ASR ISSN / Audiol Speech Res 2018;14(2): / RESEARCH PAPER Comparison of Dynamic Range of C

Size: px

Start display at page:

Download "ASR ISSN / Audiol Speech Res 2018;14(2): / RESEARCH PAPER Comparison of Dynamic Range of C"

소이 수
4 years ago
Views:

1 ISSN / Audiol Speech Res 2018;14(2): / RESEARCH PAPER Comparison of Dynamic Range of Clear Speech and Conversational Speech in Korean Kyungju Lee 1, Hongyeop Oh 1, Suyeon Shin 1, Sohee Heo 1, In-Ki Jin 2 1 Department of Speech Pathology and Audiology, Graduate School, Hallym University, Chuncheon, Korea 2 Division of Speech Pathology and Audiology, Research Institute of Audiology and Speech Pathology, College of Natural Sciences, Hallym University, Chuncheon, Korea 한국어기반클리어스피치와일반발화에따른어음역동범위비교 이경주 1 오홍엽 1 신수연 1 허소희 1 진인기 2 한림대학교일반대학원언어병리청각학과 1, 한림대학교자연과학대학언어청각학부 청각언어연구소 2 Purpose: Speech dynamic range (DR) represents the range between maximum and minimum levels of speech across frequencies. The DR has been considered as an important factor in speech intelligibility. This study aimed to identify any differences in DR between Korean clear speech and conversational speech. Methods: A standardized sentence stimuli were recorded with manners of conversational and clear speech. The DR was quantified using cumulative histogram levels based on recorded voice data from 35 native Korean female participants with normal hearing. Then, the DRs were compared according to the production method after level normalization at 65 db sound pressure level. Results: Maximum levels in the DR for Korean clear speech were greater than for Korean conversational speech in most frequency bands. Especially, differences of the DR between conversational speech and clear speech were between 0.47 db (center frequency of 570 Hz) and 2.96 db (center frequency of 1,170 Hz). Conclusion: The results of this study suggest that the DR for Korean clear speech has acoustical characteristics that are favorable to speech intelligibility, compared to the DR for conversational speech. Key Words:0 Clear speech, Speech intelligibility, Dynamic range of speech. Received: January 10, 2018 / Revised: February 12, 2018 / Accepted: March 10, 2018 Correspondence: In-Ki Jin, Division of Speech Pathology and Audiology, Research Institute of Audiology and Speech Pathology, College of Natural Sciences, Hallym University, 1 Hallimdaehak-gil, Chuncheon 24252, Korea Tel: / Fax: / inkijin@hallym.ac.kr INTRODUCTION 클리어스피치 는 소음하 상황 등 어려운 청취 상황에서 효과적인 의사소통을 위해 사용할 수 있는 의사소통 전략 중 하나로 알려져 있으며 음의 높낮이 범위 확장 핵심 어휘의 강도 증가 발화 속도 의 감소를 통한 음향학적 조음 수정 전략을 의미한다 몇몇 연구들에서 클리어스피치는 일상생활에서 사용하는 일반 발성법에 비해 향상된 어음인지도 수행력을 보인다고 보고하고 있다 예를 들어 영어를 모국어로 사용하는 난청인의 경우 클리어스피치의 사용은 일반 발성법의 사용 시와 비교했을 때 정도 높은 어음인지도 수행력을 보이는 것으로 나타났다 클리어스피치는 일반 발성법과 비교했을 때 상대적으로 느린 발화 속도로 발성되어 분절음의 발성 정확도가 증가되고 이러한 음향학적 변화는 어음인지도의 향상에 기여하는 것으로 보고되고 있다 는 보통 발화 속도와 느린 발화 속도에서 클리어스피치와 일반 발화 간 어음인지도를 측정하였는데 두 가지 발화 유형 모두에서 발화 속도가 느릴 때 정도 더 높은 어음인지도를 보인다고 보고하였다 또한 클리어스피치는 일반 발성법과 비교해 보았을 때 중주파수 대역인 사이에서 장기평균어음스펙트럼 의 에너지 증가가 두드러지는 것으로 보고하고 있다 이러한 중주파수 대역 의 에너지 증가 Copyright 2018 Korean Academy of Audiology 143

