一种通过共振峰数据定义汉语普通话韵母混淆类型的方法、系统与流程

本发明属于构音障碍训练，涉及一种通过共振峰数据定义汉语普通话韵母混淆类型的方法、系统。

背景技术：

1、孤独症谱系障碍(autism spectrum disorders，asd)是一种以言语沟通障碍与刻板行为为主要核心症状的神经发育障碍疾病i。其中，asd儿童的构音障碍主要是由于先天脑部发育不健全导致的构音器官的运动异常或未理解目标音位的发音特征等原因造成的声韵调异常ii，以至于在连续语音中需要协同构音时发生困难。通常表现为说话断续或不清晰，严重影响了asd患儿的言语可懂度。大量研究表明asd患者存在明显的语音损害，如缺乏重音、语速慢且不流畅等症状iii。构音障碍矫治的最终目的是使患者能够舒适、清晰、流利地发出23个声母(包括两个零声母)、37个韵母和4个声调，以及由以上音位组合而成的音节。汉语普通话中，声韵调任意一个发生改变，都会改变音节的意义。此外，在实际语言中，言语是个连续变化的音流，需要音节与音节间的结合来实现它们表达语义的功能。因此，构音训练必须结合语音训练以提高构音器官的生理运动功能和建立清晰流畅的语音。

2、近年来孤独症儿童构音相关研究数量逐年攀升，其中绝大多数为外文参考文献，中文文献所提供的资源十分有限，唯一涉及到构音障碍的仅对声母进行分析，韵母以及声调障碍并未被提及。此外，国内外目前对孤独症儿童构音障碍类型上持不一致意见。有研究认为孤独症儿童与正常发育儿童在构音语音发展上并无明显差异，其障碍主要表现在重音以及韵律变化上无法正确把握iv。但也有学者认为该类人群咬字不清楚v并对其声母构音进行了具体分析，认为从发音部位来看舌尖后音发成发成舌尖前音的错误最多见，从发音方式来看塞擦音塞音化最严重vi。国外研究则认为孤独症儿童在构音过程中既展现出了异质性又存在典型特征vii，例如辅音缺失、共鸣前位聚焦等。在汉语普通话体系中，韵母是音节组成的基本单位，是音节中能量的主要集中区和声调的载体，对构音清晰度起着很重要的作用。

技术实现思路

1、本发明研究一套针对asd儿童韵母构音障碍训练策略的导航系统，运用最为简单有效的单音节词测试以及语音混淆分析技术，推算障碍类型及训练方案。即在筛查评估与训练方案之间建立了一座便捷通道，为使用汉语普通话的asd儿童提供一种全新而高效的韵母评估训练方案，同时也帮助基层康复机构提高康复训练效率。每一构音训练过程都包括：筛查评估、构音障碍类型、训练策略，但这其中涉及的评估结果分析不尽相同，对构音准确与否的界定模糊，训练方案更是差异巨大。

2、共振峰(formant)是用来描述声学共振现象的一种概念[viii]，在上述“韵母发声时都对应有自己的声道形状和大小”中体现在口腔共鸣腔产生变化，从而形成不同共振峰组合。具体来说，在韵母的产生过程中，构音器官的运动改变了共鸣腔大小和形态，原先的谐波振幅发生改变形成有起有伏的新的曲线，而曲线的峰值被定义为共振峰[ix]。共振峰的值是一项重要的用来描述构音器官下颌、唇、舌运动情况的参数[x]，也是能区分韵母的关键要素。曲线的第一个峰值位置称为第一共振峰f1，第二个称作是第二共振峰f2，第三位第三共振峰f3。f1反映下颌的打开闭合状态。当下颌打开，口腔体积增大则f1变大。常见下颌打开进行发音韵母为/a/，其f1值也较高；当下颌闭合，口腔体积减小则f1减少。常见发音时下颌打开较小韵母为/i/，其f1值相对来说较低。f2反映舌的前后运动情况。当舌向前，口腔体积减小f2增加。常见发音时舌向前运动的韵母为/i/，其f2值较低；当舌向后，口腔体积增大f2减小。常见发音时舌向后运动的韵母为/u/，其f2值较高。f3反映唇腔大小和唇的圆展能力。唇展开时，唇腔变大，f3越小；唇拢圆时，唇腔变小，f3越大[xi]。常见圆唇韵母为/u/，其f3相较于展唇韵母/i/来说数值较大。

