1999년 3월10일 발표자 鄭恩景

실험음성학(Experimental Phonetics)

1. 緖

같은 인간의 말소리를 다루는 분야임에도 음운론(Phonology)과 음성학(Phonetics)은 □음성의 자질□에 대한 관점이 다르다. 음운론이 여러 음성적 자질들 가운데 의미를 변별하는 기능을 가진 변별적 자질(distintive feature)을 중심으로 연구하는 분야인 반면, 음성학(Phonetics)은 발음된 모든 음성적 자질(sound feature)을 주된 연구의 대상으로 하여 그것을 과학적으로 연구하는 분야이다. 그러므로 음성학을 연구할 때에 연구자의 직관보다는 현대 과학의 기술과 과학적 실험 기구를 이용하여 음성의 여러 자질 및 조음법을 보다 정확하고 객관적으로 기술하려는 노력에서 시도된 것이 바로 실험음성학(Exsperimental Phonetics)이다.

이 글에서는 이러한 실험음성학에서 사용하는 과학적 기구들은 어떠한 것이 있으며, 음성학 연구에 어떻게 이용되고 있는가, 그리고 현재 실험음성학의 발전 동향은 어떠한지 음성인식(speech recognition)과 음성합성(speech synthesis)을 중심으로 실험음성학에 대하여 알아보면서 동시에   음운론이 음성인식과 음성합성에 어떻게 이용될 수 있는가도 간략히 살펴보고자 한다. 물론 이러한 실험음성학적 차원에서 국어의 음운을 연구·분석을 시도한다면 더할 나위가 없겠으나, 여기에 대해서는 그 동안 연구된 논문이나 단행본을 제시하는 차원에 머물고자 한다.

그래서 제 2장에서는 음성학의 세 분야에 대하여 간략히 소개한 다음, 각 분야의 연구에 사용되고 있는 실험 기구를 제시하고, 제 3장에서 음성 산출(speech production)에 관련된 실험 기구 및 연구 현황을 소개할 것이다. 그리고 제 4장에서 음성인식에 관련된 실험 기구 및 연구 현황을, 제 5장에서 음성합성에 관련된 실험 기구 및 연구 현황을 언급하고, 마지막으로 실험음성학이 언어 연구의 어떠한 측면에 보다 효율적으로 이용될 수 있을 것인가의 문제를 제기하면서 이 글을 맺고자 한다.

2. 음성학의 세 분야와 실험음성학

음성학은 음성적 자질을 어떠한 관점에서 파악하느냐에 따라 일반적으로 조음음성학(articulatory phonetics), 음향음성학(acoustic phonetics), 청음음성학(audiotry phonetics) 나눌 수 있다.

) 이러한 분석은 Bernard Bloch, George L. Tiger에 의한 것이다.

(1) 조음음성학(articulatory phonetics)

생리음성학(physiological phonetics)이라고도 하며, 음성의 발생적 차원의 연구를 한다. 즉 음성기관에서의 조음 위치와 조음 방법이 달라짐으로써 음성이 어떻게 산출되는가의 영역을 다룬다. 지금까지의 음성학은 주로 이 조음음성학 영역에 집중되었으며, 음성학의 연구 분야 중 그 연구 역사가 가장 오래된 분야로서 해부학·생리학 등의 인접 학문과 관계가 있다.

그러나 음성의 특질은 조음 기관의 관찰만으로는 모두 파악할 수 없다. 따라서 조음음성학을 보다 효과적으로 연구하기 위하여 Palatograph, Kymogrphy, Sonagraphy와 같은 기구를 이용하는 실험음성학이 도입되었다.

Palatograph는 人工口蓋라고 하는 것을 이용하여 어떤 음의 조음 위치 및 음이 발음되는 동안 조음 기관의 움직임을 측정하는 것이다. 人工口蓋를 피실험자의 입에 넣어서 원하는 발음을 한 후, 人工口蓋를 움직이면 즉시 혀가 닿는 부분이 보이는데, 이것으로 음이 만들어지는 부분 즉 조음 위치와, 입안에서 혀의 위치를 측정할 수 있다. 다만 입의 뒤쪽에서 나는 발음은 palatograph로 연구하기가 어렵다. 또한 순음과 비음의 발음은 입술과 비강을 이용하여 나는 음이므로, 人工口蓋로는 전혀 측정할 수 없다. 이후에 photographic process가 人工口蓋를 대신하기 시작했는데, 피실험자의 입안을 물들이고 원하는 음을 발음한 후 촬영하는 방식으로 조음 위치를 측정하였다. palatograph는 현대의 X-ray에 의한 음성학을 보완해주기 때문에 아직까지 사용하고 있으며, 음성기록기와 동시에 사용하여 발음된 음을 들으면서 동시에 발음되는 조음 기관의 움직임을 볼 수 있다.

