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Sona-Match軟件在言語構音障礙生理矯正中的應用*

2011-04-27 03:38:52方華萍李永宏張金爽
生命科學儀器 2011年1期
關鍵詞:構音元音共振

方華萍 李永宏 張金爽

(西北民族大學 中國民族語言文字信息技術重點實驗室 甘肅 蘭州 730030)

1 引言

構音障礙是指因與言語表達有關的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)的器質性損害導致發(fā)音肌的肌力減弱或癱瘓、肌張力改變、協(xié)調不良等,引起字音不準、聲韻不均、語流緩慢和節(jié)律紊亂等言語障礙[1]。嚴重患者,表現(xiàn)為言不分音,語不成句,難以聽懂,甚至完全不能說話。但臨床醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn),構音患者言語表達的內容和語法往往是正常的,對理解他人的語言也無任何困難,而僅僅是口語表達出現(xiàn)了障礙。因此,即使構音障礙或構音異常是構音器官上有可辨識的缺陷所造成的,但只要對構音方法進行適當調整,患者的發(fā)音仍有可能恢復正常。

隨著科技發(fā)展和人類自我認識的深入,言語病理和構音障礙問題已經(jīng)引起社會足夠重視,但是在構音障礙矯正和治療過程中,往往缺乏科學性和系統(tǒng)性,僅靠教育和培訓等經(jīng)驗式方法來對言語患者進行“替代式康復”,或是增加“補丁”。如今,隨著聲學語音學和生理語音學的發(fā)展,很多言語病理學家和語音學家通過對患者發(fā)音過程中發(fā)音器官運動、氣流、韻律、聲調、頻率、能量等提取聲學生理參數(shù)和正常人的實際發(fā)音進行對比,對患者進行矯正和治療[2]。

美國KayPENTAX研發(fā)的軟件Sona-Match,主要針對構音障礙患者發(fā)音不準,咬字不清,聲響、音調、速度、節(jié)律異常和鼻音過重等問題進行分析,為構音患者提供其在言語發(fā)音過程中的實時語音頻譜、元音音區(qū)和共振峰值等方面的聲學和生理反饋,通過患者和正常人發(fā)音時的參數(shù)對比來糾正和治療發(fā)音過程中的各種問題。

2 Sona-Match軟件簡介

Sona-Match是基于Microsoft Windows系統(tǒng),運行在Multi-Speech和CSL語音處理軟件之上。Sona-Match軟件主要利用雙窗口界面,并運用線性預測分析(LPC)或快速傅里葉轉換(FFT)分析,實時反饋和分析發(fā)聲者在發(fā)音時生理信號和語音的頻響情況,來達到言語訓練和實時矯正的目的。

2.1 信號采集

使用Sona-Match采集語音信號時,特別要注意麥克風的位置。麥克風應該放置在距離患者嘴巴較近的地方,一般離嘴4-6英寸距離遠。這直接關系到信號強度值和信號的獲取效果。錄音時,最好用程序控制聲卡,可以改變信號輸入設置,最大幅度降低噪聲影響。錄音結束后,可以保存成NSP或WAV文件格式。

2.2 聲學參數(shù)

Sona-Match軟件主要針對構音障礙或構音異常的患者來專門設計的軟件,特別是針對患者的元音發(fā)音的生理與語音情況來進行分析和參數(shù)設置的。因為,從生理學角度分析,發(fā)元音時,氣流通過口腔不受任何阻礙,氣流較強、聲帶顫動、發(fā)音器官的各部分保持均衡緊張,因而發(fā)出的音自然響亮;從發(fā)音時器官肌肉協(xié)調過程看,我們每發(fā)一個音時,發(fā)音器官的肌肉就有一次緊張,其特征為先增強后減弱。由于大多數(shù)音節(jié)從輔音開始,因此發(fā)輔音時肌肉緊張由弱而強,突然上升;而元音正是緊跟前面輔音的緊張最高點開始發(fā)音,并由此開始漸次減弱,從而在元音上顯示高峰,這也說明為什么從聽感上我們明顯感覺到音節(jié)中元音比輔音要響亮、清晰。正因為元音在構音中的特殊地位,所以Sona-Match特別側重元音測試和元音言語訓練矯正。

通過對構音障礙患者的調查研究,發(fā)現(xiàn)構音障礙形成的原因很多,生理表現(xiàn)也不一致。其根本原因是患者在構音過程中,構音部位發(fā)生錯誤或呼出的氣流或速度不準確,甚至整個構音動作不協(xié)調,以致語音發(fā)聲錯誤。其中元音障礙的一致性非常高,即元音弱化。元音弱化與普通話元音發(fā)音走極端位置的性質相悖,因而難以形成各元音間的區(qū)別特征,障礙也由此而生。Sona-Match軟件可以提取持續(xù)元音第一共振峰(F1)、第二共振峰(F2)參數(shù),并與患者實際發(fā)音所提取的語音參數(shù)進行對比。

