正常、大聲說話兩種狀態(tài)下語音的聲學差異分析

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、基頻、共振峰等聲學參數(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，為此，在聲紋鑒定的過程中應當盡量選取狀態(tài)相同的語音進行比對分析。

關鍵詞：正常說話；大聲說話；聲紋鑒定；聲學分析

中圖分類號：O42 文獻標志碼：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、帶有許多言語聲學信息的語音聲波圖譜的統(tǒng)稱，它是各種反映聲學特征的圖譜的綜合表現(xiàn)，在語音學中將其形象地稱為語圖，在刑事科學技術和司法鑒定方面，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]。當前我國的聲紋鑒定技術逐漸發(fā)展壯大為一門中獨立的學科，主要應用于刑事科學技術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事人當時的情緒比較激動，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 實驗設計

根據(jù)語音鑒定相關標準，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 實驗前準備

設備、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。找普通話標準的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)容進行錄音。最后選取8個人（四個男生，四個女生）的錄音進行剪輯并實驗分析。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（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”時聲強的平均值，得到結論是8位發(fā)音人的4個漢字的聲強的平均數(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也有類似的結果。

3 實驗總結

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：

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

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

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