3、通常会用f1和f2的关系描述不同韵母的性质[xii]，这两个共振峰可以描述韵母的开闭和前后两个维度。根据下颌开闭程度，韵母可分为开元音韵母和闭元音韵母。开元音韵母在进行构音时下颌张开大，同理，闭元音韵母下颌张开小。如开元音/a/有较高的f1，而闭元音/i//u/的则比较低；根据舌前后运动位置，韵母可分为前元音韵母和后元音韵母。前元音韵母在进行构音时舌运动向前，同理，后元音韵母舌运动向后。前元音/i/的第二共振峰比较高，后元音/u/的则比较低[xiii]。韵母几乎都有四个以上的共振峰，有时还会超过六个。但也有研究表述前两个共振峰不足以描述某些元音的性质，例如圆唇状态[xiv]。圆唇会降低f3，高前元音对该数据的影响最为明显[xv]。

4、本发明提出了一种通过共振峰数据定义汉语普通话韵母混淆类型的系统，包括：

5、共振峰收集模块，其用于收集构音器官下颌、唇、舌运动情况，得到第一共振峰f1、第二共振峰f2、第三共振峰f3的参数；

6、混淆类型判断模块，其利用韵母的前三个共振峰形成的数列将韵母定位到三维空间，对复韵母构音混淆障碍类型进行确定。

7、其中，所述混淆类型判断模块进一步包括以下子模块：

8、口腔容积计算模块；

9、判断模块，其根据三维空间里的坐标值判断复韵母构音混淆障碍类型。

10、本发明本发明系统采用通过共振峰数据定义汉语普通话韵母混淆类型的方法，包括如下步骤：

11、步骤1：分别收集构音器官下颌、唇、舌运动情况，得到第一共振峰f1、第二共振峰f2、第三共振峰f3的参数；

12、步骤2：利用韵母的前三个共振峰形成的数列将韵母定位到三维空间，对复韵母构音混淆障碍类型进行确定。

13、本发明所述步骤1中，

14、定义第一共振峰f1反映咽腔的大小和下颌的开合运动情况；定义第二共振峰f2反映口腔大小和舌的前后运动情况；定义第三共振峰f3反映唇腔大小和唇的圆展能力。

15、其中，当下颌向下运动时，口腔体积增大，咽腔体积减小，则第一共振峰f1增加；当下颌向上运动时，口腔体积减小，咽腔体积增大，则第一共振峰f1减少；

16、当舌向前运动时，口腔体积减小，第二共振峰f2增加；当舌向后运动时，口腔体积增大，第二共振峰f2减小；

17、唇腔越大，第三共振峰f3越小；唇腔越小，第三共振峰f3越大。

18、本发明步骤2中，包括如下子步骤：

19、步骤2.1：计算口腔容积；

20、步骤2.1中，用单韵母共振峰的三个参数构成在三维空间里的坐标值；取三个核心韵母/a//i//o/，其中韵母/a/构音时下颌处于最下位，第一共振峰f1最大；韵母/i/进行构音时舌位最靠前第二共振峰f2最大；韵母/o/构音时圆唇，第三共振峰f3最大；所述口腔容积的计算公式如下：

21、

22、其中，韵母/a/的坐标为(x1,y1,z1)，韵母/i/的坐标为(x2,y2,z2)，韵母/o/的坐标为(x3,y3,z3)；

23、x代表实际发音音位的第一共振峰数值，x1代表韵母/a/的第一共振峰数值f1(a)；

24、y代表实际发音音位的第二共振峰数值，y1代表韵母/a/的第二共振峰数值f2(i)；

25、z代表实际发音音位的第三共振峰数值，z1代表韵母/a/的第三共振峰数值f3(o)；

26、通过实际发音音位的共振峰数值和上述三个核心韵母共振峰数值之间的差，在三维空间中表现为向量，定义为“距”；利用所述向量计算公式推算出进行构音时的口腔容积；例如，发韵母音位/e/时，下颌的运动距就是|f1(a)-f1(e)|；舌的运动距是|f2(i)-f2(e)|；唇的运动距是|f3(o)-f3(e)|。

