本研究通過分析聽障學生和健聽學生普通話鼻韻母的聲學和運動學數據，探討其發音數據差異及不同發音特征間的關系。利用三維電磁發音儀采集 14 名聽障學生和 10 名健聽學生的鼻韻母發音數據，排除其中 4 名發音錯誤率較高的聽障學生的數據不予分析，然后采用語音學軟件和數據處理軟件分別提取鼻韻母的聲學數據和運動學數據，對試驗數據作 t 檢驗及相關性分析。試驗結果表明，與健聽學生相比，聽障學生的第一共振峰頻率（F1）、第二共振峰頻率（F2）、舌位以及聲學—運動學關系在不同音值下的差異具有統計學意義（P<0.05 或P<0.01）；聽障學生/en/和/eng/所得垂直運動數據—F1 關系與健聽學生相同。本文研究結論或可為聽障患者康復訓練提供指導依據，幫助聽障患者提高發音準確率。
引用本文： 王晴, 白靜, 薛珮蕓, 張雪英, 馮沛. 聽障學生和健聽學生鼻韻母聲學及運動學的分析研究. 生物醫學工程學雜志, 2018, 35(2): 198-205. doi: 10.7507/1001-5515.201706007 復制
引言
語言作為人類溝通交流的主要表達方式，是人類獲取知識、進行人際交往和社會活動的重要途徑。聽障患者因聽力受損，言語的接收和自我反饋都出現障礙，使得聽覺言語鏈條中斷，言語過程無法進行，進而無法正常地與社會溝通交流，因此聽障患者的言語康復訓練尤為重要。為了給聽障患者的康復訓練提供理論依據，研究者針對聽障患者的發音特點進行了多角度的分析研究。Kim 等[1]研究了聽障兒童普通話元音發音時的鼻流量和接觸率。Bahng 等[2]分析了聽障兒童發英語摩擦音/su/-/∫u/和塞音/pu/-/tu/時的過渡音征。晁欣等[3]通過對比聽障兒童和健聽兒童普通話元音/a i u/發音時的鼻漏氣情況，分析聽障兒童的發音特點。上述研究分別從聲學角度和鼻（構音器官）相關特征進行分析，具有一定的代表性，但是對于發音時口腔內部的生理運動沒有涉及。另外，傳統的康復訓練僅僅將口型、語音、實物結合起來，缺少口腔內部器官的微觀運動。因此，如果將聽障患者發音時口腔內的微觀動作加入研究或許對于其康復訓練能夠提供更多的理論依據。
對于元音聲學和運動學的關系，研究者們也進行了一定程度地探討。王理嘉等[4]認為：第一共振峰頻率（F1）與舌位高低呈負相關關系，第二共振峰頻率（F2）與舌位前后呈正相關關系。Lee 等[5]通過收集運動學數據，探究舌位和共振峰之間的關系，發現 F1 的變化與舌頭的高度有關，F2 與舌頭運動的兩個維度都有關，但文章只針對英語元音，不適用于普通話，且研究對象僅為女性，有一定局限性。Dromey 等[6]研究了共振峰和舌頭運動位移的關系，但只研究了英語雙元音。而 Mefferd[7]對比研究了構音障礙患者、帕金森病患者與健康人元音的聲學—運動學關系，但是沒有涉及聽障患者。這些研究都具有一定的局限性，作為聽障患者的發音康復訓練的理論研究來說尚不全面。
普通話鼻韻母是由一個或兩個元音后面帶上鼻輔音構成的韻母。因為在發音過程中常出現前、后鼻音混淆以及韻頭或者韻腹元音發音不到位的情況，所以鼻韻母訓練成為康復訓練的重點和難點。針對鼻韻母發音難這一問題，本文使用三維電磁發音儀（electromagnetic articulography，EMA）（AG501，Carstens Medizintechnik Inc.，德國）這種研究微小復雜動作的專用設備，采集聽障學生和健聽學生的普通話鼻韻母發音數據進行理論研究。EMA 最大的優點是可以實時監測發音器官的運動，在口腔發音部位的定位和時間域上都有較好的精度，并且對人體幾乎無損害，使得通過大量采集發音材料來進行語音的生理研究成為可能[8-9]。有研究證明，EMA 可捕獲高精度的語音信息[10-11]，與型號 EMA AG500 相比，EMA AG501 具有更好的實驗性能和準確率[12-13]。
本文將鼻韻母作為研究對象，使用 EMA AG501 采集聽障學生和健聽學生的普通話鼻韻母發音數據，并計算和分析其聲學數據、運動學數據以及鼻韻母聲學—運動學關系，分別從聲學角度和口腔生理運動角度對比聽障學生與健聽學生的差異，探討聽障學生發音不準確的原因，為聽障患者康復訓練提供理論依據。
1 理論基礎
1.1 發音生理特性
發音是通過呼吸系統、發聲系統和構音系統的協調運動來實現的，其中呼吸系統包括肺和氣管；發聲系統主要指位于喉部的聲帶；構音系統是由口腔、鼻腔、咽腔及其附屬器官所組成，其中最主要的構音器官是下頜、唇、舌、軟腭。不同器官各自的靈活運動以及協調運動是產生清晰、有意義言語（語音）的必要條件，只有當各個器官的運動在時間上同步、在位置上精確，才能保證形成準確的發音[14]。正常的言語除上述三個系統外，還需中樞神經系統及聽力反饋系統等經過復雜的傳導及反饋共同協作產生，即完整的中樞神經系統發育、正常有效的聽力感知和反饋等都是完成正常言語必不可少的條件[15]。
