Sona-Match軟件在言語構(gòu)音障礙生理矯正中的應(yīng)用*

方華萍 李永宏 張金爽

(西北民族大學(xué) 中國民族語言文字信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅 蘭州 730030)

1 引言

構(gòu)音障礙是指因與言語表達(dá)有關(guān)的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)的器質(zhì)性損害導(dǎo)致發(fā)音肌的肌力減弱或癱瘓、肌張力改變、協(xié)調(diào)不良等，引起字音不準(zhǔn)、聲韻不均、語流緩慢和節(jié)律紊亂等言語障礙[1]。嚴(yán)重患者，表現(xiàn)為言不分音，語不成句，難以聽懂，甚至完全不能說話。但臨床醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)音患者言語表達(dá)的內(nèi)容和語法往往是正常的，對理解他人的語言也無任何困難，而僅僅是口語表達(dá)出現(xiàn)了障礙。因此，即使構(gòu)音障礙或構(gòu)音異常是構(gòu)音器官上有可辨識(shí)的缺陷所造成的，但只要對構(gòu)音方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，患者的發(fā)音仍有可能恢復(fù)正常。

隨著科技發(fā)展和人類自我認(rèn)識(shí)的深入，言語病理和構(gòu)音障礙問題已經(jīng)引起社會(huì)足夠重視，但是在構(gòu)音障礙矯正和治療過程中，往往缺乏科學(xué)性和系統(tǒng)性，僅靠教育和培訓(xùn)等經(jīng)驗(yàn)式方法來對言語患者進(jìn)行“替代式康復(fù)”，或是增加“補(bǔ)丁”。如今，隨著聲學(xué)語音學(xué)和生理語音學(xué)的發(fā)展，很多言語病理學(xué)家和語音學(xué)家通過對患者發(fā)音過程中發(fā)音器官運(yùn)動(dòng)、氣流、韻律、聲調(diào)、頻率、能量等提取聲學(xué)生理參數(shù)和正常人的實(shí)際發(fā)音進(jìn)行對比，對患者進(jìn)行矯正和治療[2]。

美國KayPENTAX研發(fā)的軟件Sona-Match，主要針對構(gòu)音障礙患者發(fā)音不準(zhǔn)，咬字不清，聲響、音調(diào)、速度、節(jié)律異常和鼻音過重等問題進(jìn)行分析，為構(gòu)音患者提供其在言語發(fā)音過程中的實(shí)時(shí)語音頻譜、元音音區(qū)和共振峰值等方面的聲學(xué)和生理反饋，通過患者和正常人發(fā)音時(shí)的參數(shù)對比來糾正和治療發(fā)音過程中的各種問題。

2 Sona-Match軟件簡介

Sona-Match是基于Microsoft Windows系統(tǒng)，運(yùn)行在Multi-Speech和CSL語音處理軟件之上。Sona-Match軟件主要利用雙窗口界面，并運(yùn)用線性預(yù)測分析（LPC）或快速傅里葉轉(zhuǎn)換（FFT）分析，實(shí)時(shí)反饋和分析發(fā)聲者在發(fā)音時(shí)生理信號和語音的頻響情況，來達(dá)到言語訓(xùn)練和實(shí)時(shí)矯正的目的。

2.1 信號采集

使用Sona-Match采集語音信號時(shí)，特別要注意麥克風(fēng)的位置。麥克風(fēng)應(yīng)該放置在距離患者嘴巴較近的地方，一般離嘴4-6英寸距離遠(yuǎn)。這直接關(guān)系到信號強(qiáng)度值和信號的獲取效果。錄音時(shí)，最好用程序控制聲卡，可以改變信號輸入設(shè)置，最大幅度降低噪聲影響。錄音結(jié)束后，可以保存成NSP或WAV文件格式。

2.2 聲學(xué)參數(shù)

