Speech synthesis has been used successfully in a number of important applications such as the generation of warning messages in high-workload environments. In this thesis, the effects of synthesized voice warning parameters on perceived urgency were examined in order to build a detailed and usable description of the relation between parameters of synthesized voice warnings and perceived urgency. Ten native and ten non-native English speakers participated in four experiments to evaluate and quantify the effects of the voice parameters. The first experiment was designed to identify the voice parameters influencing perceived urgency. The results showed that speech rate, average fundamental frequency ($F_0$), voice type, and fundamental frequency contour have clear effects on the perceived urgency of synthesized voice warnings. The second and third experiment deals with the quantification of the relation between quantifiable parameters and perceived urgency. The effects of average $F_0$ and speech rate on perceived urgency were scaled using an application of Stevens's power law. In addition, the results showed significant differences in perceived urgency of average $F_0$ and $F_0$ contour types between native and non-native English speakers. In the final experiment, detailed analysis of the relationship between various $F_0$ contour types and perceived urgency were conducted. The results of this study would be useful for design of the new warning signals and to improve existing warnings of industrial, military and public applications.
합성음성은 최근 기술 발전에 힘입어 그 활용 범위가 여러 분야로 확대되고 있으며, 비행기 조종석(cockpit)과 같은 작업 부하(work load)가 큰 환경에서의 경보(warning)로써 사용되어지고 있다. 현재 대부분의 상업용 음성 합성 S/W 들은 기초진동수와 같은 여러 가지 합성음성 파라메터들을 사용자가 조정하거나 선택할 수 있도록 하고 있다. 합성음성 경보의 설계에 있어 이러한 파라메터들 의 적정 수준은 여러 가지 인간공학적 검토를 통해 이루어져야 한다. 본 논문에서는 합성음성 경보와 인간이 경보를 듣고 주관적으로 느끼는 위급한 정도, 즉, 주관적 위급도(perceived urgency)간의 관계를 일련의 실험들을 통하여 고찰하였다. 이를 위해 영어를 모국어로 사용하는 외국인 10명과 한국인 10명이 예비실험과 네 개의 본 실험에 참여하였다.
첫번째 실험은 주관적 위급도에 영향을 미치는 합성음성 요소들을 판별해 내기 위하여 실시 되었다. 실험결과, 여러 가지 요소 중 평균 기초진동수 (fundamental frequency)와 speech rate, 음성의 종류(음색), fundamental frequency contour 등이 인간의 주관적 위급도(perceived urgency)에 유의한 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 이들 요소간에는 교호작용이 없는 것으로 나타났으나 기초진동수에 관련된 요소들 즉, 평균 기초진동수와 fundamental frequency contour에 대해서는 피실험자 군 간에 위급도 평가에 있어 차이를 보이고 있었다.
실험 2와 실험3에서는 정량적 요소인 평균 기초진동수와 speech rate의 변화가 주관적 위급도에 미치는 영향을 Stevens 의 Power law를 이용하여 정량화 하였다. 실험결과에 의하면 피실험자들은 평균 기초진동수의 변화보다 speech rate의 변화에 더 민감한 것으로 나타났다.
실험 4에서는 정성적 요소인fundamental frequency contour를 보통 대화 형태, 의문형 형태 등 5가지 형태로 세분화 하여 각각에 대한 비교 실험을 행하였다.
본 연구의 결과는 합성음성 경보에 주관적 위급도를 암호화(coding)하는 새로운 설계 지침(design guide)을 마련하는데 이용될 수 있을 것이며, 기존 경보체계의 성능향상과 새로운 경보체계의 설계에 도움을 줄 수 있을 것이다.