Kymography란 여러 조음 기관(혀, 입술, 연구개 등) 움직임의 특징과 Marey의 capsule과 고무막(rubber membrance)을 이용하여 발화시의 공기 흐름에 따른 음향의 파동을 볼 수 있는 그래프를 얻어서 자음 중에서 마찰음·폐쇄음, 그리고 모음 및 공기의 흐름과 관련된 음성적 자료들의 생리학적 차이까지도 규명할 수 있는 기구이다. 주로 성대 진동의 유무 및 성대 진동수를 표시하므로 비음화 현상을 연구하는 데 중요한 구실을 하며, 조음 상태의 지속에 의한 음의 진동 시간도측정할 수 있다.  이러한 kymograph로 얻어진 調音그래프를 kymogram이라 한다.

(2) 음향음성학(acoustic phonetics)

음향음성학이란 발성된 음성을 물리적인 음파로 분석하여 그 음파의 진동 현상을 연구하는 음성학의 한 분야로서, 실험 음성학에서는 바로 이 음향음성학이 주요 분야를 이루고 있다.

) 음향음성학에서 자주 사용하는 용어와 단위가 있다. 실험음성학이 음향음성학과 매우 밀접한 연관이 있는 만큼, 또 뒤에 설명할 음성인식과 음성합성에서도 아래의 용어가 자주 등장하므로 몇 가지만 제시한다.

1. 정현파(正弦波-sine wave) : sine곡선과 같이 일정한 주기로 진동하는 음파.

2. 기본 주파수(fundamental frequency) : 복합파(complex wave)의 구성성분이 되는 정현파 가운데, 복합파의 주파수 중 가장 낮은 주파수

3. 스펙트럼(spectrum) : 선분으로 성분파의 주파수 대역(band)과 그 위치에서의 진폭을 선분의 길이로 표시한 것.

4. 포먼트(formant) : 성도의 공명으로서, 음향분석기(sound spectrograph)에서는 검게, 에너지가 밀집된 주파수 대역으로 나타난다. 복합파인 음성의 formant는 여러 개가 있으며, 아래쪽의 제1과 제2 formant가 가장 중요시된다.

5. cps(cycles per second) : formant의 단위이자 주파수의 단위.

6. 음향여과기(音響濾過器) : 어떤 물체의 주파수 중에서 특정 주파수 이상 또는 그 이하를 통과시키지 않는 작용을 하는 기구.

음향음성학의 가장 중요한 실험 기구로는 1940년대에 발명된 음성분석기(sound spectrograph)가 있는데, 초기 모델은 언어가 입력되자마자 빛으로 이동 벨트에 시간에 따라 변화하는 spectrum을 출력하였기 때문에 영구적 기록이 불가능했다. 그 후 2.5초간의 음성을 전기 에너지의 강약으로 바꾸어 탄소가 섞인 종이 위에 주파수 대역을 따라 검게 태워서 음성을 표시하도록 고안한 전자 기계가 등장하였는데, 약 100Hz에서 8000Hz 사이의 음성 spectrum을 약 500개의 띠로 나누어 출력하였다. 이렇게 음성을 종이에 영구 출력할 수 있게 됨으로써 여유있는 음성의 연구가 가능하게 되었다. 그 후 1970년대에는 digital 음성 분석기가 등장하여 음파의 증폭 및 여과 뿐 아니라 언어 스펙트럼을 계산할 수 있게 되었고, 1980년대에 들어와서는 고성능 desktop computer와 결합함으로써 좀 더 정밀한 음성분석이 가능하게 되었다.

