正常成人低通濾波漢語(yǔ)清塞音的識(shí)別研究△

張夢(mèng)超 劉巧云 盧海丹 黃昭鳴 杜曉新 孫喜斌

言語(yǔ)信號(hào)經(jīng)過濾波后，外在冗余度下降，隨著截止頻率降低，個(gè)體需要?jiǎng)佑酶嗦犔幚砟芰μ崛∑渎晫W(xué)特征。識(shí)別時(shí)所需的聲學(xué)特征越少，說明個(gè)體的聽處理能力越強(qiáng)。早在1954年，Bocca等首先使用低冗余度的濾波言語(yǔ)作為聽處理障礙患者的測(cè)試材料[1]，并發(fā)現(xiàn)病變對(duì)側(cè)耳的濾波言語(yǔ)識(shí)別得分降低。隨后幾十年間，濾波材料開始被應(yīng)用于中樞病變的診斷。上世紀(jì)80年代，程錦元等編制了一部分低通濾波言語(yǔ)測(cè)聽詞表，并在中低頻區(qū)域劃分了7檔截止頻率，有350、500、750、1 100、1 600、2 500和3 500 Hz[2]。2006年蘇金霏等的研究發(fā)現(xiàn)，500～8 000 Hz是健聽成人言語(yǔ)識(shí)別的重要頻帶，單音節(jié)詞是外在冗余度最少的語(yǔ)音單位，比有意義詞更難聽懂，言語(yǔ)測(cè)聽最好使用單音節(jié)詞[3]。為探討識(shí)別低通濾波漢語(yǔ)到底需要多大的通帶范圍及不同聲韻母會(huì)受到何種因素的影響，本研究選取漢語(yǔ)聲母中的塞音，將塞音開頭的單音節(jié)詞作為言語(yǔ)識(shí)別材料，通過改變通帶范圍的方式，獲得健聽成人識(shí)別低通濾波清塞音所需的最小通帶及影響因素，為進(jìn)一步完善聽處理相關(guān)的言語(yǔ)測(cè)聽材料作前期探索，報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1研究對(duì)象 本實(shí)驗(yàn)對(duì)象為華東師范大學(xué)33名在讀大學(xué)生，其中男17人，女16人，年齡19～24歲，平均21.5±1.2歲，雙耳各頻率聽閾均在25 dB HL以下。

1.2研究方法

1.2.1測(cè)試材料 本實(shí)驗(yàn)選用漢語(yǔ)清塞音與韻母/a/組合的單音節(jié)(表1)為言語(yǔ)測(cè)試材料，聲調(diào)均為一聲，實(shí)驗(yàn)材料由一名25歲的成年女性用標(biāo)準(zhǔn)普通話朗讀，平均言語(yǔ)基頻為236.67 Hz。在隔聲室內(nèi)用Sony Soundforge 7.0軟件單聲道錄制聲音材料，采樣頻率為44 100 Hz，錄制后對(duì)材料進(jìn)行音量歸一化。采用言語(yǔ)聽覺科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的LabView平臺(tái)下的低通濾波語(yǔ)音識(shí)別軟件，由一根音頻線連接至GSI 61聽力計(jì)，通過聽力計(jì)控制輸出音量在65 dB SPL，通過TDH 50壓耳式耳機(jī)播放聲音。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試音節(jié)

1.2.2測(cè)試程序 首先選擇5名在讀大學(xué)生進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，采用100階巴特沃斯低通濾波器，設(shè)置起始截止頻率為300 Hz，受試者在聽某一音節(jié)時(shí)，若報(bào)告錯(cuò)誤，則以100 Hz的步長(zhǎng)上升，直至受試者在連續(xù)增長(zhǎng)的十個(gè)步長(zhǎng)中均正確識(shí)別。要求受試者口頭報(bào)告所聽到的音節(jié)，報(bào)告完全正確記“1”，報(bào)告錯(cuò)誤記為“0”，并由測(cè)試者在軟件中輸入受試者實(shí)報(bào)的音節(jié)作為錯(cuò)誤走向。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)，研究者在正式實(shí)驗(yàn)中作了以下調(diào)整：①預(yù)實(shí)驗(yàn)中當(dāng)截止頻率為500 Hz以下時(shí)，受試者均表示無(wú)法識(shí)別，因此在正式實(shí)驗(yàn)中提高了截止頻率；②預(yù)實(shí)驗(yàn)中步長(zhǎng)200 Hz的結(jié)果與100 Hz的情況基本一致，因此在正式實(shí)驗(yàn)中調(diào)整了步長(zhǎng)，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間；③排除了實(shí)驗(yàn)操作中可能存在的硬件、軟件問題。

