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문제 정의
- 최근 청각장애 등의 연구를 목적으로 저역통과필터(LPF;Low Pass Filter)를 통과시켜 대역 제한한 우리말을 대상으로 주파수 요인이 음소 지각 능력에 어떤 영향을 주는지 연구한 사례[3]가 있으나, 본 연구에서는 보다 다양한 차단주파수의 변화에 따른 저역 및 고역 통과필터 (LPF & HPF)를 통과시킨 다수의 우리말 음성자료를 대상으로 하여 모음에 대한 분석 결과를 보고한다.
제안 방법
- 본 논문에서는 남녀 아나운서 각 1명이 발성한 무의미 단음절 음성을 대상으로 이를 다양한 차단주파수의 저역 및 고역통 과필터를 통과한 음성을 이용하여 20대 피험자 6명의 청취실험을 통해 대역제한에 따른 각 필터별 모음 음소인식률을 비교하고 주파수 왜곡으로 인한 모음별 오류 유형 경향을 분석하였다.
- 지각실험에는 표준어권의 20대 피험자 6명(남성 3명, 여성 3 명)이 대역 제한된 음절을 PC를 통해 헤드폰(DENON AH-D1001)으로 들으면서 소리 나는 대로 적기 방식을 취하였 고, 필터에 의한 대역제한의 영향으로 음량이 작은 경우는 본인이 듣기 편한 음량으로 조절할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 음성의 기본주파수는 남성은 평균 113 Hz, 여성은 206 Hz이며, 남녀 각 발화자에 따른 모음 포먼트 주파수의 분포는 [그림 1] 및 [그림 2]와 같다. /에/와 /애/는 남녀 화자 모두 거의 하나의 모음으로 병합되었음을 보이는 반면, / 오/와 /우/는 아직까지는 별개의 음소로 유지되고 있음을 알 수 있다.
- 본 실험에서는 통과대역의 주파수 특성이 평탄하고 차단특성이 급준한(-48dB/octave) 버터워스 8차 디지털 필터를 사용하였으며 각각의 차단주파수는 외국의 유사 연구[1][2]들의 결과와 비교 등을 고려하여 동일하게 선정하였다.
- 본 실험에서는 표준어권 출신으로 오랜 기간 방송 아나운서로 근무 중인 남녀 각 1명(50대초)이 스튜디오에서 발성한 무의미 단음절(CV음절 144종, VC음절 56종, V음절 8종)을 대상으로 다음과 같은 특성의 필터를 통과시킨 음성자료를 지각 실험에 사용하였다.
- 3%)의 인식률을 보이고 있어 독립적인 두 개의 모음으로 존재하고 있음을 알 수 있고 [그림 1]과 [그림 2]의 모음 포먼트 주파수 분포에서 두 모음의 포먼트 주파수가 거의 중첩이 없이 각각의 영역을 차지하고 있음에서 별개의 두 모음으로 존재하고 있음을 확인할 수 있다. 본 연구의 화자들은 50대 초반으로 음성산출에서 별개의 음소이고 청자들은 20대로 청지각에서 별개의 음소로 인지한다. 젊은 세대에서는 음성 산출면에서는 두 모음의 대립약화가 보고[6]되고 청지각에서는 변별이 되고 있다는 결과[7]가 본 연구의 결과를 뒷받침해주고 있다.
성능/효과
- Vowel recognition rates in HPF 상해볼 수 있다. 그렇지만 두 모음의 인식률을 합하였을 경우에는 적어도 원음에서는 다른 여타 모음과 유사한 인식률, 즉 95% 이상의 인식률을 기대해볼 수 있는데 실제는 예상과 다르게 나타났다. /에/의 경우, /에/ 27%, /애/ 47.
- 예를 들어 /이/는 1000 Hz에서부터 /으/로 인식되는 비율이 가장 높다. 넷째, HPF와 마찬가지로 80%를 경계로 전후 두 개의 인식률값 간에 적어도 10% 이상의 차이를 보인다.
- 왜곡이 아주 심한 경우는 ‘확인불능’ 비율이 가장 높게 나오는 경우가 더러 관찰되지만 다른 모음으로 인식하는 비율이 가장 높은 경우는 드물다. 넷째, 인식률 80%를 경계로 음절유형 간 모음 인식률을 살펴보면 적어도 10% 이상의 차이를 보인다.(여자 CV /이/:2000 Hz 81.
- 첫째 HPF와 유사하게 필터왜곡이 있어도 일반적으로 VC 모음의 인식률이 CV에서보다 높다. 둘째, 모음에 따라서 오류 유형이 음절유형 간 차이를 보인다. 예를 들면, /오/는 남녀화자 모두 CV에서 /요/로 인지되는 경우가 더러 관찰되는데, VC에서는 /요/보다는 /에, 이, 어, 으/ 등으로 인지되는 경우가 더 많다.
