발성구조와 성대기관, 음성생성의 원리

[giwhija]

'어머니의 혀', '혀가 묶인'과 같은 표현들은 인간이 항상 발화에서 이 기관들의 중요성을 이해하고 있다는 풍부한 증거가 된다. 그러나 입술과 혀가 발화와 연관된 유일한 기관은 아니다. 발화와 관련된 모든 기관들을 설명하고, 발화시에 그러한 기관들이 어떻게 기능을 하며, 음파는 어떻게 생성되는지를 설명하고자 한다.

전체 발성구조를 개괄적으로 검토해 보고, 그 다음으로 성대기관을 하나하나 설명하고자 한다. 그리고 세번째 부분에서는 이 기관들이 어떻게 움직여서 각 영어 음성을 생성하는지를 설명하며, 끝으로 성대기관이 어떻게 음성파를 생성하고 형성하는지에 관한 음향(물리)학을 다루고자 한다.

1. 발성 : 개관

그림 1은 발성과 관련된 신체의 부분들인 성대기관의 단면도이다. 주요 발성기관으로는 폐, 기관, 후두(성대 포함), 인두(목구멍), 코, 턱, 그리고 입(연구개, 경구개, 이, 혀, 입술 등을 포함)이 있다. 이 기관들은 모두 폐에서 입술까지 연장되어 있는 복잡한 모양의 '관'을 형성한다. 후두 위에 위치한 관의 부분은 성도라고 하며, 이는 인두, 입, 코로 이루어져 있다. 성도의 모양은 총칭해서 조음자라고 불리는 연구개, 혀, 입술, 그리고 턱을 움직여서 광범위하게 변화시킬 수 있다.

그림 1 인간의 발성기관

발화에 대한 에너지원은 숨을 내쉴 때 폐에서 나오는 일정한 공기의 흐름이다. 이 기류는 정상적으로 숨쉴 때는 들을 수 없다. 그러나 공기를 빠르게 진동시킴으로써 들을 수 있게 만들 수 있다. 물론 우리는 말을 하는 도중에는 고의로 공기 흐름을 진동하게 한다. 이것은 여러가지 방식으로 할 수 있는데, 가장 자주 사용되는 방법은 성대 작용에 의한 것이다.
성대는 후두의 한 부분으로서, 폐에서 나오는 공기의 흐름을 조절하는 장벽이 된다. 성대가 열릴 때 기류는 성도로 들어가고, 성대가 닫히면 폐에서 나온 공기의 흐름이 차단된다. 말하는 동안에 성대는 빠르게 여닫히며, 일정한 기류를 여러 개의 공기 덩어리로 잘라 낸다. 성대의 진동 속도를 증가시킴으로써 주파수는 점점 더 높아지고 이 빠른 연속된 공기 덩이를 '윙'하는 소리로 들을 수 있다. 성대의 윙하는 소리의 특성은 성도의 음향학적 특성에 의해 조정된다. 이 음향적 특성은 성도의 모양에 따른다. 말하는 동안 우리는 계속해서 혀와 입술, 다른 조음기관 등을 움직여서 성도의 모양을 바꾼다. 이 움직임들은 성도의 음향적 특성을 바꿈으로써 다른 음성을 생성할 수 있게 한다. 다른 음성을 생성하기 위해 성도의 모양을 조정하는 과정을 조음이라고 부른다.
따라서 폐에서 나온 기류는 음성파 생성을 위한 에너지를 제공해 주고, 성대는 이 에너지를 들을 수 있는 윙하는 소리로 바꾸고, 성도의 모양을 변경하여, 조음기관들은 이 단조로운 음을 구별할 수 있는 음성으로 변환시킨다. 성대의 진동 외에 두 가지 다른 방법이 폐에서 나오는 공기를 들리게 하는데 흔히 이용된다. 그 한 가지로 성도는 어떤 지점에서 그 길이가 수축되는데, 예를 들면 혀를 구개 가까이에 대도록 한다. 이 공간을 지나는 기류는 끓는 찻주전자의 좁은 주둥이로 증기가 새어 나오듯이 소용돌이친다. 이 소용돌이치는 기류는 '쉿쉿'하는 소리와 같으며, 사실, [h], [s]나 [sh]와 같은 소리를 발음할 때 나오는 마찰성 잡음이 된다.
또 다른 방법은 공기 흐름을 모두 막아 버리는 것이다. 아주 잠시 동안이지만 공기의 흐름은 성도를 혀나 입술 등으로 막았다가, 갑자기 이 막힘 뒤에서 형성된 기압이 방출된다. 이런 '폐쇄'기법은 [p]와 [g]음을 내는데 이용하며, 이것들은 파열음이라고 부른다. 좁히고 막는 방법은 성대의 활동과 무관함을 기억하라. 그리고 성대는 동시에 떨릴 수도 있고 떨리지 않을 수도 있다. 세 가지 방법 가운데 어느 것을 사용하더라도 성도의 공명은 쉿하는 소리, 파열음, 또는 성대 진동 등에 의해 생성된 기본음의 특징을 변경할 수 있다.
용도가 많은 것은 아니지만, 몇 가지 다른 방법이 발화에 사용될 수 있다. 속삭이는 소리를 내는 것은 기류를 일으킬 수 있도록 좁은 공간을 만들어, 성대를 가만히 움직이지 않게 하고 서로 맞붙여서 일어난다는 것을 제외하고는 쉿쉿하고 소리내는 것은 같다. 또한 일부 아프리카 언어에서는, 혀 차는 소리(clicks)가 사용된다. 혀 차는 소리는 성도의 두 곳을 막고 이 폐쇄 사이의 공간을 확장시키면서 성도를 다시 여는 것이다. 일부 언어는 숨을 들이키면서 발성하는 소리를 이용하나, 영어는 보통 숨을 내쉬면서 발성된다.

