正常成人發(fā)音調(diào)、響度周期性連續(xù)起伏變化/i/音的聲學分析

張青 劉曉 黃昭鳴 萬勤

呼吸與發(fā)聲功能不協(xié)調(diào)是言語障礙的典型特征之一，其主要臨床表現(xiàn)為說話一字一頓、硬起音等異常發(fā)音[1]，這種異常發(fā)音嚴重影響了患者的言語清晰度和語言可懂度，阻礙了患者的社會溝通，因而對此類患者進行針對性的呼吸與發(fā)聲不協(xié)調(diào)的評估與矯治非常有必要。

目前，對于呼吸與發(fā)聲協(xié)調(diào)能力的評估，國外較少涉及，但國內(nèi)多采用最大數(shù)數(shù)能力(maximum counting ability，MCA)進行評價[2]，測試時要求受試者發(fā)音調(diào)(基頻)和響度(強度)周期性連續(xù)起伏變化的/i/音，然后記錄其發(fā)音的總時長作為最終的測試結(jié)果。如果呼氣和發(fā)聲運動協(xié)調(diào)良好，數(shù)數(shù)速度就會比較均勻，基頻和強度呈規(guī)律變化，MCA值較大；反之，MCA值就會下降[3，4]。所以，臨床上進行MCA測試時，要求受試者以音調(diào)和響度周期性連續(xù)起伏變化的形式連續(xù)數(shù)“1”，通過基頻曲線圖進行取值。取值時，要求同時滿足一口氣連續(xù)數(shù)數(shù)、數(shù)數(shù)速度均勻、基頻和強度變化連貫及數(shù)數(shù)時間盡可能長等要求[5]。但是，何為“數(shù)數(shù)速度均勻”？測試語速是否會對MCA值產(chǎn)生影響？發(fā)音時的基頻變化是否存在一個正常范圍？過大或過小是否會影響MCA值？這些指標的模糊性，使得MCA的取值主觀性較強，降低了MCA的臨床使用價值。因此，本研究將在前人研究的基礎(chǔ)上，擬通過分析51例正常成人不同語速下發(fā)音調(diào)、響度周期性連續(xù)起伏變化/i/音的基頻曲線，從時域及頻域兩方面探討語速和性別對其聲學特征的影響，為規(guī)范最大數(shù)數(shù)能力(MCA)的測試和取值提供參考。

1 資料與方法

1.1研究對象 研究對象為華東師范大學本科生和研究生，共51人，其中，男25例，女26例，年齡18～24歲，平均22歲。納入標準：①以普通話為主要交流語言；②無煙酒史；③無聽覺及言語障礙史；④測試期間無感冒、鼻炎等上呼吸道感染。

1.2測試設(shè)備與方法 測試環(huán)境噪聲控制在40 dB以內(nèi)，采用“啟音博士言語測量儀”(上海泰億格電子有限公司生產(chǎn))對每位受試者的發(fā)聲進行錄音并分析。錄音時采樣頻率為11 025 Hz，采樣精度為16 bits，低通濾波為5 kHz，放大倍數(shù)為25 dB。錄音方法：將麥克風傾斜45°，受試者取舒適坐位，口距麥克風10 cm左右，根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果，深吸氣后分別以錄制好的快、中、慢速的標準音為標準，這三種語速下，男性的聲樣周期分別為1.9、1.1、0.7個/秒，女性的聲樣周期分別為1.3、0.9、0.6個/秒。每位受試者發(fā)音調(diào)(基頻)和響度(強度)周期性連續(xù)起伏變化的/i/音各2次，測得聲學樣本并保存，對每種語速下的2次聲樣進行分析并取均值，提取總時長(total time,T)、周期波動(mean time standard deviation,MTSD)、波峰均值(mean wave crest,MWC)、波谷均值(mean wave trough,MWT)、平均基頻范圍(mean frequency range,MFR)、基頻波動(mean frequency range standard deviation,MFRSD)。其中各觀測指標界定如圖1所示，在聲樣/i/的基頻曲線圖上，波峰(wavecrest,WC)指在某一聲樣周期內(nèi)，基頻值由小變大，最大那組數(shù)據(jù)的中位數(shù)；波谷(wave trough,WT)指在某一聲樣周期內(nèi)，基頻值由大變小，最小那組數(shù)據(jù)的中位數(shù)；MFR指各聲樣周期基頻范圍的均值，其中基頻范圍指某一聲樣周期內(nèi)，基頻最大值與其前后兩個基頻最小值均值的差值[公式為：基頻范圍(FR1=波峰1-(波谷1+波谷2)/2]；MFRSD指各聲樣周期基頻范圍偏離平均基頻范圍的距離，用MFR的標準差表示；T指聲樣持續(xù)的總時間；MTSD指各周期偏離平均周期的距離，用各個聲樣周期的時長均值(mean time,MT)的標準差表示，聲樣周期的時長指相鄰兩個峰值或谷值的時間間隔[公式為：周期時長(T1)=t2-t1]。

