语音开口度对共振峰频率的影响

金阳天 王 虹 欧阳国亮

（文件检验鉴定公安部重点实验室 辽宁 沈阳 110035）

语音开口度对共振峰频率的影响

金阳天 王 虹 欧阳国亮

（文件检验鉴定公安部重点实验室 辽宁 沈阳 110035）

言语受到情绪或环境的影响较大，每个人在不同情绪或不同环境下说话的开口度会有所不同。在声纹鉴定实践中，我们时常会遇到检材语声和样本语声的发音开口度不同情况，同一人在言语开口度不同时，共鸣腔的空间大小和形状也会随之变化。实验选定了普通话6个单元音及二合元音、三合元音为实验材料，用磁带式录音机录下了三位普通话较好的中年男性教师发出大小开口度不同的音。用VS-99语音工作站对选定实验材料的共振峰进行了测量分析研究。

声纹鉴定 开口度 音位

一个人在得意、张狂、嚣张、傲慢时说话往往开口度较大，而在失势、害怕、委屈、理亏时说话往往开口度较小。同一人发同一个词的音，若用不同的开口度来发音，听起来意思相同，但是，所发出的音却有所不同，发音不同，则声纹图谱就不同，主要表现为共振峰值的不同。

在声纹鉴定实践中，我们会遇到检材录音的话者说话开口度较大，而样本录音的话者说话开口度较小的现象。也会遇到完全相反的情况。检材和样本的话者语音开口度基本一致的情况不多。检材和样本的语音开口度不同会导致共振峰值这一重要的声纹特征发生变化。那么，共振峰值与开口度之间到底有怎样的关系，变化程度究竟有多大，掌握这一规律对从事声纹鉴定工作的鉴定人员来说非常重要。

本课题组结合多年实践经验，模拟实验结果和对专门录制的语音样本进行分析研究，对这一现象做了初步探索。

1 实验设备与语音材料

1.1 试验设备

VS-99语音工作站、SONY TCM40录音机、AIWA CM-TM22拾音器。

1.2 语音材料

选择在北京长期学习或工作过的3名大学教师，用不同开口度发6个单元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u]、[ɣ]，前响二合元音[ai]、[ei]、[ao]、[ou]和后响二合元音[ia]、[ie]、[ua]、[uo]、[ya]及三合元音[iao]、[iou]、[uai]、[uei]，各发4遍。

2 实验结果

表1～表4是6个单元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u] [ɣ]开口度不同时的共振峰值统计情况。

表1 大、小开口度时的F1共振峰值表 单位：Hz

表2 大、小开口度时的F2共振峰值表 单位：Hz

表3 大、小开口度时的F3共振峰值表 单位：Hz

（续表3）

表4 大、小开口度时的F4共振峰值表 单位：Hz

3 分析

3.1 单元音

经过对6个单元音[i]、[y]、[a]、[o]、[u]、[ɣ]的F1、F2、F3、F4进行测量，发现开口度的变化导致了发音位置的改变和共振峰值的变化。这些现象可以通过不同大小开口度时的F1和F2的共振峰值表（见表1和表2）和声学元音图（见图1、图2、图3）来观察。发音位置的不同不仅影响F1和F2，而且还影响F3和F4。

对发音位置的变化范围和变化规律初步分析如下。

[i]舌位高而靠前，嘴角外展。此音的开口度差异较大，开口度大时，上下齿间距略大而嘴角外展明显；开口度小时，嘴角不够明显外展，所以开口度大时F1上升，大约有100～200Hz的差距，F2基本持平，有时微微下降，F3、F4均上升。此音节在词首或词尾被强调时，出现的差异较明显，但相近的音，如[ɿ]、[ʅ]却差异不大。

[y]前高元音与[i]的不同点是圆唇音。此音是受开口度影响小的音，最明显的差异是口唇突出程度不同，所以F1、F4基本稳定，开口度小时F2、F3微微变化。

[a]前低元音，不圆唇。开口度大的[a]音时，实际录制时都发了[A]音。这个音出现的开口度的差异最大，共振峰值的差异也最大，主要是F1值，开口度越大F1值越高，差异大的时候有200～300Hz的差异，F2、F3上升有时不明显，F4下降。

[o]后半高，圆唇元音。开口度不同时不仅是齿间距出现差异，而且口唇突出程度、圆唇程度亦有所变化，F1、F2都会出现下降的现象，范围大概在100Hz左右。发音方法不同时也有F1、F2略有上升的情况，F3基本持平，F4略有上升。

