화자 연령 지각과 음성적 특성: 음높이와 발화 속도를 중심으로^*

실험 자극을 추출하기 위해 대규모 음성 코퍼스인 ‘한국어 표준 음성 데이터베이스’(Shin & Kim, 2017)를 활용하였다. 방언권은 수도권으로 한정하였으며, 연령과 성별을 고려하여 20대부터 70대까지 6개의 연령 그룹에서 총 40명의 화자를 선정하였다. 각 연령 그룹별로 남녀 각 4명씩을 선정하되, 연령대 초반 1명, 중반 2명, 후반 1명이 포함되도록 하였다. 단, 50대와 60대 그룹의 경우는 조건을 충족하는 남성 표본의 수가 충분하지 않아서 1명을 줄여 3명씩을 선정하였다. 또, 전체적으로 표본의 수가 적은 70대 그룹의 경우는 남녀 1명씩만을 선정하였다. 그 결과 실험 자극에 쓰인 자극은 남성 19명, 여성 21명으로, 총 40명의 발화 자극이었다.

그리고 선정된 화자들이 수행한 발화 과제 가운데 ‘자유 말하기’와 ‘문단 읽기’, ‘모음 발성’ 과제의 일부를 편집하여 길이가 10초 내외가 되도록 자극을 만들었다. 자유 발화의 경우, 내용을 검토하여 화자의 연령 정보가 내용상 드러나지 않을 수 있는 1개 발화 정도를 추출하여 자극으로 만들었다. 자극의 평균 길이는 11.8초(standard deviation, SD 2.48)였다. 낭독 발화의 경우, 주로 공명음으로 구성된 낭독 문단 중 3개 문장을 자극으로 만들었는데, 평균 길이는 9.6초(SD 2.18)였다. 모음 발성의 경우, 8개의 단모음 중에 ‘ㅏ, ㅣ, ㅜ’ 세 모음을 추출하였으며, 평균 길이는 5.7초(SD 2.76)였다.¹

실험에 참여한 피험자는 남녀 각 40명씩 총 80명이었다. 피험자의 연령이 연령 지각에 영향을 미칠 수도 있으므로 20대로 한정하였다. 피험자의 연령은 평균 24.8세(SD 2.76)로, 남성 평균 25.3세(SD 2.71), 여성 평균 24.3세(SD 2.73)였다. 피험자의 방언 배경은 특별히 통제하지 않았으나, 상당수의 피험자가 수도권 출신이었다(총 53명). 피험자들은 모두 청력에 이상이 없었으며, 연령 지각과 관련한 별도의 사전 훈련을 받은 적이 없었다.

피험자들은 총 3가지의 연령 지각 과제를 수행하였다. 자유 발화 과제, 낭독 발화 과제, 모음 발성 과제의 순서로 수행하였다. 자극 음성을 발화한 화자들의 연령 범위를 별도로 제시하지 않은 상태에서 발화자의 연령을 판단하도록 하였는데, 예를 들어 ‘29세’와 같이 구체적인 숫자로 답변하도록 요구하였다. 모든 과제는 시작하기 전에 1개의 연습 문제를 풀도록 하였으며, 끝난 후에는 과제와 관련된 설문조사에 답하도록 하였다.

분석을 위하여 전체 응답 결과에서 피험자 정보와 연령에 대한 판단 결과를 추출하였다. 그리고 총 80명의 피험자가 추정한 화자의 연령을 화자별로 평균을 내어 지각 연령을 구하였다.

음성 자극 분석에는 Praat 6.0.36을 이용하여, 음높이와 발화 속도를 측정하였다. 자유 및 낭독 발화 과제의 음높이는 발화 전체의 Sf0(Speaking fundamental frequency)로 측정하였으며, 모음 발성 과제의 음높이는 각 모음별 평균 f0로 측정하였다. 음높이 측정을 위해, Script를 이용하여 자동으로 pitchpoint를 추출하고 수동으로 트래킹 오류를 바로 잡은 후에 각 지점의 f0를 구하였다. 이때 pitchFloor는 화자의 성별에 따라 다르게 설정하였는데, 남성은 75 Hz, 여성은 120 Hz로 설정하였다. 낭독 발화는 세 문장의 Sf0를 각각 측정한 후 이들의 평균값으로 제시하였으며, 모음 발성은 세 모음의 f0를 각각 측정하였다. 한편, 발화 속도는 자유 및 낭독 발화에 한하여 측정하였으며, 휴지를 포함한 말 속도(speaking speed)를 초당 음절 수(sps)로 제시하였다.

