KR200197477Y1 - 언어 학습 장치 - Google Patents

Abstract

모국어 사용자와 학습자의 보이스 정보를 저장한 후 주파수 특성 비교로써 발음을 분석하고 보이스 출력 파형의 포락선을 비교하여 억양과 리듬을 분석한 결과를 출력하며, 기록된 음성과 녹화된 입모양을 출력함으로써 학습효과를 개선한 언어학습 장치에 관한 것으로서, 마이크와 카메라를 이용하여 유저 데이터 메모리에 학습자의 보이스 정보를 기록하고, 유저 데이터 메모리에 기록된 학습자의 보이스 정보와 샘플 데이터 메모리에 기록된 모국어 사용자의 보이스 정보를 재생하고 분석하며, 발음, 억양 및 리듬에 대한 분석을 분석부에서 수행하여 그 결과를 차트로 디스플레이부에 디스플레이시키도록 구성된다. 아울러, 학습자와 모국어 사용자의 입모양 이미지가 저장되어 재생시 같이 출력될 수 있다. 따라서, 학습자가 학습한 단어 또는 문장에 대한 발음, 억양 및 리듬에 대한 객관적 분석 자료를 확인함으로써 상술한 분석 자료를 반복 학습에 도입함으로써 모국어 사용자의 발음에 가깝게 학습할 수 있어서 언어 학습 효과가 증진될 수 있는 효과가 있다.

Description

언어 학습 장치{apparatus for training language}

본 고안은 언어학습 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모국어 사용자와 학습자의 보이스 정보를 저장한 후 주파수 특성 비교로써 발음을 분석하고 보이스 출력 파형의 포락선을 비교하여 억양과 리듬을 분석한 결과를 출력하며, 기록된 음성과 녹화된 입모양을 출력함으로써 학습효과를 개선한 언어학습 장치에 관한 것이 다.

현재 일반적으로 통용되는 언어 학습 방법으로서 첫째, 대인 학습법 ,둘째, 오디오 테이프의 음성만을 이용한 문장 반복형 학습법, 세째, 비데오 테이프를 이용한 시청각 학습법, 네째, 서적이나 PC 등을 이용한 온라인 또는 오프라인을 이용한 학습법 등이 일반적이다.

상술한 다양한 학습 방법의 등장에도 불구하고 각 방법 별로 취약성이 있으며, 각 방법 별로 레퍼런스(Reference)는 제공하고 있으나 학습자의 발음, 억양 및 입모양 등을 정확히 분석해주는 방법은 제공되지 않고 있다.

따라서, 학습자는 자신의 발음과 억양이 원음과 얼마나 다르며 어디가 틀렸는지 정확히 인식할 수 없었으며, 그에 따라서 학습이 비효과적으로 진행되는 결과를 초래하고, 언어를 학습하는데 상당한 노력과 투자가 요구되고 있다.

본 고안의 목적은 학습자가 학습한 단어 또는 문장에 대한 발음을 주파수 특성에 따라서 분석하며, 억양과 리듬을 포락선을 갖는 보이스 파형으로 분석하여 그 결과를 표시해줌으로써 발음과 억양, 리듬 및 입모양 등을 객관적으로 분석가능케 함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 학습자가 학습한 내용을 저장하여 반복 재생하여 교정할 수 있고, 학습 결과를 저장하여 학습자의 진척도를 이력관리함에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 언어 학습 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도

도 2는 실시예의 보이스 파형 분석 방법을 설명하는 파형도

도 3은 실시예의 보이스 분석 결과 화면의 구성 예를 나타내는 도면

도 4는 실시예에 의한 분석 방법을 나타내는 흐름도

도 5는 실시예의 파형분석 예시도

도 6는 실시예를 전자영한 사전으로 적용한 예시도

도 7은 실시예를 전자회화수첩으로 적용한 예시도

본 고안에 따른 언어학습 장치는 마이크와 카메라를 이용하여 유저 데이터 메모리에 학습자의 보이스 정보를 기록하고, 유저 데이터 메모리에 기록된 학습자의 보이스 정보와 샘플 데이터 메모리에 기록된 모국어 사용자의 보이스 정보를 재생하고 분석하며, 발음, 억양 및 리듬에 대한 분석을 분석부에서 수행하여 그 결과를 차트로 디스플레이부에 디스플레이시키도록 구성된다.

