語言聲壓級和混響對留學(xué)生漢語言語識別的影響*

崔淑慧 彭健新

(1.華南理工大學(xué) 國際教育學(xué)院，廣東 廣州510640;2.華南理工大學(xué) 物理與光電學(xué)院，廣東 廣州510640)

一個或幾個發(fā)音人所說的語言單位(如音節(jié)、單字等)或其失真可忽略的錄音信號，經(jīng)過語言傳輸系統(tǒng)傳輸后，能被聽眾正確辨認(rèn)的百分?jǐn)?shù)稱語言清晰度;如果語言單位是語句，則稱為語言可懂度.在教室內(nèi)老師與學(xué)生之間的語言交流為一語言傳輸系統(tǒng).教室室內(nèi)語言清晰度問題是當(dāng)前室內(nèi)聲學(xué)研究領(lǐng)域的研究熱點，國內(nèi)外研究者進行了大量研究［1-11］.研究結(jié)果表明，影響教室內(nèi)語言清晰度的客觀因素主要有信噪比、混響時間、背景噪聲、語言聲壓級等［2］.教室內(nèi)這些因素對母語學(xué)習(xí)者的影響已進行了較深入的研究，但對第二語言學(xué)習(xí)者的影響研究較少［3］，尤其以漢語作為第二語言時.隨著國際交流合作的日益廣泛，漢語學(xué)習(xí)熱已席卷全球，越來越多的外國留學(xué)生來中國學(xué)習(xí)漢語.在留學(xué)生的漢語課堂教學(xué)中，聽是不可或缺的重要部分，它維系師生之間的知識傳授與交流.聽的結(jié)果的好壞一方面與學(xué)習(xí)者的自身因素有關(guān)，如語言背景、對漢語的熟練程度等;另一方面與教室內(nèi)客觀聲學(xué)環(huán)境，如教室室內(nèi)背景噪聲、混響時間、說話者的聲壓級和說話的速度等因素有關(guān)［2，4］.在課堂教學(xué)中，教室室內(nèi)背景噪聲、混響干擾、掩蔽了語言信號［5］，為了使學(xué)生聽清楚教師的講課，達(dá)到較好的語言清晰度(或可懂度)，教師經(jīng)常需要提高自己的說話的聲壓級以使自己的語音更清晰，這種效應(yīng)成為“Lombard 效應(yīng)”［6］.但是，教師不能無限制地提高教室室內(nèi)聲壓級來提高語言清晰度，一方面提高聲壓級會增加授課教師的負(fù)擔(dān);另一方面，并不是語言聲壓級越高，其語言清晰度就越高［7］.因此在教室內(nèi)給留學(xué)生尋找聲壓級恰當(dāng)?shù)娜≈担饶苁菇淌覂?nèi)的語言清晰度比較理想，又不需要大幅提高教師講課聲級.

室內(nèi)語言清晰度評價分為客觀評價和主觀評價.語言清晰度客觀評價是通過客觀聲學(xué)測量獲取室內(nèi)的客觀語言清晰度參數(shù)(如清晰度D50、早遲聲能比C50、語言傳輸指數(shù)STI 等)來評價室內(nèi)語言清晰度;語言清晰度主觀評價則通過聽音人在實際房間聽音來進行評價.文中在一個模擬教室內(nèi)，通過室內(nèi)聲場模擬獲取具有不同混響時間的兩個房間脈沖響應(yīng)，采用可聽化方法在不同語言聲壓級條件下由留學(xué)生進行漢語語言清晰度主觀評價，以探討語言聲壓級對留學(xué)生用教室室內(nèi)漢語語言清晰度的影響.

1 實驗方法

應(yīng)用建筑聲學(xué)仿真軟件ODEON 對一個8.4 m×7.7 m×3.9 m 的教室進行建筑聲學(xué)模擬.模擬時，聲源位于講臺正中離黑板1.0 m 處，聽音位置距離聲源4.6 m.通過改變教室內(nèi)部分界面材料的吸聲系數(shù)，由軟件模擬獲得代表兩種不同的室內(nèi)混響條件、125 ～1000 Hz 倍頻帶的混響時間特性比較平直、其平均混響時間T30為0.6 s 和1.2 s(其頻率特性如圖1所示)的兩個房間脈沖響應(yīng)，并計算了500 ～4000 Hz倍頻帶的清晰度D50、早遲聲能比C50的平均值D50(500～4000Hz)、C50(500～4000Hz)和STI(未考慮噪聲影響)，其結(jié)果如表1所示.