그 외에도 microphone, 여과기(濾過器-filter), 그리고 다른 음향분광계(acoustic spectrograph), 음성의 진동을 가시적으로 기록하는  진동기록기(oscillograph) 등을 이용해서 기계적으로 인간 언어에 사용된 음성을 세밀하고 완벽하게 분석하였다.

(3) 청취음성학(audiotry phonetics)

청음(聽音)음성학이라고도 하는 것으로, 음성학의 역사가 가장 짧다. 청취음성학은 조음기관에서 소리가 발생하여 음파의 형태로 청자에게 전달되는 과정에서, 청자의 고막에 도달한 음파를 소리로 감지하고 판독하는 과정을 연구하는 분야이다. 따라서 음성학적 지식 이외에 음향학, 생리학, 의학, 심리학 등의 인접 학문의 지식이 필요하다.

인간이 음성을 통해 언어를 어떻게 인지하는가와 관련이 깊다고 볼 수 있으므로, 언어인지 연구에 많은 도움을 줄 수 있다고 본다. 주로 자연 발화의 음파를 실험 대상으로 삼으며, 자연 발화의 음향적 특징 일부를 제거 또는 변형하여 수정된 음을 제3자가 듣고 원래의 음성과의 인식도 차이를 검사하거나, 음향 파형을 인위적으로 합성하여 각 음향적 특징을 별도로 조정함으로써 음성인지에 필요한 요소를 추출할 수도 있다.

3. 음성산출(speech production)에 대한 연구

) <현대언어학 지금 어디로>, 장석진 외, 1994, 형설출판사. p18-19.

음성은 인지적 차원, 생리적 차원, 역학적 차원, 음향적 차원 등 일련의 과정을 통해 복합적으로 생산된다. 따라서 음성 산출에 관한 연구는 음성인지 차원에서 음성을 인지하는데 중요한 음향적 특징은 무엇인지, 생리적·역학적 차원에서 음성을 산출하는데 조음기관이 어떻게 관여하는지, 그리고 그렇게 산출된 음성이 어떻게 음파의 형태를 취하여 전파가 되는지에 대한 종합적 연구가 필요하다.

음성산출에 관한 연구는 크게 Haskins 연구소를 중심으로 이루어지는 조음운동과 조음근육 연합 활동의 생물학적 특질에 대한 연구, 실험실용 발화를 대상으로 하여 시간에 따라 변하는 음성의 특질에 관한 연구, Speech and Hearing 학과를 중심으로 한 어린이와 장애아들의 음성산출에 대한 연구로 나누어 볼 수 있다.

이러한 음성산출에 관한 연구에는 X-ray 검사 장비와 자력 시스템 및 초음파 검사기 등이 이용된다.

4. 음성인식(recognition of speech)

음성인식이란 음파라는 물리적 형태를 띤 인간의 음성 파형에서 컴퓨터 등 과학적 기구를 이용하여 구체적인 음성 특징을 추출하고, 그 음파에 적절한 음소와 단어를 연결시켜, 의미 있는 개념들의 연속으로 변환시키는 과정을 말한다. 이러한 음성인식의 최종 목표는 자연 발화를 실시간에 정확하게 인식할 수 있는 시스템을 구축하는 것이다.

(1) 음성인식 작업의 분류

음성인식 작업은 화자의 수, 음성의 형태, 어휘수, 인식 환경 등에 따라 화자의존 대 화자독립, 적은 어휘 대 많은 어휘, 고립단어 대 연속음 등으로 나눌 수 있다.

□ 화자의존 대 화자독립

음성인식에 있어서 몇 명의 화자를 대상으로 인식 체계를 분석할 것인가에 따라 분류한 것으로, 특정 화자에 대한 인식체계를 개발하는 것을 화자의존(speaker-dependent) 방식, 다수의 화자에 대한 인식체계를 개발하는 것을 화자독립(speaker-independent) 방식이라 한다.

화자의존 방식은 음성제어전화기와 같이 오직 한 사람만이 사용하는 경우에 적합하고, 화자독립 방식은 공개적으로 이용할 수 있는 정보 서비스와 같은 경우에 적합하다.

□ 적은 어휘 대 많은 어휘

음성인식에 있어서 인식되어야 하는 단어의 숫자에 따라 분류한 것으로, 10개에서 20개 정도의 단어를 다루는 것은 적은 어휘 방식이고, 수 만개의 어휘를 요구하는 것은 많은 어휘 방식이다.

