异声同韵音节共振峰特性的可比性探究

杨俊杰，贾丽文，陈红艳

（1.山西警察学院，山西 太原030021；2.山西大学语言科学研究所，山西 太原030006；3.中央军委政法委侦察技术中心，北京100120）

鉴定科学ResearchPaper

异声同韵音节共振峰特性的可比性探究

杨俊杰1，2，贾丽文1，陈红艳3

（1.山西警察学院，山西 太原030021；2.山西大学语言科学研究所，山西 太原030006；3.中央军委政法委侦察技术中心，北京100120）

目的 探究通过异声同韵音节进行语音同一性检验的可行性。方法 利用VS－99计算机语音工作站对异声同韵音节的共振峰等特性进行定性与定量分析。结果 得出在语音同一性检验中，异声同韵音节具有一定的可比性，但首先应选用异声同韵同调音节，其次再选用异声同韵异调音节进行比对；异声同韵音节进行共振峰比较时宜在发音部位相同或相近的音节间进行；选用异声同韵音节时应选用韵母中部共振峰进行比对等一些规律性认识。结论 为利用异声同韵音节进行语音同一性检验提供了客观依据。

语音同一性检验；异声同韵音节；共振峰特性

语音同一性检验中，最理想的特征音段是处在相同语段当中的音段，其次是孤立的词组或音节、句首音节［1］，即语境、声韵调完全相同的音节。此外，同声同韵异调音节也具有一定的可比性［2］。但司法实践中，尤其是在方言与普通话之间进行语音同一性检验时，常会遇到样本中找不到满足以上条件的足够音段来进行比对且又无法补充理想样本的情况。因此，尚需要发掘其他可用特征音段。根据汉语的音节结构，同声同韵音节之后的就是声母或韵母不同的音节。

首先，同声异韵音节中，声母的音质受韵母影响大，相同声母不宜作为个人同一认定的音段。

其次，汉语的声韵结构中韵母虽然是音节的核心，但由于协同发音作用，韵母的音质和共振峰也受声母的影响。

当录音检材与样本中找不到足够的相同音节或同声同韵异调音节时，能否利用异声同韵音节的共振峰进行语音同一性检验呢？如果可以声调又有何影响？为此，本文进行了实验探究。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

VS-99计算机语图仪、Excel软件、麦克风。

1.2 声样内容及发音人

为充分考察异声同韵音节的可比性，根据汉语声韵母特点，本文设计了汉语常见音节阴平、阳平、上声、去声进行考察。发音人为两名汉语言文字学研究生，正常发音3遍。

1.3 实验参数

录音参数：采样率11kHz，16位，单声道；宽带语图分析参数：哈明窗，男性带宽为300，女性带宽一般为400；LPC分析参数：运算点数512，帧长20 ms，分析阶数12～14。

2 内容与结果

2.1 常见单元音韵母

（1）异声同韵同调音节过渡音征后韵母共振峰的可比性要明显好于异声同韵异调音节过渡音征后韵母共振峰的可比性。异声同韵异调音节间宜选用韵母中部进行共振峰比对，但语气过强的去声音节的共振峰与阴平、阳平音节的共振峰差异较大。异声同韵音节由于声调的不同，会在共振峰动态模式上存在一定的差异，这种差异即表现在共振峰能量的分布上又表现在共振峰动态模式上。尤其是由于嘎裂声发声态的影响，上声音节共振峰中间能量的衰减会造成共振峰动态轨迹改变的假象。

（2）某些异声同韵音节间的共振峰模式差异较大。整体来看，各个单韵母异声同韵音节间共振峰的最大变异几乎都超过了语音同一性检验中所依据的个体变异参考范围（表1，最后一行数据），这说明语音同一性检验中并不是任意的异声同韵音节都具有可比性。

（3）异声同韵音节间，声母发音部位是影响韵母共振峰的主要因素，而发音方法是次要因素（见图1～3中，各阶共振峰随着声母发音部位改变明显）。

（4）整体上，双唇→唇齿→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，发音部位间隔越远的异声同韵音节，其共振峰模式的差异往往越大，所以异声同韵音节间进行共振峰比较时，宜在发音部位相同或相近的音节间进行（图1～3）。同时，舌根声母后单韵母的共振峰模式与舌尖后或舌面前之前发音部位的声母后单韵母的共振峰模式易出现显著差异（见图1-A yjj中的［ka k‘a ŋa xa］与［］之前音节在F4、F5上的差异；图2-A yjj中的［kk‘ŋx］与之前音节在F5上的差异；图3中的［ki k‘i ŋi xi］与［ʨi］之前音节在F3或F4或F5上的差异）。发音部位相近的双唇音、唇齿音、舌尖前音、舌尖中音的异声同韵同调音节过渡音征后的宽带语图具有较强的可比性。