아울러, 학습자와 모국어 사용자의 입모양 이미지가 저장되어 재생시 같이 출력될 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 언어학습 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안에 따른 실시예는 도 1과 같이 구성될 수 있으며, 실시예는 전자수첩이나 전자회화사전과 같은 개별 단말기로 제작될 수 있고, 컴퓨터에 적용되어 인터넷 상으로 또는 개별 데스크탑 단말기에서 구현될 수 있다.

구체적으로, 학습자의 보이스를 기록하기 위한 마이크(10)와 학습자의 입모양을 녹화하기 위한 카메라(12)가 구성되며, 마이크(10)는 아날로그/디지털 변환부(14)를 통하여 제어부(16)에 연결되고, 카메라(12)는 비디오신호 입력부(18)를 통하여 제어부(16)에 연결된다. 그리고, 인터페이스부(20)가 제어부(16)에 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(16)에는 키매트릭스회로를 구비하는 조작부(22)와 유저 데이터 메모리(24) 및 샘플데이터 메모리(26)가 연결된다.

여기에서 아날로그/디지털 변환부(14)는 마이크(10)로부터 입력된 아날로그 보이스 신호를 디지털로 변환하여 제어부(16)에 전달하는 역할을 담당하며, 제어부(16)는 디지털 데이터로 변환된 보이스 정보를 유저 데이터 메모리(24)에 저장시킨다.

그리고, 비디오신호 입력부(18)는 카메라(12)로부터 입력된 학습자의 입모양에 대한 이미지의 해상도 조정과 데이터압축을 수행하여 제어부(16)로 전달하는 역할을 담당하며, 제어부(16)는 디지털 데이터로 변환되어 압축된 입모양 이미지 데이터를 유저 데이터 메모리(24)에 저장시킨다. 이때 보이스 정보와 그에 해당하는 입모양 이미지 데이터는 유저 데이터 메모리(24)에 저장될 때 연결관계가 설정되고, 이는 재생시 활용된다.

그리고, 인터페이스부(20)는 컴퓨터나 인터넷에 접속하기 위한 연결부로써 온라인으로 전송되는 샘플 데이터를 제어부(20)로 전달하는 역할을 담당하며, 제어부(20)는 샘플 데이터를 샘플 데이터 메모리(26)에 저장시킨다.

그리고, 조작부(22)는 실시예의 동작을 제어하기 위한 복수 개의 키를 구비하는 것으로서, 키의 조작에 따라서 제어부(20)의 모드가 절환되고 특정된 기능이 수행된다.

그리고, 유저 데이터 메모리(24)는 유저인 학습자가 기록한 보이스, 이미지 데이터와 학습 이력 데이터를 가지며, 샘플 데이터 메모리(26)는 모국어 사용자의 보이스, 이미지 데이터 및 문장에 대한 텍스트 데이터 등을 갖는다. 그리고, 샘플 데이터 메모리(26)에 저장되는 데이터는 미리 저장되거나 인터페이스부에 접속가능한 컴퓨터나 인터넷 단말기를 통하여 온라인으로 다운로드될 수 있다.

한편, 스피커(28)가 구성되어서 보이스를 출력하며, 보이스는 제어부(16)가 유저 데이터 메모리(24) 또는 샘플 데이터 메모리(26)에 저장된 보이스 데이터를 선별적으로 디지털/아날로그 변환부(30)를 통하여 출력된 것이 스피커(28)를 통하여 가청신호로 출력된다.

그리고, 디스플레이부(32)는 액정 패널 등과 같은 디스플레이 장치로 구성될 수 있으며, 분석부(34) 및 비디오 출력부(36)로부터 제공되는 분석 차트 또는 입모양 이미지를 정해진 영역에 출력하도록 구성된다.

그리고, 분석부(34)는 제어부(16)가 유저 데이터 메모리(24) 또는 샘플 데이터 메모리(26)에 저장된 보이스 데이터를 선별적으로 출력하면 그에 대한 발음 분석을 위한 퓨리에 변환 알고리즘을 이용한 주파수 분석과 억양과 리듬 분석을 위한 포락선 검출을 수행하고 그 결과를 차트로 정해진 양식의 차트로 변환하여 디스플레이부(32)로 출력하도록 구성된다.

