語音同一性鑒定中同聲同韻異調音節的可比性定性研究

楊俊杰

（山西大學語言科學研究所，山西 太原030006；山西警官高等?？茖W校，山西 太原030021）

鑒定實踐
Forensic Practice

語音同一性鑒定中同聲同韻異調音節的可比性定性研究

楊俊杰

（山西大學語言科學研究所，山西 太原030006；山西警官高等專科學校，山西 太原030021）

目的 明確利用同聲同韻異調音節進行語音同一性鑒定的可行性。方法 利用VS－99語音工作站對普通話同聲同韻異調音節的共振峰等特性進行定性分析。結果 得出了陽平音節韻母共振峰與上聲音節韻母非嘎裂聲處共振峰的可比性強，陰平音節韻母與去聲音節韻母在前半部分共振峰的可比性強等一些規律性認識。結論 為利用同聲同韻異調音節進行語音同一性鑒定提供了客觀依據。

同聲同韻異調音節；語音同一性；共振峰特性

在語音同一性鑒定中，特征音段的語境是否相同至關重要，它決定著可用比對特征音段的質量與數量。最理想的特征音段是處在同一語段當中的音段，其次是孤立的詞組或音節、句首音節[1]。但在司法實踐中，時常會遇到檢材與樣本有效音節有限或被鑒定人故意改變聲調的調型進行偽裝等情況。尤其是當犯罪人實施犯罪時說方言或普通話，而在錄樣本時只說普通話或方言，需要在方言與普通話之間進行語音同一性鑒定時，樣本中很難找到最理想特征條件的足夠音段來進行比對，而同聲同韻異調音節則更容易找到。

作為聲調語言，漢語的音節包括聲母、韻母和聲調三部分。雖然同聲同韻異調音節在漢語中具有不同的字義，是不同的字，但其聲母與韻母相同，僅聲調不同。那么，利用同聲同韻異調的音節作為比對音節進行語音同一性鑒定是否可行？本文進行了一些探討。

1 材料與方法

1.1 儀器

ATM33a電容式麥克風、VS－99計算機語音工作站。

1.2 聲樣

為了充分考察同聲同韻音節在不同聲調下的可比性，根據漢語普通話的聲韻母特點，本實驗設計了漢語普通話常見單元音韻母、復韻母（包括二合、三合）、鼻韻母的陰平、陽平、上聲、去聲進行考察。

發音人為普通話較好，年齡、文化程度相近的男性、女性，用陰平、陽平、上聲、去聲四種聲調分別朗讀聲樣3遍。

1.3 參數

1.3.1 采樣參數

11kHz采樣率，16位，單聲道。

1.3.2 長時平均LPC實驗參數

幀長20；運算點數512；LPC分析階數14。

1.3.3 共振峰特性實驗參數

帶寬為300～500（具體依據個體基頻進行調整，但保證同一個體參數的一致），動態范圍 42，衰減根據不同語音的強弱而定，高頻提升系數 0.99，縱向網格1000，哈明窗，橫向網格1000。

2 內容及結果

2.1 同聲同韻異調音節的共振峰特性

在正常語音中，共振峰特性是語音同一性鑒定的重要依據之一，尤其是共振峰頻率特性在鑒別語音相似度最高的同卵雙胞胎語音時也具有很好的區別力[2]。為了明確同聲同韻異調音節的共振峰特性是否具有可比性，本文分別對單元音韻母、復韻母、鼻韻母同聲同韻異調音節的共振峰特性進行了考查。

2.1.1 單元音韻母同聲同韻異調音節的共振峰特性

通過對常見單元音韻母［a i奕u y尥尢］同聲同韻異調音節寬帶語圖的定性比較發現：

（1）單元音韻母同聲同韻同調音節的可比性強于同聲同韻異調音節。由于聲調的不同，同聲同韻異調音節的共振峰模式會存在一定的差異，這種差異既表現在共振峰能量分布上的差異又表現在共振峰動態模式等的差異。具體表現在：

①同一個體（主要是男性）同聲同韻異調音節有時會在高頻（大約4 000Hz以上）較弱共振峰上表現出一些頻率上的差異（見圖1），但也有一些個體同聲同韻異調音節的共振峰穩定性較好（見圖2）。