聽障患者因為聽力受損，直接導致聽力反饋系統的不完整，言語的接收和自我反饋都出現了障礙，聽覺言語鏈條中斷。在聽力受損的影響下，構音器官的不準確運動得不到正確指導，造成發音不準確，宏觀表現為聽障患者的言語障礙。
因舌的運動情況不易被直接觀察到，故本文選取構音器官——舌，作為運動學數據研究對象。本文通過對比分析聽障學生與健聽學生發音過程中，舌在不同方向上的運動位移情況，從生理角度出發討論聽障學生發音不準確的原因，為客觀診斷聽障學生的言語障礙程度和合理安排康復訓練做準備。
1.2 共振峰
共振峰一詞本身的定義是指聲腔的共鳴頻率，一般常用于以聲帶振動為聲源、有嚴整諧波結構的元音和響輔音。在元音和響輔音的產生過程中，以—12 dB/oct 為特征的聲源譜經過聲腔的調制，改變了原來諧波振幅的關系，它們不再隨頻率的升高而依次遞減，而是有的加強、有的減弱，形成了有起有伏的新的包絡曲線，曲線的巔峰位置被定義為共振峰。一般來說，元音的前三個共振峰對元音音色有質的規定性，其中前兩個共振峰 F1 和 F2 對舌位、唇形的改變特別敏感，因此語言學上常常以 F1 和 F2 的數值作為描述元音音色的依據[16]。
本文的研究對象——鼻韻母，它們由不同的元音和響輔音組成，因此可以將 F1 和 F2 的數值作為研究鼻韻母聲學數據的參考依據。
2 試驗方法
本文的受試者為隨機選取的太原市聾啞學校的聽障學生，年齡 14～20 歲，男、女生各 7 名，共 14 名。均有佩戴助聽器一年以上經驗及接受 5 年以上語言康復教育經歷，發育良好，除聽力受損外，全身無其它畸形，能自主發音。設置健聽在校大學生為對照組，年齡 18～20 歲，男、女生各 5 名，共 10 名，普通話水平均為二級甲等及以上，測試期間均無過敏和上呼吸道感染。測試材料為原國家教育部頒發的普通話漢語拼音字母表中 6 個鼻韻母：/an/、/ang/、/en/、/eng/、/in/、/ing/。試驗儀器為 EMA（AG501，Carstens Medizintechnik Inc.，德國），采樣頻率設為 250 Hz。傳感器設置于受試者鼻子、左耳骨、右耳骨、舌后，共 4 個，其中貼在鼻子、左耳骨和右耳骨的傳感器用于頭部校準，貼在舌后的傳感器用于收集數據。
測試前，對聽障學生進行發音水平測試，常規錄音（應用普通話水平測試表）包括韻母測試、聲母測試、單音節測試和句子測試。評分標準為：發出聲音，但發音不正確（1 分）；發音不易聽懂，但區別其他發音（2 分）；發音可聽懂，接近半數者能理解（3 分）；能發出接近正確的語音（4 分）；能發出正確的語音（5 分）。令 3 名語言專家評測，若單項評分差距大于 3 分，則進行討論，確定最終得分。
語言測試環境噪聲控制在 40 dB 以下，受試者在試驗過程中盡量少做肢體動作，將麥克風傾斜 45°，受試者舒適坐姿，口距麥克風 10 cm 左右，以自然平穩的響度、聲調統一為一聲，按測試語料順序讀 3 次。試驗運動學數據保存為.pos 文件，音頻保存為.wav 文件。
使用語音學軟件 Praat（Praat: doing phonetics by computer，6.0.21，荷蘭）提取聲學數據，數據處理軟件 Visartico（0.9.9，法國）提取運動學數據。使用 SPSS21.0 軟件對數據進行統計分析，先分別對聲學和運動學數據進行獨立樣本 t 檢驗，再對聲學和運動學數據進行皮爾遜（Pearson）相關分析，P < 0.05 為差異具有統計學意義。
3 數據與分析
3.1 聽障學生發音水平測試結果
3.1.1 發音水平測試表
發音水平測試的具體測試項如表 1 所示。
表1
發音水平測試用表
Table1.
Table for pronunciation test
韻母測試項由 6 個單元音韻母和 6 個鼻韻母組成；聲母測試項由 3 個雙唇音、1 個唇齒音、3 個舌尖前音、4 個舌尖中音、3 個舌尖后音、3 個舌面音和 3 個舌根音組成；單音節測試項由 16 個與/b/組合而成的音節以及 10 個由鼻韻母分別與/n/和/f/組成的音節組成；句子由 6 個摘自普通話水平測試指導用書中朗讀作品內的句子組成（為防止句型過長影響受試者發音狀態，選擇較為簡短的句子）。
3.1.2 聽障學生發音水平測試結果
聽障學生發音水平測試結果如表 2 所示，以均數 ± 標準差表示。表中 n 指不同測試項相應的項目數量。
表2
聽障學生發音水平測試評分表
Table2.
