正常、大聲說話兩種狀態(tài)下語音的聲學(xué)差異分析

王春蘭

摘 要：文章通過對正常、大聲兩種說話狀態(tài)下的普通話的聲強(qiáng)、基頻、共振峰等聲學(xué)參數(shù)的比對分析，綜合比較了各個參數(shù)的變化規(guī)律，經(jīng)過實驗之后，發(fā)現(xiàn)大聲說話時的語音并不是正常說話時語音的簡單放大，兩者不僅在聲強(qiáng)上存在著差別，同時在頻率域上也發(fā)生了重要的變化。同一人在不同狀態(tài)下發(fā)音時的頻譜特征差異較大，在同種狀態(tài)下發(fā)音時的相似性和可比性比較強(qiáng)，為此，在聲紋鑒定的過程中應(yīng)當(dāng)盡量選取狀態(tài)相同的語音進(jìn)行比對分析。

關(guān)鍵詞：正常說話；大聲說話；聲紋鑒定；聲學(xué)分析

中圖分類號：O42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0007-03

1 聲紋鑒定的優(yōu)勢、法律意義及研究現(xiàn)狀

聲紋鑒定的優(yōu)勢：

聲紋是由聲譜儀顯示出來的、帶有許多言語聲學(xué)信息的語音聲波圖譜的統(tǒng)稱，它是各種反映聲學(xué)特征的圖譜的綜合表現(xiàn)，在語音學(xué)中將其形象地稱為語圖，在刑事科學(xué)技術(shù)和司法鑒定方面，人們比照著指紋把它形象地稱為聲紋[1]，聲紋所具有的兩大特點較為突出且利用價值高，即特定性和相對穩(wěn)定性[2]。當(dāng)前我國的聲紋鑒定技術(shù)逐漸發(fā)展壯大為一門中獨立的學(xué)科，主要應(yīng)用于刑事科學(xué)技術(shù)的偵查以及司法鑒定，對于解決許多傳統(tǒng)刑偵手段無法解決的問題有無可比擬的優(yōu)勢，例如電話作案的電信網(wǎng)絡(luò)詐騙犯罪、鑒定法庭上的錄音證據(jù)的真?zhèn)蔚确矫鎇3]。

在聲紋鑒定技術(shù)的實踐或者偵破案件的過程中一般都會遇到這樣的情況：在檢材錄音的過程中，因為犯罪嫌疑人或者當(dāng)事人當(dāng)時的情緒比較激動，音量提高，有時由于憤怒可能還會喊叫；而嫌疑人或者當(dāng)事人在錄制語音樣本的時，情緒比較低落，說話音量會比較小，又或者情況會恰恰相反，語音檢材中的音量相對正常，語音樣本中的音量卻很大。本文通過實驗研究對比在大聲和正常兩種說話狀態(tài)下，聲紋特征的變化情況。

2 實驗設(shè)計

根據(jù)語音鑒定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實驗以普通話中的四個漢字“辦”、“到”、“我”、“客”為研究對象，通過比對分析發(fā)音人在正常和大聲兩種不同說話狀態(tài)下的發(fā)音，找出聲學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，為在不同的音量狀態(tài)下的語音鑒定提供一定的理論依據(jù)。

2.1 實驗前準(zhǔn)備

設(shè)備、發(fā)音人、錄音內(nèi)容：

實驗需要VS99語音工作站和Praat語音分析軟件。找普通話標(biāo)準(zhǔn)的10個人（五個男生，五個女生），分別在正常與大聲狀態(tài)下說相同的內(nèi)容進(jìn)行錄音。最后選取8個人（四個男生，四個女生）的錄音進(jìn)行剪輯并實驗分析。錄音內(nèi)容為兩句話：“這事我辦不到！”“不要怪我不客氣！”。

2.2 實驗語音材料的處理

語音材料降噪剪輯：

在采樣頻率為44100Hz的情況下，對所錄的實驗語音材料進(jìn)行必要的降噪處理，并將降噪后的實驗語音材料中的“辦”、“到”、“我”、“客”進(jìn)行剪輯。