2 Dynamic Range of Clear Speech 로 인한 어음인지도의 향상 효과는 약 정도인 것으로 나타났다 이외에도 클리어스피치는 모음의 확장성 이 두드러지며 - 시간축포락선 이 변조되는 등 의 음향학적 특성이 나타나는 것으로 알려져 있다 대부분의 클리어스피치 연구는 영어를 기반으로 이루어졌지만 몇몇 연구들은 크로아티아어 핀란드어 한국어와 같은 다양한 언어를 기반으로 클리어스피치의 음향학적 특성을 분석하였다 예를 들어 한국어를 대상으로 한 클리어스피치 연구에서는 느린 발화 속도와 모음의 확장성과 같은 음향학적 특성이 영어 클리어스피치와 유사하게 나타난다고 보고하였다 또한 크로아티아어 클리어스피치도 일반 발성법에 비해 느린 말속도와 모음의 확장성 등이 두드러진다고 보고하고 있다 이처럼 한국어를 비롯한 여러 언어들에서 클리어스피치의 몇몇 음향학적 특징들이 보고되고 있지만 영어 클리어스피치에서 분석된 특징들에 비해서는 극히 일부 특징들만이 분석되었다 본 연구에서는 보편적인 음향 특징에 해당하는 어음역동범위 의 분석을 통해 한국어 클리어스피치의 특징을 분석해 보고자 하였다 어음역동범위는 주파수별 어음 에너지 분포 중 최소어음레벨 과 최대어음레벨 의 사이를 나타내며 어음인지에서 중요한 역할을 한다 다시 말해 어음역동범위에서 청취자의 청력 역치 이상의 부분만이 어음인지도에 기여할 수 있다 이렇듯 어음역동범위는 어음인지도 수행력을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 본 연구를 통하여 한국어 클리어스피치의 어음역동범위 특성을 살펴보고자 한다 본 연구의 목적은 한국어 클리어스피치와 일반 발성법 간에 어음역동범위를 측정하여 발성법에 따른 어음역동범위의 차이를 비교하고자 하였다 본 연구의 결과는 한국어 클리어스피치의 음향학적 특징이 어음인지도의 향상에 기여할 수 있는지에 대한 기초 정보를 제공할 것이다 MATERIALS AND METHODS Participants 본 연구는 한국어를 모국어로 사용하는 명의 여성 화자 평균 연령 세 연령 분포 세 를 대상으로 진행하였다 모든 대상자의 청력 역치는 의 주파수 대역에서 이하로 정상 범위의 청력 역치를 가지고 있었다 본 연구는 녹음을 통한 목소리의 분석이 주요한 방법이기 때문에 조음과 발성에 문제가 없는 대상자로 한정하여 피검자를 모집하였다 실험의 진행에 앞서 모든 연구에 대한 절차 및 내용은 임상실험윤리위원회 의 승인 을 받았으며 모든 연구가 완료된 후 참여자들에게 연구에 대한 수고비를 지급하였다 Recording and analysis procedure 본 연구에서 적용한 한국어 클리어스피치의 훈련 방법은 선행 논문에서 보고하고 있는 영어 클리어스피치 훈련 방법과 유사하게 진행하였다 녹음 문장은 한국어 문장검사목록 - 의 표준화된 개 문장을 사용하였으며 모든 대상자는 클리어스피치와 일반 발성법의 두 가지 방식으로 전체 문장을 녹음하였다 클리어스피치는 일반 발화법에 비해 느린 말 속도를 가지고 핵심 단어와 절 사이에 휴지기 를 가진다 또한 최대한 정확하게 발성하며 생동감 있는 목소리 를 유지하며 말끝을 흐리지 않는다 이러한 점들을 잘 반영할 수 있도록 클리어스피치 녹음 이전에 분 사이의 연습 시간을 가졌다 클리어스피치를 녹음할 때는 배경 소음이 있는 상황에서 외국인과 이야기하듯이 읽도록 안내하였으며 일반 발성법의 녹음은 평상시에 말하는 것처럼 익숙한 사람들과 대화하듯이 읽도록 안내하였다 음성 샘플의 녹음은 이중벽 방음실 내에 설치된 음성분석프로그램 과 마이크 를 통해 진행하였다 표본화 주파수는 로 설정하였고 양자화는 비트 로 설정하여 녹음을 진행하였다 문장을 녹음하기 전에 대상자들의 긴장을 풀어주기 위해 몇 가지 문장을 연습으로 읽게 하였다 대상자는 의자에 편안한 자세로 앉은 상태에서 입은 마이크로부터 거리를 유지하여 녹음을 진행하였다 연구 참여자 중 명은 한국어 문장검사목록을 일반 발성법으로 녹음을 한 이후에 클리어스피치 방식으로 녹음을 진행하였으며 나머지는 클리어스피치 방식으로 녹음을 진행한 후 일반 발성법의 녹음을 진행하였다 모든 참여자들은 녹음 도중 휴식을 원할 경우 수시로 휴식을 제공하였다 연구 참여자당 총 녹음 시간은 분 이내였다 녹음된 클리어스피치와 일반 발성법의 어음역동범위를 산출하기 위하여 을 이용하여 음성 파일들의 휴지기를 제거하였다 묵음이 제거된 녹음 파일들을 을 통해 누적 히스토그램 144