2. 발성기관

이제 발성기관의 작용에 대해 더 상세히 생각해 보자. 발성기관의 일차적인 생물학적 기능은 발성이 아니라는 것을 알면 흥미가 있을 것이다. 그것들은 먼저 호흡, 씹기, 삼키기 등과 같은 다른 생명 유지 활동을 하도록 발육되었고 나중에서야 발성하는데 이용되었다.
허파는 흉곽강(rib cage) 안에 있는 스폰지 모양의 탄성물질 덩어리이다. 허파는 혈액에 산소를 공급하고 이산화탄소와 같은 폐기물을 없앤다. 호흡작용은 흉곽강 안의 여러가지 근육 및 흉곽과 배를 분리시키는 횡격막과 배의 근육에 의해 조절된다. 말하는 동안 횡격막은 이완되고, 배의 근육 수축은 배의 내장기관들이 횡격막을 밀어올려 폐로부터 공기를 밀어내는 정도를 조절한다.
보통 폐는 3리터 정도의 공기를 갖고 있다. 게다가, 우리는 0.5리터 공기를 규칙적으로 받아들이고 내쉰다. 처음 깊숙이 들이 쉬고, 내쉴 수 있는 만큼 내쉬면, 폐에 1.5리터 정도의 양만 남기고 3.5리터 정도의 공기를 내뿜을 수  있다. 내쉴 때 허파에서의 기압은 대기압보다 약간 더 높다. 그것은 보통 숨쉴 때에는 대기압보다 약 0.25% 더 높으며 대화 중에는 대기압보다 약 1% 더 높다.
보통 때 우리는 매 5초마다 숨을 쉰다. 대략 이와 비슷한 간격으로 호흡을 하고 있다. 말하는 동안에는 문장과 구(句)의 길이에 따라 호흡 속도에 영향을 줄 수 있다. 우리는 내쉴 때만 말하기 때문에, 호흡 주기의 15%만을 흡기에 사용할 수 있다. 폐에서 나온 공기는 고리 모양의 연골조직으로 된 관인 기관(그림 1)을 지나, 후두를 지나고 입과 코로 나간다. 후두는 허파와 입사이의 문 또는 밸브 작용을 하는데 여닫음으로써 허파에서의 공기 흐름을 조절한다. 후두가 꼭 닫혔을 때, 허파와 입 사이를 완전히 차단시킨다. 후두는 공기 통로를 막을 수 있기 때문에, 발성 및 식사와 호흡에 중요한 역할을 한다.
우리는 입을 통해서 음식과 공기를 받아들인다. 이 필수적인 요소들이 입 뒤의 인두에 도달하면 아래를 향한 두 개의 구멍을 마주치게 된다. 이는 기관(氣管)을 통해서 폐로 이어지는 후두와, 위로 연결되는 식도이다(그림 1). 음식과 공기는 신체가 제대로 작동하기 위해서는 엉뚱한 통로로 들어가서는 안된다. 우리는 음식이나 이물질이 기관에 들어 갔을 때, 얼마나 불쾌한지 알고 있다. 이것을 막기 위해서 음식물을 삼키는 동안 후두는 자동적으로 후두개 아래로 움직여 가서 음식물이 기관과 폐로 가는 것을 막는다. 더욱이 후두는 보호를 위해 닫힌다.
후두밸브의 또 다른 기능은 공기를 폐에 가두어 두는 것이다. 앞 손발을 널리 사용하는 동물들, 특히 나무를 오르는 포유동물들은, 잘 발달된 후두를 갖고 있다. 왜냐하면 흉곽강(chest cavity)에 가두어 둔 공기로 단단한 뒷받침을 하여 보다 큰 힘을 쓸 수 있기 때문이다. 숨을 들이 쉬지 않게 되면 팔 힘이 얼마나 약화되는지 한번 보자. 보통 우리는 팔로 힘든 일을 할 때, 무의식적으로 숨을 멈춘다. 인간은 후두밸브를 이용하여 폐에서 나온 일정한 기류를 들을 수 있는 소리로 바꾸는 법을 배웠다. 후두를 이용하여 기류를 여러 개의 공기 덩어리로 끊어 주는데 이는 '윙'하는 소리가 된다. 이것이 음성에 사용하는 음파이다.
구조적으로 후두는 여러 개의 연골 덩어리이다. 후두는 연골의 하나인 갑상연골이 목의 앞부분의 돌출 부위로 나타나기 때문에 쉽게 찾을 수 있다. 그 돌출 부위는 후두융기(Adan's apple, Laryngeal prominence)라고 불리고, 여성보다는 남성에게서 더 돌출해 있다. 그림 2는 후두의 주요 연골들을 다른 각도에서 보여 주고 있다. 연골과 연결된 근육 및 인대는 높이 3인치 폭 2인치 조금 못되는 일련의 고리를 형성한다. 후두는 하나의 고정된 위치를 유지하지 않는다. 삼키고 말하는 동안에 상하로 움직일 수 있다.