（5）单韵母的零声母音节与发音部位靠前的异声同韵音节共振峰的可比性较强（图1～3）。

（6）送气清塞音、送气清塞擦音与不送气清塞音、不送气清塞擦音、擦音的同部位异声同韵音节的过渡音征一般存在明显差异，具体表现为送气清塞音、送气清塞擦音后的过渡音征表现多不明显，韵母共振峰的起端基本多为平起。这是由于送气清塞音、送气清塞擦音的音征体现在送气乱纹的强频区中，等到元音开始出现时音征一般已经结束，但同部位异声同韵音节中间部分的共振峰还是具有较强的可比性。

（7）同部位异声［a］韵母音节过渡音征后韵母的宽带语图具有一定可比性。但有的个体［a］音质的稳定性较差，即使在个别同部位的异声同韵同调音节间，个别个体［a］的个别共振峰的动态走向存在多样性；同时，个别共振峰的变异范围过大，有的甚至达到37%（见表1中［a］韵母［t‘、t、n、l］同部位的异声同韵同调音节F1的MD%），这与［a］易被鼻化造成F1的误测有关，在比对时一定要通过听辨仔细审听是否相同音质的韵母；同调音节间的韵母稳定性差，其韵母的语图有些与［tsa ts‘a sa za］相近有些与［ka k‘a ŋa xa］相近，很可能与卷舌声母的影响有关。

表1 yjj普通话单元音韵母相同发音部位的异声同韵同调（阴平）音节共振峰频率变异统计表

图1 ［a］韵母异声同韵音节各阶共振峰动态分布

图2 ［］韵母异声同韵音节各阶共振峰动态分布

图3 韵母［i］异声同韵音节各阶共振峰动态分布

（8）同部位异声［i］韵母音节过渡音征后韵母的宽带语图均具有很强的可比性，其共振峰的变异范围除了F3外基本符合个体变异范围。但gxr的［ȵi］与其同部位异声同韵音节的共振峰频率差异较大，具体表现在 F2、F3、F4均有不同程度的提高，F1上（700Hz附近）还有一个鼻音峰，很可能与鼻化有关（图4）。

图4 ［ȵi55］与［tɕ‘i55］宽带语图及韵母中部的光标间LPC谱

（10）同部位异声［u］韵母音节过渡音征后韵母的宽带语图的可比性差（见表1中［u］的缺失数据），并主要表现在F3、F4上，特别是 ［mu、nu、ŋu］与其他同部位异声同韵音节共振峰的差异更大。

（11）同部位异声［y］韵母音节过渡音征后韵母的宽带语图的可比性较强，并且其共振峰稳定性也较强。

（12）同部位清、浊声母后的整个韵母具有很强的可比性。

（14）［tsɿ、ts‘ɿ、sɿ、zɿ］、［tʂʅ、tʂ‘ʅ、ʂʅ、ʐʅ］异声同韵音节间韵母共振峰的稳定性均较强，其中［tsɿ、ts‘ɿ、sɿ、zɿ］韵母共振峰的稳定性要强于［tʂʅ、tʂ‘ʅ、ʂʅ、ʐʅ］韵母共振峰的稳定性，主要与［ʅ］韵母的卷舌程度会影响F3有关。

异声同韵同调间有时F3差异也较大，主要是由于发声时舌尖上抬程度不同的缘故。因此，在选择比对音节时首先要仔细听辨选择音位上一致的音节（尤其是韵母）来进行比较。

（15）5 000Hz范围内，女性同部位异声同韵音节共振峰稳定性较好；4 000Hz范围内，男性同部位异声同韵音节稳定性较好。这主要是由于女性共振峰频率整体要高于男性共振峰频率。

