異聲同韻音節共振峰特性的可比性探究

楊俊杰，賈麗文，陳紅艷

（1.山西警察學院，山西 太原030021；2.山西大學語言科學研究所，山西 太原030006；3.中央軍委政法委偵察技術中心，北京100120）

鑒定科學ResearchPaper

異聲同韻音節共振峰特性的可比性探究

楊俊杰1，2，賈麗文1，陳紅艷3

（1.山西警察學院，山西 太原030021；2.山西大學語言科學研究所，山西 太原030006；3.中央軍委政法委偵察技術中心，北京100120）

目的 探究通過異聲同韻音節進行語音同一性檢驗的可行性。方法 利用VS－99計算機語音工作站對異聲同韻音節的共振峰等特性進行定性與定量分析。結果 得出在語音同一性檢驗中，異聲同韻音節具有一定的可比性，但首先應選用異聲同韻同調音節，其次再選用異聲同韻異調音節進行比對；異聲同韻音節進行共振峰比較時宜在發音部位相同或相近的音節間進行；選用異聲同韻音節時應選用韻母中部共振峰進行比對等一些規律性認識。結論 為利用異聲同韻音節進行語音同一性檢驗提供了客觀依據。

語音同一性檢驗；異聲同韻音節；共振峰特性

語音同一性檢驗中，最理想的特征音段是處在相同語段當中的音段，其次是孤立的詞組或音節、句首音節［1］，即語境、聲韻調完全相同的音節。此外，同聲同韻異調音節也具有一定的可比性［2］。但司法實踐中，尤其是在方言與普通話之間進行語音同一性檢驗時，常會遇到樣本中找不到滿足以上條件的足夠音段來進行比對且又無法補充理想樣本的情況。因此，尚需要發掘其他可用特征音段。根據漢語的音節結構，同聲同韻音節之后的就是聲母或韻母不同的音節。

首先，同聲異韻音節中，聲母的音質受韻母影響大，相同聲母不宜作為個人同一認定的音段。

其次，漢語的聲韻結構中韻母雖然是音節的核心，但由于協同發音作用，韻母的音質和共振峰也受聲母的影響。

當錄音檢材與樣本中找不到足夠的相同音節或同聲同韻異調音節時，能否利用異聲同韻音節的共振峰進行語音同一性檢驗呢？如果可以聲調又有何影響？為此，本文進行了實驗探究。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

VS-99計算機語圖儀、Excel軟件、麥克風。

1.2 聲樣內容及發音人

為充分考察異聲同韻音節的可比性，根據漢語聲韻母特點，本文設計了漢語常見音節陰平、陽平、上聲、去聲進行考察。發音人為兩名漢語言文字學研究生，正常發音3遍。

1.3 實驗參數

錄音參數：采樣率11kHz，16位，單聲道；寬帶語圖分析參數：哈明窗，男性帶寬為300，女性帶寬一般為400；LPC分析參數：運算點數512，幀長20 ms，分析階數12～14。

2 內容與結果

2.1 常見單元音韻母

（1）異聲同韻同調音節過渡音征后韻母共振峰的可比性要明顯好于異聲同韻異調音節過渡音征后韻母共振峰的可比性。異聲同韻異調音節間宜選用韻母中部進行共振峰比對，但語氣過強的去聲音節的共振峰與陰平、陽平音節的共振峰差異較大。異聲同韻音節由于聲調的不同，會在共振峰動態模式上存在一定的差異，這種差異即表現在共振峰能量的分布上又表現在共振峰動態模式上。尤其是由于嘎裂聲發聲態的影響，上聲音節共振峰中間能量的衰減會造成共振峰動態軌跡改變的假象。

（2）某些異聲同韻音節間的共振峰模式差異較大。整體來看，各個單韻母異聲同韻音節間共振峰的最大變異幾乎都超過了語音同一性檢驗中所依據的個體變異參考范圍（表1，最后一行數據），這說明語音同一性檢驗中并不是任意的異聲同韻音節都具有可比性。

