楊俊杰，賈麗文，陳紅艷

（1.山西警察學(xué)院，山西 太原030021；2.山西大學(xué)語言科學(xué)研究所，山西 太原030006；3.中央軍委政法委偵察技術(shù)中心，北京100120）

鑒定科學(xué)ResearchPaper

異聲同韻音節(jié)共振峰特性的可比性探究

楊俊杰1，2，賈麗文1，陳紅艷3

（1.山西警察學(xué)院，山西 太原030021；2.山西大學(xué)語言科學(xué)研究所，山西 太原030006；3.中央軍委政法委偵察技術(shù)中心，北京100120）

目的 探究通過異聲同韻音節(jié)進(jìn)行語音同一性檢驗的可行性。方法 利用VS－99計算機(jī)語音工作站對異聲同韻音節(jié)的共振峰等特性進(jìn)行定性與定量分析。結(jié)果 得出在語音同一性檢驗中，異聲同韻音節(jié)具有一定的可比性，但首先應(yīng)選用異聲同韻同調(diào)音節(jié)，其次再選用異聲同韻異調(diào)音節(jié)進(jìn)行比對；異聲同韻音節(jié)進(jìn)行共振峰比較時宜在發(fā)音部位相同或相近的音節(jié)間進(jìn)行；選用異聲同韻音節(jié)時應(yīng)選用韻母中部共振峰進(jìn)行比對等一些規(guī)律性認(rèn)識。結(jié)論 為利用異聲同韻音節(jié)進(jìn)行語音同一性檢驗提供了客觀依據(jù)。

語音同一性檢驗；異聲同韻音節(jié)；共振峰特性

語音同一性檢驗中，最理想的特征音段是處在相同語段當(dāng)中的音段，其次是孤立的詞組或音節(jié)、句首音節(jié)［1］，即語境、聲韻調(diào)完全相同的音節(jié)。此外，同聲同韻異調(diào)音節(jié)也具有一定的可比性［2］。但司法實踐中，尤其是在方言與普通話之間進(jìn)行語音同一性檢驗時，常會遇到樣本中找不到滿足以上條件的足夠音段來進(jìn)行比對且又無法補(bǔ)充理想樣本的情況。因此，尚需要發(fā)掘其他可用特征音段。根據(jù)漢語的音節(jié)結(jié)構(gòu)，同聲同韻音節(jié)之后的就是聲母或韻母不同的音節(jié)。

首先，同聲異韻音節(jié)中，聲母的音質(zhì)受韻母影響大，相同聲母不宜作為個人同一認(rèn)定的音段。

其次，漢語的聲韻結(jié)構(gòu)中韻母雖然是音節(jié)的核心，但由于協(xié)同發(fā)音作用，韻母的音質(zhì)和共振峰也受聲母的影響。

當(dāng)錄音檢材與樣本中找不到足夠的相同音節(jié)或同聲同韻異調(diào)音節(jié)時，能否利用異聲同韻音節(jié)的共振峰進(jìn)行語音同一性檢驗?zāi)?？如果可以聲調(diào)又有何影響？為此，本文進(jìn)行了實驗探究。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

VS-99計算機(jī)語圖儀、Excel軟件、麥克風(fēng)。

1.2 聲樣內(nèi)容及發(fā)音人

為充分考察異聲同韻音節(jié)的可比性，根據(jù)漢語聲韻母特點，本文設(shè)計了漢語常見音節(jié)陰平、陽平、上聲、去聲進(jìn)行考察。發(fā)音人為兩名漢語言文字學(xué)研究生，正常發(fā)音3遍。

1.3 實驗參數(shù)

錄音參數(shù)：采樣率11kHz，16位，單聲道；寬帶語圖分析參數(shù)：哈明窗，男性帶寬為300，女性帶寬一般為400；LPC分析參數(shù)：運算點數(shù)512，幀長20 ms，分析階數(shù)12～14。

