張夢超 劉巧云 盧海丹 黃昭鳴 杜曉新 孫喜斌

言語信號經(jīng)過濾波后，外在冗余度下降，隨著截止頻率降低，個(gè)體需要動用更多聽處理能力提取其聲學(xué)特征。識別時(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作為聽處理障礙患者的測試材料[1]，并發(fā)現(xiàn)病變對側(cè)耳的濾波言語識別得分降低。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測聽詞表，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是健聽成人言語識別的重要頻帶，單音節(jié)詞是外在冗余度最少的語音單位，比有意義詞更難聽懂，言語測聽最好使用單音節(jié)詞[3]。為探討識別低通濾波漢語到底需要多大的通帶范圍及不同聲韻母會受到何種因素的影響，本研究選取漢語聲母中的塞音，將塞音開頭的單音節(jié)詞作為言語識別材料，通過改變通帶范圍的方式，獲得健聽成人識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)的言語測聽材料作前期探索，報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1研究對象 本實(shí)驗(yàn)對象為華東師范大學(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測試材料 本實(shí)驗(yàn)選用漢語清塞音與韻母/a/組合的單音節(jié)(表1)為言語測試材料，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，錄制后對材料進(jìn)行音量歸一化。采用言語聽覺科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的LabView平臺下的低通濾波語音識別軟件，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)測試音節(jié)

1.2.2測試程序 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的步長上升，直至受試者在連續(xù)增長的十個(gè)步長中均正確識別。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)，受試者均表示無法識別，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，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?，識別/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清塞音識別的最低截止頻率

對獲得的截止頻率進(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)音部位和性別對低通濾波漢語清塞音識別的影響

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)分析的角度來說，識別塞音發(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說，曾有研究提示低通截止頻率為3 500 Hz時(shí)言語基本能被識別[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，健聽成人識別/ba/、/da/、/ga/、/ta/、/ka/所需的截止頻率在3 000 Hz以下，識別/pa/需7 000 Hz以上。識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估的低冗余信息測試材料。本實(shí)驗(yàn)獲得識別/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)研究中將對不同韻母類型的情況及其他漢語聲母進(jìn)行研究，并加入單、雙耳的比較，為進(jìn)一步完善濾波言語測聽提供依據(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. 測試材料的濾波通帶對言語識別率的影響[J].中國實(shí)驗(yàn)診斷學(xué)，2006，10：750.

4 曾進(jìn)興. 語言病理學(xué)基礎(chǔ)(第二卷)[M]. 臺北: 心理出版社，1996.48～51.

5 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，1989.127～129.