（16）声母摩擦强弱的不同会造成异声同韵同调音节共振峰的相对强弱存在较大差异。

2.2 常见复韵母与鼻韵母

本文还对常见复韵母及鼻韵母异声同韵音节的宽带语图进行了定性比较，发现：（1）复合元音的异声同韵音节也是同调的可比性强于异调；（2）发音部位相同或相近的不同声母对其后复韵母与鼻韵母共振峰模式的影响与单韵母相似，异声同韵音节韵母的中后部具有较强的可比性；（3）虽然［u、y］韵母的稳定性差，但在［u、y］为首个音素的复合韵母中，［u、y］后的韵母部分却具有较强稳定性与可比性。

3 分析与讨论

（1）异声同韵同调音节过渡音征后韵母共振峰的可比性要明显好于异声同韵异调音节过渡音征后韵母共振峰的可比性，这说明声、韵、调系统虽然相对独立，但又彼此紧密联系，在语音同一性检验时要尽可能选择声调相同的相关音节进行比对检验。

（2）整体上，从双唇→唇齿→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，发音部位间隔越远的异声同韵音节，其共振峰模式的差异往往会越大。声母发音部位间隔较远的异声同韵音节间共振峰的变异几乎都超过了语音同一性检验中所依据的个体变异参考范围，所以异声同韵音节进行共振峰比较时宜在发音部位相同或相近的音节间进行。同时，舌根声母后单元音韵母的共振峰模式与舌尖后或舌面前之前发音部位的声母后单元音韵母的共振峰模式易出现显著差异，而发音部位相近的双唇音、唇齿音、舌尖前音、舌尖中音的异声同韵同调音节韵头后的宽带语图具有一定的可比性，但鼻音声母对其后韵母的鼻化作用较强，与同部位非鼻音声母后相同韵母的差异较大，比对时在确认鼻辅音对其后韵母没有明显鼻化的情况下可以考虑与同部位非鼻音异声同韵音节进行比对。

（4）在各个单元音韵母的异声同韵音节中F3的变化一般较大，主要是因为元音的第三共振峰与多个特征相关联，其生理学基础比F1和第F2更加复杂。最常见的是圆唇性（roundedness）和卷舌性（儿化）（rhoticity，“r-coloredness”），其他特征一定时，圆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响元音的F3，例如鼻化元音的第三共振峰减弱甚至消失［4］。

（5）［tʂ、tʂ‘、ʂ、ʐ］的同韵音节韵母的稳定性较差，个体变异范围较大，并且集中表现在F3上。其中韵母为［a、］时既与声母卷舌的同化作用有关，又与韵母自身的稳定性较弱有关。至于［tʂʅ、tʂ‘ʅ、ʂʅ、ʐʅ］韵母共振峰的稳定性不及［tsɿ、ts‘ɿ、sɿ、zɿ］韵母共振峰的稳定性强，则主要是由于韵母自身卷舌的缘故，发声时易出现舌尖上抬程度不同的情形。

（6）实验中发现，多数鼻声母后韵母的共振峰与同部位异声同韵韵母共振峰出现共振峰走向或共振峰频率变异范围过大的现象，这很可能与鼻声母对其后韵母的鼻化作用有关，如排除鼻声母，其他同部位异声同韵音节韵母共振峰的可比性则会明显改善。例如，gxr语音超出个体变异范围的个数从16个减少到7个，但对yjj语音这一点并不明显，这说明鼻化作用具有一定的个体差异性。

（7）同部位异声［u］韵母音节过渡音征后韵母宽带语图的可比性差，除了鼻声母的鼻化作用外，这很可能与发［u］时的圆唇、开口度小有关。因为圆唇会影响F2，同时［u］的F2较低，距离F1又近，因此常出现F1与F2合并的情况；另外，圆唇还会影响F3，正是由于同一人发韵母为［u］的音节时圆唇程度存在差异，才导致［u］韵母共振峰的稳定性差。另外，相近发音部位后［u］的共振峰差异有时也会较大，这是因为［u］前面声母发音部位的不同易引起其后［u］音质的同化，如［f、v］后的［u］实为［υ］。在方言调查资料中，由于音位归纳的多样性，方言记音资料及汉语拼音国际音标中，往往是宽式与严式相结合的。再加上实际语音中同一音位具有多种条件变体，虽然诸如［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等声母后的［u］与［f、v］后的［u］从语言描写的角度记成了一样，但实际上［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等声母后的［u］与［f、v］后的［υ］是有区别的。因此，在语音同一性检验中，［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］后的［u］与［f、v］后的［υ］实际是没有可比性的。这在方言与普通话之间进行话者识别时要格外注意，不能根据方言与普通话中的记音符号一致就把两者进行比对，还是要结合其实际音质来判断是否具有可比性。