3 K Lee et al. 레벨 을 산출하였다 누적 히스토그램 레벨 도출은 아래의 절차대로 진행하였다 첫째 녹음 데이터의 평균 실효값 을 로 정규화 - 하였다 둘째 의 중심주파수 범위를 갖는 개의 임계 대역 에서 신호 포락선 을 계산하였다 이러한 개의 주파수 대역 범위는 어음인지지수 를 계산할 때의 임계 대역 범위를 기준으로 하였다 어음인지지수는 대상자의 가청 영역을 주파수 대역별로 산술화하여 어음인지도를 예측하는 모델이다 셋째 매트랩을 이용하여 분의 초 단위로 계산되는 상승 여현창 을 통해 신호 포락선을 부드럽게 곡선화하였다 넷째 곡선화된 신호 포락선을 창 길이 가 중첩되게 하여 부표본화하고 단위로 변환시켰다 다섯째 누적 신호 포락선 분포 레벨을 데시벨 신호 포락선 히스토그램으로 계산하였다 마지막 단계로 각 주파수 대역에서의 최종 어음역동범위는 각 연구 참여자들의 누적 히스토그램 값을 평균하여 산출하였다 누적 히스토그램 레벨은 주파수 대역 내에서 어음의 누적 신호 포락선의 분포를 보여준다 예를 들어 누적히스토그램 레벨 은 측정된 어음 신호에서 최고 강도 레벨 을 포함하거나 그 이하의 부분을 나타내며 누적히스토그램 레벨 은 측정된 어음 신호에서 최소 강도 레벨을 포함하거나 그 이상의 부분을 나 타낸다 본 연구에서 설정한 어음역동범위는 최대 레벨에서 최소 레벨을 뺀 값을 나타내며 이 방식은 국제어음시험신호 에서 효과적인 어음역동범위로 제시된 기준이다 Statistical analysis 본 연구는 녹음 데이터를 가지고 두 가지 발성법 종류 클리어스피치 일반 발성 에 따른 어음역동범위 최대어음레벨 최소어음레벨의 유의미한 차이 여부를 확인하였다 통계분석은 소프트웨어를 통해 분석하였고 대응표본 t 검정 t 을 이용하여 분석을 실시하였다 RESULTS 발성법 종류 클리어스피치 일반 발성 에 따른 어음역동범위는 에 제시하였다 클리어스피치의 어음역동범위는 개의 주파수 대역에서 일반 발성법의 어음역동범위보다 유의미하게 넓은 것으로 분석되었다 p < 통계적으로 유의미한 차이가 나는 주파수 대역에서 클리어스피치와 일반 발성법 간의 어음역동범위 차이는 최소 중심주파수 에서 최대 중심주파수 사이였다 에서는 발성법 종류 클리어스피치 일반 발성 의 최대어음레벨 과 최소어음레벨 을 나누어 비교하였다 최대어음레벨 의 경우 두 개의 주파수 대역 중심주파수 Dynamic range in db Figure 1. The DR for clear (square) and conversational (circle) speech as a function of 21 band frequencies. Asterisks indicate frequency bands wherein the DR of clear speech differed significantly from that of conversational speech. DR: dynamic range ,000 2,150 4,000 8,500 Center frequency in Hz Clear speech Conversational speech 145