Sona-Match軟件主要針對構(gòu)音障礙或構(gòu)音異常的患者來專門設(shè)計(jì)的軟件，特別是針對患者的元音發(fā)音的生理與語音情況來進(jìn)行分析和參數(shù)設(shè)置的。因?yàn)?，從生理學(xué)角度分析，發(fā)元音時(shí)，氣流通過口腔不受任何阻礙，氣流較強(qiáng)、聲帶顫動(dòng)、發(fā)音器官的各部分保持均衡緊張，因而發(fā)出的音自然響亮；從發(fā)音時(shí)器官肌肉協(xié)調(diào)過程看，我們每發(fā)一個(gè)音時(shí)，發(fā)音器官的肌肉就有一次緊張，其特征為先增強(qiáng)后減弱。由于大多數(shù)音節(jié)從輔音開始，因此發(fā)輔音時(shí)肌肉緊張由弱而強(qiáng)，突然上升；而元音正是緊跟前面輔音的緊張最高點(diǎn)開始發(fā)音，并由此開始漸次減弱，從而在元音上顯示高峰，這也說明為什么從聽感上我們明顯感覺到音節(jié)中元音比輔音要響亮、清晰。正因?yàn)樵粼跇?gòu)音中的特殊地位，所以Sona-Match特別側(cè)重元音測試和元音言語訓(xùn)練矯正。

通過對構(gòu)音障礙患者的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)構(gòu)音障礙形成的原因很多，生理表現(xiàn)也不一致。其根本原因是患者在構(gòu)音過程中，構(gòu)音部位發(fā)生錯(cuò)誤或呼出的氣流或速度不準(zhǔn)確，甚至整個(gè)構(gòu)音動(dòng)作不協(xié)調(diào)，以致語音發(fā)聲錯(cuò)誤。其中元音障礙的一致性非常高，即元音弱化。元音弱化與普通話元音發(fā)音走極端位置的性質(zhì)相悖，因而難以形成各元音間的區(qū)別特征，障礙也由此而生。Sona-Match軟件可以提取持續(xù)元音第一共振峰（F1）、第二共振峰（F2）參數(shù)，并與患者實(shí)際發(fā)音所提取的語音參數(shù)進(jìn)行對比。

3 Sona-Match工作原理和語音研究

作為目前廣泛應(yīng)用于構(gòu)音障礙言語矯正和治療的Sona-Match軟件來說，它的最大工作重點(diǎn)和特色就在于它在語音檢測過程中所展示的四種工作模式，元音頻率響應(yīng)模式（LPC）、元音圖表模式（F1、F2）、咝音語圖模式（FFT）、歌唱反饋模式四種。下面將從這四種模式來進(jìn)行考察和語音研究，并分析得出構(gòu)音障礙患者在言語矯正中應(yīng)該掌握的方法與對策。發(fā)音人類別可設(shè)置為：成年男性、成年女性或兒童。在模式分析之前，需要先對語音信號進(jìn)行預(yù)處理，即濾波、高頻提升、分幀和加窗處理[4]。

3.1 元音頻率響應(yīng)模式

Sona-Match軟件可用語音信號進(jìn)行LPC分析。首先對語音數(shù)字信號進(jìn)行能量的歸一化處理以提高分析的穩(wěn)定性，然后進(jìn)行預(yù)加重以提升高頻部分，最后對語音信號進(jìn)行分幀加窗，提取語音信號的LPC系數(shù)，進(jìn)行共振峰的實(shí)時(shí)顯示。

共振峰是元音聲學(xué)特性的表現(xiàn)，我們所聽到的元音音色則是聽覺的感知結(jié)果。聲道特性因人而異，因而共振峰的變化范圍比較大。而Sona-Match在頻率反饋模式中，針對不同發(fā)音人（成年男性、成年女性、兒童）在發(fā)聲過程中對其聲道面積的大小做平均計(jì)算。元音頻率響應(yīng)反饋模式主要是利用聲源濾波模式對前喉腔進(jìn)行過濾。窗口中實(shí)時(shí)顯示共振峰的頻率和振幅，每個(gè)峰值都顯示出共振峰的頻率最高值和能量最大值。見圖1，X軸為頻率，Y軸為振幅。

在對構(gòu)音患者言語矯正治療中，患者的語音信號可以實(shí)時(shí)顯示在窗口中，與軟件的標(biāo)準(zhǔn)模式參數(shù)進(jìn)行對比。特別是由于生理器官運(yùn)動(dòng)停滯引起的運(yùn)動(dòng)性構(gòu)音障礙的患者而言，在發(fā)音時(shí)舌唇運(yùn)動(dòng)能力不足、運(yùn)動(dòng)異常、節(jié)奏過快/慢等，頻率響應(yīng)反饋模式提供了衡量言語清晰度的重要指標(biāo)，對構(gòu)音和言語訓(xùn)練非常重要。

