Sona-Match软件在言语构音障碍生理矫正中的应用*

方华萍 李永宏 张金爽

(西北民族大学 中国民族语言文字信息技术重点实验室 甘肃 兰州 730030)

1 引言

构音障碍是指因与言语表达有关的神经-肌肉系统的器质性损害导致发音肌的肌力减弱或瘫痪、肌张力改变、协调不良等，引起字音不准、声韵不均、语流缓慢和节律紊乱等言语障碍[1]。严重患者，表现为言不分音，语不成句，难以听懂，甚至完全不能说话。但临床医学研究发现，构音患者言语表达的内容和语法往往是正常的，对理解他人的语言也无任何困难，而仅仅是口语表达出现了障碍。因此，即使构音障碍或构音异常是构音器官上有可辨识的缺陷所造成的，但只要对构音方法进行适当调整，患者的发音仍有可能恢复正常。

随着科技发展和人类自我认识的深入，言语病理和构音障碍问题已经引起社会足够重视，但是在构音障碍矫正和治疗过程中，往往缺乏科学性和系统性，仅靠教育和培训等经验式方法来对言语患者进行“替代式康复”，或是增加“补丁”。如今，随着声学语音学和生理语音学的发展，很多言语病理学家和语音学家通过对患者发音过程中发音器官运动、气流、韵律、声调、频率、能量等提取声学生理参数和正常人的实际发音进行对比，对患者进行矫正和治疗[2]。

美国KayPENTAX研发的软件Sona-Match，主要针对构音障碍患者发音不准，咬字不清，声响、音调、速度、节律异常和鼻音过重等问题进行分析，为构音患者提供其在言语发音过程中的实时语音频谱、元音音区和共振峰值等方面的声学和生理反馈，通过患者和正常人发音时的参数对比来纠正和治疗发音过程中的各种问题。

2 Sona-Match软件简介

Sona-Match是基于Microsoft Windows系统，运行在Multi-Speech和CSL语音处理软件之上。Sona-Match软件主要利用双窗口界面，并运用线性预测分析（LPC）或快速傅里叶转换（FFT）分析，实时反馈和分析发声者在发音时生理信号和语音的频响情况，来达到言语训练和实时矫正的目的。

2.1 信号采集

使用Sona-Match采集语音信号时，特别要注意麦克风的位置。麦克风应该放置在距离患者嘴巴较近的地方，一般离嘴4-6英寸距离远。这直接关系到信号强度值和信号的获取效果。录音时，最好用程序控制声卡，可以改变信号输入设置，最大幅度降低噪声影响。录音结束后，可以保存成NSP或WAV文件格式。

2.2 声学参数

Sona-Match软件主要针对构音障碍或构音异常的患者来专门设计的软件，特别是针对患者的元音发音的生理与语音情况来进行分析和参数设置的。因为，从生理学角度分析，发元音时，气流通过口腔不受任何阻碍，气流较强、声带颤动、发音器官的各部分保持均衡紧张，因而发出的音自然响亮；从发音时器官肌肉协调过程看，我们每发一个音时，发音器官的肌肉就有一次紧张，其特征为先增强后减弱。由于大多数音节从辅音开始，因此发辅音时肌肉紧张由弱而强，突然上升；而元音正是紧跟前面辅音的紧张最高点开始发音，并由此开始渐次减弱，从而在元音上显示高峰，这也说明为什么从听感上我们明显感觉到音节中元音比辅音要响亮、清晰。正因为元音在构音中的特殊地位，所以Sona-Match特别侧重元音测试和元音言语训练矫正。

通过对构音障碍患者的调查研究，发现构音障碍形成的原因很多，生理表现也不一致。其根本原因是患者在构音过程中，构音部位发生错误或呼出的气流或速度不准确，甚至整个构音动作不协调，以致语音发声错误。其中元音障碍的一致性非常高，即元音弱化。元音弱化与普通话元音发音走极端位置的性质相悖，因而难以形成各元音间的区别特征，障碍也由此而生。Sona-Match软件可以提取持续元音第一共振峰（F1）、第二共振峰（F2）参数，并与患者实际发音所提取的语音参数进行对比。