The pronunciation test result of hearing loss group
3.2 試驗數據與分析
數據分析前對所錄語音進行聽辨試驗，由 3 名語言專家評測，專家都判定發音失敗時，去除該組數據。原受試者人數共計 24 名（包括聽障學生組 14 名和對照組 10 名），經過 3.1 小節的發音水平測試，表 2 中編號為：3、4、5、6 的 4 名聽障學生發音錯誤率較高，將其數據去除，不予分析，因此僅保留了 10 名受試者的數據用于后續分析。
3.2.1 聲學數據分析
聽障學生和對照組發音 F1 的對比結果如表 3 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/an/、/ang/、/en/和/eng/時 F1 較大，發/in/和/ing/時 F1 較小；對照組/a/和/e/組中前鼻韻母的 F1 都大于后鼻韻母的 F1，/i/組中前鼻韻母的 F1 小于后鼻韻母的 F1，聽障學生/a/組中前鼻韻母的 F1 大于后鼻韻母的 F1，/i/和/e/組中前鼻韻母的 F1 都小于后鼻韻母的 F1，其中聽障學生和對照組/an/、/en/和/eng/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），/ang/、/in/和/ing/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表3
兩組受試者普通話鼻韻母的 F1 比較結果（
）（n = 10）
Table3.
The comparison results of F1 values with standard deviations in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
聽障學生和對照組發音 F2 的對比結果如表 4 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/ang/、/eng/時 F2 較大，發/an/、/en/、/in/和/ing/時 F2 較小；對照組/a/、/e/和/i/組中前鼻韻母的 F2 都大于后鼻韻母的 F2，聽障學生/a/和/i/組中前鼻韻母的 F2 都大于后鼻韻母的 F2，/e/組前鼻韻母的 F2 都小于后鼻韻母的 F2，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），只有/en/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表4
兩組受試者普通話鼻韻母的 F2 比較結果（
）（n = 10）
Table4.
The comparison results of F2 values with standard deviations in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
3.2.2 運動學數據分析
聽障學生和對照組發音時舌前后運動數據的對比結果如表 5 所示，以均數 ± 標準差表示。聽障學生發音時舌前后運動位移都小于對照組；對照組/e/和/i/組中前鼻韻母的舌前后運動位移小于后鼻韻母的舌前后運動位移，/a/組中前鼻韻母的舌前后運動位移大于后鼻韻母的舌前后運動位移（但是數值相差不大），聽障學生/a/和/i/組中前鼻韻母的舌前后運動位移小于后鼻韻母的舌前后運動位移，/e/組中前鼻韻母的舌前后運動位移大于后鼻韻母的舌前后運動位移，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），只有/en/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表5
兩組受試者普通話鼻韻母舌前后運動數據的比較結果（
）（n = 10）
Table5.
The comparison results of means with standard deviations of the front-back movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
聽障學生和對照組發音時舌垂直運動數據的對比結果如表 6 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/an/、/ang/和/eng/時舌垂直運動位移較小，發/en/、/in/和/ing/時舌垂直運動位移較大；對照組/a/、/e/和/i/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移小于后鼻韻母的舌垂直運動位移，聽障學生/a/和/e/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移小于后鼻韻母的舌垂直運動位移，/i/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移大于后鼻韻母的舌垂直運動位移，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），/en/和/eng/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表6
兩組受試者普通話鼻韻母舌垂直運動數據的比較結果（
）（n = 10）
Table6.
The comparison results of means with standard deviations of the vertical movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
為了直觀地觀察到聽障學生和對照組發音時舌運動的不同，如圖 1 所示，截取了 1 名聽障學生和 1 名健聽學生/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/發音段舌的二維運動軌跡，因/en/對應的舌運動數據在兩組受試者間的差異無統計學意義，故不進行分析。圖中X軸表示舌在前后方向上的運動，Y軸表示舌在垂直方向上的運動。如圖 1 所示，/an/和/ang/組中前鼻韻母舌前后運動位移更大，后鼻韻母舌垂直運動位移更大，并且聽障學生舌的運動在不同方向的位移都小于對照組；/eng/組中聽障學生舌的運動在不同方向的位移都小于對照組；/in/和/ing/組中則為舌前后運動位移更大，并且對照組舌的運動舌前后運動位移大于聽障學生，舌垂直運動位移小于聽障學生。
圖1
聽障學生和對照組的舌運動軌跡
Figure1.