2 內(nèi)容與結(jié)果

2.1 常見單元音韻母

（1）異聲同韻同調(diào)音節(jié)過渡音征后韻母共振峰的可比性要明顯好于異聲同韻異調(diào)音節(jié)過渡音征后韻母共振峰的可比性。異聲同韻異調(diào)音節(jié)間宜選用韻母中部進(jìn)行共振峰比對，但語氣過強(qiáng)的去聲音節(jié)的共振峰與陰平、陽平音節(jié)的共振峰差異較大。異聲同韻音節(jié)由于聲調(diào)的不同，會在共振峰動態(tài)模式上存在一定的差異，這種差異即表現(xiàn)在共振峰能量的分布上又表現(xiàn)在共振峰動態(tài)模式上。尤其是由于嘎裂聲發(fā)聲態(tài)的影響，上聲音節(jié)共振峰中間能量的衰減會造成共振峰動態(tài)軌跡改變的假象。

（2）某些異聲同韻音節(jié)間的共振峰模式差異較大。整體來看，各個單韻母異聲同韻音節(jié)間共振峰的最大變異幾乎都超過了語音同一性檢驗中所依據(jù)的個體變異參考范圍（表1，最后一行數(shù)據(jù)），這說明語音同一性檢驗中并不是任意的異聲同韻音節(jié)都具有可比性。

（3）異聲同韻音節(jié)間，聲母發(fā)音部位是影響韻母共振峰的主要因素，而發(fā)音方法是次要因素（見圖1～3中，各階共振峰隨著聲母發(fā)音部位改變明顯）。

（4）整體上，雙唇→唇齒→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，發(fā)音部位間隔越遠(yuǎn)的異聲同韻音節(jié)，其共振峰模式的差異往往越大，所以異聲同韻音節(jié)間進(jìn)行共振峰比較時，宜在發(fā)音部位相同或相近的音節(jié)間進(jìn)行（圖1～3）。同時，舌根聲母后單韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發(fā)音部位的聲母后單韻母的共振峰模式易出現(xiàn)顯著差異（見圖1-A yjj中的［ka k‘a(chǎn) ?a xa］與［］之前音節(jié)在F4、F5上的差異；圖2-A yjj中的［kk‘?x］與之前音節(jié)在F5上的差異；圖3中的［ki k‘i ?i xi］與［?i］之前音節(jié)在F3或F4或F5上的差異）。發(fā)音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調(diào)音節(jié)過渡音征后的寬帶語圖具有較強(qiáng)的可比性。

（5）單韻母的零聲母音節(jié)與發(fā)音部位靠前的異聲同韻音節(jié)共振峰的可比性較強(qiáng)（圖1～3）。

（6）送氣清塞音、送氣清塞擦音與不送氣清塞音、不送氣清塞擦音、擦音的同部位異聲同韻音節(jié)的過渡音征一般存在明顯差異，具體表現(xiàn)為送氣清塞音、送氣清塞擦音后的過渡音征表現(xiàn)多不明顯，韻母共振峰的起端基本多為平起。這是由于送氣清塞音、送氣清塞擦音的音征體現(xiàn)在送氣亂紋的強(qiáng)頻區(qū)中，等到元音開始出現(xiàn)時音征一般已經(jīng)結(jié)束，但同部位異聲同韻音節(jié)中間部分的共振峰還是具有較強(qiáng)的可比性。

（7）同部位異聲［a］韻母音節(jié)過渡音征后韻母的寬帶語圖具有一定可比性。但有的個體［a］音質(zhì)的穩(wěn)定性較差，即使在個別同部位的異聲同韻同調(diào)音節(jié)間，個別個體［a］的個別共振峰的動態(tài)走向存在多樣性；同時，個別共振峰的變異范圍過大，有的甚至達(dá)到37%（見表1中［a］韻母［t‘、t、n、l］同部位的異聲同韻同調(diào)音節(jié)F1的MD%），這與［a］易被鼻化造成F1的誤測有關(guān)，在比對時一定要通過聽辨仔細(xì)審聽是否相同音質(zhì)的韻母；同調(diào)音節(jié)間的韻母穩(wěn)定性差，其韻母的語圖有些與［tsa ts‘a(chǎn) sa za］相近有些與［ka k‘a(chǎn) ?a xa］相近，很可能與卷舌聲母的影響有關(guān)。