몇 개의 명령어 내지 10개 정도의 아라비아 숫자의 인식을 요구하는 적은 어휘 방식은 현재 쉽게 이용되고 있지만, 많은 어휘를 인식해야 하는 방식은 아직 수행단계에 미치지 못하였다.

□ 고립단어 대 연속음

연속 발화를 인식함에 있어서 가장 큰 문제는 스펙트럼 상의 정보에서 단어경계를 구분하는 것이 어렵다는 사실이다.

고립단어 인식 방식은 아라비아 숫자 앞에 짧은 휴지(休止)를 두는 등의 방법으로 음성을 인식하는데, 연속음 인식 방식보다 저렴하고, 좀 더 정확하게 단어를 경계를 구분 지을 수 있다는 장점이 있다.

(2) 음성인식 연구의 개괄

□ 음성인식에 대한 관심은 1936년에 Duley가 vocoder를 개발하면서 출발하였다.

□ 1940년대에 음성분석기가 개발되면서 실질적인 연구가 시작되었고, 1947년에 Potter, Kopp & Green의 스펙트로그램 판독 실험으로 구체화되었다.

□ 1950년대에서 60년대 사이에는 주로 화자 의존적 고립단어 음성인식에 많은 연구가 치중되었다.

□ 본격적인 연속음성인식에 대한 연구는 1971년부터 1976년까지 미국방성의 후원을 받은 ARPA 계획에서부터 시작되었다.

이 연구의 목표는 1000개의 어휘를 갖는 연속음성의 인식 및 이해로서, 단일화자의 음성에 대해 의미론적으로 90% 이상의 인식율을 얻음으로써 □인간과 기계와의 의사소통이 가능한 연속음성 인식 시스템 개발□이었다.

ARPA 계획에서 채택된 음성인식 과정의 제 1단계는 음성자료를 처리하여 음성기호로 기술하고, 제 2단계에서 단어가 될만한 분절음의 연쇄를 찾아 가능한 단어의 연쇄를 만든다. 제 3단계에서는 음운작용으로 야기된 어휘적·통사적·의미적 중의성을 해소하기 위하여 상위단계의 정보인 통사론과 의미론의 정보를 이용하여 연속음을 인식하게 된다. 그러나 이 계획은 결과적으로 실패한 것으로 간주되었다.

) □She prayed'와 □sheep raid'는 음운 작용으로 인하여 모두 /□ipreId/로 발음되어 통사적·의미적 중의성을 띠게 된다.

한편, 일본에서는 1975년에 DTW(dynamic time warping)라는 보다 효율적인 패턴 비교의 음성인식방식을 소개하였다.

□ 1982년에 벨연구소의 Wilpon et al.은 화자독립의 고립단어 1192개에 대한 음성인식 실험에서 91%의 인식율을 보였다고 보고하였다.

□ 1983년에 카네기-멜론 대학의 FEATURE 시스템(Cole et al.)은 음성자질에만 기초한 방식으로 90% 이상의 인식율을 보였다고 보고하였다.

□ 1985년에 IBM 음성인식팀에서는 5000단어 규모의 문장에 대해 화자종속적인 방식으로 97%의 인식률을 보인 Tangora 시스템을 개발하였다.

□ 1987년에는 Bolt, Bernek & Newman이 BYBLOS 시스템을 개발하여 997단어의 연속음성인식에서 93%의 인식율을 보였다고 보고하였다.

□ 1988년에는 카네기-멜론 대학에서 HMM(Hiden Markov Model)을 이용한 Sphinx 시스템을 개발하였으며, 1990년대에 들어서도 일본, 유럽, 미국 등의 음성인식 연구팀들이 대규모 어휘의 화자독립 연속음성인식에 대한 연구를 진행하고 있다.

(3) 음성인식의 방식

현재 주로 사용되고 있는 음성인식 방식은 크게 다음의 네 가지로 나누어 살펴볼 수 있다.