3.2 元音圖表模式

在元音語音分析中，元音音色的不同主要是由于共振峰頻率的不同，在頻譜中表現(xiàn)為共振峰位置的不同。其中F1、F2值最為重要，其共振峰頻率基本上可以確定一個(gè)元音的音色。共振峰的頻率取決于聲腔的腔體大小差異，其中F1和F2的值與發(fā)音器官中的舌位位置密切相關(guān)。F1值取決于舌位的高低，舌位高，F(xiàn)1值就低；舌位低，F(xiàn)1值就高；而F2的值取決于舌位的前后，舌位靠前，F(xiàn)2就高，舌位越后，F(xiàn)2就低[3]。

元音舌位圖表現(xiàn)了絕大多數(shù)語言的舌面元音發(fā)音位置。如果發(fā)目標(biāo)元音時(shí)嚴(yán)重偏離了原發(fā)音部位，就會(huì)產(chǎn)生元音發(fā)音錯(cuò)誤，導(dǎo)致交際障礙。普通話的舌面元音多分布于前高、前低、后高、后低等極端位置，因而發(fā)音時(shí)舌位的動(dòng)程大，區(qū)別性特征就更加明顯。但對于構(gòu)音障礙的患者來說，最大的問題在于元音弱化。例如圖2所示，構(gòu)音障礙患者/i/的元音圖。

從圖中可以看出，患者的實(shí)際發(fā)音和標(biāo)準(zhǔn)元音舌位音區(qū)相比，舌位偏高，說明患者的F1值偏低，后腔過于增大。在Sona-Match臨床運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，元音弱化主要集中表現(xiàn)在元音央化，即患者在發(fā)音過程中舌位嚴(yán)重偏離了原位置而向舌中部集中發(fā)音，結(jié)果使所有元音均“向著元音三角的中央位置移動(dòng)”，造成音段性質(zhì)的改變，聽感上元音清晰度降低。

圖3中，顯示的是Sona-Match軟件在分析患者元音發(fā)音中出現(xiàn)的構(gòu)音問題。其中A圖，是患者將/i/發(fā)成/ε/，/ε/發(fā)成//，這說明患者降低舌位發(fā)音，即將高元音發(fā)成低元音；B圖中，是患者將/ε/發(fā)成/e/，a/發(fā)成/ε/，這說明患者抬高舌位發(fā)音，即將低元音發(fā)成高元音；C圖中，是患者將/y/發(fā)成/ /，/A/發(fā)成/ɑ/，這說明患者后縮舌位發(fā)音，將前元音發(fā)成央元音，甚至偏后靠；D圖中，是患者將/ɑ/發(fā)成/A/，//發(fā)成/ε/或/E/或/a/音，說明患者前伸舌頭發(fā)音，將后元音發(fā)成央元音甚至更靠前。

3.3 咝音語圖模式

Sona-Match軟件主要采用按頻率抽取的FFT算法來進(jìn)行語圖計(jì)算。在咝音語圖模式中，所展示的是語音的特定的聲譜特征，主要用于言語訓(xùn)練、咝音訓(xùn)練和其他類似應(yīng)用。Sona-Match中所指的咝音，主要是指塞音、擦音和塞擦音。從輔音聲母的發(fā)音部位分析出發(fā)，主要分以下三類：

（1）舌尖前音（z、c、s）

臨床表現(xiàn)為舌麻痹。舌尖前音是由舌尖抵住或接近齒背阻礙氣流而形成，而構(gòu)音患者由于Ⅻ腦神經(jīng)損害導(dǎo)致其支配的舌肌癱瘓，使得患者往往感覺舌運(yùn)動(dòng)遲緩，甚至不能運(yùn)動(dòng)，舌位于口腔底端，導(dǎo)致不能發(fā)舌音。Sona-Match的FFT分析窗口根據(jù)患者的實(shí)際發(fā)音的頻譜能量與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，來分析患者發(fā)舌尖前音時(shí)舌位和齒背之間的關(guān)系以及氣流量控制的大小。圖4為/s/音的語圖模式。

