语言声压级和混响对留学生汉语言语识别的影响*

崔淑慧 彭健新

(1.华南理工大学 国际教育学院，广东 广州510640;2.华南理工大学 物理与光电学院，广东 广州510640)

一个或几个发音人所说的语言单位(如音节、单字等)或其失真可忽略的录音信号，经过语言传输系统传输后，能被听众正确辨认的百分数称语言清晰度;如果语言单位是语句，则称为语言可懂度.在教室内老师与学生之间的语言交流为一语言传输系统.教室室内语言清晰度问题是当前室内声学研究领域的研究热点，国内外研究者进行了大量研究［1-11］.研究结果表明，影响教室内语言清晰度的客观因素主要有信噪比、混响时间、背景噪声、语言声压级等［2］.教室内这些因素对母语学习者的影响已进行了较深入的研究，但对第二语言学习者的影响研究较少［3］，尤其以汉语作为第二语言时.随着国际交流合作的日益广泛，汉语学习热已席卷全球，越来越多的外国留学生来中国学习汉语.在留学生的汉语课堂教学中，听是不可或缺的重要部分，它维系师生之间的知识传授与交流.听的结果的好坏一方面与学习者的自身因素有关，如语言背景、对汉语的熟练程度等;另一方面与教室内客观声学环境，如教室室内背景噪声、混响时间、说话者的声压级和说话的速度等因素有关［2，4］.在课堂教学中，教室室内背景噪声、混响干扰、掩蔽了语言信号［5］，为了使学生听清楚教师的讲课，达到较好的语言清晰度(或可懂度)，教师经常需要提高自己的说话的声压级以使自己的语音更清晰，这种效应成为“Lombard 效应”［6］.但是，教师不能无限制地提高教室室内声压级来提高语言清晰度，一方面提高声压级会增加授课教师的负担;另一方面，并不是语言声压级越高，其语言清晰度就越高［7］.因此在教室内给留学生寻找声压级恰当的取值，既能使教室内的语言清晰度比较理想，又不需要大幅提高教师讲课声级.

室内语言清晰度评价分为客观评价和主观评价.语言清晰度客观评价是通过客观声学测量获取室内的客观语言清晰度参数(如清晰度D50、早迟声能比C50、语言传输指数STI 等)来评价室内语言清晰度;语言清晰度主观评价则通过听音人在实际房间听音来进行评价.文中在一个模拟教室内，通过室内声场模拟获取具有不同混响时间的两个房间脉冲响应，采用可听化方法在不同语言声压级条件下由留学生进行汉语语言清晰度主观评价，以探讨语言声压级对留学生用教室室内汉语语言清晰度的影响.

1 实验方法

应用建筑声学仿真软件ODEON 对一个8.4 m×7.7 m×3.9 m 的教室进行建筑声学模拟.模拟时，声源位于讲台正中离黑板1.0 m 处，听音位置距离声源4.6 m.通过改变教室内部分界面材料的吸声系数，由软件模拟获得代表两种不同的室内混响条件、125 ～1000 Hz 倍频带的混响时间特性比较平直、其平均混响时间T30为0.6 s 和1.2 s(其频率特性如图1所示)的两个房间脉冲响应，并计算了500 ～4000 Hz倍频带的清晰度D50、早迟声能比C50的平均值D50(500～4000Hz)、C50(500～4000Hz)和STI(未考虑噪声影响)，其结果如表1所示.

图1 混响时间频率特性Fig.1 Frequency characteristics of reverberation time

表1 听音位置的客观语言清晰度参数Table1 Objective speech intelligibility parameters at the listening positions

汉语语言清晰度主观评价测试按照国家标准GB 4959—85 采用打圈法进行［12］.测试字表为韵律测试字表，由5 张基本字表组成，每张25 行，每行5个汉字，5 个汉字声母不同、韵母相同，如“抗唱让放胖”.实验采用的测试字表由这些基本字表派生.消声室录音时，发音人以正常讲话速率(约每秒4 音节)，自然平稳地发音，由引导句“第×行读—字”将被读字带出，其中“×”为行号，“—”为被读字.消声室录音经CoolEditPro［9］编辑后使每组音节之间停顿5 ～8 s，供听音人完成记录.测试时，随机播放测试字表，听音人圈出每行5 个字中所听到的字.