그림 2 후두의 다양한 조망 : (a) 전면 (b) 측면 (c) 후면 (d) 절단면

후두의 꼭대기에는 후두개가 있다. 후두개의 하부는 갑상연골에 부착되어 있고 다른 쪽 끝은 자유롭게 움직일 수 있다. 삼키는 동안에 후두개는 기관으로부터 음식을 비껴가게 한다.
후두의 밸브 작용은 주로 성대에 달려 있다. 성대는 인대인데, 그 인대는 후강 안쪽의 양면에 있는 것으로, 앞쪽 후두융기로부터 뒤쪽 피열연골(arytenoid)까지 뻗쳐 있다. 성대 사이의 공간은 성문(glottis)이라고 부른다. 피열연골들 및 성대가 함께 붙어 있으면, 공기 통로는 완전히 닫혀지고 후두 밸브도 닫힌다. 성문열림은 피열연골을 떨어지게 하여 조절된다(그림 3). 열린 성문은 성대가 전반부에 함께 붙어 있고 뒤쪽에서만 떨어져 있기 때문에 V자 모양이다.

그림 3 성문 개방 조절 : 빗금친 부분은 피열연골을 나타낸다.
그림의 곡선으로된 맨 위 부분은 아담의 사과이다.

갑상연골의 전부를 앞쪽으로 당기거나, 때때로 피열연골을 움직여 돌림으로써 성대의 길이를 바꿀 수 있다. 성문은 길이가 약 2 cm이고 피열연골에 의해 약 1 cm 열 수 있다.
성대의 바로 위는 가성대(false vocal cords)라고 불리는 또 다른 짝의 성대가 있다. 이것들도 갑상연골에서 피열연골에 걸쳐 있다. 가성대가 발성에 어떤 영향을 미치는가에 대한 의견은 다르다. 그림 4는 가성대와 진성대 사이의 관계를 보여준다.

그림 4 가성대와 진성대의 관계

그러면, 후두기관을 지나면서 후두개, 가성대 및 진성대의 작용이라는 세가지 장벽을 준다. 이 세 가지 모두 음식물이 기관과 폐로 들어가지 않도록 삼킬 때는 닫혀 있고, 평소 호흡 때는 크게 열려 있다.
인간은 발화중 무엇을 하는가? 말할 때, 후두개와 가성대는 열려진 채 있지만, (진)성대는 닫혀 있다. 기압이 성대 장벽 뒤에서 형성되어 결국 성대를 불어서 떨어지게 한다. 일단 떨어지면, 초과된 압력이 터져 나가고, 탄력 있는 성대는 그 닫혀진 위치로 돌아간다. 압력이 또 형성되어 그 주기가 되풀이된다. 진동하는 성대는 허파와 입 사이의 공기 통로를 율동적으로 여닫는다. 이것들은 일정한 공기 흐름을 방해하고 앞에서 언급한 여러 개의 공기 덩어리를 생성한다. 성대 진동주기, 결국에는 공기 덩어리의 주파수는 얼마나 빨리 성대가 불려 떨어지는가와 얼마나 빨리 닫힌 위치로 돌아가는가를 결정짓는다.
이 주파수는 결합 효과로 조절된다. 성대의 부피, 성대 긴장의 정도 및 성대의 길이에 따라 영향을 받는다. 또한 좁은 공간을 급히 통과하며 보다 넓은 위의 공간에 들어가면서 성문에 생긴 낮은 기압 영향도 있다. 비교적 낮은 공기 압력은 성대를 본래 출발점으로 끌고 가서, 결국 돌아오는 속도를 증가시키게 한다. 허파에서 보다 큰 기압이 이 효과를 촉진시키며, 성대 진동주파수를 증가시킨다.
발성하는 동안에 우리는 원하는 주파수를 얻기 위해서 계속해서 성대의 긴장과 길이 그리고 폐의 기압을 바꾸어 준다. 보통 발화에서 사용되는 성대주파수 범위는 약 60 Hz에서 350 Hz 또는 두 옥타브 이상에 걸쳐 있다. 보다 높은 주파수가 종종 사용된다. 한 사람의 발성에서 성대주파수의 정상적 범위는 약 1.5 옥타브에 걸쳐 있다. 성대는 그림 5에서처럼 화자의 입에 치과용 거울을 두어 관찰할 수 있다. 그러나 성대는 아주 빠르게 진동하기 때문에 이런 식으로는 그 동작을 분명히 볼 수 없다. 특별한 고속 카메라로 치과용 거울에 나타내는 것을 찍어서 저속도로 필름을 보면 더 많은 것을 볼 수 있다. 이 종류의 관찰로 성대는 주로 좌우 운동을 하지만 상하 좌우로도 진동함을 알 수 있다. 저속도 필름에서는 성대가 진동주기 동안에 항상 완전히 닫히지 않는 것이 보인다. 적절한 측정을 통해서 공기 덩어리가 모든 성문주기에 걸쳐 어떻게 변하는지 알아볼 수 있다.

그림 5 성대운동을 관찰하는 방법

그림 6 한번의 성문 공기 덩어리에서의 기류 변화 :
         이 곡선은 매 8 msec 마다 되풀이 된다(주파수 125 cps).

그림 6 은 전형적인 커브를 보이고 있다. 각 압력파의 스펙트럼은 많은 성분소로 되어 있지만 그 주파수는 항상 성대주파수의 정수배이다. 그 진폭은 일반적으로 주파수가 증가하면 감소한다. 높은 발성이나 고함에서 성대는 더 빨리 여닫히고 한 사이클의 보다 적은 부분에서 열려 있다. 이것은 보다 높은 배음들의 진폭을 증가시키고 소리에 보다 거친 자질을 갖게 한다. 이런 높은 배음 (그리고 거친 음색) 은 외치는 소리가 그 소리 강도는 줄었는데도 외침으로 인식되는 이유가 된다.
지금까지 허파에서 나온 기류가 어떻게 발화를 위한 에너지를 내고, 성대진동이 어떻게 들을 수 있는 기본음을 만들어 내는지 보았다. 이제 이 기본음의 자질이 어떻게 성도의 모양에 의해 변하는지를 알아보자. 성도의 단면도는 그림 7에 나타나 있다. 성도는 후두와 입을 경유하여 성문에서 입술까지 뻗어 있으며 비강통로로 옆길이 나 있다.

