边缘性腭咽闭合的语音声学特点研究
作者：朱洪平 孙勇刚 王光和 马莲
单位：100081 北京医科大学口腔医学院
关键词：腭裂；语音；声学；腭咽闭合
中华口腔医学杂志980315 【摘要】 目的 研究边缘性腭咽闭合患者的语音声学特点。方法 应用USSA语音频谱分析系统，对17例边缘性腭咽闭合患者的语音声学特点进行了分析，并与28例腭咽闭合不全患者和18例腭咽闭合完全患者的语音声学特点进行了对照研究。结果 边缘性腭咽闭合患者语句中压力性辅音的语图模式可存在异常或偶见正常，塞音和塞擦音语图上冲直条、空白间隙特征性表现可消失，送气辅音语图的低频区可出现噪音能量，语句元音频谱的低频区可出现额外峰，但单元音的频谱无异常表现。结论 声学分析技术对边缘性腭咽闭合有重要的诊断价值。并强调利用声学分析技术来评价腭咽闭合功能时，应同时分析多个元、辅音的声学特点，单音和语句分析相结合。
, 百拇医药
The study on the acoustic-phonetic features of marginal velopharyngeal closure Zhu Hongping, Sun Yonggang, Wang Guanghe, et al. School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081
【Abstract】 Objective To study the acoustic-phonetic features of the cleft patients with marginal velopharyngeal closure. Methods The acoustic-phonetic features of 17 cleft patients with marginal velopharyngeal closure were analyzed with USSA sound spectrograph, contrasted by the features of 28 cleft patients with velopharyngeal incompetence and 18 patients with velopharyngeal competence. Results The manifestations of single vowel spectrum differ from that of the same vowel in sentence for MVPC patients. There are extra formants or strong nasal formants in a number of vowels spectrums in sentence, while they do not occur on single vowel spectrum. The spike and stop gap in the spectrograms of stops and affricatives may be absent or existing occasionally, and the noise energy in the lowest frequency area in the spectrograms of aspirated consonants may be watched or not. Conclusion Acoustic analysis is very valuable to evaluate the state of marginal velopharyngeal closure. Analyzing the acoustic features of multiple vowels and consonants, and comparing the resonance characteristics of single vowel with the same vowel in continuous speech simultaneously are emphasized.
, 百拇医药
【Key words】 Cleft palate Voice Velopharyngeal Acoustics
腭咽闭合能力是评价腭裂修复效果的重要方面，也是分析腭裂患者语音障碍的原因、选择语音治疗方法时不可缺少的内容。腭裂术后患者的腭咽闭合功能状态一般可分为腭咽闭合不全、腭咽闭合完全及边缘性腭咽闭合三类，其中边缘性腭咽闭合的表现最为复杂，临床诊断也最困难[1，2]。本研究的目的在于通过应用语音声学分析技术对边缘性腭咽闭合的患者进行语音声学分析，总结其语音的声学特点，为临床应用提供新的手段。
