Acoustic Analysis of Frequently Spoken Words in Korean Children

Lee, Hak Chun; Park, Moo Kyun; Choi, Chang Jae; Jun, Hyung Jin; Jung, Jinho; Hwang, Soon Jae; Chae, Sung Won

Original Article

Speech perception and production

Korean Journal of Audiology 2008;12(3):166-169.

Acoustic Analysis of Frequently Spoken Words in Korean Children

Hak Chun Lee, Moo Kyun Park, Chang Jae Choi, Hyung Jin Jun, Jinho Jung, Soon Jae Hwang, Sung Won Chae

Department of Otorhinolaryngology-Head Neck Surgery, Korea University College of Medicine, Seoul, Korea

소아에서 흔히 사용되는 음절에 대한 음향학적 분석

이학천^, 박무균^, 최창재^, 전형진^, 정진호^, 황순재^, 채성원

고려대학교 의과대학 이비인후-두경부외과학교실

Abstract

Background and Objectives
There are a lot of studies concerning acoustic frequency of the Korean language. However there is no study about the frequency and acoustic characteristics of spoken words in Korean children. The aim of this study is to verify the frequency and acoustic characteristics of spoken words in Korean children.

Subjects and Methods
Frequently spoken 100 words in Korean adult and children were weighted according to the frequency of usage and analyzed using an acoustic analysis program that has the MATLAB function.

Results
Spoken words in children tend to have a greater proportion of lower frequency sounds compared with those of adults. In children, the most frequently used first consonant is /ㅇ/ and the most frequently used vowels are /ㅏ/, /ㅓ/. Spoken words in children have less final consonant than spoken words in adult.

Conclusions
Spoken words in children have different frequency pattern and acoustic characteristics comparing to spoken words in adult.

Keywords: Speech audiometry;Child;Speech acoustics.

Address for correspondence : Sung Won Chae, MD Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Korea University College of Medicine, 80 Guro 2-dong, Guro-gu, Seoul 152-703, Korea
Tel : +82-2-2626-1298, Fax : +82-2-868-0475, E-mail : schae@kumc.or.kr

서 론

청력을 평가하기 위하여 음을 자극하는 방법에는 순음에 의한 방법과 어음에 의한 방법이 있다. 실제 회화에서 나타나는 청력역치나 이해능력을 정확히 평가하기 위해서는 어음청력검사가 중요하다. 어음에 대한 음향 분석은 어음표의 작성, 보청기의 선택, 언어치료, 의사소통장애 정도의 평가 및 인공와우이식 환자의 재활 등에 다양하게 응용될 수 있다.^1,²⁾ 성인에서 사용되는 한국어에 대한 어음 분석은 1973년 Moon이 음향그래프(sonagraph)를 이용하여 음절의 주파수와 소리 크기 및 포만트(formant) 등을 처음으로 측정하였고,³⁾ 이후 음향기술의 발전에 따라 음절에 대한 여러 다양한 분석이 이루어져 왔다.^4,^5,⁶⁾ 그러나 소아에서 인공와우이식술이 빈번히 시행되고 있고 언어치료가 필요한 소아가 많아지고 있으나 소아에서 흔히 사용되는 음절에 대한 연구는 부족하였다.
따라서 현재 한국 소아에서 다빈도로 사용되는 음절에 대해 음향학적 분석을 하고 성인에서 사용되는 음절 형태와의 다른 음향학적 분포 및 특성을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

연구대상
성인에서 흔히 사용되는 음절에 대해서는 1999년 Park 등의 논문에서 보고한 다빈도 100개의 음절을 선택하였다.⁷⁾ 소아에서 다빈도로 사용되는 음절은 2002년 Shin 등⁸⁾이 보고한 100개의 음절을 대상으로 하였다.

음절의 음향적 분석
남성 청각사가 방음실에서 각각의 음절을 정확한 발음으로 GSI 10 audiometer(VIASYS Healthcare Inc., Conshonhocken, PA, USA)로 출력한 후 개인용 컴퓨터에 녹음하였다. 이들 음절을 MATLAB(Version 5.30, MathWorks Inc, Natick, MA, USA) 함수를 이용하여 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation)을 시행하였다. 음향분석의 결과는 시간별 최고점 포만트(peak formant), 주파수, 상대출력값을 측정하여 시간, 주파수, 상대출력값의 삼차원과 이차원영상으로 나타난다(Fig. 1A). 이후 다빈도 성인 음절과 소아 음절 각각을 음향분석하여 250 Hz부터 4,000 Hz까지 250 Hz간격으로 나누었고 통과여과기[pass filter: MATLAB(version 5.30)]를 이용하여 특정 주파수대역을 제거하여 음을 구분하는 특징주파수를 찾고자 하였다(Fig. 1B). 일부 주파수 대역이 제거된 어음을 청력검사기(Orbiter 922, GN Otometrics, Tasstrup, Denmark) 헤드폰을 통해 출력한 후 정상 청력을 가진 8명의 검사자 중 4명이 다른 음절로 인지하게 만들게 하는 대역의 주파수를 구하였다. 이 때 음절이 다르다고 느껴지는 주파수를 특징 주파수(characteristic frequency)로 정의하였다. 성인과 소아가 사용하는 음절에 대해 빈도에 따른 가중치를 알기 위하여 100분율로 표시된 사용빈도에 따라 음절의 주파수별로 가중치를 부여한 후 주파수별 분포 및 음향학적 특성 등에 대하여 분석하였다. 음절의 형태에 따라 성인과 소아가 사용한 음절의 초성, 중성, 종성에 따른 음소 빈도를 파악하고 음향학적 특성을 분석하였다. 또한 성인과 소아에 다빈도로 사용된 음절을 조음 방법과 조음 위치에 따라 세분화한 후 각각의 구성비율과 음향학적 특성을 확인하였다.

