成人嗓音的计算机测试及定量分析
作者：张志明 宋辉 柴亮 杨式麟
单位：张志明 宋辉 杨式麟 中国医科大学附属第二医院耳鼻咽喉科(沈阳 110003)；柴亮 辽宁省人民医院耳鼻咽喉科；张志明 现在解放军202医院耳鼻咽喉科
关键词：计算机；嗓音评价；声学参数
听力学及言语疾病杂志990407 [摘要] 目的 研究正常成人在四种发育方式下各声学参数的变化。方法 应用电子计算机语言分析系统对20～50岁男女各30例正常成人分别用真声最低音、舒适音、真声最高音、假声最高音进行测试和分析。结果 男女性的四种发音方式中，真声最高音最优，依次为舒适音、假声最高音、真声最低音，发舒适音和真声最低音时男女间Jitter值有差异。结论 正常成人四种发音方式的声音质量是不同的，与喉肌的功能状态有关。
Voice Measruement With Computer and Quantitative Analysis in Normal Adult
, 百拇医药
Zhang Zhiming,Song Guangjun,Chai Liang,et al.
(Department of Otolaryngology,Second Hospital of China Medical University,Shenyang, 110003)
【Abstract】 Objective To study the acoustic parameters of normal adult in 4 phonationmodes. Method Acoustic parameters of 60 normal adults(20～50 years old,30 males and 30 females)were measured with computer voice evaluation system.Result The highest true voice was most precedent and the others one by one were comfortable voice,the highest falsetto voice and the lowest true voice.Jitter of comfortable voice and the lowest true voice between male and female showed statistically significant difference.Conclusion The voice of adult had distinctive characteristics with laryngeal muscle function.
, 百拇医药
【Key words】 Computer Voice evaluation Acoustic parameter
嗓音综合评价是临床检查喉疾患的重要手段。以往[1～5]的报道多是舒适发声的检测结果分析，而发声分为胸声区及假声区(头音)。胸声区包括真声最低音、舒适音、真声最高音，是由声带整体振动产生的，假声是由声带边缘或局部振动产生的，只作舒适音检测似有不足。为了能概括全音域声学参数的变化，对受试者进行了真声最低音、舒适者、真声最高音、假声最高音四种发音方式的检测，现报道如下。
1 资料和方法
1.1 受试对象 从沈阳地区随机挑选20～25岁，男女各30名，发声正常，无喉病及上呼吸道感染，经检查喉部均正常。
1.2 测试仪器 美国IBM-486计算机，美国Tiger Electronics公司生产的Dr.Speech Science语音分析系统，日本Epson LQ-150k打印机。
, http://www.100md.com
1.3 测试方法 选用/i/音为受试声样，环境噪声控制在45 dB SPL以下，口距麦克风10～15 cm，受试者经过短暂发音训练后，分别用真声最低音、舒适音、真声最高音、假声最高音平稳地发声，持续3～5 s，声波信号经过A/D转换成数字信号，输入计算机内存，以每位受试者各声样平稳段中提取50个周期进行分析。
计算机可自动显示出受试者四种发声方式的频率微扰(jitter)、振幅微扰(shimmer)、归一化的声门噪声能量(nomalized noise energies, NNE)、基频(F0)、基频标准差(SDF0)值，并计算出男女的真声音域和假声音域。
2 结果
2.1 健康男性嗓音分析结果见表1，经方差分析表明，真声最低音的jitter值明显大于舒适音(P<0.01或0.05)，真声最高音、真声最低音和假声最高音的NNE、F0、SDF0值与舒适音相比均有显著差异(P<0.01)，可见男性成人发声方式中，真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
, 百拇医药
表1 健康男性嗓音分析结果(±s) 发声方式
jitter(%)
shimmer(%)
NNE(dB)
FO(Hz)
SDF0(Hz)
低 音
0.23±0.12
3.23±1.56
-4.03±3.61
116.90±12.10
, 百拇医药
3.510.78
舒适发音
0.17±0.06
2.36±0.82
-7.90±4.71
160.35±23.40
1.73±1.11
真声最高音
0.16±0.08
2.21±0.95
-15.88±3.0
274.86±43.68