[u]舌位高而靠后，且圆唇。受开口度影响较小，通常情况下微微上升或持平，差异较小。如果口唇明显突出，则会出现F2、F3、F4明显上升的现象。

图1 话者A的6个单元音的元音图

图2 话者B的6个单元音的元音图

图3 话者C的6个单元音的元音图

[ɣ]中，半高不圆唇，F1、F3、F4都有上升的情况。但发音方法不同，亦有持平的情况，F2基本持平，也有略微上升的情况。

3.2 复元音

复元音与单元音不同，在发音时口腔和舌发生连续的变化，有一个从一个音素滑向第二，甚至第三个音素的动程，可在动程中找到对应的音素。

3.2.1 二合元音

二合元音主要有前响二合元音[ai]、[ei]、[ao]、[ou]和后响二合元音[ia]、[ie]、[ua]、[uo]、[ya]等。二合元音中受开口度大小影响较大的是处在起始位置的[a]和[i]。[ai]中大开口度时，起始音[a]的F1上升，F2稍微降低，F3明显升高，F4下降，但处在结尾弱势中的目标元音[i]没有明显影响（见图4、图5）；[ai]中大开口度时，起始音[i]的F1上升，F2稍微降低，F3、F4升高，目标元音[a]受的影响较小，但还是有所反映（见图6、图7）。[e]、[o]、[u]等音素在二合元音中基本稳定。

图4 大开口度时的[ai]

图5 小开口度时的[ai]

图6 大开口度时的[ia]

图7 小开口度时的[ia]

3.2.2 三合元音

普通话的三合元音有 4个[iao]、[iou]、[uai]、[uei]。在开口度不同时三合元音与二合元音是有区别的，三合元音最响亮的音素位于中间，开头和结尾的音素相对较弱，并且音素也比较短，所以受开口度的影响较小。特别是以最响亮音素为中心的音节内过渡音征十分稳定。但是，[i]开头的三合元音音节被刻意强调而发重音时，音素[i]会出现一些变化（见图8和图9）。

图8 大开口度时的[iao]

图9 小开口度时的[iao]

这些单元音和复元音在与声母结合时会出现更复杂的情况，本文暂不讨论。具体问题需要根据实际情况判断，必要时，要做充分的实验，根据实验结果来确定。

4 结论

（1）开口度大小不同时，大部分共振峰值都有升高或降低的现象出现。开口度大时，[i]、[a]的变化比较明显，[u]只有在口唇向前突出较明显时才会出现共振峰值的变化。

（2） 单元音[y]、[o]、[ɣ]和二合元音[ei]、[ao]、[ou]、[ie]、[uo]及三合元音[iao]、[iou]、[uai]、[uei]的差异较小，鉴定中尽可能多选这些稳定的音节词。

（3）开口度不同时发音位置发生变化，所以在听辩时要注意发现舌位的不同，会有助于对共振峰差异的解释。

（4）一般情况下，开口度大时，音强亦强，开口度小时，音强较弱，高次共振峰显现不明显，比对时，要充分考虑。

（5）有些话者的相同词发音中的某些音不仅仅是开口度不同，而是发出了完全不同的音，这在语流中是常见的不能把不同音作为相同音来比对，以免做出错误结论。

（6）有些复元音中，能在动程中可以找到相对应的音。大开口度音节在双唇收拢的过程中的某一段动程会与小开口度时的某一段动程一致的音位对应点出现，如果检材与样本的声音是同一人所发，那么在这个动程内会出现很好的符合点。反之，则会发现明显的差异点。

总之，声纹鉴定的检材和样本的语音材料，由于录制时的客观环境状况各有不同、话者的心态不同、情绪不同，多多少少都存在差异现象，如果我们不理解这些差异的本质规律，就无法做出正确鉴定结论。我们必须通过对各种差异现象的不断的研究，才能够认识这些差异出现的规律，才能够掌握这些差异的本质，才能灵活运用到鉴定过程中来。案件是不会重复的，每一个案件都会给我们出新的难题。遇到新问题的时候，都需要冷静判断，认真实验，找出其规律，运用到鉴定中，做出正确结论。

吴宗济，林茂灿．实验语音学概要[M]．北京：高等教育出版社，1998.

（责任编辑：于 萍）

DF79

A

2014-5-1

文件检验鉴定公安部重点实验室（中国刑事警察学院）资助课题（编号12ZZHT05）。

金阳天（1956-），男，辽宁清原人，中国刑警学院文件检验技术系高级实验师，主要从事声文鉴定研究。