Continuous lingual movements for hearing loss group and control group
根據語言學描述，前鼻韻母發音需要注意兩個“前”，發音時，舌頭以不同起始位置向“前”伸，在上齒背和上齒齦之間形成對氣流和聲波的阻礙，聲波再回到鼻腔成音。后鼻韻母發音需要注意兩個“后”，發音時，舌頭往“后”縮，舌根抬起與下垂的軟腭形成對氣流和聲波的阻礙，聲波直奔鼻腔成音[17]。也就是說，發前鼻韻母時舌前后運動數據浮動范圍更大，發后鼻韻母時舌垂直運動數據浮動范圍更大，此結論與圖 1 中/an/和/ang/所示一致。/en/的舌運動軌跡圖雖未在圖 1 所示，但如表 5 和表 6 中數據所示，/en/和/eng/對應舌數據浮動范圍所得結論與語言學一致。另外注意到，圖 1 中/in/和/ing/組前后鼻韻母均為舌前后運動位移浮動范圍更大，與語言學描述不同。如表 5、表 6 數據所示及語言學描述可知，聽障學生發音時舌在前后方向的運動不到位，發/an/、/ang/和/eng/時舌位不夠高，而發/en/、/in/和/ing/時舌位過高。又因為前鼻韻母的發音側重于舌前后方向上的運動，后鼻韻母側重于舌垂直方向上的運動，所以在康復訓練時，不僅僅要增加舌運動的訓練，同時還需注意區分前后鼻韻母的舌運動特點。
3.2.3 鼻韻母聲學—運動學關系分析
如表 7 所示，為對照組發普通話鼻韻母時舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數分析結果。對于舌前后運動數據—F2 相關系數而言，/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/均對應 P < 0.05，且舌前后運動數據—F2 相關系數都為正值，即對于/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/，其舌前后運動數據和 F2 正線性相關。其中，/en/的舌前后運動數據—F2 相關系數為 0.818， P = 0.004，呈現強正相關趨勢；/ing/的舌前后運動數據—F2 相關系數為–0.443，但 P > 0.05，說明其舌前后運動數據和 F2 不相關。
對于舌垂直運動數據—F1 相關系數而言，/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/均對應 P < 0.05，且舌垂直運動數據—F1 相關系數都為負值，即對于/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/，其舌垂直運動數據和 F1 負線性相關。其中/en/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為–0.794，且 P = 0.006，呈現強負相關趨勢；/ing/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為 0.221，但 P > 0.05，說明其舌垂直運動數據和 F1 不相關。
另外，在舌前后運動數據—F1 和舌垂直運動數據—F2 相關系數數據中，除/an/的舌垂直運動數據—F2 的 P < 0.05 外，其余均 P > 0.05，差異不具有統計學意義，故不進行討論。
表7
對照組普通話鼻韻母舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數結果
Table7.
The comparison results of coefficients for the correlations between F1, F2 and the front-back movement data, vertical movement data of tongue in the nasal finals for control group
如表 8 所示，為聽障學生發普通話鼻韻母時舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數分析結果。如表 8 所示，對于舌前后運動數據—F2 相關系數，只有/ang/對應 P < 0.05，其舌前后運動數據—F2 相關系數為負值，即當聽障學生發/ang/時，其舌前后運動數據和 F2 負線性相關。其中/en/的舌前后運動數據—F2 相關系數為負值，/an/、/eng/、/in/和/ing/的舌前后運動數據—F2 相關系數為正值，但此 5 個音值對應 P > 0.05，說明其舌前后運動數據和 F2 不相關。
對于舌垂直運動數據—F1 相關系數，/en/和/eng/對應 P < 0.05，且舌垂直運動數據—F1 相關系數都為負值，即對于/en/和/eng/，其舌垂直運動數據和 F1 負線性相關。其中/ing/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為正值，/an/、/ang/和/in/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為負值，但此 4 個音值對應 P > 0.05，說明其舌垂直運動數據和 F1 不相關。
另外，在舌前后運動數據—F1 和舌垂直運動數據—F2 相關系數數據中，除/eng/的舌垂直運動數據—F2 的 P < 0.05 外，其余均 P > 0.05，差異不具有統計學意義，故不進行討論。
表8
聽障學生普通話鼻韻母舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數結果
Table8.
The comparison results of coefficients for the correlations between F1, F2 and the front-back movement data, vertical movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group