그림 7 숨쉬기 위해 연구개를 내린 상태의 성도의 단면도 : 여기서 치경부는 윗턱에 있는 잇몸이 경구개와 만나는 부분이다. 그리고 기관(氣管) 뒤에 있는 식도는 위(胃)로 연결되는 '음식 수송관'이다.

그림 8 인두 내부도

인두는 후두와 식도를 입과 코로 연결시키는 성도의 일부이다. 이것은 후두를 입과 코로 연결시키는 관이다. 그림 8에서 보듯이, 보다 낮은 끝에서 인두는 후두 및 식도와 만난다.
보다 넓은 위 끝에서는 코, 입의 후부와 만난다. 그 모양과 크기는 삼킬 때 혀를 뒤로 당기거나, 후두를 올리거나, 인두벽을 수축하여 변한다. 그런 인두의 변화는 말할 때 일어나며 그림 9에 나타난 성도 도해에서 분명히 볼 수 있다.

그림 9 여러가지 모음 조음 동안의 성도의 윤곽

이 성도 도해에서 알 수 있는 사실은 입속에서 더 앞쪽으로 나와 있는 혀의 형상은 설근의 모양에 큰 영향을 주고 이어서, 설근은 인강의 크기를 변화시켜서 성도의 공명 빈도를 변화시킨다.
비강은(그림 7) 인두에서 코 끝까지로 길이 약 4 인치(또는 10 cm) 정도이다. 이것은 모든 비강 길이를 따라 형성된 중심 구분인 중격(septum)에 의해 두 부분으로 나누어져 있다. 비강벽의 굴곡과 주름들이 비강도의 단면들을 매우 복잡한 모양의 통로로 만든다. 코의 뒷부분에는-인두의 아랫부분에도-편도선이 있다(그림 7). 편도선은 자주 커져서 허파에서 나오는 기류에 영향을 주며, 그럴 때 대개 음성에 콧소리의 자질이 더해지게 한다. 냄새와 연관된 신경 감각돌기도 코에 위치해 있다. 곧 설명하게 될 비강은 인두와 입 뒷부분에서 연구개를 올림으로써 분리시킬 수 있다.
마지막으로 성도의 가장 중요한 부분은 입이다. 그 모양과 크기는 구개, 혀, 입술 및 이의 상대적인 위치를 조정함으로써 다른 어떤 성도 부분보다도 광범위하게 바뀔 수 있다. 이것들 중에서 가장 유연한 것이 혀이다. 설첨과 설단, 중설은 독립되어 움직일 수 있다. 혀 모두는 앞, 뒤, 아래, 위로 움직일 수 있다. 그림 10은 그런 움직임을 가능하게 하는 복잡한 근육 조직을 보이고 있다. 혀의 점막 덮개에는 미각과 관련된 신경돌기가 들어 있다.

그림 10 혀 근육들

그림 11 조음동안의 입술모양 : (a) 평순 (b) 원순 (c) 비원순

입술은 성도의 길이와 모양에 영향을 미치는데, 그림 11에서 보듯이 다양하게 둥글게 하거나 펼 수 있다. 입술과 함께 기류를 막을 수 있다. 입술과 턱은 두 가지 이상의 방법으로 대화에 영향을 준다. 성대의 모양을 바꾸고 결국에는 음성이 생성된다. 이것들은 치아와 함께 보통 볼 수 있는 성도의 유일한 부분이다. 청자는 화자의 목소리를 듣는 것은 물론 얼굴을 봄으로써 말한 것에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이것은 입술 읽기라고 부르며, 대부분의 사람들이 인식하는 것보다도 대화에 더욱 중요한 영향을 끼친다. 또한 만약 상당히 시끄러운 환경에서 대화를 나눈다면, 화자는 얼굴을 보는 것이 얼마나 도움이 되는지 알 것이다. 대부분의 농아자들은 얼굴만 보아도 상대방이 한 말의 일부를 이해할 수 있다.
입술과 턱이 대화에 영향을 끼치는 또 다른 방법이 있다. 그들의 모양에 따라 얼굴 표정이 정해져서 감정을 나타내준다. 이것으로 청자는 충분히 알 수 없었을 대화를 이해하는데 도움을 얻는다. 치아도 성도 모양과 생성하는 소리에 영향을 미친다. 예를 들어 [v]나 [th] 소리에서와 같이 치아를 혀끝이나 입술 가까이에 둠으로써 공기 흐름을 막거나 제한하는데 이용될 수 있다.
구강 모양을 이루는 기관의 마지막으로 구개가 있다. 구개는 세 부분으로 나눌 수 있다. 윗 잇몸(치경)과 입천장을 이루는 단단한 경구개, 그리고 뒷부분의 근육으로 된 연구개가 그것이다. 거울 앞에서 입을 크게 벌리면 뒷쪽의 연구개가 오르내리는 것이 보인다. 연구개는 보통 내려져 있고, 그림 7에서와 같이 위치를 차지하고 있다. 그러나 말을 하는 동안에 연구개는 대체로 상승되며 이 위치에서는 인두와 코 사이의 구멍을 닫는 위치가 된다. 그림 12를 보라. 허파에서 나온 공기는 완전히 입으로만 나가게 된다.