통계 분석과 시각화에는 R 3.4.3 프로그램을 이용하였다. 분석 방법으로 혼합 효과 모형(mixed-effects model)을 선택하였다. ‘지각 연령’을 종속변수로 설정하고, ‘실제 연령’, ‘화자 성별’, ‘청자 성별’, ‘과제 유형’, ‘음높이’, ‘발화 속도’를 고정변수로, ‘피험자’와 ‘실험 자극’을 임의변수로 설정하였다. 이때, 음높이와 발화 속도 값은 성별에 따라 표준화하였으며, 지각 연령과 실제 연령은 log값으로 변환하여 모델을 만들었다.

그림 1은 과제에 따라 실제 연령과 평균 지각 연령 간의 상관관계를 산점도로 나타낸 것이다. 분석 결과, 피험자들은 상당히 높은 정확도로 화자의 연령을 추정하고 있음을 알 수 있었다. 특히, 자유 발화와 낭독 발화 과제에서는 CA와 평균 PA 간의 차이가 매우 근소하여, 각각 R²=0.89와 R²=0.90 (p<.001)로 매우 강한 상관을 보였다. 이에 반해, 모음 발성 과제에서는 CA와 평균 PA 간의 상관이 상대적으로 낮아졌는데, R²값은 0.54 (p<.001)로 나타났다.

그림 1. | Figure 1. 과제별 CA와 평균 PA의 상관관계 | Relationship between CA and mean PA CA, chronological age; PA, perceived age.

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또한, 모든 과제에서 평균 PA의 범위가 CA의 범위보다 좁게 나타났다. CA의 범위는 20~79세였지만, 평균 PA의 범위는 자유 발화 24~73.4세, 낭독 발화 21.8~71.4세, 모음 발성 26.1~62.8세로 나타났다. 자유 발화와 낭독 발화의 경우에는 대다수의 화자가 실제 연령보다 낮은 연령으로 지각되는 경향을 보였다. 실제 연령보다 높은 연령으로 지각된 화자는 총 14명이었고(자유 발화 8명, 낭독 발화 6명), 모두 20~30대 화자들이었다.

그리고 본 연구에서는 피험자의 연령을 20대로 한정하였고, 이로 인해 중년 및 노년 화자 집단의 연령 지각 정확도가 상대적으로 낮을 것이라 예상하였다. Shipp & Hollien (1969)에서는 PA의 표준편차 값이 20대 그룹에서는 가장 작게 나타나는 것을 피험자들의 연령과 상관이 있다고 보았다. 즉, 피험자가 20~30대에 국한되어 있었기 때문에, 다른 연령대보다 20대 화자의 연령을 지각하는 것이 쉬웠을 것이라고 본 것이다. 이에 본 연구에서도 그림 2와 같이, CA와 PA의 표준편차 값, 그리고 PA와 PA 표준편차 값과의 상관관계를 살펴보았다. CA 및 PA의 증가에 따라 PA 표준편차도 증가하는 선형성이 나타났다. 이러한 양상은 낭독 발화 과제뿐만 아니라, 자유 발화 과제와 모음 발성 과제에서도 모두 공통적으로 나타났다.²

그림 2. | Figure 2. 낭독 발화에서의 연령과 PA SD의 상관관계(상: CA, 하: PA) | Relationship between age and PA SD in read speech CA, chronological age; PA, perceived age.

