一种儿童嗓音言语矫治的计算机技术
作者：黄昭鸣 张燕 李伟 黄鹤年
单位：黄昭鸣 华盛顿大学言语病理和听力学系(美国，西雅图)；张燕 李伟 上海市闵行区启音学校；黄鹤年 上海医科大学附属眼耳鼻喉科医院
关键词：
听力学及言语疾病杂志990420 计算机技术的应用使儿童言语康复和言语治疗有很大的发展。本文介绍一种能为嗓音、言语疾病患儿、聋儿、喉科专家和言语病理学家提供更准确、更专业的服务，使得康复和治疗更具效果的新技术。我们在嗓音评估和矫治软件基础上，探索提高语训教学特别是儿童早期个别教学质量的新途径，编写了多媒体学龄儿童强化发声训练软件“启音博士(发声训练)”(Speech Therapy，Version 4)并应用于临床，分述如下。
1 测试和训练方法
测试时，采用美国泰亿格电子有限公司的嗓音疾病评估仪 (vocal assessment,version 4.0)，对受试者均先进行声学和电声门图检测。以习惯音调强度，发稳态韵母/
(ㄝ)/(相同于英语国际音标/
/)，持续2～3秒。电声门图检测对一些声带难以暴露或不适合作喉镜检查的儿童尤为有价值。
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训练时，病人坐于话筒前，口与话筒保持10 cm的距离，根据发声训练的要求进行发声目标的匹配。测试和训练是紧密相结合的，缺一不可。在训练前，精确的测试是训练成功的可靠保障。精确的测试还可用于监视不同阶段的训练效果，以及选择正确的训练方法。
2 训练步骤
进行发声训练，就必然要涉及喉部和声道，以及它们所产生的声学和生理现象。一些参数如：音调、声强、清浊音、起音、声时和共振峰等都与这两个系统有关。文中采用的启音博士(发声训练)，它能使儿童在发声时，立刻获得动画形式的参数反馈，并对声学和生理现象作出评价。
2.1 音调训练
尽管对某儿童来说，讲话时并不存在一个绝对适宜的音调即基频，但是许多患儿如果换一种音调，往往会带来很好的效果。音调偏低会使说话过于费力，偏高又会使声带容易疲劳。通过音调训练，可以帮助患者找到并保持适宜的音调。现在有许多仪器能够实时地显示正在进行中的说话音调，这种同步的视听觉反馈方法在建立新音调的治疗中起着突出的作用。大多数儿童都能模仿自己的目标音调。可以要求患者用目标音调发声，大约持续五秒钟，将它录下来并马上播放。让患者模仿自己曾用过的音调反复训练，更容易获得成功。
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采用音调训练，可以帮助儿童改善控制音调的能力，并增强音调的稳定性，指导他们通过控制声带的振动来获得恰当的音调。在音调训练时，“升降调”模式是最好的方法之一，即先慢慢地提高音调，然后再慢慢地降低音调。图1(a)中，患者对着话筒发长音/a/的同时改变音调，先升后降，并让患者观看屏幕上小船位置的变化，学会调节音调，使小船围绕礁石，按照升降的预定轨迹行驶。通过游戏，患者获得了音调的训练，而医师则在图1(b)中获得患者音调的具体数值，可以根据患者的具体情况来选择不同的音调模式进行训练。
(a)实时动画显示 (b)音调的数值曲线
图1 音调控制小船围绕着礁石行驶(目标：升-降调)
(a)实时动画显示；(b)音调的数值曲线
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典型病例：十岁男孩，声嘶六个月，检查结果为喉部正常，但音调偏高。略经指导，他就发出了更低音调的声音。在随后的比较中播放了前后两种声音，他承认以前是在模仿他弟弟(聋儿)的声音。治疗医师指出，这种高频的声音与年龄不符，而且别人听起来有困难。嗓音治疗的重点是控制音调，语训效果非常明显，仅仅六周治疗就获得了成功。