4 Dynamic Range of Clear Speech Level in db SPL Clear speech Conversational speech ,000 2,150 4,000 8,500 Center frequency in Hz Figure 2. Maximum and minimum levels of dynamic range for clear (square) and conversational (circle) speech as a function of 21 band frequencies. Asterisks indicate frequency bands wherein the maximum (upper) and minimum (lower) levels of clear speech differed significantly from that of conversational speech. SPL: sound pressure level. 을 제외하고 개의 주파수 대역에서 클리어스피치가 일반 발성법보다 더 높은 최대어음레벨 을 보였으며 p < 그 차이는 최소 중심주파수 에서 최대 중심주파수 사이였다 최소어음레벨 의 경우 개의 중심주파수 대역 중심주파수 에서 클리어스피치가 일반 발성법보다 더 낮은 최소어음레벨 을 보였다 p < 이와 반대로 클리어스피치의 최소어음레벨 은 개의 중심주파수 대역에서 클리어스피치가 일반 발성법보다 더 높은 최소어음레벨 을 보였다 p < 이렇듯 통계적으로 유의미한 주파수 영역에서 클리어스피치와 일반 발성법의 최소어음레벨 의 차이는 최소 중심주파수 에서 최대 중심주파수 사이였다 DISCUSSIONS 본 연구에서는 한국어 클리어스피치가 일반 발성법보다 더 넓은 어음역동범위를 가지고 있음을 확인하였다 본 연구의 결과를 어음역동범위가 어음인지지수의 예측에 미치는 영향과 관련 지어 연구한 선행 논문의 결과에 적용하였을 때 한국어 클리어스피치가 일반 발성법에 비해 어음인지도에 유리한 음향학적 특성을 가지고 있음을 예측할 수 있다 연구에서는 어음역동범위가 에서 로 넓어지면 동일한 가청 영역에서 어음인지지수에서의 어음인지도 수행력 점수도 높아진다고 보고하였다 어음역동범위가 넓어지면 더 높은 최 대어음레벨 을 가진 평균 실효값 레벨을 포함하기 때문에 신호대잡음비 가 높아지게 되고 어음인지지수의 전이함수 에서 높은 어음인지도 점수를 산출한다 예를 들어 현재 어음인지지수에서의 효과적인 어음역동범위는 로 평균 실효값 레벨을 기준으로 ± 을 나타내는데 만약 어음역동범위가 평균 실효값 레벨을 기준으로 에서 을 나타내는 로 넓어지게 된다면 더 높은 평균 실효값 레벨을 포함하기 때문에 신호대잡음비가 높아지게 될 것이다 또한 연구에서는 한국어의 절대 전이함수 그래프에서 의 어음인지지수 값을 기준으로 어음역동범위가 에서 로 넓어질 때 어음인지도 수행력 점수가 대략 에서 로 증가한다고 보고하였다 이러한 예시를 통해 어음역동범위 값이 증가할 때 어음인지도 수행력은 평균적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다 클리어스피치의 어음인지도 향상 효과는 많은 선행 논문들에서 보고하고 있다 연구에서는 명의 비원어민과 명의 원어민을 대상으로 다양한 신호대잡음비 상황에서 클리어스피치와 일반 발화 간의 어음인지도 효과를 비교하였다 그 결과 비원어민과 원어민 집단 모두에서 클리어스피치를 사용했을 때 일반 발화법보다 더 높은 어음인지도 수행력을 보이는 것으로 나타났다 또한 연구에서는 건청아동 명과 학습장애를 가진 아동 명을 대상으로 클리어스피치와 일반 발화 간의 어음인지도 효과를 비 146