與對照組鼻韻母聲學—運動學關系的結果相比較，聽障學生只有/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與對照組一致，其余音值均有不同。
4 討論與結論
本文通過分別對聽障學生和普通健聽學生（對照組）進行普通話鼻韻母發音試驗，對 6 個鼻韻母的聲學和運動學特點進行分析研究。與健聽學生相比，聽障學生的 F1、F2 和舌位在不同音值下有差異具有統計學意義。在語音學中，元音的 F1 與舌位高低呈負相關關系：舌位越高，F1 越低；舌位越低，F1 越高。元音的 F2 與舌位前后呈正相關關系：舌位越前，F2 越高；舌位越后，F2 越低[5]。在本試驗中，對照組/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/所得聲學—運動學關系與元音聲學—運動學關系一致，聽障學生/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與元音聲學—運動學關系一致。
聽障學生的舌前后運動數據都小于對照組，聽障學生發/an/、/ang/和/eng/時舌垂直運動數據比對照組小，/en/、/in/和/ing/時舌垂直運動數據比對照組大，說明聽障學生發音時舌在前后方向的運動不到位，發/an/、/ang/和/eng/時舌位不夠高，而發/en/、/in/和/ing/時舌位過高。根據語言學描述，發前鼻韻母時舌前后運動數據浮動范圍更大，發后鼻韻母時舌垂直運動數據浮動范圍更大[17]，此結論與/an/和/ang/，/en/和/eng/所得一致；如圖 1 所示，/in/和/ing/組中發音時舌前后運動數據浮動范圍更大，與語言學描述不同，此情況具體如何，需要進一步研究確定。
結合鼻韻母聲學—運動學關系分析聲學數據可知：① 聽障學生發/an/、/ang/、/en/和/eng/時，舌位略低，發/in/和/ing/時舌位過高。② 聽障學生發/an/、/en/、/in/和/ing/時舌位靠后，而發/ang/和/eng/時舌位靠前。對比運動學數據結論可知，除了有關/ang/和/eng/舌前后運動數據的結論有差異外，此結論與運動學數據結論相印證，這也從另一方面驗證了鼻韻母聲學—運動學關系的可靠性。
綜合上述結論可知，聽障學生在完成鼻韻母的發音時舌頭運動不到位，因此在康復訓練過程中，可以將對舌頭運動的訓練列入訓練范圍，與傳統的康復訓練相結合，以取得更好的訓練效果。試驗發現對照組 5 個鼻韻母有一致的聲學—運動學關系，聽障學生只有/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與對照組一致，但是在不同健康狀況下聲學—運動學關系究竟如何，需要增加試驗樣本來進行深入的研究。
引言
語言作為人類溝通交流的主要表達方式，是人類獲取知識、進行人際交往和社會活動的重要途徑。聽障患者因聽力受損，言語的接收和自我反饋都出現障礙，使得聽覺言語鏈條中斷，言語過程無法進行，進而無法正常地與社會溝通交流，因此聽障患者的言語康復訓練尤為重要。為了給聽障患者的康復訓練提供理論依據，研究者針對聽障患者的發音特點進行了多角度的分析研究。Kim 等[1]研究了聽障兒童普通話元音發音時的鼻流量和接觸率。Bahng 等[2]分析了聽障兒童發英語摩擦音/su/-/∫u/和塞音/pu/-/tu/時的過渡音征。晁欣等[3]通過對比聽障兒童和健聽兒童普通話元音/a i u/發音時的鼻漏氣情況，分析聽障兒童的發音特點。上述研究分別從聲學角度和鼻（構音器官）相關特征進行分析，具有一定的代表性，但是對于發音時口腔內部的生理運動沒有涉及。另外，傳統的康復訓練僅僅將口型、語音、實物結合起來，缺少口腔內部器官的微觀運動。因此，如果將聽障患者發音時口腔內的微觀動作加入研究或許對于其康復訓練能夠提供更多的理論依據。
對于元音聲學和運動學的關系，研究者們也進行了一定程度地探討。王理嘉等[4]認為：第一共振峰頻率（F1）與舌位高低呈負相關關系，第二共振峰頻率（F2）與舌位前后呈正相關關系。Lee 等[5]通過收集運動學數據，探究舌位和共振峰之間的關系，發現 F1 的變化與舌頭的高度有關，F2 與舌頭運動的兩個維度都有關，但文章只針對英語元音，不適用于普通話，且研究對象僅為女性，有一定局限性。Dromey 等[6]研究了共振峰和舌頭運動位移的關系，但只研究了英語雙元音。而 Mefferd[7]對比研究了構音障礙患者、帕金森病患者與健康人元音的聲學—運動學關系，但是沒有涉及聽障患者。這些研究都具有一定的局限性，作為聽障患者的發音康復訓練的理論研究來說尚不全面。
普通話鼻韻母是由一個或兩個元音后面帶上鼻輔音構成的韻母。因為在發音過程中常出現前、后鼻音混淆以及韻頭或者韻腹元音發音不到位的情況，所以鼻韻母訓練成為康復訓練的重點和難點。針對鼻韻母發音難這一問題，本文使用三維電磁發音儀（electromagnetic articulography，EMA）（AG501，Carstens Medizintechnik Inc.，德國）這種研究微小復雜動作的專用設備，采集聽障學生和健聽學生的普通話鼻韻母發音數據進行理論研究。EMA 最大的優點是可以實時監測發音器官的運動，在口腔發音部位的定位和時間域上都有較好的精度，并且對人體幾乎無損害，使得通過大量采集發音材料來進行語音的生理研究成為可能[8-9]。有研究證明，EMA 可捕獲高精度的語音信息[10-11]，與型號 EMA AG500 相比，EMA AG501 具有更好的實驗性能和準確率[12-13]。
本文將鼻韻母作為研究對象，使用 EMA AG501 采集聽障學生和健聽學生的普通話鼻韻母發音數據，并計算和分析其聲學數據、運動學數據以及鼻韻母聲學—運動學關系，分別從聲學角度和口腔生理運動角度對比聽障學生與健聽學生的差異，探討聽障學生發音不準確的原因，為聽障患者康復訓練提供理論依據。
1 理論基礎
1.1 發音生理特性
發音是通過呼吸系統、發聲系統和構音系統的協調運動來實現的，其中呼吸系統包括肺和氣管；發聲系統主要指位于喉部的聲帶；構音系統是由口腔、鼻腔、咽腔及其附屬器官所組成，其中最主要的構音器官是下頜、唇、舌、軟腭。不同器官各自的靈活運動以及協調運動是產生清晰、有意義言語（語音）的必要條件，只有當各個器官的運動在時間上同步、在位置上精確，才能保證形成準確的發音[14]。正常的言語除上述三個系統外，還需中樞神經系統及聽力反饋系統等經過復雜的傳導及反饋共同協作產生，即完整的中樞神經系統發育、正常有效的聽力感知和反饋等都是完成正常言語必不可少的條件[15]。