2.2 强度训练
长期的发声强度异常会引起声带小结或息肉等疾病。许多儿童喜好大声喊叫，就是强度过强的表现形式，容易引起嗓音问题。在某些需要大声讲话的场合，有的人不是通过调节呼吸，而硬是挤紧喉咙来发声。通过训练来降低或提高强度能直接达到目的，可结合声时和起音训练方法。 应当指导患者通过正确的呼吸方法，更好地控制声音强度，帮助患者用一种较为安静的但不是挤紧喉咙的语调练习说话，这能通过有实时强度反馈的仪器进行训练(图2)。例如：采用正确的呼吸和体位训练时，在图2(a)中，随着强度的增加，消防员往上爬，越来越接近目标(80dB) 。通过游戏，儿童立刻知道了不同的发声姿势(站和坐)给强度带来的变化，认识到深呼吸后，站着发声可以增加强度而不费力。而医师则在图2(b)中获得患者强度的具体数值，最上面的目标物代表了某一强度等级，可以根据患者的具体情况来设定目标等级。文中共测试和训练了声带小结患儿共20例，年龄4～15岁，平均 11.2岁，语训后声带小结消失，语训成功率100%。
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(a)实时动画显示 (b)强度的数值曲线
图2 强度控制消防员往上爬(目标：顶端)
(a)实时动画显示；(b)强度的数值曲线
2.3 清浊音训练
采用清浊音训练，能够帮助儿童直接从计算机屏幕上了解什么清音，什么是浊音。清音和浊音的区别就在于声带振动与否。如浊音/z/，声带是振动的，而清音/s/，声带是不振动的。采用清浊音训练时，可以发一组音/s，z/。在图3中，从那个老鼠跑判断是清音还是浊音。红色老鼠从左侧出现就说明是浊音，绿色老鼠从右侧出现就说明是清音。清浊音训练提供了发声方式的信息，通过清浊音的训练，可以帮助儿童提高对清浊音的辨别能力。
图3 发音或浊音将决定哪只老鼠会跑
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2.4 起音训练
“说话时硬起音”，即声带先紧密闭合而后用强气流冲开声门使声带振动发声。该说话方式起音急速，喉部器官极易疲劳，说话的时间一长，声带会在前中段边缘处形成轻度充血和肿胀。在声带后部疾患(如接触溃疡)的患者中，经常也会有硬起音的现象。硬起音是一种典型的发声功能过强，用嗓时声门下气压过强，气流过度冲击声带，两侧声带剧烈撞击和摩擦。
借助仪器显示起音的时间(图4)：声波幅度起始曲线垂直表明说话时硬起音，斜线表明软起音。治疗医师和患者看到曲线的陡度，就能知道起音是否柔和。
图4 显示起音的时间
对硬起音患者，起音训练应该从易到难，例如，先训练发/h/(声带不起振)，然后训练发/ha/(声带在发/a/之前很慢起振)，再训练发/ba/(声带起振在发/b/前缓慢起振)，最后训练发/a/(声带在发/a/之前起振)。由此可见，声带起振应逐渐从缓慢到正常。在图5中，依次发/h, ha, ba, a/ ，第一朵花在发/ha/的瞬间打开，第二朵花在发/ba/的瞬间打开，第三朵花在发/a/的瞬间打开。起音的训练提供了声门撞击的信息。通过起音练，可以帮助患儿缓和声门的撞击。
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图5 声带起振控制树上的花开
典型病例：儿童，5岁，主诉：常感喉痛和声嘶。用动态喉镜发现，声带在前中段边缘处形成轻度充血和肿胀。随后发现，他朗读时的用嗓与日常会话不同，接近最低频率，而且用硬起音。嗓音治疗包括：音调提高二度，采用实时起音训练，着重减少硬起音。几周后，他的症状消失了。
2.5 声时训练(呼吸训练)