材料和方法
1.研究对象：腭裂术后边缘性腭咽闭合(rnarginal velopharyngeal competence, MVPC)儿童17名，年龄5～12岁，平均8.25岁。同年龄组腭咽闭合完全(velopharyngeal competence, VPC)儿童18名，腭咽闭合不全(velopharyngeal incompetence,VPI)儿童28名作为对照研究。
, http://www.100md.com
本组63名儿童均为单纯性腭裂修复术后，复查时间距手术日期5个月～8年，平均2.68年，均无明显智力及听力障碍，无腭瘘、重度畸形，无严重不良发音习惯。应用Olympus ENF LB型鼻咽纤维镜及录像监视系统，结合主观判听及口腔检查评定腭咽闭合功能。
2.研究仪器及方法：
(1)仪器：USSA语音频谱分析系统(由北京邮电大学研制)，配合AST486微机行语音声学分析。并应用Philip AS 30/32高保真录音机及Toshiba麦克风采集语音信号。
(2)方法：将语音信号经麦克风或线性输入USSA语音频谱分析系统，利用三维宽带语图和线性预测技术(LPC)对语音样本中的元、辅音进行声学分析。采样频率为9 000 Hz，语图带宽为500 Hz，LPC的阶数P为12。
(3)语音样本：语句“ta qu wu xi shi, wo dao hei long jiang”和单元音/a/、/i/、/u/。
, 百拇医药
(4)统计分析：应用SPSS for Windows 6.0统计软件进行组间t值检验。
3.研究内容：
(1)观察患者语句元音和单元音频谱上额外峰出现情况。应用鼻腔共振指数(nasal resornance index, NRI)判断元音/a/频谱低频区是否存在额外峰，当NRI值大于1时计数。NRI=第一共振峰能量值/鼻音共振峰能量。
(2)应用能量衰减指数(energy damping index, EDI)，研究患者的语音能量分布特点。EDI=第三共振峰能量/低频区最强共振峰能量值×100%。
(3)观察患者语句中塞音/t/、/d/，塞擦音/q/、/j/语图上冲直条及空白间隙出现情况。
(4)观察送气辅音/t/、/q/、/x/、/sh/、/h/的噪音能量分布特点。
, 百拇医药
结果
1.MVPC患者的元音频谱表现：
(1)元音/a/、/i/、/u/频谱上低频区额外峰的出现情况：三组患者语句元音及单元音频谱上额外峰出现情况(表1)。MVPC患者语句元音和单元音频谱上额外峰的出现率有明显区别。
(2)各组患者元音的能量衰减指数及统计结果：VPI组元音/a/、/i/的EDI值显著低于VPC组(P<0.05)，MVPC组的EDI值低于VPC组，高于VPI组，差异均无显著性(P>0.05)。结果如表2。
2.MVPC患者的辅音语图特点：
(1)塞音、塞擦音语图上冲直条、空白间隙出现情况：3组患者语句中塞音/t/和/d/、塞擦音/q/和/j/语图冲直条、空白间隙出现率如表3。
, http://www.100md.com
(2)送气辅音的能量分布特点：除辅音省略外，各组患者送气辅音语图的低频区噪音能量的出现率不同。MVPC组患者语图上表现较为复杂，/t/、/q/、/x/、/sh/、/h/语图低频能量出现率在53%～88%，以辅音/q/、/x/、/sh/最为多见，且各辅音低频区能量与高频区能量相比强弱程度不等。VPI组患者所有送气辅音语图的低频区噪音能量出现率为100%，且低频区能量明显强于高频区能量；VPC组患者语图上低频区偶有能量出现，并明显弱于高频区能量。
讨论
一、边缘性腭咽闭合的临床特点
MVPC患者的临床表现多样，有些患者的语音存在持续性鼻漏气和轻度过高鼻音，有些患者仅有个别语音存在异常，而有些患者平时语音无异常，仅在疲劳或紧张情况下出现语音问题[2，3]。这些特点
表1 元音/a/、/i/、/u/低频区额外峰出现例数及出现率 单位：例(%) 组别
, http://www.100md.com
n
元 音
/q/
/i/
/u/
/ta/
/a/
/xi/
/i/
/wu/
/u/
MVPC
17
, http://www.100md.com
14
(82)
1
(5)
12
(70)
1
(5)
12
(70)
1
(5)
VPI
, http://www.100md.com 28
28
(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
, 百拇医药
VPC
18
16
(88)
15