그림 12 비음 이외의 조음을 위한 성도 모습

이것으로 성도 모양을 갖는데 중요한 모든 기관들의 설명을 마친다. 성도의 모양을 정하고, 음향적인 특징들을 변화시켜, 발성기관들은 한 음과 다른 음을 구분할 수 있게 한다. 이제 이 기관들이 영어음을 조음할 때 어떻게 움직이는가 살펴보자.

3. 영어음성 조음

먼저 모음을 그리고 이어서 자음을 기술하겠다. 성대는 대체로 모음 조음시에 진동하며 일부 자음을 낼 때도 진동한다. 성대진동으로 생긴 소라는 유성음이라 부르고, 성대진동 없이 생성된 소리는 무성음이라고 부른다.
모음의 조음을 혀와 입 위치 면에서 설명하기로 한다. 일부 화자들은 모음발성 때 연구개를 올려서 비강을 닫고 발음하며, 일부는 부분적으로 내리고서 발음한다. 그러나 첨가된 비음자질 여부로 영어모음을 구분하지는 않는다.
혀의 위치를 설명하기는 쉽지 않다. 혀는 상당히 유동적이고 설첨(舌尖), 설단(舌端) 및 설면(舌面)은 독자적으로 움직일 수 있다. 경험에서 보면, 그 모양은 혀의 중심체가 어디 있는가에 따라 구분된다. 주요 설면(舌面)의 최상위 부분을 혀의 위치라 부른다.
모음을 내는데 사용되는 혀의 위치는 여러 개의 기본모음(cardinal vowels)을 내는데 이용되는 위치와 비교하여 설명한다. 기본모음은 어떤 언어에만 국한되지 않게 모음의 자질을 정의한 한벌의 표준음들이다. 이것들은 다른 모음들의 자질을 측정할 수 있는 모음자질의 잣대가 된다. 기본모음은 기본적으로 청각적인 자질 체계이나, X-선 실험 결과, 모음 자질과 혀 위치 사이에는 실질적으로 일치된다. 따라서 모음의 혀 위치와 기본모음의 혀 위치를 비교하는 것이 가능해졌다. 엄격히 말하면, 기본모음자질에 대한 어떠한 글로 쓴 정의도 정확한 것은 없다. 왜냐하면, 모음자질의 '정의'는 훈련된 음성학자가 내는 소리를 들을 때만 인식되기 때문이다. 그러나 대체적인 정의는 시도해 볼 수 있다. 우리가 혀를 최대한 높이 앞쪽으로 밀어내고 쉿하는 소리가 나도록 공기 통로의 폭을 좁히지 않고서 동시에 입술을 펼칠 때, [ee]와 같은 소리가 난다. 이것이 기본모음 1이다. 마찬가지로 혀의 높이는 그대로 둔 채, 혀를 뒤로 옮겨서 입술을 둥글게 하면, [00] 소리가 난다. 이것이 기본모음 8이다. 또 혀를 최대한 밑으로 내려, 뒷쪽 위치를 그대로 둔 채, 입술을 둥글지 않게 하면, 영어 단어 pot의 [a]와 같은 소리가 난다. 이것이 기본모음 5이다.
이 세 가지 기본모음의 혀 위치를 정하면, 그림 13(a)에서 보인 도표가 된다. 다른 다섯 개의 기본모음은 세 가지 위치 사이의 간격을 청각적으로 동등한 부분으로 나눈 소리로 정의된다. 그림 13(b)는 여기에 해당하는 혀 위치의 지도를 보이고 있으며, 그림 13(c)는 그림 13(b)의 혀 위치를 보통 관습적으로 그리는 형태이다. 그림 13(c)는 모음사각도(vowel quadrilateral)라 한다.

그림 13 기본모음 조음의 혀 위치 : (a) 기본모음 1, 5, 8 (b) 여덟개의 기본모음
           (c) (b)에서의 같은 여덟개의 기본모음에 대한 혀 위치의 도식

기본모음의 모든 혀 위치는 입의 가장자리로 향한 혀 운동의 외부 한계선에 걸쳐있다. 만일 혀의 위치가 입 중심부로 이동하면, 소리의 자질은 중모음적인 [uh]와 같이 된다. 혀가 구개 가까이 있을 때, 생성된 소리는 고모음이라고 한다. 혀가 낮아졌을 때, 즉 입바닥 부위에 있으면, 그 모음은 저모음이라 한다. 마찬가지로, 모음은 그 혀의 위치가 각각 입의 앞쪽 혹은 뒤쪽에 있을 때 전설모음 혹은 후설모음이라 한다. 모음사각도의 중심부 근처에서 만들어지는 소리는 중앙모음 혹은 중립모음이라 한다. 그래서 [ee]는 고전설모음이고 [oo]는 고후설모음이다. 그리고 [ae]는 중저전설모음이고 [a]는 저후설모음이다.
기본적으로는, 어떠한 입모양도 혀 위치에 상관없이 만들 수 있다. 그러나 영어에서는, 전설모음은 보통 편순으로 이루어지고 후설모음은 원순모음으로 이루어진다. 혀가 내려가면, 입술은 더 벌어지고, 후모음은 보다 더 평순화된다. 영어 모국어 화자들은 이 규칙을 어기기 힘들며, 어떤 사람들은 우리의 입의 근육이 그렇게 되어 있어서 입술모양과 혀 위치가 함께 갈 수 밖에 없다고 한다. 그러나 이것은 습관일 뿐이다. 다른 언어들은 입술과 혀 사이에 다른 관계를 가진 소리를 가지고 있다.
예를 들면, 불어에서는 혀를 영어의 [ee]에서처럼 전설 고모음 위치에 두고, 입술은 원순으로 영어의 [oo]처럼 발음하는 모음이 있다. 이 모음[oo]은 불어의 "너"를 나타내는 "tu"이다. 처음에는 이 소리를 내는 것이 불가능하게 여겨지지만 영어 [ee]발음의 혀 모양을 한 채, 손가락으로 입술을 둥글게 만들어 가면서 발음해 보면 분명히 낼 수 있을 것이다.
그림 14는 기본적인 영어 모음의 혀 위치를 보인다. 이 사각도에 나타난 모음은 사용되는 음절의 처음부터 끝까지 실질적으로 변하지 않는 자질을 갖고 있는 단모음이다. 이중모음이라고 하는 또 다른 영어 단어의 그룹이 있다. 이중모음은 음절 내에서 처음부터 끝까지 뚜렷이 자질이 변하는 모음 음소를 말한다. 예를 들어, 이중모음 [au]는, [a]의 위치에서 [u]의 위치로 움직일 것이다.