最大声时(maximum phonation time: MPT)指的是一个人最长发声的能力。深吸气后，持续均匀地发元音/a/的最长时间就是最大声时。当喉部患有疾病，尤其是声门关闭不全时，最大声时常常会下降。一般来说，MPT值小于10秒就表明有某种声带疾患。应当教会正确的呼吸和发声方法。在训练时，如图6所示，随着患者深吸气后的发音，草莓从左向右移动，终点在右端。重点在于教会患者用胸腹式联合深吸气(最大肺活量)，然后用平稳声调和强度自然发声方式重复慢持续发声，使声音持续尽量延长，如此反复练习，使声时延至10秒以上。
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图6 声时训练时，草莓从左向右移动
2.6 舌位训练
舌在口腔里的位置直接影响音质和共鸣。对舌体“中位”的描述是：既不太靠前，也不太靠后。构音的产生主要取决于舌位的变化，语言相同，舌运动的基本方式也相同。也就是说，两人交谈时能彼此听懂，那么他们产生构音的方式必定相似。发声时舌位的错误会引起嗓音问题，这不仅仅只影响个别音素，而是全面的。有的患者说话时舌过于靠后，几乎封闭了咽部，造成闭塞性鼻音。声带紧张时将舌缩回咽部，会造成发音异常；而舌位太靠前，会使声音变得细弱，类似婴儿的发音，并且缺少后元音的共鸣，听起来既不成熟又柔弱。用改变舌位的方法能使这两种声音都得到矫治。
在声道内，言语的构音主要由三个因素决定：舌的收缩位置，舌的收缩程度和嘴唇的收缩。所有的构音都是根据声道形状和嘴唇的变化而形成的。在发声训练之前，应当向病人简单介绍有关构音 (舌和嘴唇的移动)的基本知识。
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实时元音跟踪的训练显示了言语的第一和第二共振峰，使病人可以从屏幕上看到声道收缩带来的效果，第二共振峰主要取决于舌位的变化。例如，在训练中，发一系列元音/i-a-o-u/，实时元音跟踪，如图7所示。通过屏幕，能够根据F1-F2平面上点的位置来很快地判断舌位与发音的准确性。
图7 实时动态元音跟踪
典型病例：儿童，7岁，主诉：声音低沉几乎听不清。诊断结果：喉部正常，但发重音时舌向咽部收缩。通过我们的分类法让患者知道在何种情形下舌会回缩；又通过改变舌位法，低声练习一些前元音和前辅音，并运用在原先会使舌回缩的场合，始终让舌保持正确的发音位置。患者的治疗获得了成功。
3 结论
在医院开展发声训练需要一些简单实用的治疗和评估工具。声时 、声调、重音、强度和构音都是治疗的主要内容。对于患有言语障碍的儿童和成人，个别强化指导所需的时间要超出专家一对一治疗的时间，解决这个麻烦的有效方法就是使用这种专用软件来进行所需的言语治疗，用计算机程序为言语病理学家，聋儿教师及有关专家提供专业治疗手段。
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在安排言语治疗教程的结构时，尽可能考虑患者能够独立使用它们。这不仅增加了患者的治疗内容，同时也鼓励了自学。大多数患者都可以在略加指导的情况下开始使用这些直观教程。启音博士的教程发挥图片和动画的综合功效，创造一种多媒体的氛围以抓住并维持使用者的注意力。对那些需要多次重复才能巩固一个概念的患者，计算机可以提供连大多数语训师都感到乏味的全面持续的训练。无论是对于患者还是学习者，这些教程都使教学显得更加有趣和吸引人。在设计教程的最初，便考虑到专家和父母需要灵活的个人课程设置。所有的直观教程都提供了多种层次和内容选择，以适应患者言语机能的现状。
(致谢： 对发声障碍的研究曾得到英国爱丁堡大学 Colin Watson 博士和上海眼耳鼻喉科医院王薇教授的大力支持。对言语声学的研究曾得到美国华盛顿大学 Fred Minife 教授的大力支持。这些专家为该技术的设计提出了有建设性的意见)。