②同聲同韻異調音節的共振峰在韻頭部分具有較好的個體穩定性，可以用來進行檢驗；即使有些個體的高頻（約4 000Hz范圍以上）穩定性較差，其中低頻韻頭部分仍有較好的個體穩定性。

③上聲的個體表現不盡相同。有些個體的上聲表現充分，而有些個體的上聲表現不充分，具有較強的個體特點。

④對于上聲表現充分的音節，由于嘎裂聲發聲態的影響，嘎裂聲處共振峰能量的衰減會造成共振峰動態軌跡改變的假象，而其前后共振峰頻率依然有很強的可比性；上聲的嘎裂聲表現不充分的音節，其整個單元音韻母的共振峰頻率與其它同聲同韻異調音節共振峰頻率的可比性強（見圖1中［ti］、［t奕］、［t揶‘y］等）。

（2）陽平單元音韻母的共振峰與上聲單元音韻母非嘎裂聲處的共振峰頻率可比性強，陰平單元音韻母與去聲單元音韻母前半部分共振峰頻率的可比性強（見圖1）。

圖1 常見單元音韻母［a i奕u y尥尢］的同聲同韻異調音節的寬帶語圖（自左往右依次為陰平、陽平、上聲、去聲）

圖2 ［ta］的陰平、陽平、上聲、去聲

（3）隨著開口度由大到小，［a、奕、i］的穩定性存在由弱到強的趨勢，從［a、奕、i］同聲同韻異調音節間共振峰的穩定程度的變化見圖1。

（4）［y、u］同聲同韻異調音節共振峰的穩定性整體上弱于［i、奕、a］，［tu］、［t揶‘y］與［ta］、［t奕］、［ti］同聲同韻異調音節的寬帶語圖見圖1。

（5）［尢］同聲同韻異調音節間韻母共振峰（尤其是F3）的穩定性要強于［尥］韻母共振峰的穩定性。

（6）單元音韻母的同聲同韻異調音節間韻母共振峰的相對強弱往往會受到聲調的影響（見圖3～4），如不同聲調同聲同韻音節共振峰的相對強度存在明顯差異的話，陽平與上聲之間、陰平與去聲之間韻腹共振峰的相對強度具有較好的一致性。

圖3 ［a］（上）、［pa］（下）同聲同韻異調音節韻母共振峰的相對峰強（LPC譜圖）

圖4 ［a］同聲同韻異調音節韻母共振峰的相對峰強（LPC譜圖）

2.1.2 復韻母同聲同韻異調音節的共振峰特性

（1）復韻母的同聲同韻音節也是同調的可比性強于異調。

（2）不同個體正常語速的上聲表現不盡相同，具有較強的個體特點。

（3）表現充分的上聲嘎裂聲對復韻母影響不盡相同。對于前響二合元音［ai、ao、ou、ei］，上聲嘎裂聲的影響主要體現在前響元音上；對于后響二合元音［ia、ie、ua、uo、ye］，上聲嘎裂聲的影響主要體現在后響元音上；對于中響復韻母［iau、uai、iou、uei］，上聲嘎裂聲的影響主要體現在中響元音上。

（4）對于上聲表現不充分的復韻母，其不同聲調間共振峰的可比性較強（見圖5），比對時，對不同聲調的音節進行時長歸一后，其可比性會明顯提高（見圖6）；對于上聲表現充分的韻母，其與其他聲調音節共振峰的可比性較差，但因上聲的嘎裂聲部分主要影響共振峰的能量分布[3]，人為排除嘎裂聲部分的影響后，其與其他聲調音節的可比性也會明顯提高。

圖5 ［p‘ai］陰平、陽平、上聲、去聲（自左至右）的寬帶語圖

圖6 ［p‘ai］陰平、陽平、上聲、去聲音節時長歸一后的寬帶語圖

（5）部分個體前響二合韻母、三合韻母去聲音節的韻尾與陰平、陽平、上聲的韻尾易出現差異，具體表現為：韻尾某些共振峰的頻率值（主要是F1與F2）低于或高于陰平、陽平、上聲音節的共振峰頻率（見圖7）。