, http://www.100md.com
3.07±1.89
假声最高音
0.21±0.12
2.42±1.56
-13.13±5.60
496.24±97028
8.99±6.78
2.2 健康女性嗓音分析结果见表2 经方差分析表明，发真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，与舒适音之间有明显差异(P<0.05或<0.01)，而真声最高音的值最小(P<0.05或<0.01)，舒适音与其它三种发音之间的F0值差异显著(P<0.05)，假声最高音与舒适音之间的SDF0值有差异(P<0.05)，由此看出，健康女性四种发声方式之间真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，即真声最低音的嗓音质量最差，依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
, http://www.100md.com
表2 健康女性嗓音分析结果(±s) 发声方式
jitter(%)
shimmer(%)
NNE(dB)
F0(Hz)
SDF0(Hz)
低 音
0.37±0.18
3.26±1.34
-4.06±2.42
193.77±26.64
, http://www.100md.com
3.17±1.60
舒适发音
0.29±0.25
2.67±1.12
-7.16±5.08
258.22±31.76
2.81±1.55
真声最高音
0.15±0.11
1.75±0.87
-15.42±4.53
382.75±62.84
, 百拇医药
3.63±.69
假声最高音
0.27±0.15
3.02±1.91
-12.91±5.58
637.03±92.65
7.95±4.15
2.3 音域值的测试，将受试者发真声最低音与真声最高音间的音程定为真声音域，将真声最低音与假声最高音间的音程定为假声音域。男性和女性真声音域(±s)分别为1.18±0.22和1.01±0.24，假声音域(±s)分别2.15±0.47和1.67±0.36。经方差分析结果表明；男女间真声音域和假声音域均有显著差异(P<0.01)，男性大于女性。
, 百拇医药
2.4 四种发声方式的男女两性间的对比经样本均数的方差分析结果表明：发舒适音和真声最低音的jitter值男女之间有差异(P<0.05)，四种发声方式的shimmer、NNE值男女之间无差异(P>0.05)而F0值差异显著(P<0.01)，舒适音的SDF0值间有差异。
3 讨论
舒适发声仅仅是音域的一部分，不能代表人发声音域全部，日常生活也不仅仅只是舒适发音。该文四种发声方式的检测，可以概括音域的全貌，无论男性女性，其jitter、shimmer、NNE值的大小依次均为真声最低音、假声最高音、舒适音、真声最高音，即嗓音质量综合评价中最优的并不是舒适音，而是真声最高音，真声最低音最差。因为人在日常生活中很少用真声最低音，所受训练少，且发真声最低音时要求喉内肌均处于松弛状态，控制和协调肌肉运动较困难，故真声最低音时频率和振幅扰动大，声门噪声亦高。所以测试嗓音时不能单一测试舒适音，有的喉疾患者早期发舒适音可能正常，但发假声和真声最低音时某些声学参数可能已出现了异常[1]，故研究嗓音变化应多种发声方式同时测试，以利于疾病的早发现和早期诊断。
, 百拇医药
关于jitter值的特别差异，文献报道有二种看法：Horii[2]等报道该值男女无差异，而佐佐木裕美[3]、王丽萍[4]等认为男女之间存在性别差异。文中测定结果与前二者均不尽一致，认为舒适音和真声最低音的jitter值男女有差异，而真声最高音和假声shimmer值与Horii、北岛等人结果一致，男女间无差异。
归一化的NNE是测量发声中的湍流噪声能量，利用梳状滤波器，从总的嗓音能量中减去谐波信号的能量，就得到NNE。由于该仪器使用梳状滤波器，在判别不同类型的病理嗓音方面NNE比H/N更灵敏。因为不同的病理嗓音类型是建立在正常嗓音和病理嗓音数据库基础上的，从该文测试结果可以看出，四种发声方式的NNE值是不同的，真声最低音最大，真声最高音最小。男女真假声音域值较以前所测值略高[5]，且男女之间有显著差异，而王双乐[6]等人的测定结果认为男女无差异。
, 百拇医药 Dr.Speech Science 系统内部数据库中存有2 973个美国地区的正常成人高音声样，并根据其给出下列正常值：jitter<0.5%，shimmer<3%,NNE<-10，SDF0<3.1，从测定结果看出，前三个参数小于上述值。可见不同地区的嗓音参数是有差异的，嗓音质量是有差别的。
4 参考文献
1 姜泗长，阎承先，主编.现代耳鼻咽喉科学.天津：天津科学技术出版社,1994.299～310.
2 Horii Y.Jitter and shimmer in sustainea vocal fry phonation.Folia phenial,1985,37:81.
3 佐佐木裕美.サヴメトスツクロゲテフ应用に嗄声の音响.音声言语医学，1985，26：291.
4 王丽萍，杨式麟.正常儿童嗓音参数电子计算机检测.中华耳鼻咽喉科杂志，1989；24：182.
5 杨式麟，胡连生，韩仲明.嗓音频谱分析及其临床应用.中华耳鼻咽喉科杂志，1986，21：275.
6 王双乐，周涛，何佳莉，等.成人嗓音计算机检测及分析.临床耳鼻咽喉科杂志，1998，12：449.
