나 2차적 영향요인으로써 한국어는 음원으로부터의 거리, 중국어는 잔향시간으로 나타남으로써 언어별로 초기반사음 외에 음절요해도에 영향을 미치는 인자가 다를 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 언어의 발음 특성에 따라 음성요해도에 영향을 미치는 요인이 각기 다를 수 있으므로 교실의 설계시 언어의 발음특성에 적합한 음환경 기준을 설정해야 함을 제안하는 바이다. 또한 동일한 음환경에서 성인에 비해 8세 이하 아동의 음성요해도 능력이 더 낮으며, 공간의 명료도가 낮아질수록 아동의 음성요해도 능력은 성인에 비해 더욱 현저히 낮아지는 연구결과 [3]를 감안할 때, 음성전달을 위주로 한 공간의 사용연령에 적합한 음환경 기준이 설정되어야 할 것이다.
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