为了获得与在消声室录制的汉语语言清晰度测试字表声信号频谱相同的语言背景干扰噪声信号，应用音频编辑软件CoolEditPro［13］产生一段长150 s的粉红噪声信号，然后根据在消声室录制的汉语语言清晰度测试字表声信号频谱构建滤波器，对粉红噪声信号进行滤波，从而得到语言形状的背景噪声信号.听音测试时，分别将噪声和消声室录制的汉语语言清晰度测试字表信号与由仿真得到并经耳机频率响应等化后的双耳室内脉冲响应卷积，得到测试用的背景噪声信号和语言清晰度测试听音信号，采用均方根方法调整噪声和测试信号的声压级，再通过Sennheiser HD580 耳机重放，供听音人进行汉语语言清晰度主观评价.语言清晰度测试在安静的房间(环境噪声低于35 dBA)内进行，考虑到课堂上室内的背景噪声级平均为50 dBA 左右［14］，语言背景干扰噪声声压级设为50 dBA，语言清晰度测试信号声压级分别为50、56、62、68、74、80 dBA.

参加汉语语言清晰度测试听音的人员为对外汉语教学专业大学三年级和四年级的留学生(非汉语母语背景)和大学二年级本科生(汉语母语背景)，其中，留学生8 人，分别来自泰国、越南和印度尼西亚，本科生8 人.所有听音人听力正常，无已知听力问题.文中测试了两种不同混响、6 种不同语言声压级，共测试了12 种条件.测试时，每种测试条件采用两张音节表，1 张为奇数号、1 张为偶数号，每次4 个听音人参加测试，汉语语言清晰度得分为在该条件下8 张表的主观汉语语言清晰度分的平均值.

2 结果与讨论

图2为留学生在12 种测试条件下通过主观评价得到的不同语言声压级和不同混响时间条件下的汉语语言清晰度得分.图中同时给出了不同混响时间条件下语言声压级与主观汉语语言清晰度得分之间的二次拟合曲线，其相关系数为0.999(T30=0.6 s)和0.986(T30=1.2 s).从图1可以看出，在相同的语言声压级条件下，混响时间短，其汉语语言清晰度得分高，混响时间长，其得分低.在相同混响时间条件下，汉语语言清晰度得分首先随语言声压级的提高而增加，但当声压级增大到某一极限值时，语言清晰度得分不再增大.多因素方差分析结果表明:混响时间(F(1，84)=13.8，P ＜0.001)和语言声压级(F(5，84)=20.4，P ＜0.001)对留学生的主观汉语语言清晰度得分有显著影响，但它们之间的交互作用(F(5，84)=0.4，P=0.839)不显著.

图2 不同混响时间、不同语言声压级条件下留学生的主观汉语语言清晰度得分Fig.2 Chinese speech intelligibility scores for foreign students under different reverberation time and speech sound pressure levels