그리고, 비디오 출력부(36)는 제어부(16)가 유저 데이터 메모리(24) 또는 샘플 데이터 메모리(26)에 저장된 이미지 데이터 즉 입모양에 대한 이미지 데이터를 선별적으로 출력하면 이를 디스플레이부(32)로 출력하도록 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 실시예는 기록, 재생, 분석 동작을 수행하며, 모드의 구분과 기능의 선택은 조작부(22)에 구비되는 키를 학습자가 조작하여 결정될 수 있다.

먼저, 학습자의 발음과 입모양은 마이크(10)와 카메라(12)를 이용하여 기록된다.

학습자의 발음된 보이스는 마이크(10)에서 감지되어 아날로그 신호로 출력되며, 아날로그 보이스는 아날로그/디지털 변환부(14)에서 디지털 포맷으로 변경된 후 제어부(16)에 의하여 어드레스가 지정된 후 유저 데이터 메모리(24)의 해당 저장 영역에 저장된다.

그리고, 학습자의 입모양은 카메라(12)로 촬영되며, 촬영된 이미지는 비디오 신호 입력부(18)에서 해상도 조정과 데이터 압축 과정을 거치며, 제어부(16)는 압축된 이미지를 유저 데이터 메모리(24)에 저장한다. 이때 입모양 이미지는 발음된 보이스의 어드레스와 연관된 어드레스가 할당되어 저장된다.

그리고, 모국어 사용자의 보이스와 입모양 정보는 메모리에 기 저장된 것이 활용되거나 인터페이스부(20)를 통하여 다운로드될 수 있으며, 이를 위하여 인터페이스부(20)는 컴퓨터에 케이블을 통하여 접속하거나 또는 인터넷 단말기를 통하여 인터넷에 접속될 때 프로토콜을 만족할 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 제어부는 인터페이스부(20)를 통하여 다운로드되는 모국어 사용자의 보이스와 입모양 정보를 샘플 데이터 메모리(26)에 어드레스를 할당하여 저장한다.

상술한 바와 같이 저장된 보이스는 스피커(28)를 통하여 재생되며, 보이스가 재생될 때 분석부(34)에서 발음, 억양 및 리듬에 대한 분석이 동시에 이루어진다. 그리고, 분석부(34)는 분석된 결과에 대한 발음 분석 차트, 억양 분석 차트 및 리듬 분석 차트를 디스플레이부(32)의 해당 영역에 출력한다. 또한, 재생되는 보이스에 대한 입모양 정보는 비디오 출력부(36)를 통하여 디스플레이부(32)의 해당 영역에 출력된다.

먼저, 억양 분석 방법에 대하여 도 2 및 도 4를 참조하여 설명하면, 도 2의 상부에 도시된 파형은 모국어 사용자의 보이스 파형이며, 도 2의 하부에 도시된 파형은 학습자의 보이스 파형이다. 각 보이스 파형은 출력의 크기 대 시간의 상관관계로 표시된다.

억양 분석은 도 4와 같이 학습자가 보이스를 재생하면(L1), 학습자에 대한 보이스 파형을 분석하고(L2), 분석 결과치로써 학습자의 포락선을 검출한다.(L3), 모국어 사용자의 보이스에 대하여 상술한 재생, 보이스 파형 분석 및 포락선 검출 과정을 통하여 모국어 사용자의 포락선을 검출하고, 그 후 학습자의 포락선과 모국어 사용자의 포락선의 차를 구하여(L4) 분석 차트로 출력(L5)하는 수순으로 이루어진다. 여기에서 학습자의 포락선 검출 과정과 모국어 사용자의 포락선 검출 과정은 병행되거나 연속되게 구성될 수 있다.

구체적으로, 먼저, 모국어 사용자의 보이스 출력 파형 P1을 분석하여 피크치를 산출하여 그에 대한 포락선 E1을 추정하여 구하고, 최초 어절의 시작점 S1을 구한다. 그리고, 학습자의 보이스 출력 파형 P2를 분석하여 피크치를 산출하여 그에 대한 포락선 E1을 추정하여 구하고, 최초 어절의 시작점 S2를 구한다.

모국어 사용자의 최초 어절 시작점 S1과 학습자의 최초 어절 시작점 S2 간에 존재하는 시차 Sd를 '0' 상태로 조절한 후 모국어 사용자의 포락선 E1과 학습자 포락선 E2의 차를 구한다.