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더불어, 과제 유형과 성별이 연령 지각에 영향이 있는지 확인하기 위하여, 표 1과 같이 과제 유형과 화·청자의 성별에 따라 CA와 PA의 피어슨 상관 계수를 구하였다. 이때 PA는 평균값이 아닌 개별 피험자의 응답 전체를 대상으로 하였다. 분석 결과, 자유 발화와 낭독 발화에서는 화·청자의 성별과 관계없이 CA와 PA가 강한 상관을 보였다. 또한, 이 두 과제에서 남성 화자보다는 여성 화자의 상관 계수가 상대적으로 더 큰 값을 보였는데, 이는 피험자들이 여성 화자를 실제 연령에 더 가깝게 추정한 결과로 해석할 수 있다. 한편, 청자의 성별에 따라서는 상관 계수가 큰 차이를 보이지 않았다.

본 연구에서 실제 연령에 따른 음높이의 변화는 여성 화자 집단에서만 뚜렷하게 관찰되었다. 여성 화자는 나이가 많을수록 음높이가 낮은 경향을 보였으나, 통계적으로 유의한 수준은 아니었다. 남성 화자의 경우에는 세 과제에서 모두 실제 연령과 음높이 간의 뚜렷한 상관이 관찰되지 않았다. 아래의 표 2는 연령 그룹, 성별, 과제에 따른 평균 Sf0와 f0를 요약한 것이다.

그림 3은 과제에 따라 음높이와 평균 지각 연령 간의 상관관계를 나타낸 것이다. 평균 PA에서도 남성 화자보다는 여성 화자가 음높이와 뚜렷한 상관을 보였다. 즉, 피험자들은 음높이가 높은 여성의 경우 연령이 낮다고 지각하고, 음높이가 낮은 여성의 경우 연령이 높다고 지각하는 경향을 보였다. 특히, 낭독 발화와 모음 발성에서 유의한 수준에서 상관이 관찰되었으며, 모음 발성에서 상대적으로 더 강한 상관이 나타났다(자유 발화 R²=0.11 (p>.05), 낭독 발화 R²=0.34 (p<.01), 모음 발성 'ㅏ' R²=0.55, 'ㅣ' R²=0.68, 'ㅜ' R²=0.58 (p<.001))..

그림 3. | Figure 3. 과제별 음높이와 평균 PA의 상관관계 | Relationship between pitch and mean PA PA, perceived age.

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남성 화자의 경우, 자유 발화와 낭독 발화에서는 음높이와 평 균 PA 간의 뚜렷한 경향성이 관찰되지 않았다. 다만, 모음 발성에서는 미약한 상관관계를 관찰할 수 있었다(자유 발화 R²=–0.05 (p>.05), 낭독 발화 R²=–0.06 (p>.05), 모음 발성 'ㅏ' R²=0.23, 'ㅣ' R²=0.19, 'ㅜ' R²=0.24 (p<.05)).

표 3의 회귀 분석 결과는 종속변수인 PA와 5가지 고정변수의 관계를 제시한 것이다. 모음 발성 과제의 경우에는 발화 속도 값이 존재하지 않기 때문에, 발화 속도는 고정변수에서 제외되었다. 위의 결과에서 기준이 되는 값은 여성 화자의 낭독 발화를 듣고 여성 피험자가 판단한 PA이다. 고정효과 가운데 통계적으로 유의한 영향력을 가지는 변수는 CA와 화자의 성별, 청자의 성별, 과제 유형, 음높이로 나타났다.

변수 간의 상호작용 효과도 관찰되었는데, 표 4는 PA의 예측에 유의한 영향력을 갖는 변수 간 상호작용 효과를 제시한 것이다. 화자의 성별과 모음 발성 과제, 음높이 변수 간의 상호작용 효과가 관찰되었다는 점을 주목할 만하다.

실제 연령에 따른 발화 속도의 변화는 낭독 발화 과제에서 뚜렷하게 관찰되었다. 낭독 발화에서 CA와 발화 속도의 상관관계는 남성 화자 R²=0.46 (p<.001), 여성 화자 R²=0.62 (p<.001)로 나타났다. 한편, 자유 발화에서는 낭독 발화와는 달리 뚜렷한 상관을 관찰하기 어려웠다. 아래의 표 5는 연령 그룹, 성별, 과제에 따른 평균 발화 속도를 요약한 것이다.