（3）異聲同韻音節間，聲母發音部位是影響韻母共振峰的主要因素，而發音方法是次要因素（見圖1～3中，各階共振峰隨著聲母發音部位改變明顯）。

（4）整體上，雙唇→唇齒→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，發音部位間隔越遠的異聲同韻音節，其共振峰模式的差異往往越大，所以異聲同韻音節間進行共振峰比較時，宜在發音部位相同或相近的音節間進行（圖1～3）。同時，舌根聲母后單韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發音部位的聲母后單韻母的共振峰模式易出現顯著差異（見圖1-A yjj中的［ka k‘a ?a xa］與［］之前音節在F4、F5上的差異；圖2-A yjj中的［kk‘?x］與之前音節在F5上的差異；圖3中的［ki k‘i ?i xi］與［?i］之前音節在F3或F4或F5上的差異）。發音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調音節過渡音征后的寬帶語圖具有較強的可比性。

（5）單韻母的零聲母音節與發音部位靠前的異聲同韻音節共振峰的可比性較強（圖1～3）。

（6）送氣清塞音、送氣清塞擦音與不送氣清塞音、不送氣清塞擦音、擦音的同部位異聲同韻音節的過渡音征一般存在明顯差異，具體表現為送氣清塞音、送氣清塞擦音后的過渡音征表現多不明顯，韻母共振峰的起端基本多為平起。這是由于送氣清塞音、送氣清塞擦音的音征體現在送氣亂紋的強頻區中，等到元音開始出現時音征一般已經結束，但同部位異聲同韻音節中間部分的共振峰還是具有較強的可比性。

（7）同部位異聲［a］韻母音節過渡音征后韻母的寬帶語圖具有一定可比性。但有的個體［a］音質的穩定性較差，即使在個別同部位的異聲同韻同調音節間，個別個體［a］的個別共振峰的動態走向存在多樣性；同時，個別共振峰的變異范圍過大，有的甚至達到37%（見表1中［a］韻母［t‘、t、n、l］同部位的異聲同韻同調音節F1的MD%），這與［a］易被鼻化造成F1的誤測有關，在比對時一定要通過聽辨仔細審聽是否相同音質的韻母；同調音節間的韻母穩定性差，其韻母的語圖有些與［tsa ts‘a sa za］相近有些與［ka k‘a ?a xa］相近，很可能與卷舌聲母的影響有關。

表1 yjj普通話單元音韻母相同發音部位的異聲同韻同調（陰平）音節共振峰頻率變異統計表

圖1 ［a］韻母異聲同韻音節各階共振峰動態分布

圖2 ［］韻母異聲同韻音節各階共振峰動態分布

圖3 韻母［i］異聲同韻音節各階共振峰動態分布

（8）同部位異聲［i］韻母音節過渡音征后韻母的寬帶語圖均具有很強的可比性，其共振峰的變異范圍除了F3外基本符合個體變異范圍。但gxr的［?i］與其同部位異聲同韻音節的共振峰頻率差異較大，具體表現在 F2、F3、F4均有不同程度的提高，F1上（700Hz附近）還有一個鼻音峰，很可能與鼻化有關（圖4）。

圖4 ［?i55］與［t?‘i55］寬帶語圖及韻母中部的光標間LPC譜

（10）同部位異聲［u］韻母音節過渡音征后韻母的寬帶語圖的可比性差（見表1中［u］的缺失數據），并主要表現在F3、F4上，特別是 ［mu、nu、?u］與其他同部位異聲同韻音節共振峰的差異更大。

（11）同部位異聲［y］韻母音節過渡音征后韻母的寬帶語圖的可比性較強，并且其共振峰穩定性也較強。

（12）同部位清、濁聲母后的整個韻母具有很強的可比性。

（14）［ts?、ts‘?、s?、z?］、［t??、t?‘?、??、??］異聲同韻音節間韻母共振峰的穩定性均較強，其中［ts?、ts‘?、s?、z?］韻母共振峰的穩定性要強于［t??、t?‘?、??、??］韻母共振峰的穩定性，主要與［?］韻母的卷舌程度會影響F3有關。

異聲同韻同調間有時F3差異也較大，主要是由于發聲時舌尖上抬程度不同的緣故。因此，在選擇比對音節時首先要仔細聽辨選擇音位上一致的音節（尤其是韻母）來進行比較。

（15）5 000Hz范圍內，女性同部位異聲同韻音節共振峰穩定性較好；4 000Hz范圍內，男性同部位異聲同韻音節穩定性較好。這主要是由于女性共振峰頻率整體要高于男性共振峰頻率。