表1 yjj普通話單元音韻母相同發(fā)音部位的異聲同韻同調(diào)（陰平）音節(jié)共振峰頻率變異統(tǒng)計表

圖1 ［a］韻母異聲同韻音節(jié)各階共振峰動態(tài)分布

圖2 ［］韻母異聲同韻音節(jié)各階共振峰動態(tài)分布

圖3 韻母［i］異聲同韻音節(jié)各階共振峰動態(tài)分布

（8）同部位異聲［i］韻母音節(jié)過渡音征后韻母的寬帶語圖均具有很強(qiáng)的可比性，其共振峰的變異范圍除了F3外基本符合個體變異范圍。但gxr的［?i］與其同部位異聲同韻音節(jié)的共振峰頻率差異較大，具體表現(xiàn)在 F2、F3、F4均有不同程度的提高，F(xiàn)1上（700Hz附近）還有一個鼻音峰，很可能與鼻化有關(guān)（圖4）。

圖4 ［?i55］與［t?‘i55］寬帶語圖及韻母中部的光標(biāo)間LPC譜

（10）同部位異聲［u］韻母音節(jié)過渡音征后韻母的寬帶語圖的可比性差（見表1中［u］的缺失數(shù)據(jù)），并主要表現(xiàn)在F3、F4上，特別是 ［mu、nu、?u］與其他同部位異聲同韻音節(jié)共振峰的差異更大。

（11）同部位異聲［y］韻母音節(jié)過渡音征后韻母的寬帶語圖的可比性較強(qiáng)，并且其共振峰穩(wěn)定性也較強(qiáng)。

（12）同部位清、濁聲母后的整個韻母具有很強(qiáng)的可比性。

（14）［ts?、ts‘?、s?、z?］、［t??、t?‘?、??、??］異聲同韻音節(jié)間韻母共振峰的穩(wěn)定性均較強(qiáng)，其中［ts?、ts‘?、s?、z?］韻母共振峰的穩(wěn)定性要強(qiáng)于［t??、t?‘?、??、??］韻母共振峰的穩(wěn)定性，主要與［?］韻母的卷舌程度會影響F3有關(guān)。

異聲同韻同調(diào)間有時F3差異也較大，主要是由于發(fā)聲時舌尖上抬程度不同的緣故。因此，在選擇比對音節(jié)時首先要仔細(xì)聽辨選擇音位上一致的音節(jié)（尤其是韻母）來進(jìn)行比較。

（15）5 000Hz范圍內(nèi)，女性同部位異聲同韻音節(jié)共振峰穩(wěn)定性較好；4 000Hz范圍內(nèi)，男性同部位異聲同韻音節(jié)穩(wěn)定性較好。這主要是由于女性共振峰頻率整體要高于男性共振峰頻率。

（16）聲母摩擦強(qiáng)弱的不同會造成異聲同韻同調(diào)音節(jié)共振峰的相對強(qiáng)弱存在較大差異。

2.2 常見復(fù)韻母與鼻韻母

本文還對常見復(fù)韻母及鼻韻母異聲同韻音節(jié)的寬帶語圖進(jìn)行了定性比較，發(fā)現(xiàn)：（1）復(fù)合元音的異聲同韻音節(jié)也是同調(diào)的可比性強(qiáng)于異調(diào)；（2）發(fā)音部位相同或相近的不同聲母對其后復(fù)韻母與鼻韻母共振峰模式的影響與單韻母相似，異聲同韻音節(jié)韻母的中后部具有較強(qiáng)的可比性；（3）雖然［u、y］韻母的穩(wěn)定性差，但在［u、y］為首個音素的復(fù)合韻母中，［u、y］后的韻母部分卻具有較強(qiáng)穩(wěn)定性與可比性。