1.3統(tǒng)計學方法 采用SPSS17.0進行統(tǒng)計分析，研究語速和性別對聲樣T、MTSD、MWC、MWT、MFR、MFRSD的影響。采用兩因素混合實驗設(shè)計，自變量有2個：性別(男、女兩個水平)、語速(快速、中速、慢速三個水平)，其中，性別為被試間變量，語速為被試內(nèi)變量；因變量分別為上述6個參數(shù)。

2 結(jié)果

2.1語速和性別對時域類參數(shù)的影響 通過聲樣/i/的基頻曲線圖，分別計算快速、中速及慢速狀態(tài)下的總時長(T)及周期波動(MTSD)(表1)?？梢姡行月晿拥目倳r長表現(xiàn)為中速>慢速>快速，女性聲樣的總時長為慢速>中速>快速，而男性與女性的總時長在數(shù)值上差別不大。男性聲樣的周期波動表現(xiàn)為慢速>快速>中速，女性則表現(xiàn)為為慢速>中速>快速，但男性的周期波動值大于女性。

表1 不同語速、性別聲樣的總時長、周期波動均值、波谷均值、波峰均值、基頻范圍和基頻波動

表2 語速、性別對總時長(T)、周期波動(MTSD)的方差分析結(jié)果

如表2所示，對三種語速下的總時長進行方差分析發(fā)現(xiàn)：語速對聲樣/i/的T值有極顯著影響(P<0.001)，性別對T沒有顯著影響(P>0.05),語速和性別兩個因素之間不存在交互作用(P>0.05)。對不同語速下聲樣/i/的T值進行多重比較發(fā)現(xiàn)，快速與中速、快速與慢速差異有極顯著統(tǒng)計學意義(P<0.001)，中速與慢速差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

對三種語速下的周期波動進行方差分析發(fā)現(xiàn)：語速及性別對聲樣/i/的周期波動影響均極顯著(P<0.001，P<0.01)，語速和性別不存在交互作用(P>0.05)。對不同語速下的周期波動進行多重比較，可見快速與慢速、中速與慢速差異有極顯著統(tǒng)計學意義(P<0.001)，快速與中速差異無顯著統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

2.2語速和性別對頻域類參數(shù)的影響 通過聲樣/i/的基頻曲線圖，分別計算快速、中速及慢速狀態(tài)下聲樣/i/的MWT、MWC、MFR、MFRSD(表1),可見，男性和女性聲樣的MWT值均隨著語速提高而逐漸變大，且相同語速下，男性聲樣的MWT明顯小于女性；而不同語速間男性和女性聲樣的MWC數(shù)值上差別均不大，但相同語速下，男性的聲樣的MWC明顯低于女性。

表3 語速、性別對波谷均值、波峰均值的方差分析結(jié)果

如表3所示,對不同語速、性別下的MWT進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)語速與性別均會對其有影響(P<0.001)，且語速與性別之間不存在交互作用(P>0.05)。進一步對語速進行多重比較，發(fā)現(xiàn)在MWT上，快速與中速差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)、快速與慢速(P<0.001)、中速與慢速(P<0.001)差異有顯著統(tǒng)計學意義，說明隨著語速提高MWT顯著增加。對不同語速、性別下的MWC進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)語速改變對波峰的影響不顯著(P>0.05)，而性別對波峰的影響極其顯著(P<0.001)，且語速與性別之間不存在交互作用(P>0.05)。

如表1所示，隨著語速的提高，男、女性聲樣的MFR均逐漸減小，且相同語速下女性聲樣的MFR均高于男性；而不同性別的MFRSD變化趨勢不同，男性聲樣的MFRSD表現(xiàn)為慢速>快速>中速，女性則表現(xiàn)為中速>慢速>快速，且相同語速狀態(tài)下，女性聲樣的MFRSD明顯高于男性。

表4 語速、性別對基頻范圍、基頻波動的方差分析結(jié)果

如表4所示，對MFR進行方差分析發(fā)現(xiàn)，語速與性別的主效應(yīng)均極顯著(P<0.01，P<0.001)， 語速與性別之間無交互作用(P>0.05)，進一步多重比較發(fā)現(xiàn)，MFR快速與慢速、中速與慢速聲樣的MFR差異有顯著統(tǒng)計學意義(P<0.01，P<0.05)，快速與中速聲樣的MFR差異無顯著統(tǒng)計學意義(P>0.05)；對MFRSD進行方差分析發(fā)現(xiàn)，語速對其無顯著影響(P>0.05)，而性別對其有極顯著影響(P<0.01)，語速和性別的交互作用不顯著(P>0.05)。

3 討論

特殊兒童是言語障礙的高發(fā)人群，言語呼吸障礙是其中較為常見的言語障礙類型，主要臨床表現(xiàn)為呼吸與發(fā)聲不協(xié)調(diào)及言語時呼吸控制能力減弱等，臨床評價指標是MCA，如果呼氣和發(fā)聲協(xié)調(diào)性好，數(shù)數(shù)時的速度均勻、適中，響度和頻率呈規(guī)律性變化，MCA就上升；如果呼氣和發(fā)聲協(xié)調(diào)性差，數(shù)數(shù)時的速度、響度和頻率則無規(guī)律可循，MCA就會下降[4]。