圖1 混響時間頻率特性Fig.1 Frequency characteristics of reverberation time

表1 聽音位置的客觀語言清晰度參數(shù)Table1 Objective speech intelligibility parameters at the listening positions

漢語語言清晰度主觀評價測試按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4959—85 采用打圈法進行［12］.測試字表為韻律測試字表，由5 張基本字表組成，每張25 行，每行5個漢字，5 個漢字聲母不同、韻母相同，如“抗唱讓放胖”.實驗采用的測試字表由這些基本字表派生.消聲室錄音時，發(fā)音人以正常講話速率(約每秒4 音節(jié))，自然平穩(wěn)地發(fā)音，由引導(dǎo)句“第×行讀—字”將被讀字帶出，其中“×”為行號，“—”為被讀字.消聲室錄音經(jīng)CoolEditPro［9］編輯后使每組音節(jié)之間停頓5 ～8 s，供聽音人完成記錄.測試時，隨機播放測試字表，聽音人圈出每行5 個字中所聽到的字.

為了獲得與在消聲室錄制的漢語語言清晰度測試字表聲信號頻譜相同的語言背景干擾噪聲信號，應(yīng)用音頻編輯軟件CoolEditPro［13］產(chǎn)生一段長150 s的粉紅噪聲信號，然后根據(jù)在消聲室錄制的漢語語言清晰度測試字表聲信號頻譜構(gòu)建濾波器，對粉紅噪聲信號進行濾波，從而得到語言形狀的背景噪聲信號.聽音測試時，分別將噪聲和消聲室錄制的漢語語言清晰度測試字表信號與由仿真得到并經(jīng)耳機頻率響應(yīng)等化后的雙耳室內(nèi)脈沖響應(yīng)卷積，得到測試用的背景噪聲信號和語言清晰度測試聽音信號，采用均方根方法調(diào)整噪聲和測試信號的聲壓級，再通過Sennheiser HD580 耳機重放，供聽音人進行漢語語言清晰度主觀評價.語言清晰度測試在安靜的房間(環(huán)境噪聲低于35 dBA)內(nèi)進行，考慮到課堂上室內(nèi)的背景噪聲級平均為50 dBA 左右［14］，語言背景干擾噪聲聲壓級設(shè)為50 dBA，語言清晰度測試信號聲壓級分別為50、56、62、68、74、80 dBA.

參加漢語語言清晰度測試聽音的人員為對外漢語教學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級和四年級的留學(xué)生(非漢語母語背景)和大學(xué)二年級本科生(漢語母語背景)，其中，留學(xué)生8 人，分別來自泰國、越南和印度尼西亞，本科生8 人.所有聽音人聽力正常，無已知聽力問題.文中測試了兩種不同混響、6 種不同語言聲壓級，共測試了12 種條件.測試時，每種測試條件采用兩張音節(jié)表，1 張為奇數(shù)號、1 張為偶數(shù)號，每次4 個聽音人參加測試，漢語語言清晰度得分為在該條件下8 張表的主觀漢語語言清晰度分的平均值.

2 結(jié)果與討論

圖2為留學(xué)生在12 種測試條件下通過主觀評價得到的不同語言聲壓級和不同混響時間條件下的漢語語言清晰度得分.圖中同時給出了不同混響時間條件下語言聲壓級與主觀漢語語言清晰度得分之間的二次擬合曲線，其相關(guān)系數(shù)為0.999(T30=0.6 s)和0.986(T30=1.2 s).從圖1可以看出，在相同的語言聲壓級條件下，混響時間短，其漢語語言清晰度得分高，混響時間長，其得分低.在相同混響時間條件下，漢語語言清晰度得分首先隨語言聲壓級的提高而增加，但當(dāng)聲壓級增大到某一極限值時，語言清晰度得分不再增大.多因素方差分析結(jié)果表明:混響時間(F(1，84)=13.8，P ＜0.001)和語言聲壓級(F(5，84)=20.4，P ＜0.001)對留學(xué)生的主觀漢語語言清晰度得分有顯著影響，但它們之間的交互作用(F(5，84)=0.4，P=0.839)不顯著.