3 分析與討論

（1）異聲同韻同調(diào)音節(jié)過渡音征后韻母共振峰的可比性要明顯好于異聲同韻異調(diào)音節(jié)過渡音征后韻母共振峰的可比性，這說明聲、韻、調(diào)系統(tǒng)雖然相對獨立，但又彼此緊密聯(lián)系，在語音同一性檢驗時要盡可能選擇聲調(diào)相同的相關(guān)音節(jié)進(jìn)行比對檢驗。

（2）整體上，從雙唇→唇齒→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，發(fā)音部位間隔越遠(yuǎn)的異聲同韻音節(jié)，其共振峰模式的差異往往會越大。聲母發(fā)音部位間隔較遠(yuǎn)的異聲同韻音節(jié)間共振峰的變異幾乎都超過了語音同一性檢驗中所依據(jù)的個體變異參考范圍，所以異聲同韻音節(jié)進(jìn)行共振峰比較時宜在發(fā)音部位相同或相近的音節(jié)間進(jìn)行。同時，舌根聲母后單元音韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發(fā)音部位的聲母后單元音韻母的共振峰模式易出現(xiàn)顯著差異，而發(fā)音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調(diào)音節(jié)韻頭后的寬帶語圖具有一定的可比性，但鼻音聲母對其后韻母的鼻化作用較強(qiáng)，與同部位非鼻音聲母后相同韻母的差異較大，比對時在確認(rèn)鼻輔音對其后韻母沒有明顯鼻化的情況下可以考慮與同部位非鼻音異聲同韻音節(jié)進(jìn)行比對。

（4）在各個單元音韻母的異聲同韻音節(jié)中F3的變化一般較大，主要是因為元音的第三共振峰與多個特征相關(guān)聯(lián)，其生理學(xué)基礎(chǔ)比F1和第F2更加復(fù)雜。最常見的是圓唇性（roundedness）和卷舌性（兒化）（rhoticity，“r-coloredness”），其他特征一定時，圓唇程度或卷舌程度越大，第三共振峰越低。另外，咽化（pharyngealization）、鼻化（nasalization）等其他次要特征也可能影響元音的F3，例如鼻化元音的第三共振峰減弱甚至消失［4］。

（5）［t?、t?‘、?、?］的同韻音節(jié)韻母的穩(wěn)定性較差，個體變異范圍較大，并且集中表現(xiàn)在F3上。其中韻母為［a、］時既與聲母卷舌的同化作用有關(guān)，又與韻母自身的穩(wěn)定性較弱有關(guān)。至于［t??、t?‘?、??、??］韻母共振峰的穩(wěn)定性不及［ts?、ts‘?、s?、z?］韻母共振峰的穩(wěn)定性強(qiáng)，則主要是由于韻母自身卷舌的緣故，發(fā)聲時易出現(xiàn)舌尖上抬程度不同的情形。

（6）實驗中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)鼻聲母后韻母的共振峰與同部位異聲同韻韻母共振峰出現(xiàn)共振峰走向或共振峰頻率變異范圍過大的現(xiàn)象，這很可能與鼻聲母對其后韻母的鼻化作用有關(guān)，如排除鼻聲母，其他同部位異聲同韻音節(jié)韻母共振峰的可比性則會明顯改善。例如，gxr語音超出個體變異范圍的個數(shù)從16個減少到7個，但對yjj語音這一點并不明顯，這說明鼻化作用具有一定的個體差異性。