다시 말해, 성별에 무관하게 연령이 높은 화자일수록 낭독 시 느린 발화 속도를 보이는 경향을 확인할 수 있었다. 20대와 60~70대 집단의 초당 음절수를 비교해 보면 청년 화자와 노년 화자의 차이를 분명히 알 수 있다. 20대는 평균 7.6 sps(SD 0.42)의 속도로 낭독한 반면, 60대는 4.5 sps(SD 0.86), 70대는 4.4 sps(SD 0.47)의 속도로 낭독한 것으로 나타나, 초당 3음절 정도의 차이를 보였다. 30~50대의 경우, 각각 6.5 sps(SD 0.80), 6.2 sps(SD 0.87), 6.1 sps(SD 1.14)로, 20대보다는 느리고 60~70대보다는 빠른 발화 속도를 보였다.

자유 발화의 경우, 대본 없이 즉흥적으로 독백 발화를 수행한 것이므로, 전반적으로 낭독 발화보다 발화 속도가 느리며 휴지가 잦고 긴 편이었다. 연령에 따른 발화 속도 차이도 두드러지지 않았다. 하지만 노년 집단과 청·장년 집단 간의 속도 차이는 여전히 존재하였다. 노년 집단인 60~70대의 말 속도는 평균 4 sps 이하로, 청·장년 집단에 비해 상대적으로 느린 발화 속도를 보여주었다.

그림 4는 과제에 따라 발화 속도와 평균 PA 간의 상관관계를 제시한 것이다. 대체적으로 발화 속도가 느릴수록 나이가 많은 화자로 지각된 것을 알 수 있으며, 이러한 경향성은 낭독 발화에서 두드러지게 관찰되었다. 남성의 자유 발화를 제외하면 발화 속도와 평균 PA는 유의한 수준에서 상관을 보였으며, 여성의 낭독 발화에서는 강한 상관이 관찰되었다(자유 발화 남성 R²=0.8 (p>.05), 자유 발화 여성 R²=0.29 (p<.01), 낭독 발화 남성 R²=0.47 (p<.001), 낭독 발화 여성 R²=0.7 (p<.001)).

그림 4. | Figure 4. 과제별 발화 속도와 평균 PA의 상관관계 | Relationship between pitch and mean PA PA, perceived age.

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자유 발화와 낭독 발화 과제에 대한 응답 결과로 데이터를 한정하여 회귀 분석을 수행한 결과, PA와 6가지 고정변수의 관계는 표 6과 같이 나타났다. 기준이 되는 값은 여성 화자의 낭독 발화를 듣고 여성 피험자가 판단한 PA이다. 고정효과 가운데 통계적으로 유의한 영향력을 가지는 변수는 CA와 화자 성별, 청자 성별, 발화 속도라 할 수 있다. 모음 발성 과제 데이터가 제외되면서 음높이 변수는 주효과를 가지는 변수에서 제외된 것으로 보인다.

그리고 표 7은 변수 간의 상호작용 효과를 요약한 것이다. 성별과 발화 속도 변수 간의 상호작용 효과가 있음을 주목할 만하다. 또한, 자유 발화 과제와 낭독 발화 과제로 데이터의 규모를 축소하였을 때에도 과제와 음높이 간의 상호작용 효과가 나타난다는 점도 확인할 수 있다.

선행 연구에서 어떠한 음성 샘플이 제시되는지에 따라서 피험자들의 정확도가 달라졌으므로, 본 연구에서는 정보량에 차이가 있는 세 가지 유형의 샘플을 준비하였다. 연령 지각의 단서로 삼을 수 있는 정보는 자유 발화 과제가 가장 많이 담고 있었다. 본고에서 주목한 음성적 단서인 음높이나 발화 속도는 물론, 억양이나 말투, 발화 내용 등을 통해서도 연령을 가늠할 수 있기 때문이다. 이에 반해, 모음 발성 과제는 가장 적은 정보를 담고 있었다. 연장 발성된 세 모음으로부터 음높이나 음의 떨림, 음색과 같은 음성적 단서만을 포착할 수 있기 때문이다.