3 Sona-Match工作原理和語音研究

作為目前廣泛應用于構音障礙言語矯正和治療的Sona-Match軟件來說,它的最大工作重點和特色就在于它在語音檢測過程中所展示的四種工作模式,元音頻率響應模式(LPC)、元音圖表模式(F1、F2)、咝音語圖模式(FFT)、歌唱反饋模式四種。下面將從這四種模式來進行考察和語音研究,并分析得出構音障礙患者在言語矯正中應該掌握的方法與對策。發(fā)音人類別可設置為:成年男性、成年女性或兒童。在模式分析之前,需要先對語音信號進行預處理,即濾波、高頻提升、分幀和加窗處理[4]。

3.1 元音頻率響應模式

Sona-Match軟件可用語音信號進行LPC分析。首先對語音數(shù)字信號進行能量的歸一化處理以提高分析的穩(wěn)定性,然后進行預加重以提升高頻部分,最后對語音信號進行分幀加窗,提取語音信號的LPC系數(shù),進行共振峰的實時顯示。

共振峰是元音聲學特性的表現(xiàn),我們所聽到的元音音色則是聽覺的感知結果。聲道特性因人而異,因而共振峰的變化范圍比較大。而Sona-Match在頻率反饋模式中,針對不同發(fā)音人(成年男性、成年女性、兒童)在發(fā)聲過程中對其聲道面積的大小做平均計算。元音頻率響應反饋模式主要是利用聲源濾波模式對前喉腔進行過濾。窗口中實時顯示共振峰的頻率和振幅,每個峰值都顯示出共振峰的頻率最高值和能量最大值。見圖1,X軸為頻率,Y軸為振幅。

在對構音患者言語矯正治療中,患者的語音信號可以實時顯示在窗口中,與軟件的標準模式參數(shù)進行對比。特別是由于生理器官運動停滯引起的運動性構音障礙的患者而言,在發(fā)音時舌唇運動能力不足、運動異常、節(jié)奏過快/慢等,頻率響應反饋模式提供了衡量言語清晰度的重要指標,對構音和言語訓練非常重要。

3.2 元音圖表模式

在元音語音分析中,元音音色的不同主要是由于共振峰頻率的不同,在頻譜中表現(xiàn)為共振峰位置的不同。其中F1、F2值最為重要,其共振峰頻率基本上可以確定一個元音的音色。共振峰的頻率取決于聲腔的腔體大小差異,其中F1和F2的值與發(fā)音器官中的舌位位置密切相關。F1值取決于舌位的高低,舌位高,F(xiàn)1值就低;舌位低,F(xiàn)1值就高;而F2的值取決于舌位的前后,舌位靠前,F(xiàn)2就高,舌位越后,F(xiàn)2就低[3]。

元音舌位圖表現(xiàn)了絕大多數(shù)語言的舌面元音發(fā)音位置。如果發(fā)目標元音時嚴重偏離了原發(fā)音部位,就會產生元音發(fā)音錯誤,導致交際障礙。普通話的舌面元音多分布于前高、前低、后高、后低等極端位置,因而發(fā)音時舌位的動程大,區(qū)別性特征就更加明顯。但對于構音障礙的患者來說,最大的問題在于元音弱化。例如圖2所示,構音障礙患者/i/的元音圖。

從圖中可以看出,患者的實際發(fā)音和標準元音舌位音區(qū)相比,舌位偏高,說明患者的F1值偏低,后腔過于增大。在Sona-Match臨床運用中發(fā)現(xiàn),元音弱化主要集中表現(xiàn)在元音央化,即患者在發(fā)音過程中舌位嚴重偏離了原位置而向舌中部集中發(fā)音,結果使所有元音均“向著元音三角的中央位置移動”,造成音段性質的改變,聽感上元音清晰度降低。

圖3中,顯示的是Sona-Match軟件在分析患者元音發(fā)音中出現(xiàn)的構音問題。其中A圖,是患者將/i/發(fā)成/ε/,/ε/發(fā)成//,這說明患者降低舌位發(fā)音,即將高元音發(fā)成低元音;B圖中,是患者將/ε/發(fā)成/e/,a/發(fā)成/ε/,這說明患者抬高舌位發(fā)音,即將低元音發(fā)成高元音;C圖中,是患者將/y/發(fā)成/ /,/A/發(fā)成/ɑ/,這說明患者后縮舌位發(fā)音,將前元音發(fā)成央元音,甚至偏后靠;D圖中,是患者將/ɑ/發(fā)成/A/,//發(fā)成/ε/或/E/或/a/音,說明患者前伸舌頭發(fā)音,將后元音發(fā)成央元音甚至更靠前。