상술한 포락선의 차가 모국어 사용자와 학습자 간의 억양의 차가 되며, 그 결과를 그래프화하여 차트로 구현하여 디스플레이부(32)에 억양 분석 차트로 출력한다.

그리고, 리듬 분석 방법을 설명한다.

모국어 사용자의 이어지는 어절의 시작점 S3와 학습자의 이어지는 어절의 시작점 S4를 구하여 리듬을 분석하는 방법이 제공될 수 있으며, 어절과 어절 간의 무신호 구간의 시간차를 구하여 리듬을 분석하는 방법이 제공될 수 있다.

먼저, 시작점으로 리듬을 분석하는 방법은 모국어 사용자가 최초 어절을 발음한 후 다음 어절을 시작한 시점이 S3이고 학습자가 최초 어절을 발음한 후 다음 어절을 시작한 시점이 S4이므로 그에 대한 차 만큼 학습자는 빠르거나 느리게 리듬을 가진 결과를 얻을 수 있다. 그에 대한 결과가 차트화되어 디스플레이부(32)에 리듬 분석 차트로 출력될 수 있다.

그리고, 무신호 구간으로 리듬을 분석하는 방법은 모국어 사용자의 최초 어절을 종료한 후 다음 어절 시작전 가진 무신호 구간이 d1이고 학습자의 최초 어절을 종료한 후 다음 어절 시작전 가진 무신호 구간이 d2이다. 그러므로 그에 대한 차만큼 학습자는 다음 어절을 빠르거나 느리게 리듬을 가진 결과를 얻을 수 있다. 또한 그에 대한 결과도 차트화되어 디스플레이부(32)에 리듬 분석 차트로 출력될 수 있다.

그리고, 도 3을 참조하여 발음 분석 방법을 설명하면, 도 3의 상부는 모국어 사용자의 발음 분석 차트이며, 하부는 학습자의 발음 분석 차트이다.

도 2의 보이스 출력 파형 P1, P2를 퓨리에 변환과 같은 알고리즘에 의하여 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 표현될 수 있도록 주파수 분석을 수행하면 도 3과 같은 주파수 대역별 출력 파형을 얻을 수 있다. 상술한 주파수 분석에 의하여 얻어지는 차트가 디스플레이부(32)로 출력되어서 발음 분석 차트로 출력된다.

모국어 사용자의 발음 분석 차트와 학습자의 발음 분석 차트를 대비하면 각각의 유성 자음 또는 유성 모음에 해당하는 주파수 영역별 크기가 다름에 의하여 발생되는 발음의 차이를 시각적으로 확인할 수 있다.

상술한 바와 같은 분석 차트는 디스플레이부(32)에서 조합되어 학습자가 인식하기 쉬운 화면으로 구성될 수 있으며, 도 5를 참조하여 일예를 살펴본다.

도 5를 참조하면 모국어 사용자의 보이스 파형이 'original sound'로 표기된 영역의 우측에 출력되고, 그 하부에 학습자의 보이스 파형이 'my voice'로 표기된 영역의 우측에 출력된다. 보이스 파형은 보이스 출력파형과 포락선 파형이 중첩된 형상을 가지며 시간축으로 표시된다.

그리고, 모국어 사용자의 파형 상부에는 'Can you speak English?'라는 보이스에 해당되는 문자가 출력되고, 지시선이 보이스의 출력 상태에 맞게 이동하도록 구성될 수 있다. 이때 지시선은 모국어 사용자의 보이스 파형과 학습자의 보이스 파형에 걸쳐서 형성될 수 있다.

그리고, 학습자 보이스 파형의 하부에는 억양 분석 차트 A와 리듬 분석 차트 B가 출력될 수 있고, 모국어 사용자의 보이스 파형 우측과 학습자의 보이스 파형 우측에는 각각에 해당하는 입모양 이미지가 출력되도록 구성될 수 있다.

그리고, 분석차트 버턴을 형성할 수 있으며, 분석 차트 버턴을 선택하면, 발음에 대한 도 3과 같은 분석 차트가 단일 화면으로 출력되도록 구성될 수 있다.

그리고, 분석된 결과는 데이터화하여 저장될 수 있으며, 분석 결과는 유저 데이터 메모리(24)에 저장되어서 이력관리에 활용될 수 있으며, 학습자는 동일한 문장 또는 단어에 대한 발음의 개선 상황을 이로써 확인함으로써 보다 효과적으로 학습 효과를 향유할 수 있다.