聽障患者因為聽力受損，直接導致聽力反饋系統的不完整，言語的接收和自我反饋都出現了障礙，聽覺言語鏈條中斷。在聽力受損的影響下，構音器官的不準確運動得不到正確指導，造成發音不準確，宏觀表現為聽障患者的言語障礙。
因舌的運動情況不易被直接觀察到，故本文選取構音器官——舌，作為運動學數據研究對象。本文通過對比分析聽障學生與健聽學生發音過程中，舌在不同方向上的運動位移情況，從生理角度出發討論聽障學生發音不準確的原因，為客觀診斷聽障學生的言語障礙程度和合理安排康復訓練做準備。
1.2 共振峰
共振峰一詞本身的定義是指聲腔的共鳴頻率，一般常用于以聲帶振動為聲源、有嚴整諧波結構的元音和響輔音。在元音和響輔音的產生過程中，以—12 dB/oct 為特征的聲源譜經過聲腔的調制，改變了原來諧波振幅的關系，它們不再隨頻率的升高而依次遞減，而是有的加強、有的減弱，形成了有起有伏的新的包絡曲線，曲線的巔峰位置被定義為共振峰。一般來說，元音的前三個共振峰對元音音色有質的規定性，其中前兩個共振峰 F1 和 F2 對舌位、唇形的改變特別敏感，因此語言學上常常以 F1 和 F2 的數值作為描述元音音色的依據[16]。
本文的研究對象——鼻韻母，它們由不同的元音和響輔音組成，因此可以將 F1 和 F2 的數值作為研究鼻韻母聲學數據的參考依據。
2 試驗方法
本文的受試者為隨機選取的太原市聾啞學校的聽障學生，年齡 14～20 歲，男、女生各 7 名，共 14 名。均有佩戴助聽器一年以上經驗及接受 5 年以上語言康復教育經歷，發育良好，除聽力受損外，全身無其它畸形，能自主發音。設置健聽在校大學生為對照組，年齡 18～20 歲，男、女生各 5 名，共 10 名，普通話水平均為二級甲等及以上，測試期間均無過敏和上呼吸道感染。測試材料為原國家教育部頒發的普通話漢語拼音字母表中 6 個鼻韻母：/an/、/ang/、/en/、/eng/、/in/、/ing/。試驗儀器為 EMA（AG501，Carstens Medizintechnik Inc.，德國），采樣頻率設為 250 Hz。傳感器設置于受試者鼻子、左耳骨、右耳骨、舌后，共 4 個，其中貼在鼻子、左耳骨和右耳骨的傳感器用于頭部校準，貼在舌后的傳感器用于收集數據。
測試前，對聽障學生進行發音水平測試，常規錄音（應用普通話水平測試表）包括韻母測試、聲母測試、單音節測試和句子測試。評分標準為：發出聲音，但發音不正確（1 分）；發音不易聽懂，但區別其他發音（2 分）；發音可聽懂，接近半數者能理解（3 分）；能發出接近正確的語音（4 分）；能發出正確的語音（5 分）。令 3 名語言專家評測，若單項評分差距大于 3 分，則進行討論，確定最終得分。
語言測試環境噪聲控制在 40 dB 以下，受試者在試驗過程中盡量少做肢體動作，將麥克風傾斜 45°，受試者舒適坐姿，口距麥克風 10 cm 左右，以自然平穩的響度、聲調統一為一聲，按測試語料順序讀 3 次。試驗運動學數據保存為.pos 文件，音頻保存為.wav 文件。
使用語音學軟件 Praat（Praat: doing phonetics by computer，6.0.21，荷蘭）提取聲學數據，數據處理軟件 Visartico（0.9.9，法國）提取運動學數據。使用 SPSS21.0 軟件對數據進行統計分析，先分別對聲學和運動學數據進行獨立樣本 t 檢驗，再對聲學和運動學數據進行皮爾遜（Pearson）相關分析，P < 0.05 為差異具有統計學意義。
3 數據與分析
3.1 聽障學生發音水平測試結果
3.1.1 發音水平測試表
發音水平測試的具體測試項如表 1 所示。
表1
發音水平測試用表
Table1.
Table for pronunciation test
韻母測試項由 6 個單元音韻母和 6 個鼻韻母組成；聲母測試項由 3 個雙唇音、1 個唇齒音、3 個舌尖前音、4 個舌尖中音、3 個舌尖后音、3 個舌面音和 3 個舌根音組成；單音節測試項由 16 個與/b/組合而成的音節以及 10 個由鼻韻母分別與/n/和/f/組成的音節組成；句子由 6 個摘自普通話水平測試指導用書中朗讀作品內的句子組成（為防止句型過長影響受試者發音狀態，選擇較為簡短的句子）。
3.1.2 聽障學生發音水平測試結果
聽障學生發音水平測試結果如表 2 所示，以均數 ± 標準差表示。表中 n 指不同測試項相應的項目數量。
表2
聽障學生發音水平測試評分表
Table2.
The pronunciation test result of hearing loss group
3.2 試驗數據與分析
數據分析前對所錄語音進行聽辨試驗，由 3 名語言專家評測，專家都判定發音失敗時，去除該組數據。原受試者人數共計 24 名（包括聽障學生組 14 名和對照組 10 名），經過 3.1 小節的發音水平測試，表 2 中編號為：3、4、5、6 的 4 名聽障學生發音錯誤率較高，將其數據去除，不予分析，因此僅保留了 10 名受試者的數據用于后續分析。
3.2.1 聲學數據分析
聽障學生和對照組發音 F1 的對比結果如表 3 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/an/、/ang/、/en/和/eng/時 F1 較大，發/in/和/ing/時 F1 較小；對照組/a/和/e/組中前鼻韻母的 F1 都大于后鼻韻母的 F1，/i/組中前鼻韻母的 F1 小于后鼻韻母的 F1，聽障學生/a/組中前鼻韻母的 F1 大于后鼻韻母的 F1，/i/和/e/組中前鼻韻母的 F1 都小于后鼻韻母的 F1，其中聽障學生和對照組/an/、/en/和/eng/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），/ang/、/in/和/ing/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表3
兩組受試者普通話鼻韻母的 F1 比較結果（
）（n = 10）
Table3.