분석 결과, 10초 내외의 짧은 음성만으로도 피험자들은 화자들의 연령을 실제에 가깝게 판단할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 모음 연장 발성과 같이 극히 제한적인 음성 유형에서도 대략적인 판단이 가능하다는 것을 확인하였다. 즉, 청자들은 경험적으로 연령과 관련된 음성적 특성을 알고 있으며, 이를 근거하여 상당히 정확한 추론을 한다고 해석할 수 있다.

그리고 과제 간의 비교를 통해 연령 지각의 정확도는 음성에 담긴 정보의 양과 유관하다는 것을 알 수 있었다. 정보량이 극히 적은 모음 발성의 경우, 자유 발화나 낭독 발화보다 정확도가 현저히 낮게 나타났다. 단적인 예로, 35세 남성 화자는 자유 발화와 낭독 발화에서는 실제 연령과 평균 지각 연령이 근소한 차이를 보였으나(자유 발화 37.2세(SD 6.80), 낭독 발화 37.5세(SD 8.40)), 모음 발성에서는 평균 지각 연령이 51세(SD 11.41)로 추정되어 상당히 큰 오차를 보였다. 회귀 분석 결과에서도 자유 발화 과제와 낭독 발화 과제는 유의한 차이를 보이지 않았으나, 모음 발성 과제는 다른 두 과제와 유의한 차이를 보였다.

실제로, 많은 피험자가 세 과제 가운데 모음 발성 과제에서의 판단이 가장 어려웠다고 응답하였다. 지각 실험 후 실시한 설문 조사 결과에 따르면 가장 판단이 어려운 과제를 묻는 문항에서 총 45명의 피험자가 모음 발성 과제가 가장 어려웠다고 답했다. 피험자들은 다른 과제와 달리 ‘주어진 정보가 제한적’이고 ‘말투나 억양이 드러나지 않기’ 때문에 ‘목소리만으로’ 연령을 판단하는 것이 힘들었다고 답변하였다.

그럼에도 모음 발성 과제에서 CA와 평균 PA의 R²값은 0.54로 나타나, 매우 제한적인 음성 정보만으로도 피험자들은 화자의 연령을 어느 정도 짐작할 수 있다고 볼 수 있다. 더욱이 여성 화자로 한정하면, 모음 발성 과제에서도 R²값이 0.80 (p<.001)으로 상당히 강한 상관을 보였다. 이러한 결과는 음높이 정보가 연령 지각에 활용되었음을 뒷받침해 준다고 할 수 있다. 모음 발성 과제는 다른 두 과제보다 화자 간 음높이 차이에 주목하는 것이 상대적으로 더 쉽고, 제한적인 정보량으로 인해 이에 의존할 수밖에 없기 때문이다. 이에 대해서는 4.2절에서 논의하도록 하겠다.

한편, 자유 발화 과제와 낭독 발화 과제에서는 피험자들이 실제 연령에 매우 가깝게 화자의 연령을 추측하였다는 사실도 흥미롭다. 자유 발화 과제에서 화자 특성이 보다 풍부하게 드러날 것이므로 낭독 발화 과제보다 연령 지각의 정확도가 더 높을 것이라 예상하였다. 그러나 발화 속도가 연령 판단에 주요한 단서가 된 것을 고려할 때, 낭독 발화 과제는 모든 화자가 동일한 문장을 발화한 것이므로 조음 속도나 휴지 패턴의 차이를 포착하기 용이하여 판단의 정확도가 높게 나타난 것으로 보인다.