（7）同部位異聲［u］韻母音節(jié)過渡音征后韻母寬帶語圖的可比性差，除了鼻聲母的鼻化作用外，這很可能與發(fā)［u］時的圓唇、開口度小有關(guān)。因為圓唇會影響F2，同時［u］的F2較低，距離F1又近，因此常出現(xiàn)F1與F2合并的情況；另外，圓唇還會影響F3，正是由于同一人發(fā)韻母為［u］的音節(jié)時圓唇程度存在差異，才導(dǎo)致［u］韻母共振峰的穩(wěn)定性差。另外，相近發(fā)音部位后［u］的共振峰差異有時也會較大，這是因為［u］前面聲母發(fā)音部位的不同易引起其后［u］音質(zhì)的同化，如［f、v］后的［u］實為［υ］。在方言調(diào)查資料中，由于音位歸納的多樣性，方言記音資料及漢語拼音國際音標(biāo)中，往往是寬式與嚴(yán)式相結(jié)合的。再加上實際語音中同一音位具有多種條件變體，雖然諸如［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等聲母后的［u］與［f、v］后的［u］從語言描寫的角度記成了一樣，但實際上［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等聲母后的［u］與［f、v］后的［υ］是有區(qū)別的。因此，在語音同一性檢驗中，［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］后的［u］與［f、v］后的［υ］實際是沒有可比性的。這在方言與普通話之間進(jìn)行話者識別時要格外注意，不能根據(jù)方言與普通話中的記音符號一致就把兩者進(jìn)行比對，還是要結(jié)合其實際音質(zhì)來判斷是否具有可比性。

（8）現(xiàn)有語音同一性檢驗理論認(rèn)為發(fā)音部位和發(fā)音方法都不相同的異聲同韻音節(jié)一般不能作為比對音段。從本文實驗來看，盡管聲母的發(fā)音部位和發(fā)音方法均會不同程度對相同韻母的共振峰造成一定的影響，但這種影響更多情況下體現(xiàn)在前音渡，在韻母中部還是會在一定程度上體現(xiàn)出個體的音質(zhì)特性，在比對語音有限的情況下可以酌情使用。

（9）［u、y］韻母的穩(wěn)定性較差，但在［u、y］為首個音素的復(fù)合韻母中，［u、y］后的韻母部分卻具有較強(qiáng)穩(wěn)定性與可比性。對于［u、y］為介音的韻母，這與介音的地位有關(guān)。因為介音的時長極短，只起一個過渡作用，并不影響其后韻母部分的穩(wěn)定性；對于［uo、ye］等韻母，［u、y］雖不是介音，但不是響元音，只是起一個過渡作用，也并不影響其后響元音部分的穩(wěn)定性。

（10）異聲同調(diào)［ia］、［ua］中［a］的F1的穩(wěn)定性強(qiáng)于［ie］、［ye］中［e］的F1的穩(wěn)定性。這很可能是因為發(fā)音人有鼻化作用，而鼻化作用對峰值較高的［a］的F1影響小，對峰值較低的［e］的F1影響大的緣故。而異聲同調(diào)［ia］、［ua］中［a］的F2、F3的穩(wěn)定性弱于［ie］、［ye］中［e］的F2、F3的穩(wěn)定性。這很可能與［a］的開口度較大，變異性較大有關(guān)。

（11）異聲同調(diào)［ua］、［ia］音節(jié)中［a］的高頻共振峰的穩(wěn)定性不如異聲同調(diào)中［ie］、［ye］音節(jié)中［e］的高頻共振峰的穩(wěn)定性強(qiáng)。這也許與多條共振峰在一定范圍內(nèi)的密集分布有關(guān)。當(dāng)一定范圍內(nèi)密集分布多條共振峰時，定量測量的數(shù)據(jù)易因個體語音的變異（尤其是峰間強(qiáng)度）、背景噪音的干擾等出現(xiàn)變異較大的情況。例如，本實驗中［a］在2000－4500Hz范圍內(nèi)分布著3條共振峰，則共振峰定量測量數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)變異較大的情況，而［e］的各個共振峰由于間隔較遠(yuǎn)，則個體穩(wěn)定性較好，共振峰定量測量值變異較小。對于［e］這種情況，則要注重定性的觀察與比對，不宜死盯著定量值的差異不放。

