Speech Sounds의 이해

후두(Larynx)와 인두(Pharynx) 그리고 입(mouth)이 함께 성도(Vocal Tract)를 구성한다. 이는 일종의 공명관(a resonant chanber)이다. 이러한 공명관 내부는 그 모양이 계속해서 변한다. 이는 성도 내에 존재하는 다양한 조음기관들(입술, 치아, 혀, 치조, 경구개, 연구개, 목젖 등)의 모양과 위치, 움직임에서 비롯된다.

 

유성음(Voiced sounds)에 관하여

The voice organ은 기능적으로 크게 3가지 units으로 나눌 수 있다.

• 폐(Lungs): a power supply

• 성대(Vocal cords): an osillator

• 성도(Vocal tract): a resonator

Vocal cords Vibration

성대가 닫힌 상태에서 폐로부터 기류가 흘러나오면, 성문 바로 아래에서 기류가 압축된다. 이 압축 기류는 Vocal cords의 틈을 벌린다. 그 틈을 빠져나간 직후 또다시 닫힌다. 닫힌 성대를 중심으로 한 기압의 차이가 성문의 개방과 폐쇄라는 순환을 만들어낸다. 이러한 순환을 성대의 떨림, 성대의 진동, 성대의 Vibration이라고 부른다. 

 

Frequency

성대진동의 빈도(Frequency)는 폐에서 나오는 기류(airstream)에 의해 결정되고 성대를 둘러싼 여러 근육들에 의해 결정된다. 일반적으로, 폐의 압력이 높을수록 진동 빈도가 높을 것이고 성대가 얇고 길게 펼쳐져 있으면 그 빈도가 더 높아질 것이다. 

 

Pulse train

The train of pulses는 Vocal tract 내에서 빠르게 진동하는 기류(airstream)를 만들어낸다. 이를 a sound라고 한다. Pitch는 진동 빈도(Frequency)에 의해 결정된다. (빈도가 높으면 높은 소리 / 빈도가 낮으면 낮은 소리)

 

Voice Source 

Vocal cords의 열림과 닫힘을 겪으며 흘러나오는 기류로 만들어진 sounds가 바로 the voice source이다. 즉, speaking voice 또는 singing voice의 원료(Raw material)가 되는 것이다. 이는 Complex tone(복합음)이다. 

• A complex tone(복합음): 둘 이상의 simple tones으로 구성된 소리

  • 가장 낮은 진동 빈도(Vibratory frequency)를 가진 simple tone을 Fundamental Frequency(기본 주파수)라고 한다.

  • 그 외 나머지 simple tones를 overtones(배음)라고 한다. (harmonics와는 의미에 차이가 있다. 참고: http://www.sengpielaudio.com/calculator-harmonics.htm )

  • 배음들의 진폭은 균등한 비율로 점차 작아진다.

    • Source Spectrum: 아래 이미지의 A 부분(이미지 출처: http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/speechmodel.html)

 

 

 

Resonator

• 정의(출처:위키백과https://en.wikipedia.org/wiki/Resonator): A resonator is a device or system that exhibits resonance or resonant behavior. That is, it naturally oscillates with greater amplitude at some frequencies, called resonant frequencies, than at other frequencies. The oscillations in a resonator can be either electromagnetic or mechanical (including acoustic). Resonators are used to either generate waves of specific frequencies or to select specific frequencies from a signal.
• 공명(Resonance)이란 특정 주파수에서 큰 진폭으로 진동하는 현상을 의미한다. 이때의 특정 주파수를 공명 주파수라고 한다.

Formant

Formant를 이해하기 위해서는 위 공명과 공명체의 개념을 확실히 해야 한다. 이 이해를 바탕으로 하나의 공명체로서의 vocal tract를 이해해야하기 때문이다.

Vocal tract라는 공명체는 4, 5개의 주요 공명주파수(큰 진폭을 보이는 주파수들)들을 갖는데, 이러한 각 공명들을 Formant라고 한다. 

• The formant frequencies는 Vocal tract의 모양에 의해 결정된다. 
•  Three major tools for changing the shape of the tract
  • 턱 개방 정도: 턱 개방 면적이 넓어질 수록 First formant frequency(F1)는 높아진다. 
  • 혀의 모양: Second formant frequency(F2)에 영향을 준다.
  • 혀 끝의 위치: Third formant frequency(F3)에 영향을 준다.  
• 다양한 조음기관의 움직임은 주로 F1과 F2에 상당한 변화를 일으킨다.