3 Sona-Match工作原理和语音研究

作为目前广泛应用于构音障碍言语矫正和治疗的Sona-Match软件来说，它的最大工作重点和特色就在于它在语音检测过程中所展示的四种工作模式，元音频率响应模式（LPC）、元音图表模式（F1、F2）、咝音语图模式（FFT）、歌唱反馈模式四种。下面将从这四种模式来进行考察和语音研究，并分析得出构音障碍患者在言语矫正中应该掌握的方法与对策。发音人类别可设置为：成年男性、成年女性或儿童。在模式分析之前，需要先对语音信号进行预处理，即滤波、高频提升、分帧和加窗处理[4]。

3.1 元音频率响应模式

Sona-Match软件可用语音信号进行LPC分析。首先对语音数字信号进行能量的归一化处理以提高分析的稳定性，然后进行预加重以提升高频部分，最后对语音信号进行分帧加窗，提取语音信号的LPC系数，进行共振峰的实时显示。

共振峰是元音声学特性的表现，我们所听到的元音音色则是听觉的感知结果。声道特性因人而异，因而共振峰的变化范围比较大。而Sona-Match在频率反馈模式中，针对不同发音人（成年男性、成年女性、儿童）在发声过程中对其声道面积的大小做平均计算。元音频率响应反馈模式主要是利用声源滤波模式对前喉腔进行过滤。窗口中实时显示共振峰的频率和振幅，每个峰值都显示出共振峰的频率最高值和能量最大值。见图1，X轴为频率，Y轴为振幅。

在对构音患者言语矫正治疗中，患者的语音信号可以实时显示在窗口中，与软件的标准模式参数进行对比。特别是由于生理器官运动停滞引起的运动性构音障碍的患者而言，在发音时舌唇运动能力不足、运动异常、节奏过快/慢等，频率响应反馈模式提供了衡量言语清晰度的重要指标，对构音和言语训练非常重要。

3.2 元音图表模式

在元音语音分析中，元音音色的不同主要是由于共振峰频率的不同，在频谱中表现为共振峰位置的不同。其中F1、F2值最为重要，其共振峰频率基本上可以确定一个元音的音色。共振峰的频率取决于声腔的腔体大小差异，其中F1和F2的值与发音器官中的舌位位置密切相关。F1值取决于舌位的高低，舌位高，F1值就低；舌位低，F1值就高；而F2的值取决于舌位的前后，舌位靠前，F2就高，舌位越后，F2就低[3]。

元音舌位图表现了绝大多数语言的舌面元音发音位置。如果发目标元音时严重偏离了原发音部位，就会产生元音发音错误，导致交际障碍。普通话的舌面元音多分布于前高、前低、后高、后低等极端位置，因而发音时舌位的动程大，区别性特征就更加明显。但对于构音障碍的患者来说，最大的问题在于元音弱化。例如图2所示，构音障碍患者/i/的元音图。

从图中可以看出，患者的实际发音和标准元音舌位音区相比，舌位偏高，说明患者的F1值偏低，后腔过于增大。在Sona-Match临床运用中发现，元音弱化主要集中表现在元音央化，即患者在发音过程中舌位严重偏离了原位置而向舌中部集中发音，结果使所有元音均“向着元音三角的中央位置移动”，造成音段性质的改变，听感上元音清晰度降低。

图3中，显示的是Sona-Match软件在分析患者元音发音中出现的构音问题。其中A图，是患者将/i/发成/ε/，/ε/发成//，这说明患者降低舌位发音，即将高元音发成低元音；B图中，是患者将/ε/发成/e/，a/发成/ε/，这说明患者抬高舌位发音，即将低元音发成高元音；C图中，是患者将/y/发成/ /，/A/发成/ɑ/，这说明患者后缩舌位发音，将前元音发成央元音，甚至偏后靠；D图中，是患者将/ɑ/发成/A/，//发成/ε/或/E/或/a/音，说明患者前伸舌头发音，将后元音发成央元音甚至更靠前。

3.3 咝音语图模式

Sona-Match软件主要采用按频率抽取的FFT算法来进行语图计算。在咝音语图模式中，所展示的是语音的特定的声谱特征，主要用于言语训练、咝音训练和其他类似应用。Sona-Match中所指的咝音，主要是指塞音、擦音和塞擦音。从辅音声母的发音部位分析出发，主要分以下三类：