2.3 實驗分析過程

在以下分析中，B代表男生（Boy），G代表女生（Girl），N代表正常說話（Normal volume ）， L代表大聲說話（Loud volume），在變化的平均數(shù)值中，+代表升高，-代表降低。

2.3.1 聲強(qiáng)（intensity）

實驗中測量了8位發(fā)音人（4位女生，4位男生）在正常和大聲說話時發(fā)“客”、“我”、“辦”、“到”時聲強(qiáng)的平均值，得到結(jié)論是8位發(fā)音人的4個漢字的聲強(qiáng)的平均數(shù)值均隨音量的增加而提高。

2.3.2 基頻（f0）

圖1（a）、（b）、（c）、（d）為分析基頻時的部分實驗截圖，分別代表B2與G1在正常與大聲兩種說話狀態(tài)時發(fā)“我”與“辦”的窄帶語圖，其他具體實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1是8位發(fā)音人在兩種不同狀態(tài)下發(fā)四個漢字時的f0的平均值。從表中可以看出，相比正常說話而言，大聲說話時所有發(fā)音人的四個漢字的f0均有一定程度的提高。

共振峰是同一鑒定時非常重要的聲紋參數(shù)，下面分別對F1～F4進(jìn)行分析。

2.3.3 第一共振峰（F1）

圖2（a）、（b）、（c）、（d）為分析第一共振峰F1時的部分實驗截圖，分別代表B3與G2分別在正常與大聲兩種說話狀態(tài)時發(fā)“到”與“客”的寬帶語圖。

表2是8位發(fā)音人兩種狀態(tài)下發(fā)四個漢字的F1的變化情況。很明顯，男生四個漢字的F1均隨音量的增加而提高。女生除“客”略有下降（-24.5Hz）外，其他三個漢字的F1普遍升高。

2.3.4 第二共振峰（F2）

對各發(fā)音人的兩種狀態(tài)下測量各音節(jié)的第二共振峰F2時發(fā)現(xiàn)，男生除“辦”有所降低（-9.2Hz）外，其他三個漢字的F2均有所升高；女生除“我”略有下降（-12.5Hz），其他三個漢字均有不同程度的升高。

2.3.5 高級共振峰（F3、F4）

對各發(fā)音人的兩種狀態(tài)下測量各音節(jié)的第二共振峰F3時同樣發(fā)現(xiàn)男生除“辦”有所降低（-12.7Hz）外，其他三個漢字的F3均有所升高；女生除“我”略有下降（-8.0Hz），其他三個漢字均有不同程度的升高。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)4也有類似的結(jié)果。

3 實驗總結(jié)

由以上的實驗分析可知，大聲說話時的語音與正常語音經(jīng)過簡單地放大之后并不完全相同，因為大聲說話時聲強(qiáng)升高，在頻率和共振峰上也有明顯的變化。

第一，隨著音量的提高，聲帶的緊張程度會增大，同一個體的不同漢字的f0更趨于一致，因此，我們不能輕易依據(jù)發(fā)聲類型和f0的差異而做出同一鑒定的否定判斷。

第二，正常與大聲說話兩種狀態(tài)下的語音頻譜發(fā)生了不同程度的變化，共振峰不僅會發(fā)生整體規(guī)律性的變化（如F1，F(xiàn)2），同時還會發(fā)生個體性變化（如F3）。因此，在做同一鑒定時，應(yīng)該盡量保證樣本和檢材的音量相近。

最后，本次實驗是在較理想的環(huán)境下進(jìn)行的，實踐中往往還會伴有許多其他的影響因素，如發(fā)音人的情緒（比如高興、憤怒）、偽裝的方式、錄音環(huán)境、錄音器材等本文未加考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹劍芬.現(xiàn)代語音研究與探索[M].北京：商務(wù)印書館，2007.

[2]孔江平.論語言發(fā)聲[M].北京：中央民族大學(xué)出版社，2001：23-27.

[3]王士元，彭剛.語言、語音與技術(shù)[M].上海：上海教育出版社，2006.endprint