（16）聲母摩擦強弱的不同會造成異聲同韻同調音節共振峰的相對強弱存在較大差異。

2.2 常見復韻母與鼻韻母

本文還對常見復韻母及鼻韻母異聲同韻音節的寬帶語圖進行了定性比較，發現：（1）復合元音的異聲同韻音節也是同調的可比性強于異調；（2）發音部位相同或相近的不同聲母對其后復韻母與鼻韻母共振峰模式的影響與單韻母相似，異聲同韻音節韻母的中后部具有較強的可比性；（3）雖然［u、y］韻母的穩定性差，但在［u、y］為首個音素的復合韻母中，［u、y］后的韻母部分卻具有較強穩定性與可比性。

3 分析與討論

（1）異聲同韻同調音節過渡音征后韻母共振峰的可比性要明顯好于異聲同韻異調音節過渡音征后韻母共振峰的可比性，這說明聲、韻、調系統雖然相對獨立，但又彼此緊密聯系，在語音同一性檢驗時要盡可能選擇聲調相同的相關音節進行比對檢驗。

（2）整體上，從雙唇→唇齒→舌尖前→舌尖中→舌尖后→舌面前→舌面中→舌根，發音部位間隔越遠的異聲同韻音節，其共振峰模式的差異往往會越大。聲母發音部位間隔較遠的異聲同韻音節間共振峰的變異幾乎都超過了語音同一性檢驗中所依據的個體變異參考范圍，所以異聲同韻音節進行共振峰比較時宜在發音部位相同或相近的音節間進行。同時，舌根聲母后單元音韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發音部位的聲母后單元音韻母的共振峰模式易出現顯著差異，而發音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調音節韻頭后的寬帶語圖具有一定的可比性，但鼻音聲母對其后韻母的鼻化作用較強，與同部位非鼻音聲母后相同韻母的差異較大，比對時在確認鼻輔音對其后韻母沒有明顯鼻化的情況下可以考慮與同部位非鼻音異聲同韻音節進行比對。

（4）在各個單元音韻母的異聲同韻音節中F3的變化一般較大，主要是因為元音的第三共振峰與多個特征相關聯，其生理學基礎比F1和第F2更加復雜。最常見的是圓唇性（roundedness）和卷舌性（兒化）（rhoticity，“r-coloredness”），其他特征一定時，圓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響元音的F3，例如鼻化元音的第三共振峰減弱甚至消失［4］。

（5）［t?、t?‘、?、?］的同韻音節韻母的穩定性較差，個體變異范圍較大，并且集中表現在F3上。其中韻母為［a、］時既與聲母卷舌的同化作用有關，又與韻母自身的穩定性較弱有關。至于［t??、t?‘?、??、??］韻母共振峰的穩定性不及［ts?、ts‘?、s?、z?］韻母共振峰的穩定性強，則主要是由于韻母自身卷舌的緣故，發聲時易出現舌尖上抬程度不同的情形。

（6）實驗中發現，多數鼻聲母后韻母的共振峰與同部位異聲同韻韻母共振峰出現共振峰走向或共振峰頻率變異范圍過大的現象，這很可能與鼻聲母對其后韻母的鼻化作用有關，如排除鼻聲母，其他同部位異聲同韻音節韻母共振峰的可比性則會明顯改善。例如，gxr語音超出個體變異范圍的個數從16個減少到7個，但對yjj語音這一點并不明顯，這說明鼻化作用具有一定的個體差異性。

（7）同部位異聲［u］韻母音節過渡音征后韻母寬帶語圖的可比性差，除了鼻聲母的鼻化作用外，這很可能與發［u］時的圓唇、開口度小有關。因為圓唇會影響F2，同時［u］的F2較低，距離F1又近，因此常出現F1與F2合并的情況；另外，圓唇還會影響F3，正是由于同一人發韻母為［u］的音節時圓唇程度存在差異，才導致［u］韻母共振峰的穩定性差。另外，相近發音部位后［u］的共振峰差異有時也會較大，這是因為［u］前面聲母發音部位的不同易引起其后［u］音質的同化，如［f、v］后的［u］實為［υ］。在方言調查資料中，由于音位歸納的多樣性，方言記音資料及漢語拼音國際音標中，往往是寬式與嚴式相結合的。再加上實際語音中同一音位具有多種條件變體，雖然諸如［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等聲母后的［u］與［f、v］后的［u］從語言描寫的角度記成了一樣，但實際上［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］等聲母后的［u］與［f、v］后的［υ］是有區別的。因此，在語音同一性檢驗中，［p、p‘、m、t、t‘、n、l、k、k‘、x］后的［u］與［f、v］后的［υ］實際是沒有可比性的。這在方言與普通話之間進行話者識別時要格外注意，不能根據方言與普通話中的記音符號一致就把兩者進行比對，還是要結合其實際音質來判斷是否具有可比性。

