컴퓨터 에니메이션 기법을 이용한 성대 운동의 모의실험

Abstract

[한글]

음성의 특징은 성대의 움직임과 성도의 모양에 따라서 결정된다. 성대가 음성 발현에 중요한 역할을 한다는 것이 알려진 후 발성시 성대의 정확한 움직임 알기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 연구들은 성대를 관찰할 수 있는 기계들의 발달과 함께 발전해 왔으나 성대 자체가 해부학적으로도 관찰하기 어려운 곳에 위치해있고 또한 성대의 진동이 너무 빠르기 때문에 관찰하기 어려워 아직 성대 운동에 관한 연구가 미흡한 상태이다.

특히 가장 정확하게 성대의 움직임을 보여주는 초고속 촬영기법으로도 성대의 수평적 움직임에 대한 정보만을 줄뿐 수직적 움직임에 대한 정보는 주지 못하고 있다.

성대 점막파동의 실체를 알아내기 위해 지금까지 연구되어온 결과들은 각기 다른 실험 상황에서 이루어지고 그 내용 또한 단편적 이어서 이를 성대 진동의 실체라고 일반화 시키기에는 어려운 점이 있다.

본 연구의 목적은 이러한 자료들의 결과를 이용하여 실제상황과 같이 모의 실험을 하며 반복 수정의 과정을 거쳐 일반적으로 적용할 수 있는 성대 진동의 법칙을 발견하는 것이다.

이를 위해서 분석 자료를 기초를 해서 이를 동화면으로 모의 실험을 할 수 있는 개인용 컴퓨터와 3D studio라는 에니메이션용 소프토웨어를 이용하였다.

한쪽 성대 단면의 점막부분에 8개의 작은 구를 만든 후 이를 에니메이션하여 여러 다른 상황에서 모의실험을 하여 타당한 운동궤도를 유추하여 만든 이동궤도를 따라 움직이는 각 구의 좌표를 분석한후 다시 성대의 단면을 보여주는 입체로 만들었다. 또한 후두 스트로보스코피에 응용 하고자 상방에서 본 성대의 진동에 관한 모의 실험도 하였다.

수직 절개한 성대 표면상의 한점의 이동 궤도는 각 위치에 따라 조금씩 다른 비대칭 타원형의 궤도를 그렸으며 이 타원형의 모양은 성대 자체의 탄력성과 성대 근과 인대 그리고 점막의 긴장도에 따라서 달라지는 것으로 분석되었다. 그리고 이 타원형의 장축의 방향은 성대가 성문의 하부와 상부에서 받는 공기압과 같은 힘의 방향이었다. 이동 궤도에서 각구의 이동 시작 점의 주기는 하연에서 상연으로 갈수록 시계 반대 방향으로 이동하여 늦어짐을 발견하였는데 이 결과는 위상차가 어떻게 점막 파동에 영향을 미치는가 하는 것을 보여 주었다. 이러한 위상차의 변화 요소로서는 점막의 유동성이 주 역할을 할 것으로 사료되었다. 후두 스트로보스코피에 이용하기 위한 모의실험 결과는 현재의 방법으로 점막의 굴곡에 따란 심도의 변화를 알아낼 수가 없기 때문에 유동성이 없을 것으로 생각된다.

이상의 결과로 성대 점막 파동의 수직적 움직임은 성대의 하연에서 시작하여 상연과 그 외측으로 이동하는 이동파의 형태로 각기 다른 성문하압과 긴장도에서도 적용할 수 있는 공식과도 같은 일반적인 성대 움직임의 법칙을 알아낼수 있었다.

[영문]

The characteristic of human voicde is determined by the movement of the vocal folds and the shape of the vocal tract. After the discovery of the fact that the vocal folds have a important role in the phonation, a lot of research was done to clarify the precise mechanism of vocal fold movement. Although many new instruments were developed for the observation of vocal folds vibration the mechanism of vocal folds vibration is still elusive and mysterious. Main reason of the difficulty is due to the anatomical problem and even with the ultra high speed cinematography it is impossible to fully visualize the deformation of the folds in the frontal section.

There are two components in the vocal folds vibration; horizontal component and vertical component. The purpose of the study is to make clear the basic mechanism of mucosal wave especially in the frontal section. We used the computer animation

program for the simulation of vibrating vocal folds. With personal computer and 3D studio(soft ware) we made a simulated model with 8 sphere at the mucosal surface of our vocal cord model. In the next step the path of the sphere was given by the

analysis of previous experimental data and then the animation was done.

The result is that the shape of each sphere's path is asymmetrical ellipse and the long axis of the path is vertical to the mucosal surface of this model. The location of the starting point moves counter clockwisely from below to upper and lateral portion of the fold. Finally, we get the conclusion that the vertical movement of the mucosal wave start from below to upward in the form of traveling wave and our simulation method with computer was very helpful in this type of experiment. The parameters which control the varieties of this wave form pattern are reported by other investigators as the subglottic pressure, external tension of the vocalis ligament, muscle and mucosa and the contractility of the fold. With using out computer simulation model of complex vocal fold vibration, the effect of change in parameters can be evaluated objectively in the experimental and clinical setting.