介绍英语语音语调相关知识，根据国内英语学习者现状，研究基于重音与韵律的英语句子客观评价系统，通过提取语音的能量特征，对英语句子进行重音划分，使用改进的成对变异指数（Pairwise Variability Index，PVI）算法作为句子评价核心，旨在提高说话人对英语句子的重音与节奏的把握。李心广,王桂珍,杨思哲:考察重音与韵律的英语句子客观评价系统研究2013,49(8)107前后音节之间的差距得出语首节奏的相关性。在文献l9中对语音句子提取能量值。剑桥大学的 Grabe与Low认为语音速度对辅音间隔的影(3)由于不同人说话语速均存在一定差异,不同人对响并不是那么显著,因此提出用原始的rPVI( raw pairwise同一句子的发音均会造成句子时长的一定差异,但是不同Variability Index)参数来计算辅音之间间隔的差异人对同一句了的发音却遵循重音单元时长占整个句了r Pvld-d -/(m-1)(4)比例的规律因此,在对被测试句子进行评分时,将被测试句子的式中m代表语音单元间隔的总科,而d代表第k个语音单时长按比例规整到与标准句子相近的程度,这样不仅有利元的时长,它包括元音和元音间的时长(不包括停顿时长),于数据的处理,也使得系统的评价更为客观。并忽略了对语速的标准化門(4)由于重音单元语音能量强度人,可以根据此特征由于英语语音中有元音时长受语速影响的特征,重读进行重音音节提取的第一步,本设计采用了双门限比较法的和非重读的元音连续的前后音节之间的差距特別明显,来进行重音端点检测经过大量实验验证,本设计设定如这被认为在重音计时的语言中一个特别明显的特征,为了下两个國值:探索这种前后音节之间明显的差异得到一种自然的序列重音國值韵律比,Low与 Grabe在文献[9提出了标准化成对变异指T,=(max(sig in)+ min(sig in))/2.5(8)数nPVI( normalized Pairwise Variability Index),改进PⅤI非重音國值参数受语速影响比较明显的特点,通过除以两个相邻序列T,=(max(sig_in)+min(sig_ in))10(9)的平均时长双门限比较法中,根据句子的能量值逐个搜索句f中d -dnP=100(5)大于重音圆值r的最大语音信号值Smx,然后向信号值d +dd/2Snx左右搜索等于非重音值r:的语音信号值S与S,将PV使用相继的音节单元时长而非元音时长来计算s,与S.设置为句子重音信号,并将S,与S之间的信号量pⅤ参数得出时长差异性,得出以重音计时 stress-timed)、值置0,避兔重复在S与S之间搜索以音节计时( syllable- timed)与以莫拉计时( mora-timed)的(5)由于句子中重读咨节有着发音偏长的特征,而第语言的差异性。步搜索出来的重读音节单元可能存在能量值大,即听觉表本文提出改进的dPⅥ参数计算公式,根据英语语音单现为发音响亮,却持续时间很短的问题,这些单元可能是元时长差异性( Durational Variability)的特征,将标准语句短元音,也可能是信号尖峰的干扰,它们不构成重读音节与测试语句的音节单元片段时长分别进行对比计算,并将可以根据重读音节发首偏长的特征将重读音节单元进一步转换出的参数用于系统评分依据筛选。本设计将重读音节单元的最小单位设定为一个人lPV=1001-24+l1-a|lan(6)致重读元音时长“( Stressed vowel durations,为10ms设定最小重音单元时长前后对比(std为设定后,test为设其中4为句子划分的语首单元片段时长(如:4为第k个语定前音单元片段时长),其中m=min(Std单元数,Test单元数)通过以上步骤,完成对句子重音单元的划分en为标准语音句子时长,出于进行PV运算之前已经将5.2评分方法与依据Test句子时长规整到与Std句子时长相当,计算可只用Len(1)根据以上的划分,将语音句子划成二元交替( binar作为计算单元。alternation)的节奏结构,即高∩低(high∩low)。由于英语是一种十分强调节奏感的语音。评分系统将标准句子与5莢语句了评分系统实现测试句子划分成二元交替的节奏结构后,进行节奏的对比5.1重音单元划分评分,利丁学习者对语音节奏的把握重音分布是语句剖律特征的一个方面,在语句组织和(2)在 Grabe与Low的文章中,对于英语这种典型的语义表达起到十分重要的作用。因此,要观察英语句子以重音计时语言( stress-timcd languages),其语音单元时长的韵律特征,首先要对英语句子进行重音划分。对句子重差异性非常明显,并远大于以音节计时语言( syllable-timed音划分主要基于英语句子屮重读音节的三大特征。