(1998-12-14收稿 1999-03-09修回), 百拇医药
单位：张志明 宋辉 杨式麟 中国医科大学附属第二医院耳鼻咽喉科(沈阳 110003)；柴亮 辽宁省人民医院耳鼻咽喉科；张志明 现在解放军202医院耳鼻咽喉科
关键词：计算机；嗓音评价；声学参数
听力学及言语疾病杂志990407 [摘要] 目的 研究正常成人在四种发育方式下各声学参数的变化。方法 应用电子计算机语言分析系统对20～50岁男女各30例正常成人分别用真声最低音、舒适音、真声最高音、假声最高音进行测试和分析。结果 男女性的四种发音方式中，真声最高音最优，依次为舒适音、假声最高音、真声最低音，发舒适音和真声最低音时男女间Jitter值有差异。结论 正常成人四种发音方式的声音质量是不同的，与喉肌的功能状态有关。
Voice Measruement With Computer and Quantitative Analysis in Normal Adult
, 百拇医药
Zhang Zhiming,Song Guangjun,Chai Liang,et al.
(Department of Otolaryngology,Second Hospital of China Medical University,Shenyang, 110003)
【Abstract】 Objective To study the acoustic parameters of normal adult in 4 phonationmodes. Method Acoustic parameters of 60 normal adults(20～50 years old,30 males and 30 females)were measured with computer voice evaluation system.Result The highest true voice was most precedent and the others one by one were comfortable voice,the highest falsetto voice and the lowest true voice.Jitter of comfortable voice and the lowest true voice between male and female showed statistically significant difference.Conclusion The voice of adult had distinctive characteristics with laryngeal muscle function.
, 百拇医药
【Key words】 Computer Voice evaluation Acoustic parameter
嗓音综合评价是临床检查喉疾患的重要手段。以往[1～5]的报道多是舒适发声的检测结果分析，而发声分为胸声区及假声区(头音)。胸声区包括真声最低音、舒适音、真声最高音，是由声带整体振动产生的，假声是由声带边缘或局部振动产生的，只作舒适音检测似有不足。为了能概括全音域声学参数的变化，对受试者进行了真声最低音、舒适者、真声最高音、假声最高音四种发音方式的检测，现报道如下。
1 资料和方法
1.1 受试对象 从沈阳地区随机挑选20～25岁，男女各30名，发声正常，无喉病及上呼吸道感染，经检查喉部均正常。
1.2 测试仪器 美国IBM-486计算机，美国Tiger Electronics公司生产的Dr.Speech Science语音分析系统，日本Epson LQ-150k打印机。
, http://www.100md.com
1.3 测试方法 选用/i/音为受试声样，环境噪声控制在45 dB SPL以下，口距麦克风10～15 cm，受试者经过短暂发音训练后，分别用真声最低音、舒适音、真声最高音、假声最高音平稳地发声，持续3～5 s，声波信号经过A/D转换成数字信号，输入计算机内存，以每位受试者各声样平稳段中提取50个周期进行分析。
计算机可自动显示出受试者四种发声方式的频率微扰(jitter)、振幅微扰(shimmer)、归一化的声门噪声能量(nomalized noise energies, NNE)、基频(F0)、基频标准差(SDF0)值，并计算出男女的真声音域和假声音域。
2 结果
2.1 健康男性嗓音分析结果见表1，经方差分析表明，真声最低音的jitter值明显大于舒适音(P<0.01或0.05)，真声最高音、真声最低音和假声最高音的NNE、F0、SDF0值与舒适音相比均有显著差异(P<0.01)，可见男性成人发声方式中，真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
, 百拇医药
表1 健康男性嗓音分析结果(±s) 发声方式
jitter(%)
shimmer(%)
NNE(dB)
FO(Hz)
SDF0(Hz)
低 音
0.23±0.12
3.23±1.56
-4.03±3.61
116.90±12.10
, 百拇医药
3.510.78
舒适发音
0.17±0.06
2.36±0.82
-7.90±4.71
160.35±23.40
1.73±1.11
真声最高音
0.16±0.08
2.21±0.95
-15.88±3.0
274.86±43.68
, http://www.100md.com
3.07±1.89
假声最高音
0.21±0.12
2.42±1.56
-13.13±5.60
496.24±97028
8.99±6.78
