正常成人发音调、响度周期性连续起伏变化/i/音的声学分析

张青 刘晓 黄昭鸣 万勤

呼吸与发声功能不协调是言语障碍的典型特征之一，其主要临床表现为说话一字一顿、硬起音等异常发音[1]，这种异常发音严重影响了患者的言语清晰度和语言可懂度，阻碍了患者的社会沟通，因而对此类患者进行针对性的呼吸与发声不协调的评估与矫治非常有必要。

目前，对于呼吸与发声协调能力的评估，国外较少涉及，但国内多采用最大数数能力(maximum counting ability，MCA)进行评价[2]，测试时要求受试者发音调(基频)和响度(强度)周期性连续起伏变化的/i/音，然后记录其发音的总时长作为最终的测试结果。如果呼气和发声运动协调良好，数数速度就会比较均匀，基频和强度呈规律变化，MCA值较大；反之，MCA值就会下降[3，4]。所以，临床上进行MCA测试时，要求受试者以音调和响度周期性连续起伏变化的形式连续数“1”，通过基频曲线图进行取值。取值时，要求同时满足一口气连续数数、数数速度均匀、基频和强度变化连贯及数数时间尽可能长等要求[5]。但是，何为“数数速度均匀”？测试语速是否会对MCA值产生影响？发音时的基频变化是否存在一个正常范围？过大或过小是否会影响MCA值？这些指标的模糊性，使得MCA的取值主观性较强，降低了MCA的临床使用价值。因此，本研究将在前人研究的基础上，拟通过分析51例正常成人不同语速下发音调、响度周期性连续起伏变化/i/音的基频曲线，从时域及频域两方面探讨语速和性别对其声学特征的影响，为规范最大数数能力(MCA)的测试和取值提供参考。

1 资料与方法

1.1研究对象 研究对象为华东师范大学本科生和研究生，共51人，其中，男25例，女26例，年龄18～24岁，平均22岁。纳入标准：①以普通话为主要交流语言；②无烟酒史；③无听觉及言语障碍史；④测试期间无感冒、鼻炎等上呼吸道感染。

1.2测试设备与方法 测试环境噪声控制在40 dB以内，采用“启音博士言语测量仪”(上海泰亿格电子有限公司生产)对每位受试者的发声进行录音并分析。录音时采样频率为11 025 Hz，采样精度为16 bits，低通滤波为5 kHz，放大倍数为25 dB。录音方法：将麦克风倾斜45°，受试者取舒适坐位，口距麦克风10 cm左右，根据预实验结果，深吸气后分别以录制好的快、中、慢速的标准音为标准，这三种语速下，男性的声样周期分别为1.9、1.1、0.7个/秒，女性的声样周期分别为1.3、0.9、0.6个/秒。每位受试者发音调(基频)和响度(强度)周期性连续起伏变化的/i/音各2次，测得声学样本并保存，对每种语速下的2次声样进行分析并取均值，提取总时长(total time,T)、周期波动(mean time standard deviation,MTSD)、波峰均值(mean wave crest,MWC)、波谷均值(mean wave trough,MWT)、平均基频范围(mean frequency range,MFR)、基频波动(mean frequency range standard deviation,MFRSD)。其中各观测指标界定如图1所示，在声样/i/的基频曲线图上，波峰(wavecrest,WC)指在某一声样周期内，基频值由小变大，最大那组数据的中位数；波谷(wave trough,WT)指在某一声样周期内，基频值由大变小，最小那组数据的中位数；MFR指各声样周期基频范围的均值，其中基频范围指某一声样周期内，基频最大值与其前后两个基频最小值均值的差值[公式为：基频范围(FR1=波峰1-(波谷1+波谷2)/2]；MFRSD指各声样周期基频范围偏离平均基频范围的距离，用MFR的标准差表示；T指声样持续的总时间；MTSD指各周期偏离平均周期的距离，用各个声样周期的时长均值(mean time,MT)的标准差表示，声样周期的时长指相邻两个峰值或谷值的时间间隔[公式为：周期时长(T1)=t2-t1]。

1.3统计学方法 采用SPSS17.0进行统计分析，研究语速和性别对声样T、MTSD、MWC、MWT、MFR、MFRSD的影响。采用两因素混合实验设计，自变量有2个：性别(男、女两个水平)、语速(快速、中速、慢速三个水平)，其中，性别为被试间变量，语速为被试内变量；因变量分别为上述6个参数。