□ DTW(dynamic time warping)을 이용한 패턴매칭 방식

입력된 음성의 스펙트럼을 분석해서 미리 입력 저장된 DB의 표준 패턴과 대조시켜 가장 유사한 것을 찾아내는 방식으로, 입력된 표준 패턴과 비교할 때 드는 시간적 차이를 최소화하기 위하여 주어진 음성입력에 시간적 변화까지 보완한 것이다. 일본의 Itakura에 의해 제시된 것으로, 소규모의 제한된 단어 인식에 유리하여 간단한 응용 분야에 많이 활용되고 있으나, 화자 독립의 대규모 어휘의 자연발화 연속음성인식에서는 인식율이 낮다는 단점이 있다.

□ HMM(hidden Markov model)을 이용한 음성인식 방식

Markov 모형이라고도 하며, 통계적 모델을 이용한 음성인식 방식이다. 음성분할과 음성인식을 동시에 통계적으로 해결할 수 있기 때문에 주로 대용량의 연속음성인식에 많이 이용되고 있다.

□ CN(connectionist network)을 이용한 신경망 음성인식 방식

인간 뇌의 생물학적 신경 계통을 모방한 인공신경망을 이용하여 여러 연결마디들에 음성 특징들을 분산하여 분포시켜서 음성을 인식하고자 하는 방식이다.

□ 음성 음운 지식을 이용한 전문가 음성인식 방식

음향음성적 지식과 음운 지식을 바탕으로 한 화자독립의 연속음성인식 방식으로 일본의 SPREX(a speech recognition expert), MIT대학의 음성인식팀에서 주로 이용한다.

(4) 음성인식 연구의 한계

음성인식을 연구함에 있어서 제기되는 첫 번째 문제는 음절과 음절의 경계, 단어와 단어의 경계 등 분절음을 어떻게 인식하는가 하는 것이고, 두 번째 문제는 변이음을 어떻게 한 음소로 처리할 것인가 하는 것이며, 세 번째 문제는 발화시 의사소통에 중요한 역할을 하는 운율정보를 어떻게 처리할 것인가, 그리고 의미부와 통사부가 음성인식 연구에서 얼마만큼 필요한가 하는 점 등이다.

학자에 따라서는 음성을 인식함에 있어서 음운론의 중요성을 강조하면서, 상대적으로 의미부와 통사부의 역할을 축소하여 다루는 경향도 있고, 의미부와 통사부의 관여 없이 음성적 정보만으로도 얼마든지 음성인식이 가능하다고 주장하는 경우도 있는데, 음성인식 모델을 제시할 때 이러한 문제는 매우 중요하다고 생각한다.

) 김기호, 1994, 음성인식과 음성합성에 있어서의 음성학과 음운론의 역할, 고려대.

5. 음성합성(speech synthesis)

음성합성이란 기계를 통해 인간의 음성과 유사한 음, 즉 인공음성을 생성하는 것으로, 음성합성 연구를 통하여 장애인을 위해, 그리고 컴퓨터 사용을 좀 더 간편하게 사용하는 등 인간 생활에 실질적으로 이용할 수 있다. 이러한 음성합성에서는 합성된 음이 얼마나 명료한가, 그리고 자연발화에 얼마나 근접해 있는가가 중요시된다.

(1) 음성합성에 대한 연구 개괄

18, 19세기에 사용한 음성합성장치는 음향적 기술에 전적으로 의존하였고, 1930년대에 들어와서 확성기, 여과기, 증폭기 등과 같은 전자 부품을 개발하여 전화음성을 합성하는 데 성공하였다. 1960년경에 디지털 컴퓨터가 사용되면서 성대 진동, 포먼트, 그리고 성도의 음향적 특징을 모방하고, 이에 관한 수학적 정보를 컴퓨터 프로그램으로 전환하여 비용이 저렴한 음향합성이 가능하게 되었다. 특히 컴퓨터를 통해 문자 대 음성의 변환이 가능하게 되었으며, 보다 세밀하고 명확하면서도 자연발화에 가까운 음성을 합성할 수 있게 되었다.

(2) 음성합성의 방식

음성합성의 방식은 크게 조음음성학적 접근방식(Articulatory synthesizer)와 음향음성학적 접근방식으로 나누어 볼 수 있다. 조음음성학적 접근방식은 사람의 성대, 혀와 같은 조음기관을 모방한 것이고, 음향음성학적 접근방식은 성대의 진동과 구강의 음향적 특성을 나타내기 위하여 저주파 소음 및 포먼트 생성기를 이용하는 방식이다.

