語音開口度對共振峰頻率的影響

金陽天 王 虹 歐陽國亮

（文件檢驗(yàn)鑒定公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧 沈陽 110035）

語音開口度對共振峰頻率的影響

金陽天 王 虹 歐陽國亮

（文件檢驗(yàn)鑒定公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧 沈陽 110035）

言語受到情緒或環(huán)境的影響較大，每個人在不同情緒或不同環(huán)境下說話的開口度會有所不同。在聲紋鑒定實(shí)踐中，我們時常會遇到檢材語聲和樣本語聲的發(fā)音開口度不同情況，同一人在言語開口度不同時，共鳴腔的空間大小和形狀也會隨之變化。實(shí)驗(yàn)選定了普通話6個單元音及二合元音、三合元音為實(shí)驗(yàn)材料，用磁帶式錄音機(jī)錄下了三位普通話較好的中年男性教師發(fā)出大小開口度不同的音。用VS-99語音工作站對選定實(shí)驗(yàn)材料的共振峰進(jìn)行了測量分析研究。

聲紋鑒定 開口度 音位

一個人在得意、張狂、囂張、傲慢時說話往往開口度較大，而在失勢、害怕、委屈、理虧時說話往往開口度較小。同一人發(fā)同一個詞的音，若用不同的開口度來發(fā)音，聽起來意思相同，但是，所發(fā)出的音卻有所不同，發(fā)音不同，則聲紋圖譜就不同，主要表現(xiàn)為共振峰值的不同。

在聲紋鑒定實(shí)踐中，我們會遇到檢材錄音的話者說話開口度較大，而樣本錄音的話者說話開口度較小的現(xiàn)象。也會遇到完全相反的情況。檢材和樣本的話者語音開口度基本一致的情況不多。檢材和樣本的語音開口度不同會導(dǎo)致共振峰值這一重要的聲紋特征發(fā)生變化。那么，共振峰值與開口度之間到底有怎樣的關(guān)系，變化程度究竟有多大，掌握這一規(guī)律對從事聲紋鑒定工作的鑒定人員來說非常重要。

本課題組結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和對專門錄制的語音樣本進(jìn)行分析研究，對這一現(xiàn)象做了初步探索。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與語音材料

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

VS-99語音工作站、SONY TCM40錄音機(jī)、AIWA CM-TM22拾音器。

1.2 語音材料

選擇在北京長期學(xué)習(xí)或工作過的3名大學(xué)教師，用不同開口度發(fā)6個單元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u]、[?]，前響二合元音[ai]、[ei]、[ao]、[ou]和后響二合元音[ia]、[ie]、[ua]、[uo]、[ya]及三合元音[iao]、[iou]、[uai]、[uei]，各發(fā)4遍。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1～表4是6個單元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u] [?]開口度不同時的共振峰值統(tǒng)計(jì)情況。

表1 大、小開口度時的F1共振峰值表 單位：Hz

表2 大、小開口度時的F2共振峰值表 單位：Hz

表3 大、小開口度時的F3共振峰值表 單位：Hz

（續(xù)表3）

表4 大、小開口度時的F4共振峰值表 單位：Hz

3 分析

3.1 單元音

經(jīng)過對6個單元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u]、[?]的F1、F2、F3、F4進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)開口度的變化導(dǎo)致了發(fā)音位置的改變和共振峰值的變化。這些現(xiàn)象可以通過不同大小開口度時的F1和F2的共振峰值表（見表1和表2）和聲學(xué)元音圖（見圖1、圖2、圖3）來觀察。發(fā)音位置的不同不僅影響F1和F2，而且還影響F3和F4。

對發(fā)音位置的變化范圍和變化規(guī)律初步分析如下。

[i]舌位高而靠前，嘴角外展。此音的開口度差異較大，開口度大時，上下齒間距略大而嘴角外展明顯；開口度小時，嘴角不夠明顯外展，所以開口度大時F1上升，大約有100～200Hz的差距，F(xiàn)2基本持平，有時微微下降，F(xiàn)3、F4均上升。此音節(jié)在詞首或詞尾被強(qiáng)調(diào)時，出現(xiàn)的差異較明顯，但相近的音，如[?]、[?]卻差異不大。

[y]前高元音與[i]的不同點(diǎn)是圓唇音。此音是受開口度影響小的音，最明顯的差異是口唇突出程度不同，所以F1、F4基本穩(wěn)定，開口度小時F2、F3微微變化。

[a]前低元音，不圓唇。開口度大的[a]音時，實(shí)際錄制時都發(fā)了[A]音。這個音出現(xiàn)的開口度的差異最大，共振峰值的差異也最大，主要是F1值，開口度越大F1值越高，差異大的時候有200～300Hz的差異，F(xiàn)2、F3上升有時不明顯，F(xiàn)4下降。

[o]后半高，圓唇元音。開口度不同時不僅是齒間距出現(xiàn)差異，而且口唇突出程度、圓唇程度亦有所變化，F(xiàn)1、F2都會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，范圍大概在100Hz左右。發(fā)音方法不同時也有F1、F2略有上升的情況，F(xiàn)3基本持平，F(xiàn)4略有上升。

[u]舌位高而靠后，且圓唇。受開口度影響較小，通常情況下微微上升或持平，差異較小。如果口唇明顯突出，則會出現(xiàn)F2、F3、F4明顯上升的現(xiàn)象。