The comparison results of F1 values with standard deviations in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
聽障學生和對照組發音 F2 的對比結果如表 4 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/ang/、/eng/時 F2 較大，發/an/、/en/、/in/和/ing/時 F2 較小；對照組/a/、/e/和/i/組中前鼻韻母的 F2 都大于后鼻韻母的 F2，聽障學生/a/和/i/組中前鼻韻母的 F2 都大于后鼻韻母的 F2，/e/組前鼻韻母的 F2 都小于后鼻韻母的 F2，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），只有/en/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表4
兩組受試者普通話鼻韻母的 F2 比較結果（
）（n = 10）
Table4.
The comparison results of F2 values with standard deviations in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
3.2.2 運動學數據分析
聽障學生和對照組發音時舌前后運動數據的對比結果如表 5 所示，以均數 ± 標準差表示。聽障學生發音時舌前后運動位移都小于對照組；對照組/e/和/i/組中前鼻韻母的舌前后運動位移小于后鼻韻母的舌前后運動位移，/a/組中前鼻韻母的舌前后運動位移大于后鼻韻母的舌前后運動位移（但是數值相差不大），聽障學生/a/和/i/組中前鼻韻母的舌前后運動位移小于后鼻韻母的舌前后運動位移，/e/組中前鼻韻母的舌前后運動位移大于后鼻韻母的舌前后運動位移，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），只有/en/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表5
兩組受試者普通話鼻韻母舌前后運動數據的比較結果（
）（n = 10）
Table5.
The comparison results of means with standard deviations of the front-back movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
聽障學生和對照組發音時舌垂直運動數據的對比結果如表 6 所示，以均數 ± 標準差表示。與對照組相比，聽障學生發/an/、/ang/和/eng/時舌垂直運動位移較小，發/en/、/in/和/ing/時舌垂直運動位移較大；對照組/a/、/e/和/i/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移小于后鼻韻母的舌垂直運動位移，聽障學生/a/和/e/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移小于后鼻韻母的舌垂直運動位移，/i/組中前鼻韻母的舌垂直運動位移大于后鼻韻母的舌垂直運動位移，其中聽障學生和對照組/an/、/ang/、/in/和/ing/組間差異具有統計學意義（P < 0.05），/en/和/eng/差異不具有統計學意義（ P > 0.05）。
表6
兩組受試者普通話鼻韻母舌垂直運動數據的比較結果（
）（n = 10）
Table6.
The comparison results of means with standard deviations of the vertical movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group and control group (n = 10)
為了直觀地觀察到聽障學生和對照組發音時舌運動的不同，如圖 1 所示，截取了 1 名聽障學生和 1 名健聽學生/an/、/ang/、/eng/、/in/和/ing/發音段舌的二維運動軌跡，因/en/對應的舌運動數據在兩組受試者間的差異無統計學意義，故不進行分析。圖中X軸表示舌在前后方向上的運動，Y軸表示舌在垂直方向上的運動。如圖 1 所示，/an/和/ang/組中前鼻韻母舌前后運動位移更大，后鼻韻母舌垂直運動位移更大，并且聽障學生舌的運動在不同方向的位移都小于對照組；/eng/組中聽障學生舌的運動在不同方向的位移都小于對照組；/in/和/ing/組中則為舌前后運動位移更大，并且對照組舌的運動舌前后運動位移大于聽障學生，舌垂直運動位移小于聽障學生。
圖1
聽障學生和對照組的舌運動軌跡
Figure1.
Continuous lingual movements for hearing loss group and control group
根據語言學描述，前鼻韻母發音需要注意兩個“前”，發音時，舌頭以不同起始位置向“前”伸，在上齒背和上齒齦之間形成對氣流和聲波的阻礙，聲波再回到鼻腔成音。后鼻韻母發音需要注意兩個“后”，發音時，舌頭往“后”縮，舌根抬起與下垂的軟腭形成對氣流和聲波的阻礙，聲波直奔鼻腔成音[17]。也就是說，發前鼻韻母時舌前后運動數據浮動范圍更大，發后鼻韻母時舌垂直運動數據浮動范圍更大，此結論與圖 1 中/an/和/ang/所示一致。/en/的舌運動軌跡圖雖未在圖 1 所示，但如表 5 和表 6 中數據所示，/en/和/eng/對應舌數據浮動范圍所得結論與語言學一致。另外注意到，圖 1 中/in/和/ing/組前后鼻韻母均為舌前后運動位移浮動范圍更大，與語言學描述不同。如表 5、表 6 數據所示及語言學描述可知，聽障學生發音時舌在前后方向的運動不到位，發/an/、/ang/和/eng/時舌位不夠高，而發/en/、/in/和/ing/時舌位過高。又因為前鼻韻母的發音側重于舌前后方向上的運動，后鼻韻母側重于舌垂直方向上的運動，所以在康復訓練時，不僅僅要增加舌運動的訓練，同時還需注意區分前后鼻韻母的舌運動特點。
3.2.3 鼻韻母聲學—運動學關系分析
如表 7 所示，為對照組發普通話鼻韻母時舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數分析結果。對于舌前后運動數據—F2 相關系數而言，/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/均對應 P < 0.05，且舌前后運動數據—F2 相關系數都為正值，即對于/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/，其舌前后運動數據和 F2 正線性相關。其中，/en/的舌前后運動數據—F2 相關系數為 0.818， P = 0.004，呈現強正相關趨勢；/ing/的舌前后運動數據—F2 相關系數為–0.443，但 P > 0.05，說明其舌前后運動數據和 F2 不相關。
對于舌垂直運動數據—F1 相關系數而言，/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/均對應 P < 0.05，且舌垂直運動數據—F1 相關系數都為負值，即對于/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/，其舌垂直運動數據和 F1 負線性相關。其中/en/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為–0.794，且 P = 0.006，呈現強負相關趨勢；/ing/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為 0.221，但 P > 0.05，說明其舌垂直運動數據和 F1 不相關。
另外，在舌前后運動數據—F1 和舌垂直運動數據—F2 相關系數數據中，除/an/的舌垂直運動數據—F2 的 P < 0.05 外，其余均 P > 0.05，差異不具有統計學意義，故不進行討論。
表7
對照組普通話鼻韻母舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數結果
Table7.