(83)
0
(0)
0
(0)
0
(0)
0
(0)
, 百拇医药
注：/ta/、/xi/、/wu/分别指语句中元音/a/、/i/、/u/
表2 不同腭咽闭合功能的患者元音能量衰减指数 元音
±s
MVPC
VPI
VPC
/ta/
80.24±8.60**
75.69±6.30*
88.72±7.67
, 百拇医药 /a/
86.92±6.25
77.12±6.33*
87.91±7.76
/xi/
68.24±7.02
59.44±7.25*
72.44±9.87
/i/
71.01±9.25
61.52±4.43*
, 百拇医药
72.93±10.68
/wu/
56.12±7.50
57.97±4.00
56.03±7.30
/u/
55.20±6.95
55.06±6.20
54.50±7.96
* P<0.05， ** P>0.05，数值明显低于正常表3 塞音和塞擦音语图上冲直条、空白
间隙出现例数及百分率 组别
, 百拇医药
n
塞音和塞擦音
/t/
/q/
/d/
/j/
例数
%
例数
%
例数
%
例数
%
, http://www.100md.com
MVPC
17
8
47
6
35
2
12
2
22
VPI
28
0
0
, 百拇医药
0
0
0
0
0
0
VPC
18
18
100
16
89
14
78
, 百拇医药
14
78
是由于此类患者的腭咽闭合能力的不稳定性所决定。Morris将MVPC患者的腭咽闭合状况分为两组，一组患者发音时腭咽间隙很小但不完全，此组患者类似于轻度腭咽闭合不全情况；另一组患者发音时有时可获得完全闭合，但不恒定[2]。
本研究对MVPC的诊断标准为患者发音时腭咽间隙很小，接近闭合，或偶有完全性闭合，判听有不同程度的过高鼻音。
二、边缘性腭咽闭合的语音声学特点
与VPC及VPI患者相比，MVPC患者无论是元音还是辅音的声学特性均存在很大差异。从元音的声学特性看，多数边缘性腭咽闭合患者语流中元音的频谱上存在额外峰，但单元音的频谱上甚少出现额外峰(图1，2)。从辅音的声学特性来看，如果MVPC患者发音时存在较小腭咽间隙，则语句中塞音、塞擦音语图上不出现冲直条和空白间隙，送气辅音语图上出现低频噪音能量；如果患者发音时偶能实现腭咽完全闭合，但不稳定，则有些辅音的语图模
, 百拇医药
图1 MVPC患者元音/i/在语句中及单发时的频谱同窗比较 语句中元音/i/频谱上有一额外峰(↑示)，高频能量衰减。F1、F2、F3分别指元音第一、二、三共振峰(图2同)
图2 MVPC患者元音/a/在语句中及单发时的频谱同窗比较 语句中元音/a/频谱上有一额外峰(↑示)，高频能量衰减
式正常，而有些辅音的语图表现类似于VPI患者的辅音语图特征。
MVPC患者语音声学特性之间差异很大，一方面与边缘性腭咽闭合患者腭咽闭合能力的不稳定性有关，另一方面与不同元音和辅音对腭咽闭合程度的要求不同有关，同时还与诊断MVPC的标准有关。我们从语音声学角度提出边缘性腭咽闭合的诊断标准为，边缘性腭咽闭合患者语句中压力性辅音的语图模式可存在异常或偶见正常，塞音和塞擦音语图上冲直条、空白间隙特征性表现可消失，送气辅音语图的低频区可出现噪音能量，语句元音频谱的低频区可出现额外峰，但单元音的频谱无异常表现。并强调利用声学分析技术评价腭咽闭合功能时，应同时分析多个元、辅音的声学特点，单音和语句分析相结合。研究中有1例MVPC患者单元音频谱上出现了额外峰，结合其压力性辅音语图模式均异常，此患者应诊断为VPI。
, 百拇医药
语音声学分析技术是现代语音学的基础，可精确反映各元音的共振特性及辅音的发音方式和部位[4]。结合元、辅音的声学特点，即可反映患者的发音能力和特点，对患者的腭咽闭合功能进行判定。该分析方法简便易行，为非侵入性检查方法，无创伤性，尤为年幼患者所乐于接受。该方法对于筛选评定腭裂术后患者的腭咽闭合功能有重要的临床应用价值。
参考文献
1McWilliams BJ. Unresolved issues in velopharyngeal valving. Cleft Palate J, 1985, 22:29-33.
2McWilliams BJ, Morris HL, Shelton R, et al. Cleft Palate Speech. 2nd ed, Philadelphia: BC Decker Inc, 1990. 337-342.
3Shprintzen RJ, Bardach J. Cleft palate speech management. Missouri: Moshy-Tear Book Inc, 1995. 221-232.