그림 14 영어 모음의 혀 위치 : 8개의 기본모음의 혀 위치는 C1 ..C8로 표시했다.

영어 자음들은 조음위치와 조음방식을 밝힘으로써 가장 잘 설명될 수 있다. 더 나아가 유무성을 구분하기도 한다. 영어의 중요한 조음위치들은 입술(labial), 순치(脣齒 : labiodental), 이(齒 : dental), 치조(齒槽 : alveolar), 경구개(palatal), 연구개(velar), 그리고 성문(glottal)이다. 조음방식 범주들은 폐쇄음(또는 파열음), 마찰음, 파찰음, 비음, 그리고 접근음이다. 조음위치와 조음방식에 따른 영어의 자음 분류는 도표 1에 나타냈다. 파열음은 각 조음위치에서 기압을 차단하였다가 갑자기 그 압력을 파열시키는 것이다. 기류는 두 입술을 붙여서 막거나 혀를 윗 잇몸이나 연구개에 맞붙여 막을 수도 있다. 도표 1은 영어의 파열음의 조음위치와 조음방식을 명시한다.

도표 1 조음위치 및 조음방식에 의한 영어 자음 분류

	조   음    위   치
조 음 방 식		양순음	순치음	치  음	치경음	구개음	연구개음
	파열음(폐쇄음)	p        b			t           d		k           g
	마찰음		f          v	th(Ѳ)    th(g)	s           z	sh(ʃ)  zh(Ӡ)
	파찰음					ch(c)  dzh(j)
	비음	m			n		ng(ŋ)
	접근음	w		r		y(j)	w
	설측접근음			l
주의:	조음장소의 세로행에서 왼쪽은 무성자음들 그리고 오른쪽은 유성자음들이다.

마찰음은 각 조음위치에서 기류를 좁게 하여 만든다. 그래서, 공기 소용돌이를 일으킬 만큼 '쉿'하는 자질을 갖는 소리를 낼 수 있다. 파열음처럼 마찰음도 도표 1에 나타난 바와 같이 조음위치에 따라 다르다. 파찰음은 두 단계로 조음된다. 우선 순간적인 폐쇄가 형성되고 마찰이 일어나게 된다. 영어에서는 두 부분에 대한 조음위치는 경구개이다. "cheer"와 "jeer" 등의 단어들에서 첫 자음들은 각각 유성ㆍ무성 파찰음들의 좋은 예이다. 비음은 연구개를 내리고, 비강을 인두에 연결시킨 후 코를 통해 공기를 흐르게 하여 만든다. 입을 통한 공기의 흐름은 마치 파열음의 경우처럼 어딘가에서 폐쇄된 다음에 급히 방출된다. 도표 1에 비음의 여러 조음위치들을 나타냈다. 그밖에 모든 영어 자음들은 연구개를 올려 코를 통해 공기가 흐르지 않게 한 상태로 만든다.
접근음들은 자음 [w, y, r, l]이다. 그들은 한 조음기관이 다른 조음기관으로 이동은 하지만 마찰음을 낼 정도로 충분히 성도를 수축하지 않은 상태로 만들어진다. 접근음들은 유성자음이다. 자음 [w]는 모음 [oo]처럼 혀를 입의 후면을 향해 올리고 입술을 바짝 둥글게 하여 만들어진다. 이 위치는 잠시 유지된 다음에 [w]에 후행하는 어느 모음으로 변한다. [w]의 조음위치는 둥근 양입술과 높은 뒤혀가 필요하기 때문에 양순음이며 동시에 연구개음이다. [y]를 조음할 때(yes의 경우처럼) 혀는 높은 전면 위치(frontal position)로 이동하고 모음 [ee]에서처럼 양입술은 평평해진다. [y]는 경구개 조음위치를 갖는다. 접근자음 [r]과 [l]은 둘다 혀끝으로 조음된다. [r]의 경우에 혀끝은 뒤쪽으로 굽어져 위 잇몸의 치경지역으로 다가가지만 건드리지는 않는다. [l]의 경우에는 혀긑을 위 잇몸에 대고 앞으로 내민다. 혀의 양측면이 입을 건드릴 수도 있지만 방해를 받지 않고 공기가 흐를 만한 공간이 생긴다. [l]은 설측접근음이라 부른다. [r]과 [l] 둘다 조음위치는 치경이다.
지금껏 설명했던 성도 모양은 음성을 발성할 때마다 정확히 이러한 모양으로 내는 것은 아니다. 지금까지 이상적인 조음을 설명했지만 실제 말에서는 상당한 변이가 생긴다. 변이는 화자마다 다른 개인적 습관일 수도 있고, 발음한 소리 바로 전후에 오는 다른 소리의 영향을 받기 때문이기도 하다. 예를 들어, [k] 소리는 혀 뒷부분을 연구개에 눌러서 낸다. 어디서 혀와 구개가 맞붙는지는 다음 모음이 무엇인가에 따라 상당히 차이가 난다. 만일 [o]와 같은 후설모음이라면, [i] 모음보다도 훨씬 뒷쪽에서 접촉한다. 또한 빠른 말에서는 현재의 조음운동이 끝나기 전에 흔히 다음 음의 조음을 시작한다. 다시 말해서, 혀와 입술을 새로운 위치로 움직인다. 다음 장에서 그 이유를 살펴보겠지만, 이러한 모든 변이에도 불구하고 언어는 여전히 변별력을 지니고 있다.
이제 여러가지 발성 기관의 움직임이 성도관의 모양을 어떻게 이루는가를 알아 보았으므로 발성된 소리의 특징에 대한 그 관의 음향적 효과를 생각해 볼 수 있다.

