음성이 '음향적 지문'으로 여겨지는 이유는 무엇일까요?

공안부는 최근 음성 생체인식 국가기술표준 초안과 홍채 생체인식 국가기술표준 초안을 완성했습니다. 음성 생체인식의 경우, 초안에서는 최초 샘플 수집 연령을 6세로 규정하고 있으며, 이후 데이터 업데이트는 14~25세, 25~40세, 40~60세에 걸쳐 진행될 예정입니다.

Giọng nói: Dấu vân tay âm thanh độc nhất của mỗi người - Ảnh 1. — 음성 생체 인식은 개인의 목소리에 내재된 고유한 생물학적 및 음향적 특성을 기반으로 개인을 식별하고 인증하는 기술입니다.

하노이 의과대학 병원의 팜 비치 다오 부교수는 음성 생체 인식은 개인의 목소리에 내재된 고유한 생물학적 및 음향적 특성을 기반으로 신원을 확인하고 인증하는 기술이라고 설명했습니다. 음성 인식과 달리 음성 생체 인식은 발음, 진동 주파수, 진폭, 잔향, 말하는 속도, 리듬, 공명 패턴 등 목소리의 "생물학적 특징"에 초점을 맞춥니다.

다오 박사는 목소리가 각 개인의 "고유한 생체 인식 특성"이라고 주장하며 다음과 같이 설명했습니다. 목소리는 후두, 공명동, 구강의 고유한 해부학적 구조뿐 아니라 말하는 습관, 억양, 감정까지 반영하는 개인의 생물학적 특성입니다. 따라서 일란성 쌍둥이조차도 목소리가 완전히 똑같을 수는 없습니다. 이처럼 목소리는 생체 인식에서 지문이나 홍채처럼 "음성 지문"으로 여겨집니다.

다오 박사에 따르면, 목소리는 신체의 여러 기관들이 복잡하게 협응하여 만들어내는 산물이며, 여기에는 크게 세 가지 주요 시스템이 포함됩니다. 호흡계(폐, 횡격막, 기관 - 공기 흐름 제공), 후두계(성대 신경과 후두 연골 - 고유한 소리 진동 생성), 그리고 공명 및 발성계(목구멍, 구강, 비강, 혀, 입술, 치아, 구개 - 소리 증폭 및 음색 변화)입니다. 식도와 위는 복식 발성을 가능하게 합니다. 따라서 후두 전절제술을 받은 경우에도 식도 발성을 연습할 수 있습니다. 이러한 기관들의 정교한 협응은 각 개인에게 고유한 음향적 특성을 부여합니다.

목소리에 영향을 미치는 요인

팜 비치 다오 부교수에 따르면, 여러 가지 질환과 요인이 목소리에 영향을 미칠 수 있습니다. 여기에는 후두 질환(후두염, 성대 결절/폴립, 성대 마비, 후두 종양)으로 인한 일시적 또는 영구적 목소리 변화, 인두인두 역류와 같은 전신 질환, 내분비 질환(갑상선 기능 저하증, 갑상선 기능 항진증), 신경계 질환 등이 포함됩니다.

또한 흡연, 음주, 알레르기, 대기오염, 스트레스, 성대 남용 등 여러 외부 요인이 음질에 영향을 미칩니다. 이러한 변화는 음성의 음향적 특성(기본 주파수, 강도 등)을 바꾸어 생체 인식 능력에 영향을 미칩니다. 따라서 실제 응용 분야(예: 법의학 조사 또는 보안 인증)에서는 안정적이고 정기적으로 업데이트되는 기준 음성 샘플이 필수적입니다.

남성과 여성의 목소리는 뚜렷한 특징을 가지고 있습니다. 남성의 목소리는 길고 두꺼운 성대 때문에 더 깊고 풍부한 울림을 가지며, 그 결과 저음역(85~180Hz)이 나타납니다. 반면 여성의 목소리는 성대가 짧고 가늘며, 고음역(165~255Hz)이 높아 더 밝고 높은 음색을 냅니다. 또한, 발성 기관(부비강, 구강, 흉부)의 구조 역시 성별에 따른 음색 차이에 영향을 미칩니다.

목소리는 여러 상황에서 생물학적 성별이 변하거나 "불일치"될 수 있습니다. 호르몬 장애(사춘기, 폐경, 호르몬 치료, 성전환), 성대 질환 또는 후두 수술, 그리고 의도적인 발성 훈련(특히 연기, 노래, 트랜스젠더 관련 직업) 등이 그 예입니다. 이러한 경우 목소리의 "성별" 특성이 변하여 생체 인식에 혼란을 초래할 수 있으며, 특히 인공지능 시스템이 다양한 성별 변이를 수용하도록 훈련되지 않은 경우 더욱 그렇습니다.

첨단 생체 인식 시스템은 표면적인 변화에 덜 영향을 받는 심층적인 스펙트럼 특징 분석을 통해 "원래 목소리"를 구별할 수 있습니다. 목소리는 이제 신원 확인 또는 신원 검증을 위해 인코딩, 저장 및 대조할 수 있는 합법적인 생체 인식 특성으로 인정받고 있습니다.

팜 비치 다오 부교수

출처: https://thanhnien.vn/vi-sao-giong-noi-duoc-coi-la-dau-van-tay-am-thanh-18525101819195149.htm