languages)的语音单元时长差异性。信号处理过程如下:在文献[10]研究了语速变化时对元音发音时长的影(1)语音信号的预处理还应包含一步,去除句子的首响,从中可知以英语为母语的说话者在提高语速时,会对末无声段,排除影响句子客观评分的成分。元音时长按比例进行适当缩短。文献[9-12对屮国的英语2)句子中重读音节响亮的特征将反映到时域上的能学习者深入研究,探索以英语为母语的说话者语言节律与量强度,即重音音节表现为语音能量强度大。根据语音信以英语为非母语的说话者语言节律。文献[1]提出说话者号x(n)的短时能量的定义在提高语速时其对音节单元时长进行缩短时,以英语为母E(7)语的说话者与以英语为非母语的说话者存在较大差异s()o(n-m)]而音节单位的时长是影响节律的核心因素。l08013,49(8Computer Engineering and Applications计算机工程与应用表1nPⅥI与dPVI算法的比较项目nPH=100×/yd(2+4-1)21(m=DdPH7=100×∑d1k-a2+11-a2/en0.210.10100i502002503003504000:1001200250300350400语音信号能量语音信号能量图示0.20.20.10.15010015020025030035040050100150200250300350400语音信号能量语音信号能量使用相继的音节单元时长而非元音时长来计算PVI参数得相似点出时长差异性,得出语言的差异性提取衡量话音差异性关铤性指标时长差异。(1)nPV1原应用多音节文章,如若应用于句子将引起m值(1)dPⅥI算法中将句子时长标准化的Len,更适合应用于音小而计算效果不住节不多的句子。收善点(2)通过大量语音数据,表明句末有音强收緩并且吋长较大(2)分别提取标准句子与测试句子尾音d1,a2,减少标准句特征,当标准句子与测试句子重音数差异,两句子尾音计算不匹子与测试句子重音节数不同时尾音引起影响差异性(%)28.7512.503)节奏评分过程如图2所示,经过了句子重音划分后,实验首先进行nPVI与dPⅥI算法对比分忻,将得分等先进行重音数判断,如果其差异过大,将直接给句了评分,级量化并进行标准句子与测试句子差异性计算,除数为A并给出相应改进提小,如果差异相当,则对划分好的Std与级量化值:Test句子中进行dPⅥ运算,根据计算得出的结果对Test句Rsld,- i了进行评价。Rstd与 Rtest分别为第i个句了教师评价级别与系统评句子重音划分分级別,从100个样本中得出差异性数据并进行分析,见重音数对比表dPVI算法表2为采用nPⅥI、dPⅥI算法与教师评价结果的实验数据。评分机制节奏评分表2部分实验数据图2句子节奏评分学生句子1句子2句子4(4)对于同一个句子,它会根据不同的情境或者不同dPVI系统评分C的上下文而形成不同的语音语调,也就是在句子中的重读学生1nPⅥI系统评分B音节的位置或者重读音节的数目不同,因此,系统对句子老帅评分CCB评价时要求标淮句子与测试句子是居于非特定情境下或dPVI系统评分C居于相同情境下的句了。学生2nPⅥ系统评分老师评分评价系统节奏评价部分将利于学习者对句子节奏结dPVI系统评分CDC构的把握与对音节单时长的把握。学生3nPV系统评分DC53实验结果及分析老师评分C本系统旨在提高已有一定的英语基础的训练者英语dPⅥI系统评分水平,使其更好对句了节奏把握。训练时提供特定的英语学生4nPⅤI系统评分CD句子,因此,可以降低训练者多读,少读,甚至读错音节的老师评分C系统评分影晌,同时,训练者对音节多读,少读,错读也会引起音长学生5PⅥI系统评分D差异而导致系统扣分老师评分CB实验录制权威英语教师对10个句子的录音作为标准dPVI系统评分子,10位英语学生对10个句子的录音作为测试句子。学生6nPV系统评分C评价结果分为A、B、C、D四个档次,分别会给出won-老师评分Cderful、good, attention try again的提示。下面取部分数据说明评价系统实现效果李心广,王桂珍,杨思哲:考察重音与韵律的英语句子客观评价系统研究2013,49(8109(1)句子1: He is thirty- - fiveo体觑了一个得分数据的范围,当得分在评分级别临界值时该句子音节数为5,其中粗体部分为句f的重点信息。可能导致系统评分虽接近专家评分,其结果却落在另一级取学生编号6的句子与标准句子对比,系统评价如图3。别。对此,后续系统改善可通过增加评分级别.使评分级别吏为精确,减少数据误差引起的差异性。经专家讨论,表1屮差异性控制在12.5%以內可以接受,并且有利亍严格控制训练者对重当准度把握。