4Kent RD, Read C. The acoustic analysis of speech. California: Singular Publishing Group, 1992.105-155.
(收稿：1997-11-20 修回：1998-01-22), 百拇医药
单位：100081 北京医科大学口腔医学院
关键词：腭裂；语音；声学；腭咽闭合
中华口腔医学杂志980315 【摘要】 目的 研究边缘性腭咽闭合患者的语音声学特点。方法 应用USSA语音频谱分析系统，对17例边缘性腭咽闭合患者的语音声学特点进行了分析，并与28例腭咽闭合不全患者和18例腭咽闭合完全患者的语音声学特点进行了对照研究。结果 边缘性腭咽闭合患者语句中压力性辅音的语图模式可存在异常或偶见正常，塞音和塞擦音语图上冲直条、空白间隙特征性表现可消失，送气辅音语图的低频区可出现噪音能量，语句元音频谱的低频区可出现额外峰，但单元音的频谱无异常表现。结论 声学分析技术对边缘性腭咽闭合有重要的诊断价值。并强调利用声学分析技术来评价腭咽闭合功能时，应同时分析多个元、辅音的声学特点，单音和语句分析相结合。
, 百拇医药
The study on the acoustic-phonetic features of marginal velopharyngeal closure Zhu Hongping, Sun Yonggang, Wang Guanghe, et al. School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081
【Abstract】 Objective To study the acoustic-phonetic features of the cleft patients with marginal velopharyngeal closure. Methods The acoustic-phonetic features of 17 cleft patients with marginal velopharyngeal closure were analyzed with USSA sound spectrograph, contrasted by the features of 28 cleft patients with velopharyngeal incompetence and 18 patients with velopharyngeal competence. Results The manifestations of single vowel spectrum differ from that of the same vowel in sentence for MVPC patients. There are extra formants or strong nasal formants in a number of vowels spectrums in sentence, while they do not occur on single vowel spectrum. The spike and stop gap in the spectrograms of stops and affricatives may be absent or existing occasionally, and the noise energy in the lowest frequency area in the spectrograms of aspirated consonants may be watched or not. Conclusion Acoustic analysis is very valuable to evaluate the state of marginal velopharyngeal closure. Analyzing the acoustic features of multiple vowels and consonants, and comparing the resonance characteristics of single vowel with the same vowel in continuous speech simultaneously are emphasized.
, 百拇医药
【Key words】 Cleft palate Voice Velopharyngeal Acoustics
腭咽闭合能力是评价腭裂修复效果的重要方面，也是分析腭裂患者语音障碍的原因、选择语音治疗方法时不可缺少的内容。腭裂术后患者的腭咽闭合功能状态一般可分为腭咽闭合不全、腭咽闭合完全及边缘性腭咽闭合三类，其中边缘性腭咽闭合的表现最为复杂，临床诊断也最困难[1，2]。本研究的目的在于通过应用语音声学分析技术对边缘性腭咽闭合的患者进行语音声学分析，总结其语音的声学特点，为临床应用提供新的手段。
材料和方法
1.研究对象：腭裂术后边缘性腭咽闭合(rnarginal velopharyngeal competence, MVPC)儿童17名，年龄5～12岁，平均8.25岁。同年龄组腭咽闭合完全(velopharyngeal competence, VPC)儿童18名，腭咽闭合不全(velopharyngeal incompetence,VPI)儿童28名作为对照研究。