결 과

성인과 소아에서 다빈도로 사용된 음절의 특징 주파수
성인에서 흔하게 사용된 음절들의 특징 주파수는 1,000 Hz 이하가 61%, 1,000~2,000 Hz 사이가 23%, 2,000 Hz 이상이 16%였으며, 소아에서 흔하게 사용된 음절들의 특징 주파수는 1,000 Hz 이하가 65%, 1,000~2,000 Hz 사이가 25%, 2,000 Hz 이상이 10%였다. 소아 다빈도 음절의 경우 성인 다빈도 음절과 달리 1,000 Hz 이하에서 성인에 비하여 4% 더 많은 특징 주파수가 있었으며 2,000 Hz 이상에서는 성인에 비하여 6%가 적었다(Fig. 2).

성인과 소아의 흔하게 사용된 음절의 비교
성인과 소아에서 흔하게 사용된 음절의 형태를 비교하였을 때 성인의 경우 CVC(Consonant+Vowel+Consonant) 및 VC(Vowel+Consonant) 형태가 많았으나 소아는 CV(Consonant+Vowel) 혹은 V(Vowel)형태가 더 많았다. 성인과 소아에서 다빈도 음절에 대해 음소를 나누어 비교했을 때 초성의 경우 성인과 소아 모두 'ㅇ'가 가장 많이 사용되었고 성인 음소는'ㅇ'이 전체의 15.2%이나 소아 음소의 경우는 23.8%로 성인에 비하여 1.6배 높은 사용빈도를 보였다(Fig. 3A).
중성에서는 성인과 소아 모두 'ㅏ'가 가장 많이 사용되었고 성인의 경우 'ㅏ'가 전체의 21.8%로 사용되었고 'ㅓ', 'ㅣ'의 순서로 흔하게 사용되었다. 소아에서는 'ㅏ', 'ㅓ', 'ㅣ'의 순서로 많이 사용되었으며 성인에 비하여 'ㅏ', 'ㅓ'가 더 많이 사용되었고 'ㅘ', 'ㅚ', 'ㅟ'와 같은 이중모음은 사용빈도가 적었다(Fig. 3B).
종성에서는 성인 음절의 경우 종성이 없는 형태가 64.9%로 가장 많았으며 소아 어음에서도 역시 종성이 없는 어음 형태가 74.0%로 사용되었으며 성인에 비하여 더 많은 음절에 종성이 없었다(Fig. 3C).

