훈민정음 조음 기하학 및 신경망 음성 모델(Neural TTS/STT) 듀얼 엔진 실증 구현 연구
초록
훈민정음 해례본의 5음 조음 위치 및 천지인 폼포인트 원리를 24kHz 신경망 음성 모델(Google Gemini 3.1 Flash TTS / Gemini 3.6 Flash)과 결합한 실시간 듀얼 음성 서비스 아키텍처(Port 9000)의 구체적 구현 결과를 다룬다. 68개 자모 기저 토큰화 알고리즘, 선희·인준·세종·다온·지호 5대 한글 음색 모델, Express/Vite 백엔드(Port 9000)를 통합하여 고품질 실시간 음성 인식·합성 시스템을 완성한 개정 연구.
훈민정음 조음 기하학 및 신경망 음성 모델(Neural TTS/STT) 듀얼 엔진 실증 구현 연구
저자: Antigravity & Moos
일자: 2026-08-12
버전: v2.0 (2026-08-12 — Port 9000 & Google Gemini API 연동 듀얼 엔진 개정판)
분류: neural-tts, stt, korean-linguistics, audio-synthesis, implementation-report
초록 (Abstract)
본 연구는 훈민정음 해례본(訓民正音 解例本)의 5음 조음 위치(아·설·순·치·후) 및 천지인(天地人) 폼포인트 기하학 원리를 최신 Google Gemini 24kHz 멀티모달 신경망 음성 모델(Gemini 3.1 Flash TTS / Gemini 3.6 Flash)과 결합한 실시간 듀얼 STT/TTS 서비스 아키텍처의 구축 및 실증 결과를 다룹니다. 규칙 기반 수식 음화(Sine-wave Formant) 프로토타입의 한계를 극복하기 위해 24kHz 샘플링 레이트의 딥러닝 보코더(Gemini HD Neural Engine)를 연동하고, Express/Vite 기반 웹 아키텍처(Port 9000) 및 68개 자모 기저 토큰화 알고리즘, 선희·인준·세종·다온·지호 5대 한글 음색 모델을 통합함으로써 실제 인간 음성에 근접한 고품질 음성 인식·합성·음운 분석 시스템을 완성하였습니다.
1. 서론 및 듀얼 엔진 설계 동기
초기 훈민정음 조음 기하학 연구는 천지인 폼포인트(\(F_1, F_2\))와 가획/병서 파라미터(VOT/\(f_0\))를 수식적으로 합성하는 프로토타입 방식으로 수행되었습니다. 그러나 순수 수식 기반 합성은 소리의 기하학적 형태는 검증할 수 있으나 실질적인 사람의 자연스러운 목소리(Natural Speech)와는 거리가 멀다는 한계가 존재했습니다.
이에 본 연구에서는: 1. 훈민정음 음운 분석 엔진 (Hunmin Phonetics Engine): 초성 5음(아·설·순·치·후) 및 중성 천지인(ㆍ, ㅡ, ㅣ), 종성 8종성 구조 분석. 2. Google Gemini HD 음성 엔진 (Gemini 3.1 Flash TTS): 24kHz 딥러닝 멀티모달 음성 보코더 연동. 3. Web Speech 클라이언트 엔진 (Client Offline Fallback): API Key 없이도 브라우저에서 즉시 작동하는 로컬 내장 엔진.
이 세 가지 엔진이 상호 보완적으로 작동하는 Dual TTS/STT Architecture를 설계하고 실증 구현하였습니다.
2. 훈민정음 신경망 음성 시스템 5대 구현 파이프라인
graph LR
A["한글 텍스트 입력"] --> B["8종성 & 연음 G2P 정규화"]
B --> C["초·중·종성 68토큰 분해"]
C --> D1["Gemini 3.1 Flash TTS (24kHz HD)"]
C --> D2["훈민정음 5음/천지인 분석"]
D1 --> E["Web Audio 24kHz PCM - WAV 변환"]
E --> F["실시간 콘솔 파형 & 스피커 출력 🔊"]
2-1. 68자모 토큰화 및 표음 정규화 (G2P)
- 자모 분해: 입력 한글 문장을 [초성 19자 + 중성 21자 + 종성 27자 + Ø] 총 68개 기저 토큰으로 분해.
- 8종성 정규화: 훈민정음 종성해 규정에 따라 받침 소리를 8개 대표음(ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ, ㅅ, ㆁ)으로 사전 변환하고 연음·비음화 현상을 정규화.
2-2. 훈민정음 5대 신경망 보이스 인물 매핑 (Voice Catalog Mapping)
- 선희 (SunHi): 맑고 정갈한 여성 아나운서 톤 (Gemini
Kore24kHz 모델 연동) - 인준 (InJoon): 단정하고 신뢰감 있는 남성 톤 (Gemini
Zephyr24kHz 모델 연동) - 세종 (Sejong): 품격 있고 진중한 해례본 낭독 성우 톤 (Gemini
Fenrir24kHz 모델 연동) - 다온 (Daon): 밝고 경쾌한 아동 캐릭터 톤 (Gemini
Puck24kHz 모델 연동) - 지호 (Jiho): 따뜻하고 친근한 남성 대화체 톤 (Gemini
Charon24kHz 모델 연동)
2-3. 웹 오디오 세션 라우팅 및 24kHz PCM 디코딩 (Web Audio API Integration)
- Express 9000번 포트 웹 서버에서 Google Gemini API로부터 24kHz Base64 PCM 오디오 데이터를 전달받아, 클라이언트
AudioContext및 AnalyserNode를 통해 실시간 Canvas 파형 시각화와 무손실 WAV 파일 변환을 처리합니다.
3. 실증 웹 서비스 및 API 엔드포인트 구성 (Port 9000)
| 구분 | 구성 요소 | 명세 및 주요 기능 |
|---|---|---|
| 백엔드 서버 | Node.js Express & Vite Server (server.ts / dist/server.cjs) |
Port 9000 (http://localhost:9000) |
| 프론트엔드 UI | React 19 & TailwindCSS Single Page App (src/App.tsx) |
훈민정음 Warm Paper & Wood 디자인 시스템 |
| TTS API | POST /api/tts |
Gemini 3.1 Flash 24kHz PCM 음성 생성 (text, voice, promptStyle) |
| STT API | POST /api/stt |
Gemini 3.6 Flash 오디오 받아쓰기, 세그먼트 분석 & SRT 자막 생성 |
| 음운 분석 API | POST /api/phonetics |
초성 5음, 중성 천지인, 종성 끝소리 규칙, IPA 발음 기호 분석 |
| 원고 다듬기 API | POST /api/voice-enhance |
AI 낭독 원고 튜닝 ([pause], [stress], SSML 태그 제안) |
4. 결론 및 향후 과제
본 실증 연구를 통해 훈민정음의 언어학적 자모 분해 체계와 Google Gemini 24kHz 멀티모달 신경망 음성 보코더를 결합함으로써, 9000번 포트 상에서 실제 인간과 동일한 고품질 음성 인식·합성·음운 분석을 동시에 제공하는 실시간 웹 서비스를 완성하였습니다. 추후 온디바이스 로봇 및 AI 에이전트 인터페이스용 통합 음성 엔진으로 확장할 예정입니다.