본 고안의 기술적 사상을 이해한 자라면 본 고안의 기술적 사상을 이용하여 언어 학습 장치를 다양하게 구현할 수 있으며, 그 구현 예로써 도 6와 같은 전자수첩과 도 7과 같은 언어학습사전이 제시될 수 있다.

도 6의 전자수첩의 경우에는 디스플레이 영역에 단어와 발음부호 및 해석 등이 문자로 표시될 수 있으며 그 하부에 분석 차트가 디스플레이될 수 있다. 그리고, 발음의 입력을 위하여 마이크가 연결되도록 구성될 수 있다.

도 7의 언어학습사전의 경우에 디스플레이 영역에 원문과 번역문이 디스플레이될 수 있고, 그 하부에 분석 차트가 디스플레이될 수 있다. 그리고, 발음의 입력을 위한 마이크가 구성될 수 있으며, 컴퓨터와 접속을 위한 연결단자가 구성될 수 있다.

본 고안에 의하면 학습자가 학습한 단어 또는 문장에 대한 발음, 억양 및 리듬에 대한 객관적 분석 자료를 확인함으로써 상술한 분석 자료를 반복 학습에 도입함으로써 모국어 사용자의 발음에 가깝게 학습할 수 있어서 언어 학습 효과가 증진될 수 있는 효과가 있다.

그리고, 학습자의 학습 결과가 이력관리됨으로써 언어 학습 효과가 배가되는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 마이크로부터 입력되는 학습자의 보이스를 아날로그/디지털 변환부에서 디지털로 변조하여 출력하는 보이스 입력수단;

   상기 보이스 입력수단으로부터 학습자의 보이스 정보가 저장되는 유저 데이터 메모리;

   모국어 사용자의 보이스 정보를 포함한 데이터가 저장되는 샘플 데이터 메모리;

   재생되는 보이스를 아날로그 신호로 변환하여 스피커로 출력하는 보이스 출력 수단;

   상기 재생되는 보이스에 대한 발음을 주파수 분석하여 그 결과를 발음 분석 차트로 구하고, 보이스의 출력 파형으로 포락선을 검출하여 출력하는 분석부;

   상기 분석부에서 출력되는 분석차트를 미리 정해진 영역에 디스플레이하는 디스플레이부;

   기록 모드에서 상기 보이스 입력 수단의 출력을 유저 데이터 메모리에 저장하고, 재생 모드에서 상기 유저 데이터 메모리에 저장된 학습자의 보이스 또는 샘플 데이터 메모리에 저장된 모국어 사용자의 보이스를 상기 보이스 출력 수단으로 선택적으로 출력하며, 상기 재생모드에서 재생되는 보이스를 상기 분석부로 출력하는 제어수단;을 구비함을 특징으로 하는 언어학습 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   모국어 사용자의 보이스 정보를 포함한 데이터를 온라인으로 수신하는 인터페이스부가 더 구성되고, 상기 제어부는 상기 인터페이스부에 수신된 데이터를 상기 샘플 데이터 메모리에 저장시키도록 구성됨을 특징으로 하는 언어학습 장치.
3. 카메라로 녹화되는 학습자의 입모양 이미지를 비디오 신호 입력부에서 해상도 조정과 압축을 수행한 후 출력하는 녹화수단;

   상기 재생되는 보이스에 해당하는 입모양 이미지를 디스플레이를 위한 신호로 변환하여 상기 디스플레이부로 출력하는 비디오 출력부를 더 구비하며,

   상기 제어부는 상기 기록 모드에서 상기 녹화수단에서 출력되는 입모양 이미지를 상기 유저 데이터 메모리에 저장하고, 상기 재생 모드에서 출력되는 보이스 정보에 해당하는 입모양 이미지를 상기 비디오 출력부로 출력시킴을 특징으로 하는 언어학습 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분석부는 학습자와 모국어 사용자의 각 포락선의 차를 구하여 억양에 대한 제 1 분석 차트로 출력함을 특징으로 하는 언어학습 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분석부는 학습자와 모국어 사용자의 포락선들의 어절의 시작점을 비교하여 그 시차로써 리듬에 대한 제 2 분석 차트로 출력함을 특징으로 하는 언어학습 장치.