(1999-03-08收稿，1999-06-30修回), 百拇医药
单位：黄昭鸣 华盛顿大学言语病理和听力学系(美国，西雅图)；张燕 李伟 上海市闵行区启音学校；黄鹤年 上海医科大学附属眼耳鼻喉科医院
关键词：
听力学及言语疾病杂志990420 计算机技术的应用使儿童言语康复和言语治疗有很大的发展。本文介绍一种能为嗓音、言语疾病患儿、聋儿、喉科专家和言语病理学家提供更准确、更专业的服务，使得康复和治疗更具效果的新技术。我们在嗓音评估和矫治软件基础上，探索提高语训教学特别是儿童早期个别教学质量的新途径，编写了多媒体学龄儿童强化发声训练软件“启音博士(发声训练)”(Speech Therapy，Version 4)并应用于临床，分述如下。
1 测试和训练方法
测试时，采用美国泰亿格电子有限公司的嗓音疾病评估仪 (vocal assessment,version 4.0)，对受试者均先进行声学和电声门图检测。以习惯音调强度，发稳态韵母/
(ㄝ)/(相同于英语国际音标//)，持续2～3秒。电声门图检测对一些声带难以暴露或不适合作喉镜检查的儿童尤为有价值。, 百拇医药
训练时，病人坐于话筒前，口与话筒保持10 cm的距离，根据发声训练的要求进行发声目标的匹配。测试和训练是紧密相结合的，缺一不可。在训练前，精确的测试是训练成功的可靠保障。精确的测试还可用于监视不同阶段的训练效果，以及选择正确的训练方法。
2 训练步骤
进行发声训练，就必然要涉及喉部和声道，以及它们所产生的声学和生理现象。一些参数如：音调、声强、清浊音、起音、声时和共振峰等都与这两个系统有关。文中采用的启音博士(发声训练)，它能使儿童在发声时，立刻获得动画形式的参数反馈，并对声学和生理现象作出评价。
2.1 音调训练
尽管对某儿童来说，讲话时并不存在一个绝对适宜的音调即基频，但是许多患儿如果换一种音调，往往会带来很好的效果。音调偏低会使说话过于费力，偏高又会使声带容易疲劳。通过音调训练，可以帮助患者找到并保持适宜的音调。现在有许多仪器能够实时地显示正在进行中的说话音调，这种同步的视听觉反馈方法在建立新音调的治疗中起着突出的作用。大多数儿童都能模仿自己的目标音调。可以要求患者用目标音调发声，大约持续五秒钟，将它录下来并马上播放。让患者模仿自己曾用过的音调反复训练，更容易获得成功。
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采用音调训练，可以帮助儿童改善控制音调的能力，并增强音调的稳定性，指导他们通过控制声带的振动来获得恰当的音调。在音调训练时，“升降调”模式是最好的方法之一，即先慢慢地提高音调，然后再慢慢地降低音调。图1(a)中，患者对着话筒发长音/a/的同时改变音调，先升后降，并让患者观看屏幕上小船位置的变化，学会调节音调，使小船围绕礁石，按照升降的预定轨迹行驶。通过游戏，患者获得了音调的训练，而医师则在图1(b)中获得患者音调的具体数值，可以根据患者的具体情况来选择不同的音调模式进行训练。
(a)实时动画显示 (b)音调的数值曲线
图1 音调控制小船围绕着礁石行驶(目标：升-降调)
(a)实时动画显示；(b)音调的数值曲线
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典型病例：十岁男孩，声嘶六个月，检查结果为喉部正常，但音调偏高。略经指导，他就发出了更低音调的声音。在随后的比较中播放了前后两种声音，他承认以前是在模仿他弟弟(聋儿)的声音。治疗医师指出，这种高频的声音与年龄不符，而且别人听起来有困难。嗓音治疗的重点是控制音调，语训效果非常明显，仅仅六周治疗就获得了成功。