또한, 회귀 분석 결과에 따르면 화·청자의 성별도 PA에 유의한 영향이 있는 것으로 나타났다. 실제로 피험자들은 남성 화자보다 여성 화자의 연령을 상대적으로 더 실제에 가깝게 추측하는 경향을 보였다. 게다가 모음 발성 과제의 경우, 남성 화자에 대한 연령 추측은 사실상 실패하였다고 할 수 있는데, 그림 1을 보면 대부분의 남성 화자들은 30~40대로 판단된 것을 확인할 수 있다. 음높이와 발화 속도 같은 음성적 단서들이 여성 화자들 사이에서 상대적으로 더 큰 차이를 보였기 때문에, 피험자들은 여성 화자의 음성을 변별하기 더 수월했을 것으로 보인다.

그러나 피험자의 성별이 연령 지각에 어떠한 영향을 주는 것인지는 분명하지 않다. 표 1에서 살펴본 것처럼, 남성 피험자와 여성 피험자의 판단 결과가 큰 차이를 보이지 않았기 때문에, 여성 피험자가 더 실제 연령에 가까운 판단을 내렸다고 단정하기는 어렵다. 자신과 동성인 화자의 연령을 비교적 더욱 용이하게 추측할 수 있으리라 가정할 수 있으나, 본 연구 결과에서는 화자 성별과 청자 성별 간의 상호작용 효과가 관찰되지 않아서 이를 확인하기는 어렵다.

그리고 피험자 자신의 연령이 화자의 연령 지각에 영향을 주었을 가능성도 확인해 보았다. Shipp & Hollien (1969)에서는 PA 표준편차가 청년 및 노년 화자 집단에서는 작고 중년 화자 집단에서는 커서, CA에 따른 PA 표준편차의 산점도를 그렸을 때 곡선성(curvilinearity)이 관찰되었다. 이는 중년 화자 집단 판단할 때보다 청년 및 노년 화자 집단을 판단할 때 피험자들 간의 PA 값의 편차가 더 작다는 것을 보여주는 결과였다. 그리고 PA와 PA 표준편차 간의 관계에서는 이러한 곡선성이 더욱 뚜렷하게(more pronounced) 나타났다.

그러나 본 연구에서는 Shipp & Hollien (1969)와 동일하게 대학생을 대상으로 실험을 진행하였음에도 그러한 곡선성은 관찰되지 않았다. 대신, CA나 PA의 증가에 따라 PA 표준편차도 증가하는 선형성이 나타났다(그림 2). 이러한 양상은 세 과제에서 모두 공통적으로 나타났다. 다시 말해, 나이가 많은 화자의 음성일수록 피험자들의 판단이 더 큰 차이를 보인 것이라 할 수 있다. 이는 피험자들이 자신과 주변인의 음성을 바탕으로 경험적인 추정을 내리기 때문에 나타난 결과로 해석된다.

마지막으로, 모든 과제에서 평균 PA의 범위가 CA의 범위보다 좁다는 점을 주목할 필요가 있다(CA 범위: 20~79세, 평균 PA 범위: 자유 24~73.4세, 낭독 21.8~71.4세, 모음 26.1~62.8세). 이는 청년 화자의 연령은 실제보다 과대평가되고(overestimate), 노년 화자의 연령은 과소평가된(underestimate) 결과라 할 수 있다. 이러한 결과는 Shipp & Hollien (1969)에서도 보고된 바 있다. 본 연구에서는 노년 화자의 연령이 과소평가되는 경향이 특히 강하게 나타났는데, 이를 통해 20대 피험자들은 노년층의 전형적인 음성을 실제보다 더 나이 든 음성으로 상정하고 있다고 볼 수 있다.

음높이와 발화 속도는 연령에 따른 음성적 변화와 밀접한 관련이 있으며, 연령 지각에 중요한 단서임이 여러 연구를 통해 보고되었다. 이 때문에 Harnsberger et al. (2008)과 Kim & Seong (2014)와 같이, 음높이와 발화 속도를 조작하여 연령 지각 실험을 수행한 연구들도 존재한다. 이 연구들을 통해 음높이보다 발화 속도가 연령 지각에 더 크게 영향을 미친다는 사실이 밝혀진 바 있다. 본 연구에서도 화자의 연령을 지각하는 데에는 음높이보다 발화 속도가 더욱 큰 단서가 된 것으로 보인다.