- 첫째, 필터왜곡이 있어도 원음에서와 같이 일반적으로 VC 모음의 인식률이 CV에서보다 높게 나 타난다. 둘째, 지각 오류유형이 음절유형(CV, VC)에 따라 남녀 발화별로 차이를 보인다. 예를 들면, 남자화자의 /이/는 CV에서 /의, 위, 애/로, VC에서는 /어/로, 여자화자의 /이/는 CV에서 /위/로, VC에서는 /아, 어, 우/로의 인식되는 오류유형을 보인다.
- 전반적으로 필터의 종류에 상관없이 초성자음보다 종성자음이 높은 인식률을 보인다. 또한 대역제한을 하지 않았을 경우는 여성의 목소리가 남성에 비해 인식률이 약간의 차이로 높았으나 대역 제한을 가할 경우에는 반대로 남성의 목소리가 전반적으로 인식률이 약간 더 높았다.
- 예를 들면, 남자화자의 /이/는 CV에서 /의, 위, 애/로, VC에서는 /어/로, 여자화자의 /이/는 CV에서 /위/로, VC에서는 /아, 어, 우/로의 인식되는 오류유형을 보인다. 셋째, /에, 애/를 제외하고 필터왜곡이 아주 심한 경우를 제외하면각 모음 자체의 인식률이 가장 높게 나타난다. 왜곡이 아주 심한 경우는 ‘확인불능’ 비율이 가장 높게 나오는 경우가 더러 관찰되지만 다른 모음으로 인식하는 비율이 가장 높은 경우는 드물다.
- 예를 들면, /오/는 남녀화자 모두 CV에서 /요/로 인지되는 경우가 더러 관찰되는데, VC에서는 /요/보다는 /에, 이, 어, 으/ 등으로 인지되는 경우가 더 많다.셋째, HPF와는 달리 /에, 애/뿐만 아니라 여러 모음에서 필터왜 곡이 어느 정도 심해지면 각 모음보다는 다른 모음으로 인식되는 비율이 더 높다. 예를 들어 /이/는 1000 Hz에서부터 /으/로 인식되는 비율이 가장 높다.
- 젊은 세대들에게는 하나의 모음으로 병합되고 있는 /에, 애/ 외에 최근 몇몇 연구에서 병합이 진행되고 있는 것으로 보고된 /오, 우/는 각각 95.3%(/우/: 남 98%, 여 92.7%, /오/: 남 95.3%,여 95.3%)의 인식률을 보이고 있어 독립적인 두 개의 모음으로 존재하고 있음을 알 수 있고 [그림 1]과 [그림 2]의 모음 포먼트 주파수 분포에서 두 모음의 포먼트 주파수가 거의 중첩이 없이 각각의 영역을 차지하고 있음에서 별개의 두 모음으로 존재하고 있음을 확인할 수 있다. 본 연구의 화자들은 50대 초반으로 음성산출에서 별개의 음소이고 청자들은 20대로 청지각에서 별개의 음소로 인지한다.
- 3%로 급락하고 있는데 이는 /이/의 인식에 F2가 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 주파수 왜곡으로 인한 오류 유형이 음절유형 간 차이를 보이고 있는데 대체적으로 본 연구에서는 VC 모음의 인식률이 CV보다 높고 남녀 발화별로 음절유형에 따라 오류 유형에 다양한 차이가 나타났다.
- /으/는 /이/와 80% 를 경계로 전후 값 간의 차이가 무척 크다는 점에서 유사한 특성을 보이는데 두 음절유형 모두에서 남녀화자 모두 1000 Hz 근처까지 80% 이상의 인식률을 보이다가 왜곡이 더 심해지면 그 이하로 떨어지나 /이/와는 반대로 VC에서 CV에 비해 그 떨어지는 폭이 적다. 즉, CV에서 남자화자는 1000 Hz에서 91.7%, 700 Hz에서 52.8%, 여자화자는 1500 Hz에서 90.7%, 1000 Hz에서 40.7%의 인식률을 보인 반면, VC에서는 남자화자는 1000 Hz에서 95.2%, 700 Hz에서 73.8%, 여자화자는 1500 Hz에서 95.2%, 1000 Hz에서 54.8%의 인식률을 보였다. 왜곡이 가해지면서 /으/는 대체로 /우, 오, 이, 의/로, /어/는 CV에서는 주로 / 여, 워/로, VC에서는 /아/로, /아/는 CV에서는 /어, 와/로, VC에 서는 /어/로, 인지하는 경향을 보인다.