2.2 强度训练
长期的发声强度异常会引起声带小结或息肉等疾病。许多儿童喜好大声喊叫，就是强度过强的表现形式，容易引起嗓音问题。在某些需要大声讲话的场合，有的人不是通过调节呼吸，而硬是挤紧喉咙来发声。通过训练来降低或提高强度能直接达到目的，可结合声时和起音训练方法。 应当指导患者通过正确的呼吸方法，更好地控制声音强度，帮助患者用一种较为安静的但不是挤紧喉咙的语调练习说话，这能通过有实时强度反馈的仪器进行训练(图2)。例如：采用正确的呼吸和体位训练时，在图2(a)中，随着强度的增加，消防员往上爬，越来越接近目标(80dB) 。通过游戏，儿童立刻知道了不同的发声姿势(站和坐)给强度带来的变化，认识到深呼吸后，站着发声可以增加强度而不费力。而医师则在图2(b)中获得患者强度的具体数值，最上面的目标物代表了某一强度等级，可以根据患者的具体情况来设定目标等级。文中共测试和训练了声带小结患儿共20例，年龄4～15岁，平均 11.2岁，语训后声带小结消失，语训成功率100%。
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(a)实时动画显示 (b)强度的数值曲线
图2 强度控制消防员往上爬(目标：顶端)
(a)实时动画显示；(b)强度的数值曲线
2.3 清浊音训练
采用清浊音训练，能够帮助儿童直接从计算机屏幕上了解什么清音，什么是浊音。清音和浊音的区别就在于声带振动与否。如浊音/z/，声带是振动的，而清音/s/，声带是不振动的。采用清浊音训练时，可以发一组音/s，z/。在图3中，从那个老鼠跑判断是清音还是浊音。红色老鼠从左侧出现就说明是浊音，绿色老鼠从右侧出现就说明是清音。清浊音训练提供了发声方式的信息，通过清浊音的训练，可以帮助儿童提高对清浊音的辨别能力。
图3 发音或浊音将决定哪只老鼠会跑
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2.4 起音训练
“说话时硬起音”，即声带先紧密闭合而后用强气流冲开声门使声带振动发声。该说话方式起音急速，喉部器官极易疲劳，说话的时间一长，声带会在前中段边缘处形成轻度充血和肿胀。在声带后部疾患(如接触溃疡)的患者中，经常也会有硬起音的现象。硬起音是一种典型的发声功能过强，用嗓时声门下气压过强，气流过度冲击声带，两侧声带剧烈撞击和摩擦。
借助仪器显示起音的时间(图4)：声波幅度起始曲线垂直表明说话时硬起音，斜线表明软起音。治疗医师和患者看到曲线的陡度，就能知道起音是否柔和。
图4 显示起音的时间
对硬起音患者，起音训练应该从易到难，例如，先训练发/h/(声带不起振)，然后训练发/ha/(声带在发/a/之前很慢起振)，再训练发/ba/(声带起振在发/b/前缓慢起振)，最后训练发/a/(声带在发/a/之前起振)。由此可见，声带起振应逐渐从缓慢到正常。在图5中，依次发/h, ha, ba, a/ ，第一朵花在发/ha/的瞬间打开，第二朵花在发/ba/的瞬间打开，第三朵花在发/a/的瞬间打开。起音的训练提供了声门撞击的信息。通过起音练，可以帮助患儿缓和声门的撞击。
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图5 声带起振控制树上的花开
典型病例：儿童，5岁，主诉：常感喉痛和声嘶。用动态喉镜发现，声带在前中段边缘处形成轻度充血和肿胀。随后发现，他朗读时的用嗓与日常会话不同，接近最低频率，而且用硬起音。嗓音治疗包括：音调提高二度，采用实时起音训练，着重减少硬起音。几周后，他的症状消失了。
2.5 声时训练(呼吸训练)