为了比较在相同教室声学环境下留学生和以汉语为母语的本科生在教室内的汉语言语言清晰度得分差异，针对混响时间为1.2 s 的听音环境，在不同声压级条件下比较了留学生和以汉语为母语的本科生的主观汉语语言清晰度的分差异，其结果如图3所示.需要指出，由于文中汉语语言清晰度测试采用韵律测试(打圈法)，该测试方法存在“天花板”效应，对于混响时间为0.6 s 的听音环境，当语言声压级为62、68、74、80 dBA 时，汉语为母语的本科生的清晰度得分均为100 分，不能与留学生的得分结果进行有效对比.从图3可以看出，与留学生的汉语语言清晰度得分结果一样，以汉语为母语的本科生听音人的汉语语言清晰度得分同样是首先随语言声压级的提高、信噪比增大而增加，但当声压级增大到某一限值时，留学生在教室内的汉语语言清晰度得分不再增大，而随语言声压级的增大而略降低，这与先前采用记音法由母语听音人评价得到的结果一致［7］.由于教室室内混响的影响，通过提高语言声压级的方法来提高信噪比到达一定程度后并不能有效提高室内汉语语言清晰度.而且，语言声压级过高会引起学生的烦躁和不安，也会降低汉语语言清晰度.在相同语言声压级条件下，以汉语为母语的本科生的得分比留学生的得分高.多因素方差分析结果表明:母语因素(F(1，84)= 38.1，P ＜0.001)和语言声压级(F(5，84)= 30.5，P ＜0.001)对主观汉语语言清晰度得分有显著影响，但它们之间的交互作用(F(5，84)= 0.3，P =0.950)不显著.

图3 混响时间为1.2 s 时留学生和汉语母语的本科生的汉语语言清晰度得分比较Fig.3 Comparison of Chinese speech intelligibility scores for foreign students and undergraduate students at a reverberation time of 1.2s

为了比较不同语言声压级条件下汉语语言清晰度得分的差异，采用最小显著差数(LSD)法对汉语语言清晰度得分进行检验，结果如表2所示.表2表明:当混响时间为0.6 s 时，声压级为50、56 dBA 的语言清晰度得分与其他声压级条件下的汉语语言清晰度得分结果存在显著性差异;当混响时间为1.2 s时，声压级为50 dBA 的语言清晰度得分与其它声压级条件下的汉语语言清晰度得分结果存在显著性差异，而声压级为56 dBA 时，其清晰度得分与声压级为62 dBA 时的得分无显著性差异，与声压级为68、74、80 dBA 时的汉语语言清晰度得分存在显著差异.无论混响时间为0.6 s 还是1.2 s，语言声压级为62、68、74、80 dBA 时的汉语语言清晰度得分之间无显著差异.这表明对留学生来说，适当的授课语言声压级为62 ～80 dBA，但当声压级为80 dBA 时，其得分比声压级为74 dBA 时的得分有所降低，且为了达到80 dBA 的语言声压级，教师需要提高嗓门才能达到，不利于教师的身心健康.另一方面，由图1可知，混响时间越低，在相同声压级条件下的汉语语言清晰度得分越高，因此对留学生所用教室应尽可能采取声学措施，如在教室内适当墙面敷设吸声材料，以降低室内混响时间，提高室内语言清晰度.当混响时间为0.6 s 时，语言声压级为62、68、74、80 dBA 时的汉语语言清晰度得分差异比混响时间为1.2 s 时的得分差异小得多.因此，针对留学生用教室，在尽可能降低教室室内混响时间的前提下，建议教师授课声压级在62 ～74 dBA 之间，以保证留学生能听清楚老师的讲课内容.

表2 不同语言声压级条件下汉语语言清晰度得分的差异显著性比较Table2 Comparison of significance in difference for Chinese speech intelligibility scores under different speech sound pressure levels

3 结论

通过对一个教室室内声场模拟获取具有不同混响时间的两个房间脉冲响应，将脉冲响应与噪声和汉语语言清晰度测试信号卷积，在不同语言声压级条件下通过耳机重放，获取留学生和汉语为母语的听音人的主观汉语语言清晰度得分，探讨了语言声压级对留学生用教室室内汉语语言清晰度的影响.结果表明:在相同测试条件下，留学生的汉语语言清晰度得分比以汉语为母语的听音人的得分低;在相同声压级条件下，混响时间越短，留学生的汉语语言清晰度得分越高;相同混响条件下，留学生的汉语语言清晰度得分先随语言声压级的提高而增加，但当声压级增大到某一极限值时，语言清晰度得分不再增大，而随语言声压级的增大而降低.针对留学生用教室，在尽可能降低教室室内混响时间的前提下，建议教师授课声压级为62 ～74 dBA 之间，以保证良好的教室室内汉语语言清晰度.

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