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(gè)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(shí)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(shí)，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(gè)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(gè)人在得意、張狂、囂張、傲慢時(shí)說話往往開口度較大，而在失勢、害怕、委屈、理虧時(shí)說話往往開口度較小。同一人發(fā)同一個(gè)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(gè)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(gè)單元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u] [?]開口度不同時(shí)的共振峰值統(tǒng)計(jì)情況。

表1 大、小開口度時(shí)的F1共振峰值表 單位：Hz

表2 大、小開口度時(shí)的F2共振峰值表 單位：Hz

表3 大、小開口度時(shí)的F3共振峰值表 單位：Hz

（續(xù)表3）

表4 大、小開口度時(shí)的F4共振峰值表 單位：Hz

3 分析

3.1 單元音

經(jīng)過對6個(gè)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(shí)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(shí)，上下齒間距略大而嘴角外展明顯；開口度小時(shí)，嘴角不夠明顯外展，所以開口度大時(shí)F1上升，大約有100～200Hz的差距，F(xiàn)2基本持平，有時(shí)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(shí)，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(shí)F2、F3微微變化。

[a]前低元音，不圓唇。開口度大的[a]音時(shí)，實(shí)際錄制時(shí)都發(fā)了[A]音。這個(gè)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(shí)候有200～300Hz的差異，F(xiàn)2、F3上升有時(shí)不明顯，F(xiàn)4下降。

[o]后半高，圓唇元音。開口度不同時(shí)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(shí)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(gè)單元音的元音圖

圖2 話者B的6個(gè)單元音的元音圖

圖3 話者C的6個(gè)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(shí)口腔和舌發(fā)生連續(xù)的變化，有一個(gè)從一個(gè)音素滑向第二，甚至第三個(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)的[ai]

圖5 小開口度時(shí)的[ai]

圖6 大開口度時(shí)的[ia]

圖7 小開口度時(shí)的[ia]

3.2.2 三合元音

普通話的三合元音有 4個(gè)[iao]、[iou]、[uai]、[uei]。在開口度不同時(shí)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(shí)，音素[i]會出現(xiàn)一些變化（見圖8和圖9）。

圖8 大開口度時(shí)的[iao]

圖9 小開口度時(shí)的[iao]

這些單元音和復(fù)元音在與聲母結(jié)合時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，[i]、[a]的變化比較明顯，[u]只有在口唇向前突出較明顯時(shí)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(shí)發(fā)音位置發(fā)生變化，所以在聽辯時(shí)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(shí)，音強(qiáng)亦強(qiáng)，開口度小時(shí)，音強(qiáng)較弱，高次共振峰顯現(xiàn)不明顯，比對時(shí)，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(cuò)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)案件都會給我們出新的難題。遇到新問題的時(shí)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）

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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。