27、步骤2.2：根据三维空间里的坐标值判断复韵母构音混淆障碍类型。

28、步骤2.2中，根据三维空间里的坐标值判断复韵母构音混淆障碍类型：

29、当坐标在平均值μ一个单位的标准差σ进行上下波动，则在该范围内形成的体积被判定为运动正常；

30、当坐标构成的体积超过该波动范围，即大于μ+σ则被判定为运动过度；当坐标构成的体积小于该波动范围，即小于μ-σ则被判定为运动不及。

31、以单韵母共振峰的三个参数形成的坐标为圆心，常模标准差为半径做圆；复韵母则是不同韵母之间组合运动形成的轨迹；

32、混淆类型：运动过程中与六个单韵母互相组合形成的轨迹有干涉表示在该处构音过程中共振峰相同，即其构音器官在此处位置相同，此情况下产生混淆；

33、

34、韵母构音过程中的共振峰运动轨迹与其他韵母的共振峰运动轨迹在以下范围内有干涉，即容易与该韵母混淆：

35、

36、

37、表中*10为：将单韵母常模表格中的数据*0.1进行制图，半径同样也*0.1缩放。最终实际混淆数据应该是回到原先。

38、

39、

40、

41、

42、以韵母/ao/为例，构音过程中的共振峰运动轨迹与韵母/ai//ia/的共振峰运动轨迹在(f179.6-85f2125-129.4f3255-259.4)的范围内、与韵母/ou//uo/的共振峰运动轨迹在(f148.4-49.5f281.9-83f3289.9-300)的范围内、与韵母/iao/的共振峰运动轨迹在(f149.5-85f283-129.4f3255-300)的范围内、与韵母/ua/的共振峰运动轨迹在(f179.6-85f2120.6-125f3250.6-255)的范围内、与韵母/uai/的共振峰运动轨迹在(f179.6-89.4f2120.6-129.4f3250.6-259.4)的范围内、与韵母/iu/的共振峰运动轨迹在(f148.4-49.5f281.9-83.6f3289.9-300)的范围内有干涉，即在上述分别对应的共振峰范围内，韵母/ao/容易混淆的复韵母包括/ai//ia//ou//uo//iao//ua//uai//iu//ui/。

43、本发明还可以判断遗失、曲解类型，

44、遗失类型：通过共振峰数据表示为0，即构音无实际产出；是由于口部运动器官无法形成对应运动模式，或是口部运动正常但是声带无振动，最终导致无法发出目标音位；

45、曲解类型：通过共振峰数据表示为目标音位共振峰均值及上下一个标准差之外的范围，且不落在其他任意韵母音位的共振峰数值范围内，即实际构音不属于目标音位或其他任意韵母音位。

46、基于以上内容，本发明还提出了一种针对汉语普通话韵母混淆障碍的矫治方案生成系统，所述生成系统采用本发明提出的通过共振峰数据定义汉语普通话韵母混淆类型的方法；

47、所述生成系统包括：输入模块、分析模块、数据库模块、输出模块；

48、所述输入模块用于将评估对象针对汉语普通话韵母的语音评估数据输入到所述分析模块中；

49、所述分析模块用于根据所述汉语普通话韵母的语音评估数据建立韵母的构音障碍特征编码，根据所述构音障碍特征编码查询数据库模块中韵母对应的数据库数据，获得所述韵母对应的构音障碍特征编码对应的训练方案；

50、所述数据库模块用于存储数据表；

51、所述输出模块用于输出分析模块得出的针对韵母的训练方案。

52、本发明中，训练策略包括7种基础训练方案：

53、a—下颌训练-口部运动、b—唇训练-口部运动、c—舌训练-口部运动、d—构音运动训练、e—音位习得、f—音位对比、g—重读治疗。

54、所述基础训练方案包括多种训练方法：

55、所述a—下颌训练-口部运动包括：1-下颌感知觉训练、2-下颌肌力训练、3-下颌控制训练以及4-下颌转换运动；

56、所述b—唇训练-口部运动包括：5—唇感知觉训练、6—唇肌力训练、7—唇控制训练以及8—唇转换运动；

57、所述c—舌训练-口部运动包括：9—舌感知觉、10—舌肌力、11—舌控制、12—舌转换；

58、所述d—构音运动训练包括：13-声带振动训练；

59、所述e—音位习得包括：14—单音节词-音位习得；

60、所述f—音位对比包括：15—单音节词-音位对比；

61、所述g—重读治疗包括：16—慢板ii-重读治疗、17—行板i-重读治疗。

62、本发明通过共振峰数据建立模型并定义汉语普通话韵母的混淆障碍类型，为韵母构音障碍的康复治疗方案提供基础和依据；本发明将障碍特征和对应训练策略利用编码设计形成规则库，通过主观评估快速获取训练策略，为该类儿童提供一种全新而高效的韵母评估训练系统，为基层康复机构和医院提高训练效率。