□ 음향합성기(Acoustic synthesizer)에 의한 방식

18세기 후반에 독일의 켐펠른(Wolfgang von Kempelen)이 처음 만든 시험용 합성기로서, 나무와 가죽으로 인간의 발성기관을 모방하여 만들었다. 풀무로부터 기류에 의해 진동하며 소리를 내는 리드(read)는 성대와 폐에서 나오는 기류를, 가죽과 나무로 만든 상자는 성도를, 그 안에서 움직이는 나무판은 인간의 혀를, 한쪽 끝에서 여닫는 것은 인간의 입술을 모방하였다.

) 이 합성장치의 작동은, □성도□에 해당하는 가죽과 나무를 누르고, □혀□와 □입술□에 해당하는 나무판과 끝에서 여닫는 것을 그의 손가락과 손바닥으로 움직여 소리를 내었다고 한다.

그 후 음향합성은 19세기 이후 헬름홀쯔(Herman von Helmholtz) 등에 의해 활발히 연구되었다.

□ 전자합성기(Electrical synthesizer)에 의한 방식

20세기 중반에 들어와 다양한 전기장치를 이용하여 음파를 보다 쉽게 생성·측정·조작할 수 있게 되면서, 등장한 합성기이다. 이 방식은 음성합성의 분야 중 □분석-합성(Analysis-Synthesis)'에 이용하며, □보코더(vocoder : voice coder의 합성어)□라고도 한다. 1940년대 경에 전화기술자들에 의해 사용되기 시작하였는데, 통화자가 전달할 내용을 다 들은 후에는 조음적인 움직임에 대한 수신된 정보는 합성장치를 조절하여 원래의 음파를 재생성하는 데에 사용하였고, 이렇게 함으로써 여러 대화를 같은 전화선으로 동시에 보낼 수 있게 되었다.

□ 채널 보코더(chnnal vocoder)에 의한 방식

여러 개의 채널을 이용한 보코더로서, 분석-합성 전화통신 실험에 사용된다. 이 방식은 발화시 발생하는 음파의 스펙트럼상의 변화는 10개 정도의 여과기를 통과하면서 각각의 여과기 통로의 출력 단계에서 변화를 일으킨다. 각 여과기에 성대 주파수와 강도의 변화만 전달되고, 다시 여과기를 사용하여 전송받은 발화를 재생성한다. 각 분석 여과기에서 나온 출력의 강도는 그에 상응하는 합성 여과기의 출력 강도를 조절하는 데 사용된다. 이러한 식으로 원래 소리의 스펙트럼과 거의 가까운 음성을 합성하는 방식을 채널 보코더라고 한다.

□ 문양재생기(Pattern-Playback)에 의한 방식

1950년대에 등장한 문양재생기는 음성분석기의 원리를 거꾸로 이용하여 음성을 합성해내는 장치이다. 따라서 스펙트로그램과 같은 모양의 문양을 받아 들여 광선으로 훑어가면서 이에 해당하는 음파를 생성해낸다. 포먼트 수, 주파수, 음파의 지속시간 등을 마음대로 변형시킬 수 있으며, 음파의 다른 특질을 한 번에 하나씩 바꿔서 그것들이 음성에 미치는 영향을 관찰할 수 있다.

□ 포먼트(formant) 제어 방식

1950년대 중반에 접어들면서 문양재생기가 전자 소음 생성기(저주파 소음 생성기)를 이용하여 성대의 떨림을 흉내내게 되자, 3∼4개의 전자 공명기(여과기)를 이용하여 음성기관의 공명 중에서 모음과 공명 자음을 내기 위한 장치로 포먼트 합성기가 등장하였다. 투명한 플라스틱 밴드 위에 그려진 문양을 이용하여 생성된 음성의 음향적 특징을 조절할 수 있었고, 생성된 음은 음의 기본 성대 주파수가 다양하고 투명한 밴드 위에 그려진 흔적 중의 하나에 의해 조절되었기 때문에 제어용 매개변수만 잘 맞추어지면 고음질의 음을 생성할 수 있었다.

) 고주파 소음 생성기(hiss generater)도 있었는데, 이것은 마찰음을 내기 위한 음성합성 장치였다고 한다.