5 K Lee et al. 교하였다 그 결과 클리어스피치 상황에서 건청아동 그룹에서 는 학습장애아동 그룹에서는 정도 더 높은 어음인 지도 수행력을 보이는 것으로 나타났다 선행연구들의 결과들 은 영어 클리어스피치가 어음인지도 향상에 기여한다는 것을 증명하고 있다 본 연구의 결과는 한국어 클리어스피치도 어음 인지도 향상에 기여할 수 있다는 가능성을 보여주는 만큼 한 국어의 음향적 특성을 고려한 클리어스피치 연구를 추가적으 로 진행한다면 한국인을 위한 효과적인 의사소통 전략으로 적 용될 수 있을 것이다 본 연구의 결과는 클리어스피치의 어음역동범위가 전주파수 대역에서 일반 발성법의 어음역동범위보다 더 넓은 분포를 보였 고 이는 대부분 클리어스피치의 최대어음레벨 값이 일반 발성법의 최대어음레벨 값보다 높다는 점 최소 최 대 에서 한국어 클리어스피치는 일반 발성법에 비하여 어음인지도에 유리한 음향학적 특성을 가지고 있음을 시사한다 중심단어 0:0 클리어스피치 어음인지 어음역동범위 Acknowledgments 이 성과는 년도 정부 미래창조과학부 의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 REFERENCES American National Standards Institute (ANSI). Methods for Calculation of the Speech Intelligibility Index. ANSI S (R2012). New York, NY: ANSI. Bradlow, A. R. & Bent, T. (2002). The clear speech effect for non-native listeners. The Journal of the Acoustical Society of America, 112(1), Bradlow, A. R., Kraus, N., & Hayes, E. (2003). Speaking clearly for children with learning disabilities: Sentence perception in noise. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 46(1), Caissie, R., Campbell, M. M., Frenette, W. L., Scott, L., Howell, I., & Roy, A. (2005). Clear speech for adults with a hearing loss: Does intervention with communication partners make a difference? Journal of the American Academy of Audiology, 16(3), Cho, T. H, Lee, Y. J., & Kim, S. H. (2011). Communicatively driven versus prosodically driven hyper-articulation in Korean. Journal of Phonetics, 39(3), Ferguson, S. H. & Kewley-Port, D. (2002). Vowel intelligibility in clear and conversational speech for normal-hearing and hearing-impaired listeners. The Journal of the Acoustical Society of America, 112(1), Granlund, S., Hazan, V., & Baker, R. (2012). An acoustic phonetic comparison of the clear speaking styles of Finnish English late bilinguals. Journal of Phonetics, 40(3), Holube, I., Fredelake, S., Vlaming, M., & Kollmeier, B. (2010). Development and analysis of an International Speech Test Signal (ISTS). International Journal of Audiology, 49(12), Jin, I. K., Kates, J. M., & Arehart, K. H. (2014). Dynamic range for speech materials in korean, english, and mandarin: a cross-language comparison. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 57(5), Jin, I. K., Kates, J. M., & Arehart, K. H. (2017). Sensitivity of the Speech Intelligibility Index to the assumed dynamic range. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 60(6), Kates, J. M. (2013). Improved estimation of frequency importance functions. The Journal of the Acoustical Society of America, 134(5), EL459- EL464. Kim, J. S., Pae, S. Y., & Lee, J. H. (2000). Development of a test of Korean speech intelligibility in noise (KSPIN) using sentence materials with controlled word predictability. Speech Sciences, 7(2), Krause, J. C. & Braida, L. D. (2002). Investigating alternative forms of clear speech: The effects of speaking rate and speaking mode on intelligibility. The Journal of the Acoustical Society of America, 112(5 Pt 1), Krause, J. C. & Braida, L. D. (2004). Acoustic properties of naturally produced clear speech at normal speaking rates. The Journal of the Acoustical Society of America, 115(1), Krause, J. C. & Braida, L. D. (2009). Evaluating the role of spectral and envelope characteristics in the intelligibility advantage of clear speech. The Journal of the Acoustical Society of America, 125(5), Kricos, P. B. (2006). Audiologic management of older adults with hearing loss and compromised cognitive/psychoacoustic auditory processing capabilities. Trends in Amplification, 10(1), Moon, S. J. & Lindblom, B. (1994). Interaction between duration, context, and speaking style in English stressed vowels. The Journal of the Acoustical Society of America, 96(1), Picheny, M. A., Durlach, N. I., & Braida, L. D. (1985). Speaking clearly for the hard of hearing I: Intelligibility differences between clear and conversational speech. Journal of Speech and Hearing Research, 28(1), Picheny, M. A., Durlach, N. I., & Braida, L. D. (1986). Speaking clearly for the hard of hearing. II: Acoustic characteristics of clear and conversational speech. Journal of Speech and Hearing Research, 29(4), Smiljanić, R. & Bradlow, A. R. (2005). Production and perception of clear speech in Croatian and English. The Journal of the Acoustical Society of America, 118(3 Pt 1), Smiljanić, R. & Bradlow, A. R. (2007). Proceedings of the 16th International Congress of Phonetic Sciences: Clear Speech Intelligibility: Listener and Talker Effects. Saarbrucken, Saarland: Saarland University. 147

ASR ISSN / Audiol Speech Res 2017;13(4): / RESEARCH PAPER Korean Speech Dynamic Range Acco

ASR ISSN / Audiol Speech Res 2017;13(4): / RESEARCH PAPER Korean Speech Dynamic Range Acco ISSN 173-9399 / Audiol Speech Res 17;13(4):9-317 / https://doi.org/.24/asr.17.13.4.9 RESEARCH PAPER Korean Speech Dynamic Range According to Frequency, Gender, and Speech Type Kyungju Lee 1, Sohee Heo