The comparison results of coefficients for the correlations between F1, F2 and the front-back movement data, vertical movement data of tongue in the nasal finals for control group
如表 8 所示，為聽障學生發普通話鼻韻母時舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數分析結果。如表 8 所示，對于舌前后運動數據—F2 相關系數，只有/ang/對應 P < 0.05，其舌前后運動數據—F2 相關系數為負值，即當聽障學生發/ang/時，其舌前后運動數據和 F2 負線性相關。其中/en/的舌前后運動數據—F2 相關系數為負值，/an/、/eng/、/in/和/ing/的舌前后運動數據—F2 相關系數為正值，但此 5 個音值對應 P > 0.05，說明其舌前后運動數據和 F2 不相關。
對于舌垂直運動數據—F1 相關系數，/en/和/eng/對應 P < 0.05，且舌垂直運動數據—F1 相關系數都為負值，即對于/en/和/eng/，其舌垂直運動數據和 F1 負線性相關。其中/ing/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為正值，/an/、/ang/和/in/的舌垂直運動數據—F1 相關系數為負值，但此 4 個音值對應 P > 0.05，說明其舌垂直運動數據和 F1 不相關。
另外，在舌前后運動數據—F1 和舌垂直運動數據—F2 相關系數數據中，除/eng/的舌垂直運動數據—F2 的 P < 0.05 外，其余均 P > 0.05，差異不具有統計學意義，故不進行討論。
表8
聽障學生普通話鼻韻母舌前后運動數據和舌垂直運動數據分別與 F1 和 F2 的相關系數結果
Table8.
The comparison results of coefficients for the correlations between F1, F2 and the front-back movement data, vertical movement data of tongue in the nasal finals for hearing loss group
與對照組鼻韻母聲學—運動學關系的結果相比較，聽障學生只有/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與對照組一致，其余音值均有不同。
4 討論與結論
本文通過分別對聽障學生和普通健聽學生（對照組）進行普通話鼻韻母發音試驗，對 6 個鼻韻母的聲學和運動學特點進行分析研究。與健聽學生相比，聽障學生的 F1、F2 和舌位在不同音值下有差異具有統計學意義。在語音學中，元音的 F1 與舌位高低呈負相關關系：舌位越高，F1 越低；舌位越低，F1 越高。元音的 F2 與舌位前后呈正相關關系：舌位越前，F2 越高；舌位越后，F2 越低[5]。在本試驗中，對照組/an/、/ang/、/en/、/eng/和/in/所得聲學—運動學關系與元音聲學—運動學關系一致，聽障學生/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與元音聲學—運動學關系一致。
聽障學生的舌前后運動數據都小于對照組，聽障學生發/an/、/ang/和/eng/時舌垂直運動數據比對照組小，/en/、/in/和/ing/時舌垂直運動數據比對照組大，說明聽障學生發音時舌在前后方向的運動不到位，發/an/、/ang/和/eng/時舌位不夠高，而發/en/、/in/和/ing/時舌位過高。根據語言學描述，發前鼻韻母時舌前后運動數據浮動范圍更大，發后鼻韻母時舌垂直運動數據浮動范圍更大[17]，此結論與/an/和/ang/，/en/和/eng/所得一致；如圖 1 所示，/in/和/ing/組中發音時舌前后運動數據浮動范圍更大，與語言學描述不同，此情況具體如何，需要進一步研究確定。
結合鼻韻母聲學—運動學關系分析聲學數據可知：① 聽障學生發/an/、/ang/、/en/和/eng/時，舌位略低，發/in/和/ing/時舌位過高。② 聽障學生發/an/、/en/、/in/和/ing/時舌位靠后，而發/ang/和/eng/時舌位靠前。對比運動學數據結論可知，除了有關/ang/和/eng/舌前后運動數據的結論有差異外，此結論與運動學數據結論相印證，這也從另一方面驗證了鼻韻母聲學—運動學關系的可靠性。
綜合上述結論可知，聽障學生在完成鼻韻母的發音時舌頭運動不到位，因此在康復訓練過程中，可以將對舌頭運動的訓練列入訓練范圍，與傳統的康復訓練相結合，以取得更好的訓練效果。試驗發現對照組 5 個鼻韻母有一致的聲學—運動學關系，聽障學生只有/en/和/eng/所得舌垂直運動數據—F1 關系與對照組一致，但是在不同健康狀況下聲學—運動學關系究竟如何，需要增加試驗樣本來進行深入的研究。