圖2 不同混響時間、不同語言聲壓級條件下留學(xué)生的主觀漢語語言清晰度得分Fig.2 Chinese speech intelligibility scores for foreign students under different reverberation time and speech sound pressure levels

為了比較在相同教室聲學(xué)環(huán)境下留學(xué)生和以漢語為母語的本科生在教室內(nèi)的漢語言語言清晰度得分差異，針對混響時間為1.2 s 的聽音環(huán)境，在不同聲壓級條件下比較了留學(xué)生和以漢語為母語的本科生的主觀漢語語言清晰度的分差異，其結(jié)果如圖3所示.需要指出，由于文中漢語語言清晰度測試采用韻律測試(打圈法)，該測試方法存在“天花板”效應(yīng)，對于混響時間為0.6 s 的聽音環(huán)境，當(dāng)語言聲壓級為62、68、74、80 dBA 時，漢語為母語的本科生的清晰度得分均為100 分，不能與留學(xué)生的得分結(jié)果進行有效對比.從圖3可以看出，與留學(xué)生的漢語語言清晰度得分結(jié)果一樣，以漢語為母語的本科生聽音人的漢語語言清晰度得分同樣是首先隨語言聲壓級的提高、信噪比增大而增加，但當(dāng)聲壓級增大到某一限值時，留學(xué)生在教室內(nèi)的漢語語言清晰度得分不再增大，而隨語言聲壓級的增大而略降低，這與先前采用記音法由母語聽音人評價得到的結(jié)果一致［7］.由于教室室內(nèi)混響的影響，通過提高語言聲壓級的方法來提高信噪比到達(dá)一定程度后并不能有效提高室內(nèi)漢語語言清晰度.而且，語言聲壓級過高會引起學(xué)生的煩躁和不安，也會降低漢語語言清晰度.在相同語言聲壓級條件下，以漢語為母語的本科生的得分比留學(xué)生的得分高.多因素方差分析結(jié)果表明:母語因素(F(1，84)= 38.1，P ＜0.001)和語言聲壓級(F(5，84)= 30.5，P ＜0.001)對主觀漢語語言清晰度得分有顯著影響，但它們之間的交互作用(F(5，84)= 0.3，P =0.950)不顯著.

圖3 混響時間為1.2 s 時留學(xué)生和漢語母語的本科生的漢語語言清晰度得分比較Fig.3 Comparison of Chinese speech intelligibility scores for foreign students and undergraduate students at a reverberation time of 1.2s

為了比較不同語言聲壓級條件下漢語語言清晰度得分的差異，采用最小顯著差數(shù)(LSD)法對漢語語言清晰度得分進行檢驗，結(jié)果如表2所示.表2表明:當(dāng)混響時間為0.6 s 時，聲壓級為50、56 dBA 的語言清晰度得分與其他聲壓級條件下的漢語語言清晰度得分結(jié)果存在顯著性差異;當(dāng)混響時間為1.2 s時，聲壓級為50 dBA 的語言清晰度得分與其它聲壓級條件下的漢語語言清晰度得分結(jié)果存在顯著性差異，而聲壓級為56 dBA 時，其清晰度得分與聲壓級為62 dBA 時的得分無顯著性差異，與聲壓級為68、74、80 dBA 時的漢語語言清晰度得分存在顯著差異.無論混響時間為0.6 s 還是1.2 s，語言聲壓級為62、68、74、80 dBA 時的漢語語言清晰度得分之間無顯著差異.這表明對留學(xué)生來說，適當(dāng)?shù)氖谡n語言聲壓級為62 ～80 dBA，但當(dāng)聲壓級為80 dBA 時，其得分比聲壓級為74 dBA 時的得分有所降低，且為了達(dá)到80 dBA 的語言聲壓級，教師需要提高嗓門才能達(dá)到，不利于教師的身心健康.另一方面，由圖1可知，混響時間越低，在相同聲壓級條件下的漢語語言清晰度得分越高，因此對留學(xué)生所用教室應(yīng)盡可能采取聲學(xué)措施，如在教室內(nèi)適當(dāng)墻面敷設(shè)吸聲材料，以降低室內(nèi)混響時間，提高室內(nèi)語言清晰度.當(dāng)混響時間為0.6 s 時，語言聲壓級為62、68、74、80 dBA 時的漢語語言清晰度得分差異比混響時間為1.2 s 時的得分差異小得多.因此，針對留學(xué)生用教室，在盡可能降低教室室內(nèi)混響時間的前提下，建議教師授課聲壓級在62 ～74 dBA 之間，以保證留學(xué)生能聽清楚老師的講課內(nèi)容.