正式實(shí)驗(yàn)采用100階巴特沃斯低通濾波器，設(shè)置起始截止頻率為500 Hz，步長(zhǎng)為200 Hz，受試者連續(xù)正確報(bào)告5次時(shí)停止放音，并記錄5次連續(xù)正確報(bào)告中的最低截止頻率，作為該受試者識(shí)別該音節(jié)的截止頻率，其余流程與預(yù)實(shí)驗(yàn)基本一致。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在隔聲室內(nèi)完成，本底噪聲低于45 dB SPL。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 本實(shí)驗(yàn)用Microsoft Office Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，用SPSS 16.0作數(shù)據(jù)分析處理。采用2×3×3的三因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，受試者間變量為性別，有男、女兩個(gè)水平；受試者內(nèi)變量為送氣方式和發(fā)音部位，其中送氣方式有送氣和不送氣兩個(gè)水平，發(fā)音部位有雙唇、舌尖、舌根三個(gè)水平。因變量為低通濾波塞音正確識(shí)別的最低截止頻率。

2 結(jié)果

清塞音音節(jié)的平均截止頻率見表2?？梢姡R(shí)別/pa/所需的最低截止頻率均值高于6 000 Hz，其余清塞音的最低截止頻率均值均在3 000 Hz以下。識(shí)別清塞音的截止頻率由低到高依次為/ka/、/ga/、/ba/、/ta/、/da/、/pa/。

表2 不同性別受試者低通濾波漢語(yǔ)清塞音識(shí)別的最低截止頻率

對(duì)獲得的截止頻率進(jìn)行一元方差分析，發(fā)現(xiàn)送氣方式和發(fā)音部位的主效應(yīng)均極顯著，說明送氣方式、發(fā)音部位影響濾波塞音的識(shí)別；受試者性別的主效應(yīng)不顯著。送氣方式、發(fā)音部位的交互作用極顯著；其余的交互效應(yīng)均不顯著(表3)。對(duì)發(fā)音部位進(jìn)行多重比較后，發(fā)現(xiàn)雙唇音與舌尖音(P<0.01)、雙唇音與舌根音(P<0.01)、舌尖音與舌根音(P<0.01)之間差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在同一發(fā)音部位上，雙唇送氣音/pa/與不送氣音/ba/、舌尖送氣音/ta/與不送氣音/da/、舌根送氣音/ka/與不送氣音/ga/低通濾波的最低截止頻率差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中，雙唇送氣塞音/pa/比雙唇不送氣塞音/ba/的均值高，但舌尖音、舌根音的情況下，都是不送氣塞音比送氣塞音的均值高(表4)。

表3 送氣方式、發(fā)音部位和性別對(duì)低通濾波漢語(yǔ)清塞音識(shí)別的影響

表4 同一發(fā)音部位不同送氣方式的影響

注：*差值=不送氣塞音最低截止頻率均值-送氣塞音均值

在不送氣塞音水平上，雙唇音/ba/與舌尖音/da/、舌尖音/da/與舌根音/ga/低通濾波的最低截止頻率的差異有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，雙唇音/ba/與舌根音/ga/的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在送氣塞音水平上，不同發(fā)音部位間兩兩差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表5)。

表5 同一送氣方式不同發(fā)音部位的影響

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，影響清塞音識(shí)別的低通截止頻率的第一個(gè)主要因素是發(fā)音部位：當(dāng)送氣方式相同時(shí)，除了/ba/與/ga/之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余不同部位之間差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明發(fā)音部位影響了大部分清塞音識(shí)別的低通截止頻率。第二個(gè)主要影響因素是送氣方式：當(dāng)兩個(gè)塞音的發(fā)音部位相同時(shí)，識(shí)別送氣音與不送氣音的截止頻率差異均存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外，發(fā)音部位和送氣方式之間還存在交互效應(yīng)。舌相關(guān)的塞音(舌尖音、舌根音)中，不送氣音的截止頻率高于送氣音，唇相關(guān)的塞音(雙唇音)中，送氣音的截止頻率高于不送氣音。