고 찰

난청의 검사 방법은 순음을 이용한 청력검사와 복합파(complex wave)로 구성된 어음에 의한 청력검사가 사용되며, 실제 대화의 청력역치나 이해능력을 정확히 평가하기 위해서는 어음청력검사가 중요하다.¹⁾ 복합파는 여러 개의 단순파(sine wave)가 복합되어 만들어진 음파로 복합파를 분석하는 방법은 시간에 따라 소리의 크기가 변하는 양상, 즉 주파수와 진폭을 시간에 따라 표현하는 삼차원적인 분석 방법이 사용되며 이에 대한 삼차원적 결과는 스펙트로그램으로 표현할 수 있다.^9,¹⁰⁾ 스펙트로그램에서는 음향신호를 구성하는 각 주파수를 하나하나 제거할 수 없으나 일부 주파수 대역에서 강한 음향 에너지가 집중된 포만트(formant)를 확인할 수 있다.¹¹⁾
음향그래프를 이용하여 음절의 주파수와 소리 크기 및 포만트 등을 처음으로 측정한 이후 음향기술의 발전에 따라 다양한 분석이 이루어져 왔으나 현재까지는 성인에서 흔하게 사용되는 음절만을 대상으로 음향학적 분석이 이루어져왔다.^3,⁴⁾ 그러나 소아난청 환자의 진단과 치료, 인공와우이식 환자의 치료 및 재활 등에 적용하기 어려워 소아에서 흔하게 사용되는 음절에 대한 음향학적 분석이 필요하다.
이 논문에 사용된 음절의 빈도는 성인의 경우 2000년 Park 등⁷⁾과 2002년 Shin 등⁸⁾이 연구한 논문을 참고하였다. 2000년 Park 등⁷⁾은 서울에 거주하는 20세에서 30세 사이의 성인을 대상으로 흔하게 사용되는 구어체에 대하여 대화를 녹음한 후 이 중 50,000개의 음절에 대하여 음절의 빈도, 음소의 빈도, 발성 위치 등을 분석하였고 2002년 Shin 등⁸⁾은 3세에서 9세의 소아에서 흔하게 사용되는 구어를 녹음한 후 51,554개의 음절에 대하여 음절의 빈도, 음소의 빈도, 발성 위치 등을 분석하였다. 위에서 언급한 두 개의 논문이 최근에 성인과 소아의 구어체를 분석한 것이고 자료 조사 방식이 유사하여 이를 연구대상의 어음으로 정하고 음향학적 분석을 시행하였다. 전체 음절에 대해 음향 분석을 시도하는 것이 더 정확한 결과를 낼 수 있으나 현실적으로 불가능하며 다빈도 100개 음절은 소아의 경우 일상 대화시 주로 사용되는 음절의 약 95%를 성인의 경우 약 92%를 나타내므로 전체 음절의 음향분석결과를 반영할 수 있을 것이다.
음향분석의 결과를 시간, 주파수, 상대출력값의 삼차원과 이차원영상으로 나타내어 특징 주파수의 위치를 추정할 수 있었으며 이를 정상청력을 가진 검사자를 통해 일부 주파수 대역을 제거하는 방법을 통해 특징 주파수를 확인하였다. 또한 사용 빈도에 따라 가중치를 두어 일상생활에서 더 많이 사용되는 음절의 영향을 최대한 반영한 것으로 Park¹²⁾의 논문에서도 사용된 방법이다.
소아 음절은 성인에 비하여 더 많은 저주파수 분포를 가졌는데 이는 성인에 비하여 초성위치에 자음이 없는 경우가 많고 이 경우 저주파수 대역의 특징을 갖기 때문이다. 또한 중성 위치인 모음의 경우 주로 1,000 Hz 이하의 특징주파수가 존재하는'ㅏ', 'ㅓ'의 사용 빈도가 높았으며 상대적으로 고주파수 대역을 대표하는 'ㅡ', 'ㅣ'의 사용이 적었다. 소아에서 종성이 없는 음절이 많은데 음절의 종성이 있는 경우에 비해 저주파수에 분포한다.¹²⁾
성인과 소아의 다빈도 어음에서 음절 형태를 비교하였을 때 성인의 경우 CVC 및 VC형태의 자음이 많으며 복잡한 어음을 더 많이 사용하였고, 소아의 경우 자음이 적은 CV나 V의 형태가 더 많았다.
소아의 경우 'ㅇ'이 가장 흔하게 사용되었는데 자음이 있는 초성을 주로 사용하기 보다는 좀더 단순한 어음으로 구성된 모음으로 시작되는 음절을 주로 사용하였기 때문이며 실례로는 엄마, 아빠, 아기 등이 있다.
중성에서는 성인의 경우 단모음보다는 다양한 모음인 이중모음을 소아에 비해 더 많이 사용한다. 하지만 소아의 경우 사용 빈도는 성인과 유사하나 발음을 할 때 입의 모양이 바뀌지 않는 단모음인 'ㅏ', 'ㅓ', 'ㅗ'가 성인에 비하여 더 많이 사용되며 발음 중 입의 모양이 바뀌는 이중모음은 잘 사용되지 않았다. 소아의 경우 특히 혀의 높이가 낮고 다른 모음에 비하여 포만트가 저주파수대에 분포하는 저모음인 'ㅏ', 'ㅓ', 'ㅗ'가 많이 사용되었다.
종성의 경우 성인과 소아 모두 종성이 없는 음절이 가장 많이 사용되지만 상대적으로 성인의 경우 소아에 비하여 종성이 있는 어음을 더 많이 사용한다. 성인에서 많이 사용하는 종성이 있는 CVC형의 음절의 경우 고주파수대에 특징주파수가 분포할 가능성이 증가하게 된다.
이번 연구에 이용된 구어체의 음절이 5만개로 실제 일상 생활에 사용되는 정도를 반영하기에는 부족할 수 있으며 구어체를 옮겨 적는 과정에서 오류가 있을 가능성이 있으나^7,⁸⁾ 향후 더 많은 음절에 대한 구어체 분석자료를 이용하면 더 정확한 연구가 될 것으로 생각한다. 실제 소아들을 대상으로 음절을 발성시켜 음향 분석하는 경우 음절의 주파수는 더 높은 주파수에 위치할 수 있으나 음절의 포만트 분포형태는 성별이나 나이에 따라 유사하므로^10,¹¹⁾ 소아의 경우 성인에 비하여 저주파수에 분포하는 음절이 많은 결과는 변화가 없을 것이다.
소아의 음절에 대한 음향학적 분석결과, 소아의 경우 성인에 비하여 저주파수에 분포하는 음절이 많은 특징이 있었으며 이는 성인과는 다른 음절사용에 따른 것으로 성인과는 다른 주파수 분포의 차이를 확인할 수 있었다. 이번 연구는 향후 소아난청 환자의 진단 및 치료, 재활 등에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.

REFERENCES

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