□ 디지털 컴퓨터에 의한 방식

컴퓨터를 이용하여 디지털로 음성을 합성하는 것으로, 성대소리·소음 등을 모방할 수 있다. IBM과 호환성인 speech-station과 CLS(computer speech lab) 등의 프로그램과 매킨토시용의 Sound-Edit와 Signalizer 등의 컴퓨터 프로그램이 개발되어 비교적 쉽게 사용할 수 있다.

□ 조음합성기(Articulatory synthesizer)에 의한 방식

입술과 혀와 같은 조음기관들이 발화 동안에  어떻게 움직이며, 성도의 모양에 어떤 변화를 가져오는지 인간 발성의 과정을 그대로 모방하여 소리를 합성하는 장치이다. 음파와 성도의 포먼트는 성도의 모양에서 계산하여 이 값을 합성기에 적용하여 음성을 합성하지만, 성대에 대한 지식이 절대적으로 필요하기 때문에 성도의 모양을 그대로 모방하여 발성 장치를 개발하기가 매우 어렵다. 물론 X-ray 촬영에 도움을 받을 수는 있으나, 이는 단지 조음기관들의 측면만을 보여주기 때문에 성도의 넓이나 횡단면적은 알 수 없다. 따라서 조음합성기로 고음질의 음성을 생성하기란 폐에서 입술까지 전체적인 조음기관에 대한 정확한 정보 및 모방이 없이는 불가능하다.

□ LPC(Liner Predictive Coding - 선형예측계수) 제어 방식

현재 분석-합성 시스템에서 사용되는 기본 원리로서, 보다 손쉬운 음성 조작을 위해 수학적 방식을 도입하여 디지털로 된 음성의 파형을 코드화하고 쉽게 컴퓨터로 수행할 수 있는 음성합성 vocorder를 가리킨다. 음파의 자질이 소수의 계수(주로 10 또는 12)로 측정되고, 음파가 변화함에 따라 새로은 계수들이 10msec마다 한번씩 측정된다. 성도의 여진(勵振)에 대한 정보는 LPG계수와 함께 새로운 음성을 예측하는 수신기로 보내지고, 계수들이 수신되면 전체 음파가 재합성된다.

(3) 음성합성의 분야

음성합성의 분야는 크게 음성 부호화에 해당하는 □분석-합성(Analysis-Synthesis)'의 기술을 이용한 보코더 분야와, 문자로 입력된 정보를 여러가지 합성 규칙과 부호화된 음성분석 정보를 이용하여 대응하는 음성으로 출력하는 □문자-음성변환(text-to-speech conversion)' 분야로 나눌 수 있다. 특히 문자-음성 변환 처리는 음성 합성의 주된 분야로서, 전화번호부 서비스, 음성신문 등에 이용될 수 있다.

(4) 문자-음성 변환기의 처리 과정

문자-음성의 변환 과정은 일반적으로 언어처리 과정과 음성합성의 두 과정을 거쳐야 한다.

문자-음성 변환기의 언어처리 과정은 다음과 같다.

) 본문에 제시된 처리 과정은 구희산(1993)에서 제시한 것을 김기호(1993)에서 재인용한 것이고, 이현복에서는 □전처리부 → 문자-음소 변환 → 통사분석기 → 운율생성기□로 제시하면서, 언어처리부분을 강조하였다.

1단계 : 전처리 과정 - 특수문자(숫자, 약어 등)의 일반 문자로의 전환

2단계 : 구문분석 과정 - 입력된 문장의 통사/형태론적 분석

3단계 : 운율정보 추출 과정 - 통사정보(문의 종류, 구절의 위치 등)와 발화단위에 내포된 의미정보          에 따라 적절한 운율정보(구절과 억양구의 분절, 구절의 억양 패턴과 길이 조정, 휴지(休止)          등) 추출

4단계 : 글자-음운 변환 과정 -음운규칙을 적용하여 분석된 각 어절의 글자들을 소리나는 대로 변환

5단계 : 단위 음성 생성 - 음소, 반음절, 걸친 반음절, 음절 등의 단위에 따라 합성 단계에서 접속하          게 될 음성을 단위별로 미리 저장

) demi-syllable. 합성단위를 연결할 때 인접하는 소리 사이의 전이를 명료하게 실현하기 위해 모음의 안정된 구간에서 음절을 나눈 것.