從文中結(jié)果看，識(shí)別/ka/、/ga/、/ba/、/ta/、/da/的最低截止頻率均處于低中頻區(qū)域，說明識(shí)別/ka/、/ga/、/ba/、/ta/、/da/發(fā)音部位和送氣方式的聲學(xué)信息基本集中在低中頻區(qū)域。以/ka/為例，其截止頻率均值約為1 700 Hz，說明截止頻率1 700 Hz的/ka/包含了舌根送氣音的聲學(xué)線索，1 700 Hz以上的聲學(xué)信息就可作為冗余信息。

/pa/的識(shí)別情況比較特殊，與其他清塞音比較其截止頻率在高頻范圍。從聲學(xué)分析的角度來(lái)說，識(shí)別塞音發(fā)音部位可依靠輔音共振峰判斷[4]，雙唇音/b/、/p/的第二共振峰在1 100～1 500 Hz左右的低頻部分[4,5]。結(jié)合本研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)/pa/在1 500 Hz時(shí)識(shí)別率曾達(dá)到50%，而在2 300～5 700 Hz的頻段之間，/pa/大量誤聽為/ta/，錯(cuò)誤率超過70%，直至截止頻率達(dá)7 000 Hz以上時(shí)，/pa/的識(shí)別率才達(dá)到70%以上。吳宗濟(jì)發(fā)現(xiàn)/pa/中的/p/除了在中低頻區(qū)有一共振峰[5]，還有一個(gè)7 kHz左右的輔音共振峰，本實(shí)驗(yàn)也從另一方面證實(shí)了這點(diǎn)。從聽覺感知的角度來(lái)說，曾有研究提示低通截止頻率為3 500 Hz時(shí)言語(yǔ)基本能被識(shí)別[2]，但該類實(shí)驗(yàn)采用了階數(shù)較低的低通濾波器，過渡帶中遺留大量聲學(xué)信息助于識(shí)別。本實(shí)驗(yàn)采用高階濾波器，排除了過渡帶的影響。結(jié)合兩者可知，聲學(xué)分析與聽覺感知之間存在著一定差異，/pa/中/p/的發(fā)音部位體現(xiàn)在其高頻的輔音共振峰。

男、女受試者識(shí)別低通濾波的最低截止頻率沒有差異，說明性別不影響低通濾波清塞音識(shí)別，在今后的實(shí)驗(yàn)中可以不考慮男女受試者比例。

綜上所述，健聽成人識(shí)別/ba/、/da/、/ga/、/ta/、/ka/所需的截止頻率在3 000 Hz以下，識(shí)別/pa/需7 000 Hz以上。識(shí)別清塞音所需的低通截止頻率受送氣方式和發(fā)音部位的影響，但不受性別影響。同一部位不同送氣方式時(shí)，舌塞音中不送氣音的截止頻率高于送氣音，唇塞音中送氣音的截止頻率高于不送氣音。采用高階的低通濾波器可以降低過渡帶的冗余信息，更符合中樞聽覺處理評(píng)估的低冗余信息測(cè)試材料。本實(shí)驗(yàn)獲得識(shí)別/ba/、/da/、/ga/、/ta/、/ka/的最小截止頻率，能為選擇低通濾波單音節(jié)詞的通帶范圍提供參考。此外，聽覺感知的機(jī)理與聲學(xué)分析之間的差異也值得進(jìn)一步探索，在后續(xù)研究中將對(duì)不同韻母類型的情況及其他漢語(yǔ)聲母進(jìn)行研究，并加入單、雙耳的比較，為進(jìn)一步完善濾波言語(yǔ)測(cè)聽提供依據(jù)。

4 參考文獻(xiàn)

1 Bocca E，Calearo C，Cassinari V. A new method for testing hearing in temporal lobe tumors: preliminary report[J]. Acta Otolaryngo，1954，44：9.

2 程錦元，胡逢昶，龐慧娟，等．濾波漢語(yǔ)清晰度的初步介紹[J]．中華耳鼻咽喉科雜志，1983，18：138.

3 蘇金霏，王寧宇，張秋航，等. 測(cè)試材料的濾波通帶對(duì)言語(yǔ)識(shí)別率的影響[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)診斷學(xué)，2006，10：750.

4 曾進(jìn)興. 語(yǔ)言病理學(xué)基礎(chǔ)(第二卷)[M]. 臺(tái)北: 心理出版社，1996.48～51.

5 吳宗濟(jì)，林茂燦. 實(shí)驗(yàn)語(yǔ)音學(xué)概要[M]. 北京：高等教育出版社，1989.127～129.