（1）舌尖前音（z、c、s）

临床表现为舌麻痹。舌尖前音是由舌尖抵住或接近齿背阻碍气流而形成，而构音患者由于Ⅻ脑神经损害导致其支配的舌肌瘫痪，使得患者往往感觉舌运动迟缓，甚至不能运动，舌位于口腔底端，导致不能发舌音。Sona-Match的FFT分析窗口根据患者的实际发音的频谱能量与标准参数进行对比，来分析患者发舌尖前音时舌位和齿背之间的关系以及气流量控制的大小。图4为/s/音的语图模式。

（2）双唇音（b、p、m）

临床表现为口唇麻痹。双唇音是由上唇和下唇阻塞气流而形成的，而构音患者由于Ⅶ脑神经损害引起唇部肌肉的瘫痪和无力，导致患者在发唇音和唇齿音/f/时含糊不清。Sona-Match中的FFT分析窗口，根据实际发音和标准参数曲线来分析患者在口唇部肌运动的确切部位和口唇、唇齿之间的关系。

（3）舌面后音（g、k、h）

临床表现为软腭及咽喉肌麻痹。舌面后音是由舌面后部抵住或接近软腭阻碍气流而形成，又称“舌根音”。而构音患者因Ⅸ、Ⅹ脑神经所支配的咽肌—软腭无力或瘫痪，导致其发/g/、/k/、/h/时特别困难。FFT窗口可以显示和分析出患者在发舌面后音时，舌根跟软腭应该接触的位置和气流的阻碍方式。

3.4 歌唱反馈模式

Sona-Match软件中所显示的歌唱反馈模式，是用于显示构音患者在唱歌时的低频鸣响声音波形图，频率一般控制在500-800Hz之间。通过Sona-Match来显示歌唱反馈模式，主要把握F1和F2频率。因为低共振峰F1增强歌唱时嗓音的深度及共鸣；而高共振峰F2决定着嗓音的光彩度。根据患者在歌唱反馈模式中的显示，分析和对比共振峰频率的差值来矫正。同时，对于歌唱模式，还要注意喉腔和声带的调节，因为歌手共振峰产生于喉，更严格来说是产生于声带本体上方到喉口的这一垂直距离约2.3cm的空腔内，使喉腔形成一个与口、咽腔相分离的独立的共鸣腔。由于构音障碍患者生理器官的缺陷和发音器官中气流运动的较难把握，所以，相对而言，歌唱矫正难度较高，需要长期的歌唱训练。根据患者在歌唱反馈模式中的显示（见图5），分析和对比共振峰频率的差值来矫正。

4 结束语

Sona-Match主要通过持续元音的发音，来实时反映构音障碍患者的发音情况，针对患者发音过程中出现的问题进行语音学分析与考察。Sona-Match主要用于言语患者临床诊断和构音矫正治疗，方便快捷，而且可以根据患者构音问题的严重层次来进行语音参数的设置与比较。同时，Sona-Match根据年龄和性别的不同，可以分别设置不同的参数作为标准来测试分析，以方便言语患者矫正和治疗中更有针对性。

本文通过Sona-Match对构音障碍矫正和治疗做了初步的分析和探讨。由于言语发音的复杂性和多样性，构音障碍的形成原因的差异性，不仅涉及实验语音学共振峰、基频等一些基本参数，而且和认知语音学、心理语音学以及情感语音学等相关联。这些问题都的深入研究，可以为言语构音、构音障碍、构音差异患者，包括其他失语、口吃、嗓音障碍、语流障碍、唇腭裂等矫正和治疗起到一定的辅助作用。

[1] 马红英，昝飞，构音障碍儿童的元音偏误分析[J].国特殊教育，2004.9

[2] 李永宏，于洪志，孔江平，现代语音学仪器及生理语音学研究[J].生命科学仪器, 2008.6

[3] 林焘，王理嘉，语音学教程[M].北京:北京大学出版社，2009

[4] 韩纪庆，张磊，郑铁然.语音信号处理[M].北京:清华大学出版社，2010