3.3 咝音語圖模式

Sona-Match軟件主要采用按頻率抽取的FFT算法來進行語圖計算。在咝音語圖模式中,所展示的是語音的特定的聲譜特征,主要用于言語訓練、咝音訓練和其他類似應用。Sona-Match中所指的咝音,主要是指塞音、擦音和塞擦音。從輔音聲母的發(fā)音部位分析出發(fā),主要分以下三類:

(1)舌尖前音(z、c、s)

臨床表現(xiàn)為舌麻痹。舌尖前音是由舌尖抵住或接近齒背阻礙氣流而形成,而構音患者由于Ⅻ腦神經(jīng)損害導致其支配的舌肌癱瘓,使得患者往往感覺舌運動遲緩,甚至不能運動,舌位于口腔底端,導致不能發(fā)舌音。Sona-Match的FFT分析窗口根據(jù)患者的實際發(fā)音的頻譜能量與標準參數(shù)進行對比,來分析患者發(fā)舌尖前音時舌位和齒背之間的關系以及氣流量控制的大小。圖4為/s/音的語圖模式。

(2)雙唇音(b、p、m)

臨床表現(xiàn)為口唇麻痹。雙唇音是由上唇和下唇阻塞氣流而形成的,而構音患者由于Ⅶ腦神經(jīng)損害引起唇部肌肉的癱瘓和無力,導致患者在發(fā)唇音和唇齒音/f/時含糊不清。Sona-Match中的FFT分析窗口,根據(jù)實際發(fā)音和標準參數(shù)曲線來分析患者在口唇部肌運動的確切部位和口唇、唇齒之間的關系。

(3)舌面后音(g、k、h)

臨床表現(xiàn)為軟腭及咽喉肌麻痹。舌面后音是由舌面后部抵住或接近軟腭阻礙氣流而形成,又稱“舌根音”。而構音患者因Ⅸ、Ⅹ腦神經(jīng)所支配的咽肌—軟腭無力或癱瘓,導致其發(fā)/g/、/k/、/h/時特別困難。FFT窗口可以顯示和分析出患者在發(fā)舌面后音時,舌根跟軟腭應該接觸的位置和氣流的阻礙方式。

3.4 歌唱反饋模式

Sona-Match軟件中所顯示的歌唱反饋模式,是用于顯示構音患者在唱歌時的低頻鳴響聲音波形圖,頻率一般控制在500-800Hz之間。通過Sona-Match來顯示歌唱反饋模式,主要把握F1和F2頻率。因為低共振峰F1增強歌唱時嗓音的深度及共鳴;而高共振峰F2決定著嗓音的光彩度。根據(jù)患者在歌唱反饋模式中的顯示,分析和對比共振峰頻率的差值來矯正。同時,對于歌唱模式,還要注意喉腔和聲帶的調節(jié),因為歌手共振峰產生于喉,更嚴格來說是產生于聲帶本體上方到喉口的這一垂直距離約2.3cm的空腔內,使喉腔形成一個與口、咽腔相分離的獨立的共鳴腔。由于構音障礙患者生理器官的缺陷和發(fā)音器官中氣流運動的較難把握,所以,相對而言,歌唱矯正難度較高,需要長期的歌唱訓練。根據(jù)患者在歌唱反饋模式中的顯示(見圖5),分析和對比共振峰頻率的差值來矯正。

4 結束語

Sona-Match主要通過持續(xù)元音的發(fā)音,來實時反映構音障礙患者的發(fā)音情況,針對患者發(fā)音過程中出現(xiàn)的問題進行語音學分析與考察。Sona-Match主要用于言語患者臨床診斷和構音矯正治療,方便快捷,而且可以根據(jù)患者構音問題的嚴重層次來進行語音參數(shù)的設置與比較。同時,Sona-Match根據(jù)年齡和性別的不同,可以分別設置不同的參數(shù)作為標準來測試分析,以方便言語患者矯正和治療中更有針對性。

本文通過Sona-Match對構音障礙矯正和治療做了初步的分析和探討。由于言語發(fā)音的復雜性和多樣性,構音障礙的形成原因的差異性,不僅涉及實驗語音學共振峰、基頻等一些基本參數(shù),而且和認知語音學、心理語音學以及情感語音學等相關聯(lián)。這些問題都的深入研究,可以為言語構音、構音障礙、構音差異患者,包括其他失語、口吃、嗓音障礙、語流障礙、唇腭裂等矯正和治療起到一定的輔助作用。

[1] 馬紅英,昝飛,構音障礙兒童的元音偏誤分析[J].國特殊教育,2004.9

[2] 李永宏,于洪志,孔江平,現(xiàn)代語音學儀器及生理語音學研究[J].生命科學儀器, 2008.6

[3] 林燾,王理嘉,語音學教程[M].北京:北京大學出版社,2009

[4] 韓紀慶,張磊,鄭鐵然.語音信號處理[M].北京:清華大學出版社,2010

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