（8）现有语音同一性检验理论认为发音部位和发音方法都不相同的异声同韵音节一般不能作为比对音段。从本文实验来看，尽管声母的发音部位和发音方法均会不同程度对相同韵母的共振峰造成一定的影响，但这种影响更多情况下体现在前音渡，在韵母中部还是会在一定程度上体现出个体的音质特性，在比对语音有限的情况下可以酌情使用。

（9）［u、y］韵母的稳定性较差，但在［u、y］为首个音素的复合韵母中，［u、y］后的韵母部分却具有较强稳定性与可比性。对于［u、y］为介音的韵母，这与介音的地位有关。因为介音的时长极短，只起一个过渡作用，并不影响其后韵母部分的稳定性；对于［uo、ye］等韵母，［u、y］虽不是介音，但不是响元音，只是起一个过渡作用，也并不影响其后响元音部分的稳定性。

（10）异声同调［ia］、［ua］中［a］的F1的稳定性强于［ie］、［ye］中［e］的F1的稳定性。这很可能是因为发音人有鼻化作用，而鼻化作用对峰值较高的［a］的F1影响小，对峰值较低的［e］的F1影响大的缘故。而异声同调［ia］、［ua］中［a］的F2、F3的稳定性弱于［ie］、［ye］中［e］的F2、F3的稳定性。这很可能与［a］的开口度较大，变异性较大有关。

（11）异声同调［ua］、［ia］音节中［a］的高频共振峰的稳定性不如异声同调中［ie］、［ye］音节中［e］的高频共振峰的稳定性强。这也许与多条共振峰在一定范围内的密集分布有关。当一定范围内密集分布多条共振峰时，定量测量的数据易因个体语音的变异（尤其是峰间强度）、背景噪音的干扰等出现变异较大的情况。例如，本实验中［a］在2000－4500Hz范围内分布着3条共振峰，则共振峰定量测量数据容易出现变异较大的情况，而［e］的各个共振峰由于间隔较远，则个体稳定性较好，共振峰定量测量值变异较小。对于［e］这种情况，则要注重定性的观察与比对，不宜死盯着定量值的差异不放。

4 结论

通过前面的实验与分析，本文得出以下结论：

（1）在语音同一性检验中异声同韵音节具有一定的可比性。

（2）异声同韵音节进行共振峰比较时宜在发音部位相同或相近的音节间进行。其中，舌根声母后单元音韵母的共振峰模式与舌尖后或舌面前之前发音部位的声母后单元音韵母的共振峰模式易出现显著差异，而发音部位相近的双唇音、唇齿音、舌尖前音、舌尖中音的异声同韵同调音节韵头后的宽带语图具有较强的可比性，但鼻音声母对其后韵母的鼻化作用较强，与同部位非鼻音声母后相同韵母的差异较大，比对时在确认鼻辅音对其后韵母没有明显鼻化的情况下可以考虑与同部位非鼻音异声同韵音节进行比对。

（3）选用异声同韵音节时应首选异声同韵同调音节，其次再选用异声同韵异调音节进行比对。

（4）选用异声同韵音节时应选用韵母中部共振峰进行比对。

（6）多数鼻声母后韵母的共振峰与同部位异声同韵的韵母共振峰会出现共振峰走向或共振峰频率变异范围过大的现象，实践中要根据鼻声母对其后的韵母是否有明显鼻化区别对待。

[1]王英利.声纹鉴定技术[M].北京：群众出版社，2013：208.

[2]杨俊杰.语音同一性鉴定中同声同韵异调音节的可比性探究[J].中国司法鉴定，2015，（2）：67-71.

[3]金阳天.浅谈开口度对声纹鉴定的影响[C].第七届中国语音学学术会议暨语音学前沿问题国际论坛，2006.

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

（本文编辑：卢启萌）

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年度国家社会科学青年基金项目（12CYY015）

杨俊杰（1973—）男，副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事声像资料鉴定、汉语方言学研究。

E-mail：545668179@qq.com。