4. 발성의 음향학

성대가 낸 부저와 같은 소리가 성도에 적용되는 것을 기억할 것이다. 성도는 사실상 공기로 차 있는 관이며, 공기가 차 있는 모든 관과 마찬가지로 공명기로서 작용을 한다. 이 말은 성도는 어떤 고유 진동주파수가 있으며, 다른 주파수의 소리보다는 공명주파수와 유사한 주파수의 음파에 더 즉시 반응한다는 것이다. 예를 들어, 성대가 그림 15(a)와 같은 일련의 진동을 한다고 가정해 보자.

그림 15 formant 설명 : (a) 연속 진동의 파형 (b) 연속 단진동의 스펙트럼
                             (c) 단순 공명기의 주파수 반응 (d)와 (e)는 (a)에서와
                             같은 여러 개의 진동이 (c)에 나타나 있는 주파수 반응을
                             보이는 공명기에 적용했을 때 생성되는 음파의 파형과 스펙트럼

Formant 의 정의 : Yahoo : 음정 등의 주파수 세기의 분포.

그런 소리의 주파수에는 많은 수의 성분음이 나타난다. 이 모든 것들은 대체로 같은 진폭을 가지며, 기본주파수의 정수배에 해당하는 주파수를 갖고 있다. 기본주파수는 스펙트럼의 최저주파수 성분, 즉 성대의 진동주파수와 같은 주파수를 갖고 있다. 기본주파수는 스펙트럼의 최저주파수 성분, 즉 성대의 진동주파수와 같은 주파수를 갖고 있다. 성대의 진동이 성도의 한쪽 끝(성문쪽)에 작용되어, 입술을 향해 전파된다. 성도가 그 고유 공명주파수 주위에 해당하는 성대 진동 성분에 더 잘 반응을 하게 된다. 이 성분소들은 강조되고 입술에서 나타나는 소리의 스펙트럼은 성도의 고유(공명)주파수에서 '정점'을 보일 것이다. 성문에 적용된 기타 성분음은 그 주파수들이 공명주파수에서 멀면 멀수록, 그 결과 생기는 양입술에서의 강도는 낮아진다. 그림 15는 이 과정을 보여준다. 그림 15(b)는 성대의 출력에 대한 스펙트럼이고, (c)는 단순 공명기의 주파수 반응을 보인다. 그림 (d)와 (e)는 (a)가 (c)의 공명관을 통해 전파되었을 때 생기는 음파의 파형과 스펙트럼이다.
그림 15(c)의 공명기는 한 개의 공명주파수만 있지만, 성도는 많이 갖고 있다. 따라서 성도 공명기는 많은 다른 주파수에서 성대파형의 배음을 강조하고, 음성파의 스펙트럼은 각 성도의 공명주파수의 각각에서 정점을 보일 것이다. 성도의 공명주파수의 값은 그 모양으로 정한다. 결국 스펙트럼 성분의 진폭은 성도모양을 바꾸면 다른 주파수에 정점을 가지게 될 것이다. 그림 16은 세 가지 다른 성도 모양에서 생긴 소리의 스펙트럼을 보인다.

그림 16 세 가지 다른 모음의 성도 모습과 그 스펙트럼 :
          스펙트럼 정점은 성도 공명을 나타낸다.
          각 배음의 수직선은 보이지 않는다.

성도의 공명은 formant라 부르며, 그 주파수는 formant주파수라고 한다. 성도의 모든 모양이 특징적인 formant주파수의 짝을 갖고 있다. 그림 15에서 보았지만, 공명주파수는 스펙트럼의 배음의 주파수와 일치하지는 않는다. 일반적으로 formant의 주파수는 일치할 수 있지만, 배음의 주파수와 똑같지는 않다. 결국 일치해야 할 이유는 없는 것이다. 공명주파수(formant)는 성도에 의해 정해지며, 배음주파수는 성대에 의해 정해지고, 성도와 성대는 서로 독자적으로 움직일 수 있다. 성대와 formant의 독립은 그림 17과 18에 나타나 있다.