表2 不同語言聲壓級條件下漢語語言清晰度得分的差異顯著性比較Table2 Comparison of significance in difference for Chinese speech intelligibility scores under different speech sound pressure levels

3 結(jié)論

通過對一個教室室內(nèi)聲場模擬獲取具有不同混響時間的兩個房間脈沖響應(yīng)，將脈沖響應(yīng)與噪聲和漢語語言清晰度測試信號卷積，在不同語言聲壓級條件下通過耳機重放，獲取留學(xué)生和漢語為母語的聽音人的主觀漢語語言清晰度得分，探討了語言聲壓級對留學(xué)生用教室室內(nèi)漢語語言清晰度的影響.結(jié)果表明:在相同測試條件下，留學(xué)生的漢語語言清晰度得分比以漢語為母語的聽音人的得分低;在相同聲壓級條件下，混響時間越短，留學(xué)生的漢語語言清晰度得分越高;相同混響條件下，留學(xué)生的漢語語言清晰度得分先隨語言聲壓級的提高而增加，但當(dāng)聲壓級增大到某一極限值時，語言清晰度得分不再增大，而隨語言聲壓級的增大而降低.針對留學(xué)生用教室，在盡可能降低教室室內(nèi)混響時間的前提下，建議教師授課聲壓級為62 ～74 dBA 之間，以保證良好的教室室內(nèi)漢語語言清晰度.

［1］宋擁民，盛勝我.教室室內(nèi)聲學(xué)研究進展［J］.聲學(xué)技術(shù)，2006，25(1):56-61.Song Yong-min，Sheng Sheng-wo.Progress in classroom acoustics research ［J］.Technical Acoustics，2006，25(1):56-61.

［2］Sato H，Bradley J S.Evaluation of acoustical conditions for speech communication in working elementary school classrooms［J］.J Acoust Soc Am，2008，123 (4):2064-2077.

［3］Roberto B，Enrico C.Effects of classroom noise on the speech perception of bilingual children learning in their second language:preliminary results ［J］.Audiological Medicine，2009，7(4):226-232.

［4］Rajka Smiljani，Ann R Bradlow.Speaking and hearing clearly:talker and listener factors in speaking style changes［J］.Lang Linguist Compass，2009，3(1):236-264.

［5］Klatte M，Hellbrück J，Seidel J，et al.Effects of classroom acoustics on performance and well-being in elementary school children:a field study［J］.Environment and Behavior，2010，42(5):659-692.

［6］James A，Whitlock T，George Dodd.Speech intelligibility in classrooms:specific acoustical needs for primary school children［J］.Building Acoustics，2008，15(1):35-47.

［7］Peng Jian-xin.Chinese speech intelligibility at different speech sound pressure levels and signal-to-noise ratios in simulated classrooms ［J］.Applied Acoustics，2010，71(4):386-390.

［8］彭健新，汪俊東.低頻噪聲和白噪聲條件下的兒童音節(jié)識別比較［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2013，41(8):127-130.Peng Jian-xin，Wang Jun-dong.Comparison of Chinese syllable recognition ability by children in low-frequency noise and white noise［J］.Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition，2013，41(8):127-130.

［9］彭健新，嚴(yán)南杰.應(yīng)用聲能比評價小學(xué)教室中的漢語語言清晰度［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014，42(8):1-5.Peng Jian-xin，Yan Nan-jie.Useful-to-detrimental sound ratios-based evaluation of Chinese speech intelligibility in elementary school classrooms［J］.Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition，2014，42(8):1-5.

［10］Bridget Shield，RobertConetta，Julie Dockrel，et al.A survey of acoustic conditions and noise levels in secondary school classrooms in England［J］.J Acoust Soc Am，2015，137(1):177-188.

［11］Peng Jian-xin，Yan Nan-jie，Wang Dan.Chinese speech intelligibility and its relationship with the speech transmission index for children in elementary school classrooms［J］.J Acoust Soc Am，2015，137 (1):85-93.

［12］GB 4959—85，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)-廳堂擴聲特性測量方法［S］.

［13］Syntrillium Software Corporation.cool edit pro users guide［EB/OL］.［2001-2003］.http:∥www.syntrillium.com/.

［14］宋擁民，盛勝我，祝培生.同濟大學(xué)教室室內(nèi)外噪聲狀況調(diào)查［J］.同濟大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2007，35(3):372-376.Song Yong-min，Sheng Sheng-wo，Zhu Pei-sheng.Extedor and interior noise survey of classrooms of Tongji university［J］.Journal of Tongii University:Natural Science，2007，35(3):372-376.