- 한 가지 더 주목할만한 것은 두 음절유형 모두에서 남녀화자 모두 2000 Hz 근처까지 80% 이상의 인식률을 보이다 왜곡이 더 심해지면서 그 이하로 떨어지는데 VC에서 CV에 비해 그 떨어지는 폭이 훨씬 크다는 것이다. 즉, CV에서 남자화자는 2000 Hz에서 92.6%, 1500 Hz에서 68.5%,여자화자는 2500 Hz에서 86.1%, 2000 Hz에서 72.2%의 인식률을 보인 반면, VC에서 남자화자는 2000 Hz에서 100%, 1500 Hz 에서 66.7%, 여자화자는 2500 Hz에서 100%, 2000 Hz에서 76.2%의 인식률을 보인다.
- 300 Hz 왜곡 에서도 원음과 유사한 경향을 보인다. 즉, 남자화자 CV /에/와 VC /애/가 /에, 애/ 두 모음의 인식률을 합해도 상당히 낮은 인식률을 보이는데 이 두 모음 각각의 낮은 인식률이 단지 두 모음의 병합만이 원인이 아닐 수 있음을 보여준다.
- 차단주파수에 따른 필터별 인식률 80%를 기준으로 보면, [표 3] LPF에서 /이/는 2000 Hz LPF까지는 80% 이상의 높은 인식률을 보이다가 1500 Hz LPF에서 59.3%로 급락하고 있는데 이는 위의 HPF 결과와 함께 /이/의 인식에 F1보다는 F2가 보다 중요한 역할을 하고 있다고 판단된다.
- [표 4] HPF 주파수 왜곡으로 인한 인식률의 경향을 전반적 으로 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 필터왜곡이 있어도 원음에서와 같이 일반적으로 VC 모음의 인식률이 CV에서보다 높게 나 타난다. 둘째, 지각 오류유형이 음절유형(CV, VC)에 따라 남녀 발화별로 차이를 보인다.
- 7%, /애/의 경우는 /애/ 59%, /에/ 29%로 합 88%의 낮은 인식률을 나타낸 다. 필터상황에 따른 인식률의 변화를 80% 기준으로 보면, HPF 에서 /이, 으, 어, 아/는 1500, 2000 Hz 이상의 주파수 정보만으로 충분한 반면, /우, 오/는 상대적으로 훨씬 낮은 주파수의 정보들까지 필요로 하고 있음을 보인다. /아, 으, 어/는 필터 왜곡에 비교적 강한 결과를 보여주는데 F1, F2값이 대략 1500 Hz 이하에 있는 /아, 어, 으/는 이들 정보가 없는데도 여전히 높은 인식률을 보인다는 것은 F1, F2 외에 이들 모음 인식에 다른 정보들이 사용되고 있다고 볼 수 있다.
후속연구
- 본 논문에서는 한국어 모음에 국한하여 분석을 진행하였는데 이를 보완하기 위한 주파수 대역 제한에 의한 한국어 자음의 지각 특성 분석에 대한 연구가 현재 진행 중이며, 향후 연구 에서는 주파수 대역의 제한뿐만 아니라 음성에서 발생할 수 있는 보다 다양한 왜곡 요인을 고려하여 음성의 지각 특성에 미치는 영향을 살펴볼 예정이다. 본 논문에서 제시한 결과 및 분석표가 우리말의 지각 특성에 관한 기초 통계자료로 활용될 수있기를 기대한다.
- 본 논문에서는 한국어 모음에 국한하여 분석을 진행하였는데 이를 보완하기 위한 주파수 대역 제한에 의한 한국어 자음의 지각 특성 분석에 대한 연구가 현재 진행 중이며, 향후 연구 에서는 주파수 대역의 제한뿐만 아니라 음성에서 발생할 수 있는 보다 다양한 왜곡 요인을 고려하여 음성의 지각 특성에 미치는 영향을 살펴볼 예정이다. 본 논문에서 제시한 결과 및 분석표가 우리말의 지각 특성에 관한 기초 통계자료로 활용될 수있기를 기대한다.
- 공간이나 통신로 등을 통한 음성의 전달과정에는 최종적인 청취자의 지각에 영향을 미치는 다양한 왜곡이 있을 수 있다.주파수 대역의 제한, 피크 클리핑, 다양한 소음의 혼입, 그리고 화두 또는 화미의 시간적인 절단 등이 그 예가 될 것이다. 이러한 여러 왜곡 조건하에서 음성의 전달 및 지각 특성의 영향에 대한 분석은 음성통신의 초창기부터 효율적인 음성신호의 전송 및 통화품질의 평가 등을 목적으로 영어를 대상으로 한 기초적인 분석이 오래전에 이루어졌다[1][2].
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