最大声时(maximum phonation time: MPT)指的是一个人最长发声的能力。深吸气后，持续均匀地发元音/a/的最长时间就是最大声时。当喉部患有疾病，尤其是声门关闭不全时，最大声时常常会下降。一般来说，MPT值小于10秒就表明有某种声带疾患。应当教会正确的呼吸和发声方法。在训练时，如图6所示，随着患者深吸气后的发音，草莓从左向右移动，终点在右端。重点在于教会患者用胸腹式联合深吸气(最大肺活量)，然后用平稳声调和强度自然发声方式重复慢持续发声，使声音持续尽量延长，如此反复练习，使声时延至10秒以上。
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图6 声时训练时，草莓从左向右移动
2.6 舌位训练
舌在口腔里的位置直接影响音质和共鸣。对舌体“中位”的描述是：既不太靠前，也不太靠后。构音的产生主要取决于舌位的变化，语言相同，舌运动的基本方式也相同。也就是说，两人交谈时能彼此听懂，那么他们产生构音的方式必定相似。发声时舌位的错误会引起嗓音问题，这不仅仅只影响个别音素，而是全面的。有的患者说话时舌过于靠后，几乎封闭了咽部，造成闭塞性鼻音。声带紧张时将舌缩回咽部，会造成发音异常；而舌位太靠前，会使声音变得细弱，类似婴儿的发音，并且缺少后元音的共鸣，听起来既不成熟又柔弱。用改变舌位的方法能使这两种声音都得到矫治。
在声道内，言语的构音主要由三个因素决定：舌的收缩位置，舌的收缩程度和嘴唇的收缩。所有的构音都是根据声道形状和嘴唇的变化而形成的。在发声训练之前，应当向病人简单介绍有关构音 (舌和嘴唇的移动)的基本知识。
, 百拇医药
实时元音跟踪的训练显示了言语的第一和第二共振峰，使病人可以从屏幕上看到声道收缩带来的效果，第二共振峰主要取决于舌位的变化。例如，在训练中，发一系列元音/i-a-o-u/，实时元音跟踪，如图7所示。通过屏幕，能够根据F1-F2平面上点的位置来很快地判断舌位与发音的准确性。
图7 实时动态元音跟踪
典型病例：儿童，7岁，主诉：声音低沉几乎听不清。诊断结果：喉部正常，但发重音时舌向咽部收缩。通过我们的分类法让患者知道在何种情形下舌会回缩；又通过改变舌位法，低声练习一些前元音和前辅音，并运用在原先会使舌回缩的场合，始终让舌保持正确的发音位置。患者的治疗获得了成功。
3 结论
在医院开展发声训练需要一些简单实用的治疗和评估工具。声时 、声调、重音、强度和构音都是治疗的主要内容。对于患有言语障碍的儿童和成人，个别强化指导所需的时间要超出专家一对一治疗的时间，解决这个麻烦的有效方法就是使用这种专用软件来进行所需的言语治疗，用计算机程序为言语病理学家，聋儿教师及有关专家提供专业治疗手段。
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在安排言语治疗教程的结构时，尽可能考虑患者能够独立使用它们。这不仅增加了患者的治疗内容，同时也鼓励了自学。大多数患者都可以在略加指导的情况下开始使用这些直观教程。启音博士的教程发挥图片和动画的综合功效，创造一种多媒体的氛围以抓住并维持使用者的注意力。对那些需要多次重复才能巩固一个概念的患者，计算机可以提供连大多数语训师都感到乏味的全面持续的训练。无论是对于患者还是学习者，这些教程都使教学显得更加有趣和吸引人。在设计教程的最初，便考虑到专家和父母需要灵活的个人课程设置。所有的直观教程都提供了多种层次和内容选择，以适应患者言语机能的现状。
(致谢： 对发声障碍的研究曾得到英国爱丁堡大学 Colin Watson 博士和上海眼耳鼻喉科医院王薇教授的大力支持。对言语声学的研究曾得到美国华盛顿大学 Fred Minife 教授的大力支持。这些专家为该技术的设计提出了有建设性的意见)。
(1999-03-08收稿，1999-06-30修回), 百拇医药