（8）現有語音同一性檢驗理論認為發音部位和發音方法都不相同的異聲同韻音節一般不能作為比對音段。從本文實驗來看，盡管聲母的發音部位和發音方法均會不同程度對相同韻母的共振峰造成一定的影響，但這種影響更多情況下體現在前音渡，在韻母中部還是會在一定程度上體現出個體的音質特性，在比對語音有限的情況下可以酌情使用。

（9）［u、y］韻母的穩定性較差，但在［u、y］為首個音素的復合韻母中，［u、y］后的韻母部分卻具有較強穩定性與可比性。對于［u、y］為介音的韻母，這與介音的地位有關。因為介音的時長極短，只起一個過渡作用，并不影響其后韻母部分的穩定性；對于［uo、ye］等韻母，［u、y］雖不是介音，但不是響元音，只是起一個過渡作用，也并不影響其后響元音部分的穩定性。

（10）異聲同調［ia］、［ua］中［a］的F1的穩定性強于［ie］、［ye］中［e］的F1的穩定性。這很可能是因為發音人有鼻化作用，而鼻化作用對峰值較高的［a］的F1影響小，對峰值較低的［e］的F1影響大的緣故。而異聲同調［ia］、［ua］中［a］的F2、F3的穩定性弱于［ie］、［ye］中［e］的F2、F3的穩定性。這很可能與［a］的開口度較大，變異性較大有關。

（11）異聲同調［ua］、［ia］音節中［a］的高頻共振峰的穩定性不如異聲同調中［ie］、［ye］音節中［e］的高頻共振峰的穩定性強。這也許與多條共振峰在一定范圍內的密集分布有關。當一定范圍內密集分布多條共振峰時，定量測量的數據易因個體語音的變異（尤其是峰間強度）、背景噪音的干擾等出現變異較大的情況。例如，本實驗中［a］在2000－4500Hz范圍內分布著3條共振峰，則共振峰定量測量數據容易出現變異較大的情況，而［e］的各個共振峰由于間隔較遠，則個體穩定性較好，共振峰定量測量值變異較小。對于［e］這種情況，則要注重定性的觀察與比對，不宜死盯著定量值的差異不放。

4 結論

通過前面的實驗與分析，本文得出以下結論：

（1）在語音同一性檢驗中異聲同韻音節具有一定的可比性。

（2）異聲同韻音節進行共振峰比較時宜在發音部位相同或相近的音節間進行。其中，舌根聲母后單元音韻母的共振峰模式與舌尖后或舌面前之前發音部位的聲母后單元音韻母的共振峰模式易出現顯著差異，而發音部位相近的雙唇音、唇齒音、舌尖前音、舌尖中音的異聲同韻同調音節韻頭后的寬帶語圖具有較強的可比性，但鼻音聲母對其后韻母的鼻化作用較強，與同部位非鼻音聲母后相同韻母的差異較大，比對時在確認鼻輔音對其后韻母沒有明顯鼻化的情況下可以考慮與同部位非鼻音異聲同韻音節進行比對。

（3）選用異聲同韻音節時應首選異聲同韻同調音節，其次再選用異聲同韻異調音節進行比對。

（4）選用異聲同韻音節時應選用韻母中部共振峰進行比對。

（6）多數鼻聲母后韻母的共振峰與同部位異聲同韻的韻母共振峰會出現共振峰走向或共振峰頻率變異范圍過大的現象，實踐中要根據鼻聲母對其后的韻母是否有明顯鼻化區別對待。

[1]王英利.聲紋鑒定技術[M].北京：群眾出版社，2013：208.

[2]楊俊杰.語音同一性鑒定中同聲同韻異調音節的可比性探究[J].中國司法鑒定，2015，（2）：67-71.

[3]金陽天.淺談開口度對聲紋鑒定的影響[C].第七屆中國語音學學術會議暨語音學前沿問題國際論壇，2006.

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

（本文編輯：盧啟萌）

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年度國家社會科學青年基金項目（12CYY015）

楊俊杰（1973—）男，副教授，博士，碩士研究生導師，主要從事聲像資料鑒定、漢語方言學研究。

E-mail：545668179@qq.com。