그리고 음성합성 처리과정에서 추출된 운율정보와 저장된 단위음성 자료를 근거로 하여 자연성과 명료성을 갖춘 합성음을 만드는 것이다. 이 때 위에서 소개한 여러 가지 합성의 방법이 적용된다.

7. 結

지금까지 실험음성학이라는 제목으로 몇 가지의 내용을 다루었다. 그러나 현재 진행되고 있는 연구의 수준만큼 학문적으로 접근할 기회가 적어서인지, 실험음성학의 연구 방법상의 문제라든가 앞으로 나아가야 할 방향을 제시하는 높은 수준의 글이 아니라  단순히 실험음성학에 대한 개괄적인 내용만을 간략하게 소개하는 정도에 머무르고 말았다. 특히 이러한 실험음성학의 방법을 이용하여 국어 자모의 산출·분석, 국어 단어와 문장의 인식 및 합성 등에 관하여 조금이라도 제시하고 싶었으나, 끝내 정리하지 못하고 이 정도로 글을 맺게 되었다.

다만, 앞으로 실험음성학이 좀더 높은 차원에서 연구가 이루어지기 위해서는 음운론, 통사론, 의미론과 같은 학문 뿐만 아니라 생리학, 의학, 심리학 등 인접 학문과의 연계가 반드시 있어야 한다는 점을 다시 한 번 확인했으며, 끝으로 필자가 이 글을 정리하면서 다 함께 생각해 보고 싶은 몇 가지 문제를 제시하면서 이 글을 맺고자 한다.

1. 음성인식이나 음성합성에 있어서 지금까지 연구의 대상이 된 언어는 주로 표음문자라고 할 수 있는 영어, 일본어, 한국어 등이었다. 그렇다면 표의문자인 중국어는 음성합성 연구의 대상이 될 수 없는가? 될 수 있다면 어떤 점에서 다른 과정을 거쳐야 하고, 될 수 없다면 그 이유는 무엇인가?

2. 자연발화에 있어서 화자가 문맥에 어긋난 단어를 사용했다하더라도 청자는 화자의 의도를 파악할 수 있다. 또 아주 어린아이의 경우 그 발음이 어른처럼 정확하지 못할지라도 어른들은 그 아이의 말을 들으면 대강의 의미를 파악할 수 있다. 음성인식을 단순한 음성의 판독이 아니라 음성에 담긴 올바른 의미의 파악까지를 포함한다고 했을 때, 이러한 문제는 음성인식에서 어떻게 해결해야 하는가?

3. 음성인식의 방식 중에서 DTW 방식의 경우 음성을 입력하기 전에 미리 데이터베이스를 구축해야 한다. 이 때 데이터의 범주를 어디까지로 설정할 것이며, 얼마만큼의 데이터를 구축해야 할 것인가? 또, 어떠한 방식으로 데이터를 구축할 것인가?

4. 고립단어 음성인식에서 동음이의어를 어떻게 구분할 것인가? 특히 운율적 요소인 장단이나 고저로도 구분이 되지 않는 음성은 어떻게 처리할 것인가?

<참고 문헌>

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국어 음성 분석 연구, 1996, 국립국어연구원.

※ 다음은 실험음성학적 방법을 사용하여 국어의 음성을 연구한 논저 목록을 나름대로 있는 것을 참고적으로 정리한 것이다. 도움이 되었으면 하는 차원에서 몇 가지를 제시한다.

<실험음성학적 방법을 사용한 국어 연구 논저 목록>

김영송, 1987, 우리말의 갈이소리, <한글>196, 한글학회.

, 1991, <우리말 소리의 연구>, 고친판, 과학사.

, 1991, 한국어 마찰음 연구, <우리말 연구> 제 1집, 우리말 연구회.

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지민제, 성철재, 전은주, 1992, 한국어 돋들림의 실험음성학적 연구, 한국음향학회 음성통신 및 신          호 처리 워크샵 논문집.

지민제, 1993, 소리의 길이, <새국어생활> 3-1, 국립국어연구원.

지민제, 1993, 방송 언어의 억양에 관한 실험음성학적 연구, 한국어 연구논문 제35집, KBS 한국          어연구회.

1996, 국어 음성 분석 연구, 국립국어연구원.