그림 17 두 가지 다른 성대 진동으로 발성된 모음 [ah]의 파형과 스펙트럼 :
           (a) 성대 주파수 90 cps (b) 성대 주파수 150 cps

그림 18 90 cps 성대 주파수로 발성한 모음 [a] 및 [uh]의 파형과 그 스펙트럼 :
           (a) [a] 음 (b) [uh] 음

그림 17(a)는 90 Hz 로 진동하는 성대로 발성한 [a]소리의 파형과 스펙트럼이고, (b)는 똑같은 소리를 150 Hz 로 진동하는 성대로 발성한 파형과 스펙트럼이다. 비록 배음의 주파수는 변했지만, formant주파수(스펙트럼 봉우리)는 변하지 않았다. 왜냐하면 성도 모양은 똑같기 때문이다. 그림 18(a)에서는 90 Hz 의 [a] 음의 파형과 스펙트럼을 듣고, (b)에서는 성대 진동은 90 Hz 이지만, 성도 모양은 [uh] 소리를 내도록 바뀌어졌다. 그림 18(a)와 (b)에서 성대 진동의 주파수는 배음의 주파수와 똑같다. 성도 모양은 formant 위치(스펙트럼 봉우리)에서 이에 해당하는 변화가 있었다. 그림은 분명히 성도가 배음의 주파수에 영향을 주지 않으며 단지 그 자체의 공명주파수와 유사시 생기는 배음의 진폭을 강조하기만 한다는 것을 보여준다.
불행하게도 성대가 내는 음성스펙트럼은 그림 15(b)에서 나타난 것처럼 항상 규칙적이지 못하다. 성대스펙트럼은 그 자체의 정점과 계곡이 있다. 성도 formant는 더 많은 불규칙성을 더한다. 그래서 음성스펙트럼은 성도공명에 의해 생성되지 않은 정점을 가지기도 한다.
소리의 물리학에서 공명을 두 가지로 설명했다. 다른 주파수를 지닌 진동체에 노출되었을 때, 진자, 용수철 및 공기가 든 관들에 진동하는 특징으로서, 그런 체계는 고유 진동수 근처의 자극 주파수에 보다 쉽게 반응함을 보았다. 두번째로, 공명체를 소리를 내게 했다가 그냥 두면, 자체의 고유 주파수로 계속 진동함을 보았다. 물론 이런 설명은 똑같은 사건을 두 가지로 다르게 보는 것이다. 마찬가지로 음성생성에 있어서 성도공명의 영향을 설명하는 두가지 길이 있다. 지금까지는 공명체가 자체 고유 주파수나 그 근처의 자극에 보다 쉽게 반응한다는 견해를 가졌다. 우리는 한 공기 덩어리가 성도 공명체를 칠 때마다, 성도는 고유 주파수를 계속 '울린다'는 견해를 취할 수도 있다. 그림 15(c)의 간단한 공명체에서, 성대에서 나오는 공기 덩어리마다 공명체의 고유 주파수에서 정현파 진동을 일으키게 될 것이다. 그 진동은 감폭에 의해 정해진 속도로 감폭할 것이다. 이것은 그림 15(d)에 보인다. 그러한 감폭된 정현파의 스펙트럼은 그림 15(e)에서 이미 논하면서 보였던 스펙트럼이다. 성도는 많은 공명주파수를 갖고 있다. 성도는 모든 고유 공명 주파수대에서 동시에 울릴 것이며, 각 공기 덩어리의 영향에서 생긴 진동은 많은 감폭 정현파의 합이 될 것이다. 그림 19(a)는 모음의 파형을 보이고 성대음의 매 공기 덩어리에 대해 어떻게 똑같은 진동을 되풀이하는가를 보인다. 그림 19(b)는 그러한 파형의 스펙트럼을 보인다. 그림 17(a)의 [a]의 스펙트럼과 똑같고 이는 같은 사건을 두 가지로 볼 수 있다는 설명이 된다.

그림 19 모음의 파형과 그 스펙트럼 : (a) 파형 (b) 스펙트럼

formant 주파수 값은 성도의 모양에 달려있다. 연구개가 올려지고, 비강을 닫으면, 성도는 성문에서 입술까지 약 7인치(17 cm) 정도되는 관이 된다. 그러한 관에 대해 (전 길이를 따라 균일 단면적을 지닌) 기본적인 공명은 500 Hz, 1,500 Hz, 2,500 Hz, 3,500 Hz 과 4,500 Hz 가 될 것이다. 일반적으로 성도의 단면적은 길이에 따라 상당히 변한다. 그 결과, formant 주파수는 균일관처럼 규칙적 간격으로 되어있지 않다. 일부는 주파수가 높고 다른 것들은 낮다. 가장 낮은 formant 주파수는 제1 formant, 다음으로 높은 formant 를 제2 formant 등등으로 각각 부른다.
연구개를 내리고, 기관을 입에 연결시키면, 다른 성도 모양이 생긴다. 성도는 인두에서 단일관으로 시작되어, 연구개에서 코로 가는 길과 입으로 가는 두 갈래로 나누어진다. 비강은 입술로 이동하는 음파로부터 에너지를 흡수한다. 이것은 감폭을 증가시키고, formant의 진폭을 감소시킨다. 또한 비음은 나름대로의 formant 를 가지며 그 주파수가 음성스펙트럼을 억제하곤 한다. 발성된 음성파는 다른 음성에서와 마찬가지로 혀와 입술의 조음적 이동으로 구강의 어느 부위에서 막혔는지에 따라 달라진다.
음파의 음향적 특징을 조사하는 것은 formant 에 대한 더 많은 정보를 얻을 뿐만 아니라, 음성파의 다른 중요한 특징을 밝히게 되었다. 이 결과는 제 7 장과 8 장에서 설명하기로 한다.

퍼온글 : http://blog.cyworld.com/imitationofchrist/3522680

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출처 :지휘자 반주자 단원을 위한 합창음악 사랑방 원문보기▶   글쓴이 : 하찬송

[과일촌ca]

좋습니다.

[나비같이]

감사합니다.