2.2 健康女性嗓音分析结果见表2 经方差分析表明，发真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，与舒适音之间有明显差异(P<0.05或<0.01)，而真声最高音的值最小(P<0.05或<0.01)，舒适音与其它三种发音之间的F0值差异显著(P<0.05)，假声最高音与舒适音之间的SDF0值有差异(P<0.05)，由此看出，健康女性四种发声方式之间真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大，即真声最低音的嗓音质量最差，依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
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表2 健康女性嗓音分析结果(±s) 发声方式
jitter(%)
shimmer(%)
NNE(dB)
F0(Hz)
SDF0(Hz)
低 音
0.37±0.18
3.26±1.34
-4.06±2.42
193.77±26.64
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3.17±1.60
舒适发音
0.29±0.25
2.67±1.12
-7.16±5.08
258.22±31.76
2.81±1.55
真声最高音
0.15±0.11
1.75±0.87
-15.42±4.53
382.75±62.84
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3.63±.69
假声最高音
0.27±0.15
3.02±1.91
-12.91±5.58
637.03±92.65
7.95±4.15
2.3 音域值的测试，将受试者发真声最低音与真声最高音间的音程定为真声音域，将真声最低音与假声最高音间的音程定为假声音域。男性和女性真声音域(±s)分别为1.18±0.22和1.01±0.24，假声音域(±s)分别2.15±0.47和1.67±0.36。经方差分析结果表明；男女间真声音域和假声音域均有显著差异(P<0.01)，男性大于女性。
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2.4 四种发声方式的男女两性间的对比经样本均数的方差分析结果表明：发舒适音和真声最低音的jitter值男女之间有差异(P<0.05)，四种发声方式的shimmer、NNE值男女之间无差异(P>0.05)而F0值差异显著(P<0.01)，舒适音的SDF0值间有差异。
3 讨论
舒适发声仅仅是音域的一部分，不能代表人发声音域全部，日常生活也不仅仅只是舒适发音。该文四种发声方式的检测，可以概括音域的全貌，无论男性女性，其jitter、shimmer、NNE值的大小依次均为真声最低音、假声最高音、舒适音、真声最高音，即嗓音质量综合评价中最优的并不是舒适音，而是真声最高音，真声最低音最差。因为人在日常生活中很少用真声最低音，所受训练少，且发真声最低音时要求喉内肌均处于松弛状态，控制和协调肌肉运动较困难，故真声最低音时频率和振幅扰动大，声门噪声亦高。所以测试嗓音时不能单一测试舒适音，有的喉疾患者早期发舒适音可能正常，但发假声和真声最低音时某些声学参数可能已出现了异常[1]，故研究嗓音变化应多种发声方式同时测试，以利于疾病的早发现和早期诊断。
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关于jitter值的特别差异，文献报道有二种看法：Horii[2]等报道该值男女无差异，而佐佐木裕美[3]、王丽萍[4]等认为男女之间存在性别差异。文中测定结果与前二者均不尽一致，认为舒适音和真声最低音的jitter值男女有差异，而真声最高音和假声shimmer值与Horii、北岛等人结果一致，男女间无差异。
归一化的NNE是测量发声中的湍流噪声能量，利用梳状滤波器，从总的嗓音能量中减去谐波信号的能量，就得到NNE。由于该仪器使用梳状滤波器，在判别不同类型的病理嗓音方面NNE比H/N更灵敏。因为不同的病理嗓音类型是建立在正常嗓音和病理嗓音数据库基础上的，从该文测试结果可以看出，四种发声方式的NNE值是不同的，真声最低音最大，真声最高音最小。男女真假声音域值较以前所测值略高[5]，且男女之间有显著差异，而王双乐[6]等人的测定结果认为男女无差异。
, 百拇医药 Dr.Speech Science 系统内部数据库中存有2 973个美国地区的正常成人高音声样，并根据其给出下列正常值：jitter<0.5%，shimmer<3%,NNE<-10，SDF0<3.1，从测定结果看出，前三个参数小于上述值。可见不同地区的嗓音参数是有差异的，嗓音质量是有差别的。
4 参考文献
1 姜泗长，阎承先，主编.现代耳鼻咽喉科学.天津：天津科学技术出版社,1994.299～310.
2 Horii Y.Jitter and shimmer in sustainea vocal fry phonation.Folia phenial,1985,37:81.
3 佐佐木裕美.サヴメトスツクロゲテフ应用に嗄声の音响.音声言语医学，1985，26：291.
4 王丽萍，杨式麟.正常儿童嗓音参数电子计算机检测.中华耳鼻咽喉科杂志，1989；24：182.
5 杨式麟，胡连生，韩仲明.嗓音频谱分析及其临床应用.中华耳鼻咽喉科杂志，1986，21：275.
6 王双乐，周涛，何佳莉，等.成人嗓音计算机检测及分析.临床耳鼻咽喉科杂志，1998，12：449.
(1998-12-14收稿 1999-03-09修回), 百拇医药