（2）雙唇音（b、p、m）

臨床表現(xiàn)為口唇麻痹。雙唇音是由上唇和下唇阻塞氣流而形成的，而構(gòu)音患者由于Ⅶ腦神經(jīng)損害引起唇部肌肉的癱瘓和無力，導(dǎo)致患者在發(fā)唇音和唇齒音/f/時(shí)含糊不清。Sona-Match中的FFT分析窗口，根據(jù)實(shí)際發(fā)音和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)曲線來分析患者在口唇部肌運(yùn)動(dòng)的確切部位和口唇、唇齒之間的關(guān)系。

（3）舌面后音（g、k、h）

臨床表現(xiàn)為軟腭及咽喉肌麻痹。舌面后音是由舌面后部抵住或接近軟腭阻礙氣流而形成，又稱“舌根音”。而構(gòu)音患者因Ⅸ、Ⅹ腦神經(jīng)所支配的咽肌—軟腭無力或癱瘓，導(dǎo)致其發(fā)/g/、/k/、/h/時(shí)特別困難。FFT窗口可以顯示和分析出患者在發(fā)舌面后音時(shí)，舌根跟軟腭應(yīng)該接觸的位置和氣流的阻礙方式。

3.4 歌唱反饋模式

Sona-Match軟件中所顯示的歌唱反饋模式，是用于顯示構(gòu)音患者在唱歌時(shí)的低頻鳴響聲音波形圖，頻率一般控制在500-800Hz之間。通過Sona-Match來顯示歌唱反饋模式，主要把握F1和F2頻率。因?yàn)榈凸舱穹錐1增強(qiáng)歌唱時(shí)嗓音的深度及共鳴；而高共振峰F2決定著嗓音的光彩度。根據(jù)患者在歌唱反饋模式中的顯示，分析和對比共振峰頻率的差值來矯正。同時(shí)，對于歌唱模式，還要注意喉腔和聲帶的調(diào)節(jié)，因?yàn)楦枋止舱穹瀹a(chǎn)生于喉，更嚴(yán)格來說是產(chǎn)生于聲帶本體上方到喉口的這一垂直距離約2.3cm的空腔內(nèi)，使喉腔形成一個(gè)與口、咽腔相分離的獨(dú)立的共鳴腔。由于構(gòu)音障礙患者生理器官的缺陷和發(fā)音器官中氣流運(yùn)動(dòng)的較難把握，所以，相對而言，歌唱矯正難度較高，需要長期的歌唱訓(xùn)練。根據(jù)患者在歌唱反饋模式中的顯示（見圖5），分析和對比共振峰頻率的差值來矯正。

4 結(jié)束語

Sona-Match主要通過持續(xù)元音的發(fā)音，來實(shí)時(shí)反映構(gòu)音障礙患者的發(fā)音情況，針對患者發(fā)音過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行語音學(xué)分析與考察。Sona-Match主要用于言語患者臨床診斷和構(gòu)音矯正治療，方便快捷，而且可以根據(jù)患者構(gòu)音問題的嚴(yán)重層次來進(jìn)行語音參數(shù)的設(shè)置與比較。同時(shí)，Sona-Match根據(jù)年齡和性別的不同，可以分別設(shè)置不同的參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)來測試分析，以方便言語患者矯正和治療中更有針對性。

本文通過Sona-Match對構(gòu)音障礙矯正和治療做了初步的分析和探討。由于言語發(fā)音的復(fù)雜性和多樣性，構(gòu)音障礙的形成原因的差異性，不僅涉及實(shí)驗(yàn)語音學(xué)共振峰、基頻等一些基本參數(shù)，而且和認(rèn)知語音學(xué)、心理語音學(xué)以及情感語音學(xué)等相關(guān)聯(lián)。這些問題都的深入研究，可以為言語構(gòu)音、構(gòu)音障礙、構(gòu)音差異患者，包括其他失語、口吃、嗓音障礙、語流障礙、唇腭裂等矯正和治療起到一定的輔助作用。

[1] 馬紅英，昝飛，構(gòu)音障礙兒童的元音偏誤分析[J].國特殊教育，2004.9

[2] 李永宏，于洪志，孔江平，現(xiàn)代語音學(xué)儀器及生理語音學(xué)研究[J].生命科學(xué)儀器, 2008.6

[3] 林燾，王理嘉，語音學(xué)教程[M].北京:北京大學(xué)出版社，2009

[4] 韓紀(jì)慶，張磊，鄭鐵然.語音信號處理[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010