2 结果

2.1语速和性别对时域类参数的影响 通过声样/i/的基频曲线图，分别计算快速、中速及慢速状态下的总时长(T)及周期波动(MTSD)(表1)。可见，男性声样的总时长表现为中速>慢速>快速，女性声样的总时长为慢速>中速>快速，而男性与女性的总时长在数值上差别不大。男性声样的周期波动表现为慢速>快速>中速，女性则表现为为慢速>中速>快速，但男性的周期波动值大于女性。

表1 不同语速、性别声样的总时长、周期波动均值、波谷均值、波峰均值、基频范围和基频波动

表2 语速、性别对总时长(T)、周期波动(MTSD)的方差分析结果

如表2所示，对三种语速下的总时长进行方差分析发现：语速对声样/i/的T值有极显著影响(P<0.001)，性别对T没有显著影响(P>0.05),语速和性别两个因素之间不存在交互作用(P>0.05)。对不同语速下声样/i/的T值进行多重比较发现，快速与中速、快速与慢速差异有极显著统计学意义(P<0.001)，中速与慢速差异无统计学意义(P>0.05)。

对三种语速下的周期波动进行方差分析发现：语速及性别对声样/i/的周期波动影响均极显著(P<0.001，P<0.01)，语速和性别不存在交互作用(P>0.05)。对不同语速下的周期波动进行多重比较，可见快速与慢速、中速与慢速差异有极显著统计学意义(P<0.001)，快速与中速差异无显著统计学意义(P>0.05)。

2.2语速和性别对频域类参数的影响 通过声样/i/的基频曲线图，分别计算快速、中速及慢速状态下声样/i/的MWT、MWC、MFR、MFRSD(表1),可见，男性和女性声样的MWT值均随着语速提高而逐渐变大，且相同语速下，男性声样的MWT明显小于女性；而不同语速间男性和女性声样的MWC数值上差别均不大，但相同语速下，男性的声样的MWC明显低于女性。

表3 语速、性别对波谷均值、波峰均值的方差分析结果

如表3所示,对不同语速、性别下的MWT进行方差分析，结果发现语速与性别均会对其有影响(P<0.001)，且语速与性别之间不存在交互作用(P>0.05)。进一步对语速进行多重比较，发现在MWT上，快速与中速差异有统计学意义(P<0.05)、快速与慢速(P<0.001)、中速与慢速(P<0.001)差异有显著统计学意义，说明随着语速提高MWT显著增加。对不同语速、性别下的MWC进行方差分析，结果发现语速改变对波峰的影响不显著(P>0.05)，而性别对波峰的影响极其显著(P<0.001)，且语速与性别之间不存在交互作用(P>0.05)。

如表1所示，随着语速的提高，男、女性声样的MFR均逐渐减小，且相同语速下女性声样的MFR均高于男性；而不同性别的MFRSD变化趋势不同，男性声样的MFRSD表现为慢速>快速>中速，女性则表现为中速>慢速>快速，且相同语速状态下，女性声样的MFRSD明显高于男性。

表4 语速、性别对基频范围、基频波动的方差分析结果

如表4所示，对MFR进行方差分析发现，语速与性别的主效应均极显著(P<0.01，P<0.001)， 语速与性别之间无交互作用(P>0.05)，进一步多重比较发现，MFR快速与慢速、中速与慢速声样的MFR差异有显著统计学意义(P<0.01，P<0.05)，快速与中速声样的MFR差异无显著统计学意义(P>0.05)；对MFRSD进行方差分析发现，语速对其无显著影响(P>0.05)，而性别对其有极显著影响(P<0.01)，语速和性别的交互作用不显著(P>0.05)。

3 讨论

特殊儿童是言语障碍的高发人群，言语呼吸障碍是其中较为常见的言语障碍类型，主要临床表现为呼吸与发声不协调及言语时呼吸控制能力减弱等，临床评价指标是MCA，如果呼气和发声协调性好，数数时的速度均匀、适中，响度和频率呈规律性变化，MCA就上升；如果呼气和发声协调性差，数数时的速度、响度和频率则无规律可循，MCA就会下降[4]。

听障儿童、脑瘫儿童的言语呼吸能力相关的研究结果均表明呼吸与发声的协调性、言语时的呼吸控制能力在特殊儿童言语产生过程中有重要作用，目前对于这一能力的评估指标主要采用发声调和响度同时连续起伏变化的/i/音的时长，但对其声学特征研究尚不够深入，为此，本研究以该声样的总时长(T)、周期波动(MTSD)、波峰均值(MWC)、波谷均值(MWT)、平均基频范围(MFR)、基频波动(MFRSD)为观测指标研究其声学特征，并探讨测试语速及性别对这些指标的影响。