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本组63名儿童均为单纯性腭裂修复术后，复查时间距手术日期5个月～8年，平均2.68年，均无明显智力及听力障碍，无腭瘘、重度畸形，无严重不良发音习惯。应用Olympus ENF LB型鼻咽纤维镜及录像监视系统，结合主观判听及口腔检查评定腭咽闭合功能。
2.研究仪器及方法：
(1)仪器：USSA语音频谱分析系统(由北京邮电大学研制)，配合AST486微机行语音声学分析。并应用Philip AS 30/32高保真录音机及Toshiba麦克风采集语音信号。
(2)方法：将语音信号经麦克风或线性输入USSA语音频谱分析系统，利用三维宽带语图和线性预测技术(LPC)对语音样本中的元、辅音进行声学分析。采样频率为9 000 Hz，语图带宽为500 Hz，LPC的阶数P为12。
(3)语音样本：语句“ta qu wu xi shi, wo dao hei long jiang”和单元音/a/、/i/、/u/。
, 百拇医药
(4)统计分析：应用SPSS for Windows 6.0统计软件进行组间t值检验。
3.研究内容：
(1)观察患者语句元音和单元音频谱上额外峰出现情况。应用鼻腔共振指数(nasal resornance index, NRI)判断元音/a/频谱低频区是否存在额外峰，当NRI值大于1时计数。NRI=第一共振峰能量值/鼻音共振峰能量。
(2)应用能量衰减指数(energy damping index, EDI)，研究患者的语音能量分布特点。EDI=第三共振峰能量/低频区最强共振峰能量值×100%。
(3)观察患者语句中塞音/t/、/d/，塞擦音/q/、/j/语图上冲直条及空白间隙出现情况。
(4)观察送气辅音/t/、/q/、/x/、/sh/、/h/的噪音能量分布特点。
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结果
1.MVPC患者的元音频谱表现：
(1)元音/a/、/i/、/u/频谱上低频区额外峰的出现情况：三组患者语句元音及单元音频谱上额外峰出现情况(表1)。MVPC患者语句元音和单元音频谱上额外峰的出现率有明显区别。
(2)各组患者元音的能量衰减指数及统计结果：VPI组元音/a/、/i/的EDI值显著低于VPC组(P<0.05)，MVPC组的EDI值低于VPC组，高于VPI组，差异均无显著性(P>0.05)。结果如表2。
2.MVPC患者的辅音语图特点：
(1)塞音、塞擦音语图上冲直条、空白间隙出现情况：3组患者语句中塞音/t/和/d/、塞擦音/q/和/j/语图冲直条、空白间隙出现率如表3。
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(2)送气辅音的能量分布特点：除辅音省略外，各组患者送气辅音语图的低频区噪音能量的出现率不同。MVPC组患者语图上表现较为复杂，/t/、/q/、/x/、/sh/、/h/语图低频能量出现率在53%～88%，以辅音/q/、/x/、/sh/最为多见，且各辅音低频区能量与高频区能量相比强弱程度不等。VPI组患者所有送气辅音语图的低频区噪音能量出现率为100%，且低频区能量明显强于高频区能量；VPC组患者语图上低频区偶有能量出现，并明显弱于高频区能量。
讨论
一、边缘性腭咽闭合的临床特点
MVPC患者的临床表现多样，有些患者的语音存在持续性鼻漏气和轻度过高鼻音，有些患者仅有个别语音存在异常，而有些患者平时语音无异常，仅在疲劳或紧张情况下出现语音问题[2，3]。这些特点
表1 元音/a/、/i/、/u/低频区额外峰出现例数及出现率 单位：例(%) 组别
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n
元 音
/q/
/i/
/u/
/ta/
/a/
/xi/
/i/
/wu/
/u/
MVPC
17
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14
(82)
1
(5)
12
(70)
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(5)
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(70)
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(5)
VPI
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(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
28
(100)
, 百拇医药
VPC
18
16
(88)
15
(83)
0
(0)
0
(0)
0
(0)
0
(0)
, 百拇医药
注：/ta/、/xi/、/wu/分别指语句中元音/a/、/i/、/u/
表2 不同腭咽闭合功能的患者元音能量衰减指数 元音
±sMVPC
VPI
VPC
/ta/
80.24±8.60**
75.69±6.30*
88.72±7.67
, 百拇医药 /a/