圖7 ［ai］平、陽平、上聲、去聲（自左至右）的寬帶語圖

（6）后響二合元音去聲音節韻尾與其他聲調韻尾的差異一般要小于其他復合元音。這是因為后響二合元音的響元音在韻尾，無論認真發音還是隨便發音，其共振峰的動程都不大受影響[4]。

（7）無論是復韻母，只要其共振峰動態變化（動程）越小，其不同聲調間共振峰的可比性就要越好（見圖8）。

圖8 ［ei（上）、pan（下）］陰平、陽平、上聲、去聲（自左至右）的寬帶語圖

（8）復韻母同聲同韻異調音節間韻母共振峰的相對強弱也往往會受到聲調的影響（見圖9~10），如果不同聲調同聲同韻音節共振峰的相對強度存在明顯差異，則陽平與上聲之間、陰平與去聲之間韻腹共振峰的相對強度具有較好的一致性。

圖9 ［piou］同聲同韻異調音節韻母共振峰的相對峰強比較（LPC譜圖）

圖10 ［ai］同聲同韻異調音節韻母共振峰的相對峰強比較（LPC譜圖）

2.1.3 鼻韻母同聲同韻異調音節的共振峰頻率特性

（1）上聲表現充分的嘎裂聲對鼻韻母共振峰模式的影響主要體現在韻腹與鼻韻尾的過渡處。

（2）對于上聲表現充分的鼻韻母，其非嘎裂聲處的共振峰與其不同聲調音節間對應共振峰部分可比性較強。

（3）有些個體去聲鼻韻尾易脫落（見圖11），這與去聲音節的時長較短，其韻尾發音不到位有關，可用去聲音節與陰平、陽平、上聲的前半部分進行比較。

圖11 ［a耷］陰平、陽平、上聲、去聲（自左至右）的寬帶語圖

（4）鼻韻母同聲同韻異調音節間韻母共振峰的相對強弱也常會受到聲調的影響（見圖12中同聲同韻異調音節的LPC譜圖），如果不同聲調同聲同韻音節共振峰的相對強度存在明顯差異，則陽平與上聲之間、陰平與去聲之間對應口元音共振峰的相對強度具有較好的一致性。

圖12 ［ma耷］同聲同韻異調音節韻母共振峰的相對峰強比較

2.2 同聲同韻異調音節的聲母特性

由于聲母不含聲調信息，即使是濁聲母，其帶音形成的彎頭只是預期性的調音段，彎頭后面才是真正的聲調，即聲調的作用完全由韻母體現[5]。因此，我們推斷同聲同韻異調音節的聲母應該具有較強的個體穩定性與一致性。在實驗中我們也發現確實如此。

2.3 同聲同韻異調音節的過渡音征特性

既然同聲同韻異調音節的聲母特性及共振峰的韻頭特性均具有較好的穩定性，那么，它們之間的過渡音征也應該具有較好的個體穩定性。實驗中也發現確實如此。

3 討論

（1）聲調是被聲帶振動的聲源系統調解的，聲母、韻母的音質是由聲道傳輸系統決定的，這兩個系統雖然相對獨立，但它們又是相互有聯系的，不同的聲調會對同聲同韻音節的共振峰模式產生一些影響，這種影響也因聲調的差異而有所不同。有些個體（主要是男性）同聲同韻異調音節的共振峰有時會在高頻（大約4 000Hz）以上較弱共振峰上表現出一些頻率上的差異，這可能與個人發音習慣、基頻的高低、語音的響亮度等有關，所以應盡可能找同調音節進行比對。具體案件中還可以通過檢材或樣本中同聲同韻異調音節高頻共振峰的穩定性來確定其參考價值。

（2）陽平音節韻母與上聲音節韻母非嘎裂聲處的部分對應共振峰頻率的可比性強，陰平音節韻母與去聲音節韻母的前半部分對應共振峰頻率的可比性強；同時，陽平音節韻母與上聲音節韻母的韻腹、陰平音節韻母與去聲音節韻母的韻腹之間共振峰的相對峰強相近，這可能主要與其調型與調值的部分接近或相似有關。實驗語音學研究表明，陽平與陰平在調型上實際均為前降后升的降升調，只不過陽平的降升轉折處靠前，降幅較小，上聲的轉折處更靠后，降幅較大[6-7]（見圖13）。同時，當上聲的嘎裂聲表現不充分時，兩者更為接近，因此其共振峰模式也更具可比性；陰平與陽平的調型雖然明顯不同，但其初始調值均為5，也導致了二者韻母前半部分共振峰的相近性與可比性。