4 結(jié)論

通過前面的實驗與分析，本文得出以下結(jié)論：

（1）在語音同一性檢驗中異聲同韻音節(jié)具有一定的可比性。

（2）異聲同韻音節(jié)進(jìn)行共振峰比較時宜在發(fā)音部位相同或相近的音節(jié)間進(jìn)行。其中，舌根聲母后單元音韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發(fā)音部位的聲母后單元音韻母的共振峰模式易出現(xiàn)顯著差異，而發(fā)音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調(diào)音節(jié)韻頭后的寬帶語圖具有較強(qiáng)的可比性，但鼻音聲母對其后韻母的鼻化作用較強(qiáng)，與同部位非鼻音聲母后相同韻母的差異較大，比對時在確認(rèn)鼻輔音對其后韻母沒有明顯鼻化的情況下可以考慮與同部位非鼻音異聲同韻音節(jié)進(jìn)行比對。

（3）選用異聲同韻音節(jié)時應(yīng)首選異聲同韻同調(diào)音節(jié)，其次再選用異聲同韻異調(diào)音節(jié)進(jìn)行比對。

（4）選用異聲同韻音節(jié)時應(yīng)選用韻母中部共振峰進(jìn)行比對。

（6）多數(shù)鼻聲母后韻母的共振峰與同部位異聲同韻的韻母共振峰會出現(xiàn)共振峰走向或共振峰頻率變異范圍過大的現(xiàn)象，實踐中要根據(jù)鼻聲母對其后的韻母是否有明顯鼻化區(qū)別對待。

[1]王英利.聲紋鑒定技術(shù)[M].北京：群眾出版社，2013：208.

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[3]金陽天.淺談開口度對聲紋鑒定的影響[C].第七屆中國語音學(xué)學(xué)術(shù)會議暨語音學(xué)前沿問題國際論壇，2006.

[4]元音第三共振峰與生理上的什么相對應(yīng)？[EB/OL].（2014-06-19）[2016-02-16].http://zhidao.baidu.com/link?url=OHIMbQ45oJ6SGkijq_VT80nSXcAkcsD0xRi3n-db2Z8lc6kvr XipvIn0D9ZbGEXCMp_VANoa0UpjW5A-gJfv3-F91dmZvOu1fk ZUSxVqFJq.

（本文編輯：盧啟萌）

Study on the Feasibility of Applying Formants of Syllables with Different Initials in Speech Identification

YANG Jun-jie1,2,JIA Li-wen1,CHEN Hong-yan3
(1.Shanxi Police College,Taiyuan 030021,China;2.Institute of Linguistic Science,Shanxi University,Taiyuan 030006, China;3.Investigation Technology Center of Politics and Law,Commission of Central Military Commission, Beijing 100038,China)

Objective To study the feasibility of applying formants of syllables with different initials in speech identification. Method The broad-band spectrum and the long-term LPC of syllables with different initials were compared qualitatively and quantitatively by a VS-99 Voice Station.Results Syllables differing in initials have certain comparability in forensic speaker identification.The recommended order is:(1)identical syllables only different in consonant which is caused by phonation type;(2)identical syllables different in consonant and tone which is caused by phonation type;(3)identical syllables different in consonant which is caused by adjacent articulator;(4)identical syllables different in consonant and tone which is caused by adjacent articulator;(5)identical syllables different in consonant which is caused by non-adjacent articulator.Conclusion The study provides an objective basis for speech identification using the formants of syllables differing in initials.

speech identification;syllables differing in initials;formant characteristic

DF794；DF793.2

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2017.01.006

1671-2072-（2017）01-0050-06

2016-09-02

2012年度國家社會科學(xué)青年基金項目（12CYY015）

楊俊杰（1973—）男，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事聲像資料鑒定、漢語方言學(xué)研究。

E-mail：545668179@qq.com。