圖1 話者A的6個單元音的元音圖

圖2 話者B的6個單元音的元音圖

圖3 話者C的6個單元音的元音圖

[?]中，半高不圓唇，F(xiàn)1、F3、F4都有上升的情況。但發(fā)音方法不同，亦有持平的情況，F(xiàn)2基本持平，也有略微上升的情況。

3.2 復(fù)元音

復(fù)元音與單元音不同，在發(fā)音時口腔和舌發(fā)生連續(xù)的變化，有一個從一個音素滑向第二，甚至第三個音素的動程，可在動程中找到對應(yīng)的音素。

3.2.1 二合元音

二合元音主要有前響二合元音[ai]、[ei]、[ao]、[ou]和后響二合元音[ia]、[ie]、[ua]、[uo]、[ya]等。二合元音中受開口度大小影響較大的是處在起始位置的[a]和[i]。[ai]中大開口度時，起始音[a]的F1上升，F(xiàn)2稍微降低，F(xiàn)3明顯升高，F(xiàn)4下降，但處在結(jié)尾弱勢中的目標(biāo)元音[i]沒有明顯影響（見圖4、圖5）；[ai]中大開口度時，起始音[i]的F1上升，F(xiàn)2稍微降低，F(xiàn)3、F4升高，目標(biāo)元音[a]受的影響較小，但還是有所反映（見圖6、圖7）。[e]、[o]、[u]等音素在二合元音中基本穩(wěn)定。

圖4 大開口度時的[ai]

圖5 小開口度時的[ai]

圖6 大開口度時的[ia]

圖7 小開口度時的[ia]

3.2.2 三合元音

普通話的三合元音有 4個[iao]、[iou]、[uai]、[uei]。在開口度不同時三合元音與二合元音是有區(qū)別的，三合元音最響亮的音素位于中間，開頭和結(jié)尾的音素相對較弱，并且音素也比較短，所以受開口度的影響較小。特別是以最響亮音素為中心的音節(jié)內(nèi)過渡音征十分穩(wěn)定。但是，[i]開頭的三合元音音節(jié)被刻意強(qiáng)調(diào)而發(fā)重音時，音素[i]會出現(xiàn)一些變化（見圖8和圖9）。

圖8 大開口度時的[iao]

圖9 小開口度時的[iao]

這些單元音和復(fù)元音在與聲母結(jié)合時會出現(xiàn)更復(fù)雜的情況，本文暫不討論。具體問題需要根據(jù)實(shí)際情況判斷，必要時，要做充分的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定。

4 結(jié)論

（1）開口度大小不同時，大部分共振峰值都有升高或降低的現(xiàn)象出現(xiàn)。開口度大時，[i]、[a]的變化比較明顯，[u]只有在口唇向前突出較明顯時才會出現(xiàn)共振峰值的變化。

（2） 單元音[y]、[o]、[?]和二合元音[ei]、[ao]、[ou]、[ie]、[uo]及三合元音[iao]、[iou]、[uai]、[uei]的差異較小，鑒定中盡可能多選這些穩(wěn)定的音節(jié)詞。

（3）開口度不同時發(fā)音位置發(fā)生變化，所以在聽辯時要注意發(fā)現(xiàn)舌位的不同，會有助于對共振峰差異的解釋。

（4）一般情況下，開口度大時，音強(qiáng)亦強(qiáng)，開口度小時，音強(qiáng)較弱，高次共振峰顯現(xiàn)不明顯，比對時，要充分考慮。

（5）有些話者的相同詞發(fā)音中的某些音不僅僅是開口度不同，而是發(fā)出了完全不同的音，這在語流中是常見的不能把不同音作為相同音來比對，以免做出錯誤結(jié)論。

（6）有些復(fù)元音中，能在動程中可以找到相對應(yīng)的音。大開口度音節(jié)在雙唇收攏的過程中的某一段動程會與小開口度時的某一段動程一致的音位對應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)，如果檢材與樣本的聲音是同一人所發(fā)，那么在這個動程內(nèi)會出現(xiàn)很好的符合點(diǎn)。反之，則會發(fā)現(xiàn)明顯的差異點(diǎn)。

總之，聲紋鑒定的檢材和樣本的語音材料，由于錄制時的客觀環(huán)境狀況各有不同、話者的心態(tài)不同、情緒不同，多多少少都存在差異現(xiàn)象，如果我們不理解這些差異的本質(zhì)規(guī)律，就無法做出正確鑒定結(jié)論。我們必須通過對各種差異現(xiàn)象的不斷的研究，才能夠認(rèn)識這些差異出現(xiàn)的規(guī)律，才能夠掌握這些差異的本質(zhì)，才能靈活運(yùn)用到鑒定過程中來。案件是不會重復(fù)的，每一個案件都會給我們出新的難題。遇到新問題的時候，都需要冷靜判斷，認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，找出其規(guī)律，運(yùn)用到鑒定中，做出正確結(jié)論。

吳宗濟(jì)，林茂燦．實(shí)驗(yàn)語音學(xué)概要[M]．北京：高等教育出版社，1998.

（責(zé)任編輯：于 萍）

DF79

A

2014-5-1

文件檢驗(yàn)鑒定公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國刑事警察學(xué)院）資助課題（編號12ZZHT05）。

金陽天（1956-），男，遼寧清原人，中國刑警學(xué)院文件檢驗(yàn)技術(shù)系高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事聲文鑒定研究。