圖13 北京話聲調曲線[5]

（3）隨著開口度由大到小，［a、奕、i］共振峰的穩定性由弱到強，這很可能因為開口度越小，發音時調音器官的變化范圍也會越小以及開口度大也更容易被鼻化等因素有關；［y、u］共振峰的穩定性整體上弱于［i、奕、a］，很可能與圓唇程度易于變化有關；［尢］共振峰（尤其是F3）的穩定性要強于［尥］韻母共振峰的穩定性，主要與［尥］韻母的卷舌程度會影響F3有關。

（4）由于漢語不同方言（語言）間不同調類的調型、調值、時長比例各不相同，連續語流中也存在豐富多樣的連續變調，同一方言（語言）內部，不同個體不同聲調的時長比例也可能具有個體特點[7]，所以在具體應用時需要具體分析同聲同韻異調音節聲調的調型及時長關系。其中，時長對同聲同韻異調音節共振峰的影響主要在韻尾，調型、時長相近的同聲同韻異調音節的共振峰應具有較強的可比性。

4 結論

通過該實驗綜合得出以下實驗結論：

（1）同聲同韻同調音節的可比性強于同聲同韻異調音節；同聲同韻異調音節的共振峰模式會存在一定的差異，這種差異既表現在共振峰的能量分布上又表現在共振峰的動態模式上。

（2）同一個體（主要是男性）同聲同韻異調音節有時會在高頻（大約4 000Hz以上）較弱共振峰上表現出一些頻率上的差異。

（3）上聲嘎裂聲的表現具有較強的個體特點。對于上聲表現充分的音節，嘎裂聲前后共振峰依然有很強的可比性；上聲中嘎裂聲表現并不充分的音節，其整個韻母的共振峰與其它同聲同韻異調音節的共振峰可比性較強。

（4）陽平音節韻母共振峰與上聲音節韻母非嘎裂聲處共振峰的可比性強，陰平音節韻母與去聲音節韻母在前半部分共振峰的可比性強。

（5）無論是否復韻母，只要其共振峰動態變化（動程）越小，其不同聲調間的可比性就要越好。

（6）隨著開口度由大到小，［a、奕、i］的穩定存在由弱到強的趨勢；［y、u］共振峰的穩定性整體上弱于［i、奕、a］；［尢］共振峰（尤其是F3）的穩定性要強于［尥］韻母共振峰的穩定性。

（7）對檢材與樣本中出現同聲同韻異調音節，可以通過它們的聲母特性、韻頭特性以及它們之間的過渡音征來進行說話人的同一性檢驗，但要注意不同聲調對韻母共振峰特性造成的差異。

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（本文編輯：施少培）

The Feasibility of Using Syllablesw ith the Same Constant and Vowel but Different Tone in Forensic Voice Identification

YANG Jun-jie
(Institute of Linguistic Science,ShanxiUniversity,Taiyuan 030006,China;Shanxi Police Academy,Taiyuan 030021,China)

Objective To study the feasibility of using syllableswith the same constant and vowel but different tones in forensic voice identification.M ethod The characteristics of the formants of the syllableswith the same constant and vowel but different tones were analyzed with the VS-99 Voice Workstation.Result The formants of Yang Ping syllables are comparable with the formants of Shang Sheng syllables that aren’t in creaky voice,and the formants of Qu Sheng syllables are comparable with the front half part of Yin Ping syllables’formants.Conclusion The summarized regularity could be used as objective bases for applying the syllableswith the same constant and vowel but different tones in forensic voice identification.

syllableswith the same constantand vowel but different tone;voice identification;formant

DF793.2

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2015.02.008

1671-2072-（2015）02-0050-05

2014-09-30

國家社會科學青年基金項目（12CYY015）

楊俊杰（1973—），男，副教授，博士，主要從事聲像資料鑒定、漢語方言學研究。E-mail：545668179@qq.com。