聽障兒童、腦癱兒童的言語呼吸能力相關(guān)的研究結(jié)果均表明呼吸與發(fā)聲的協(xié)調(diào)性、言語時的呼吸控制能力在特殊兒童言語產(chǎn)生過程中有重要作用，目前對于這一能力的評估指標主要采用發(fā)聲調(diào)和響度同時連續(xù)起伏變化的/i/音的時長，但對其聲學特征研究尚不夠深入，為此，本研究以該聲樣的總時長(T)、周期波動(MTSD)、波峰均值(MWC)、波谷均值(MWT)、平均基頻范圍(MFR)、基頻波動(MFRSD)為觀測指標研究其聲學特征，并探討測試語速及性別對這些指標的影響。

3.1語速對各觀測指標的影響 本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正常成人以音調(diào)和響度周期性連續(xù)起伏變化的形式發(fā)/i/音時的T、MTSD 、MWT、MFR會受到語速的影響，而MWC及MFRSD則不受語速的影響。具體表現(xiàn)為，T隨語速提高呈下降趨勢，MTSD隨語速提高基本呈上升趨勢，MWT隨語速提高逐漸變大，MFR隨語速提高而呈減小趨勢，隨著語速提高，T和MFR顯著縮短，MWT顯著提高，而MWC無明顯變化，說明MFR的縮短主要是由于MWT提高引起的。本研究中，在語速增加時，雖然MWC沒有明顯變化，但MWT明顯提高；而MWT越大，也就是基頻越大，發(fā)聲時聲帶的張力就會越大，聲門的閉合程度也會隨之增強，其對聲門下方的氣流會產(chǎn)生更大的阻力，從而形成更大的聲門下壓，同時聲帶振動時消耗的能量也會更多，最終導(dǎo)致聲樣/i/的總時長縮短。

另外，文中結(jié)果顯示，MFR隨語速提高而變小，但MFRSD即基頻波動的變化卻無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；而隨著語速的提高MTSD基本呈現(xiàn)下降的趨勢，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。在本研究中，語速是指單位時間內(nèi)能夠發(fā)出的聲樣周期的個數(shù)，其主要反映時域方面的信息，而與頻域信息的關(guān)系并不緊密，這很可能是導(dǎo)致語速對聲樣/i/的基頻波動影響不顯著的主要原因。

3.2性別對各觀測指標的影響 本研究結(jié)果顯示，正常成人以音調(diào)和響度周期性連續(xù)起伏變化的形式發(fā)/i/音時，總時長(T)不受性別的影響，而MWT、MWC、MFR、MFRSD及MTSD會受性別的影響。

由于總時長(即MCA值)反映的是呼吸與發(fā)聲的協(xié)調(diào)能力，而非呼吸或發(fā)聲功能的高低，所以雖然男性的呼吸能力如肺活量要明顯高于女性，但男、女性聲樣/i/的總時長差別并不大。以往曾對3～5歲聽障和健康兒童、7～15歲腦癱和健康兒童的MCA進行過探討，均發(fā)現(xiàn)性別并不會對這兩個年齡段各類兒童的MCA產(chǎn)生明顯影響[4，6]。本研究結(jié)果與此一致，本研究中，女性的MWT與MWC均高于男性(P<0.001)，且女性的MFR高于男性(P<0.001)，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是基頻的變化，基頻是指單位時間內(nèi)聲帶振動的次數(shù)，聲帶振動的快慢與聲帶本身的性質(zhì)直接相關(guān)，如長度、質(zhì)量、緊張度及硬度等，相較于男性，女性的聲帶更短、質(zhì)量較小，所以女性的平均基頻較男性更高，基頻范圍更大[7]。

另外，文中結(jié)果顯示，女性聲樣的MFRSD比男性要大，而男性聲樣的MTSD比女性要大(P<0.01)。MFRSD和MTSD分別從頻域和時域的角度反映聲樣的基頻曲線的準周期性，這兩個參數(shù)值越大，基頻曲線的波動也就越大，反之亦然。但什么原因?qū)е铝吮狙芯恐心?、女性這兩個指標表現(xiàn)出截然相反的情況，還不是很清楚，有待進一步的研究探索。

綜上所述，語速和性別均會影響正常成人發(fā)聲調(diào)和響度周期性連續(xù)起伏變化/i/音的聲學特征：隨著語速的提高，其T、MFR和MTSD會顯著變小，MWT會顯著變大，而MWC和MFRSD則無明顯變化；聲樣/i/的T不受性別影響，女性聲樣的MWT、MWC、MFR、MFRSD均顯著大于男性，而男性的MTSD則顯著大于女性。因此，臨床上進行MCA測試和取值時，需要考慮語速和性別這兩個因素的影響，建議應(yīng)分別測試受試者三種語速狀態(tài)下最大數(shù)數(shù)能力，只有當各語速狀態(tài)下/i/基頻曲線圖的MWT、MWC、MFR、MFRSD和MTSD值在相應(yīng)語速、性別所對應(yīng)的正常范圍之內(nèi)時，方能取值或取值有效。

4 參考文獻

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