86.92±6.25
77.12±6.33*
87.91±7.76
/xi/
68.24±7.02
59.44±7.25*
72.44±9.87
/i/
71.01±9.25
61.52±4.43*
, 百拇医药
72.93±10.68
/wu/
56.12±7.50
57.97±4.00
56.03±7.30
/u/
55.20±6.95
55.06±6.20
54.50±7.96
* P<0.05， ** P>0.05，数值明显低于正常表3 塞音和塞擦音语图上冲直条、空白
间隙出现例数及百分率 组别
, 百拇医药
n
塞音和塞擦音
/t/
/q/
/d/
/j/
例数
%
例数
%
例数
%
例数
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, http://www.100md.com
MVPC
17
8
47
6
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2
12
2
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VPI
28
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, 百拇医药
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VPC
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18
100
16
89
14
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, 百拇医药
14
78
是由于此类患者的腭咽闭合能力的不稳定性所决定。Morris将MVPC患者的腭咽闭合状况分为两组，一组患者发音时腭咽间隙很小但不完全，此组患者类似于轻度腭咽闭合不全情况；另一组患者发音时有时可获得完全闭合，但不恒定[2]。
本研究对MVPC的诊断标准为患者发音时腭咽间隙很小，接近闭合，或偶有完全性闭合，判听有不同程度的过高鼻音。
二、边缘性腭咽闭合的语音声学特点
与VPC及VPI患者相比，MVPC患者无论是元音还是辅音的声学特性均存在很大差异。从元音的声学特性看，多数边缘性腭咽闭合患者语流中元音的频谱上存在额外峰，但单元音的频谱上甚少出现额外峰(图1，2)。从辅音的声学特性来看，如果MVPC患者发音时存在较小腭咽间隙，则语句中塞音、塞擦音语图上不出现冲直条和空白间隙，送气辅音语图上出现低频噪音能量；如果患者发音时偶能实现腭咽完全闭合，但不稳定，则有些辅音的语图模
, 百拇医药
图1 MVPC患者元音/i/在语句中及单发时的频谱同窗比较 语句中元音/i/频谱上有一额外峰(↑示)，高频能量衰减。F1、F2、F3分别指元音第一、二、三共振峰(图2同)
图2 MVPC患者元音/a/在语句中及单发时的频谱同窗比较 语句中元音/a/频谱上有一额外峰(↑示)，高频能量衰减
式正常，而有些辅音的语图表现类似于VPI患者的辅音语图特征。
MVPC患者语音声学特性之间差异很大，一方面与边缘性腭咽闭合患者腭咽闭合能力的不稳定性有关，另一方面与不同元音和辅音对腭咽闭合程度的要求不同有关，同时还与诊断MVPC的标准有关。我们从语音声学角度提出边缘性腭咽闭合的诊断标准为，边缘性腭咽闭合患者语句中压力性辅音的语图模式可存在异常或偶见正常，塞音和塞擦音语图上冲直条、空白间隙特征性表现可消失，送气辅音语图的低频区可出现噪音能量，语句元音频谱的低频区可出现额外峰，但单元音的频谱无异常表现。并强调利用声学分析技术评价腭咽闭合功能时，应同时分析多个元、辅音的声学特点，单音和语句分析相结合。研究中有1例MVPC患者单元音频谱上出现了额外峰，结合其压力性辅音语图模式均异常，此患者应诊断为VPI。
, 百拇医药
语音声学分析技术是现代语音学的基础，可精确反映各元音的共振特性及辅音的发音方式和部位[4]。结合元、辅音的声学特点，即可反映患者的发音能力和特点，对患者的腭咽闭合功能进行判定。该分析方法简便易行，为非侵入性检查方法，无创伤性，尤为年幼患者所乐于接受。该方法对于筛选评定腭裂术后患者的腭咽闭合功能有重要的临床应用价值。
参考文献
1McWilliams BJ. Unresolved issues in velopharyngeal valving. Cleft Palate J, 1985, 22:29-33.
2McWilliams BJ, Morris HL, Shelton R, et al. Cleft Palate Speech. 2nd ed, Philadelphia: BC Decker Inc, 1990. 337-342.
3Shprintzen RJ, Bardach J. Cleft palate speech management. Missouri: Moshy-Tear Book Inc, 1995. 221-232.
4Kent RD, Read C. The acoustic analysis of speech. California: Singular Publishing Group, 1992.105-155.
(收稿：1997-11-20 修回：1998-01-22), 百拇医药