3.1语速对各观测指标的影响 本研究结果发现，正常成人以音调和响度周期性连续起伏变化的形式发/i/音时的T、MTSD 、MWT、MFR会受到语速的影响，而MWC及MFRSD则不受语速的影响。具体表现为，T随语速提高呈下降趋势，MTSD随语速提高基本呈上升趋势，MWT随语速提高逐渐变大，MFR随语速提高而呈减小趋势，随着语速提高，T和MFR显著缩短，MWT显著提高，而MWC无明显变化，说明MFR的缩短主要是由于MWT提高引起的。本研究中，在语速增加时，虽然MWC没有明显变化，但MWT明显提高；而MWT越大，也就是基频越大，发声时声带的张力就会越大，声门的闭合程度也会随之增强，其对声门下方的气流会产生更大的阻力，从而形成更大的声门下压，同时声带振动时消耗的能量也会更多，最终导致声样/i/的总时长缩短。

另外，文中结果显示，MFR随语速提高而变小，但MFRSD即基频波动的变化却无统计学意义(P>0.05)；而随着语速的提高MTSD基本呈现下降的趋势，且差异有统计学意义(P<0.001)。在本研究中，语速是指单位时间内能够发出的声样周期的个数，其主要反映时域方面的信息，而与频域信息的关系并不紧密，这很可能是导致语速对声样/i/的基频波动影响不显著的主要原因。

3.2性别对各观测指标的影响 本研究结果显示，正常成人以音调和响度周期性连续起伏变化的形式发/i/音时，总时长(T)不受性别的影响，而MWT、MWC、MFR、MFRSD及MTSD会受性别的影响。

由于总时长(即MCA值)反映的是呼吸与发声的协调能力，而非呼吸或发声功能的高低，所以虽然男性的呼吸能力如肺活量要明显高于女性，但男、女性声样/i/的总时长差别并不大。以往曾对3～5岁听障和健康儿童、7～15岁脑瘫和健康儿童的MCA进行过探讨，均发现性别并不会对这两个年龄段各类儿童的MCA产生明显影响[4，6]。本研究结果与此一致，本研究中，女性的MWT与MWC均高于男性(P<0.001)，且女性的MFR高于男性(P<0.001)，导致这一结果的原因是基频的变化，基频是指单位时间内声带振动的次数，声带振动的快慢与声带本身的性质直接相关，如长度、质量、紧张度及硬度等，相较于男性，女性的声带更短、质量较小，所以女性的平均基频较男性更高，基频范围更大[7]。

另外，文中结果显示，女性声样的MFRSD比男性要大，而男性声样的MTSD比女性要大(P<0.01)。MFRSD和MTSD分别从频域和时域的角度反映声样的基频曲线的准周期性，这两个参数值越大，基频曲线的波动也就越大，反之亦然。但什么原因导致了本研究中男、女性这两个指标表现出截然相反的情况，还不是很清楚，有待进一步的研究探索。

综上所述，语速和性别均会影响正常成人发声调和响度周期性连续起伏变化/i/音的声学特征：随着语速的提高，其T、MFR和MTSD会显著变小，MWT会显著变大，而MWC和MFRSD则无明显变化；声样/i/的T不受性别影响，女性声样的MWT、MWC、MFR、MFRSD均显著大于男性，而男性的MTSD则显著大于女性。因此，临床上进行MCA测试和取值时，需要考虑语速和性别这两个因素的影响，建议应分别测试受试者三种语速状态下最大数数能力，只有当各语速状态下/i/基频曲线图的MWT、MWC、MFR、MFRSD和MTSD值在相应语速、性别所对应的正常范围之内时，方能取值或取值有效。

4 参考文献

1 万勤,张蕾,黄昭鸣，等.特殊儿童言语干预的理论与实践[J].中国特殊教育，2007,10:42.

3 黄昭鸣,万萍,王衍龙.言语呼吸疾病的定量评估及矫治对策[J].中国听力语言康复科学杂志,2004(5):23.

4 万勤，陈守华，黄昭鸣.呼吸方式对3～5岁健听和听障儿童MPT与MCA影响的研究[J].听力学及言语疾病杂志,2011,19:506.

5 万勤，胡金秀，张青，等. 7-15岁痉挛性型脑瘫儿童与健康儿童言语呼吸特征的比较[J].中华物理医学与康复杂志，2013,35:542.

6 黄昭鸣，杜晓新.言语障碍的评估与矫治[M]. 上海: 华东师范大学出版社，2006.51～56.