一种工6结论本文实现的英语语音句子的客观评价主要是针对说话人对句子的节奏与重点信息的把握。旨在提高学生对英语的重节奏规律的掌握,以达到提高学生英语凵语交际能力的山标。研究的成果可应用于交互式语言学习和图3句子1 He is thirty-five自动∏语测试等方面,系统具有较强的实用性。句子1结果分析:系统虽能对句子进行较为客观地评价,但仍需进一步在对 thirty进行发音时,音节-y相对」音节thir-是表完善现为弱读的效果,而学生没有很好地对此把握;标准句子(1)本系统是基于 Matlab平台没计的评价系统,移植性有句子尾部音强放缓的特点,与句子前半部形成音强强弱较差。后期工作可采用Java、C#等移植性比较强的语言进对比,而测试句了在句了尾部音强铰大,没有表现出非重行设计开发,提高系统的可移植性。读音节弱读的特点。系统给予提示并得出评价级别(2)该系统目前主要针对句子评价,对整篇文章的评(2)句子2 I repeated my qucstion scvcral times and价可能存在较大误差。后期工作中,可先了解整篇文章评at last he understood(取自《新概念英语2》第25课 Do the价的关键指标,并进行功能的研究开发。English speak English?》),使用此语句进行美首与中国学3)进一步与权威英语专家合作,选择更好的评价指标生发音对比。(4)可采用DSP作为前端的语音信号处理,增强系统系统评价如图4。的处理性能,提高系统的实时性。得评牛参考文献:[1 Rix A W Perceptual speech quality assessment a review[C]/IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. Montreal, Canada: [s n 1, 2004, 3(1): 1056-1059[2 Kim D S, Tarraf A Enhanced perceptual Imodel for non-intrusivespeech quality assessmentCIEEE International ConferenceCLAM M-Lon Acoustics, Speech and Signal Processing(ICASSP'06)Toulouse: Is n. 2006, 1: 829-832图4对学生1句子评价13 Falk T H, Chan W YNon-intrusive speech quality estimation句子2结果分析using Gaussian mixture models IEEE Signal Processing在将标准美音句子与学生句子对比的过程刂,无论是Letters,2006,I3(2):108-11l用音频钦件人为地用听觉进行比较,还是用评价系统进行邵鹏飞方言音通活和普通话的韵律比较及评测系统的研究D评价,可以知道中国学生受到以音节计时( syllable-timed)济南:山东师范大学,200的母语习惯影响,在对重音计时( strcss-timed)的英语发音[5 Piankova T Manual of Fnglish pronunciation[M].Bcijing: Bci时对节奏把握比较困难,表现为:(1)句子节奏感不够强,jing L anguage and Culture University Press, 2009首节间在重读与弱读在音强上没有形成鲜明对比:(2)句[6] Abcrcrombic D Elcmcnts of gencral phonetics[M]. EdinburghEdinburgh Univcrsity Press, 1967子有错重读音节,即将非重读音节重渎了7]牛玉琴.英语句子重音和语调听承载的信息举隅[]科技信息另外,可以看出实验部分数据中句子系统评分低于教学术版,2006(6)师评分。从评价因素来看,由于人耳对语音强度判断没有[8 Pike K LThe intonation of American English[.Ann Ar-标准值,而计算机数据处理设定标准重音阈值,即系统对bor: U Michigan Press. 1945于重音划分更为严格,因此人耳与系统对于重音判断会稍(9] LOW E L, Grabe e, Nolan F Quantitative characterizations of有差別,并引起两者评分结果也略有差别,但人耳对重音speech rhythm: " syllable-timing in Singapore English[J].Lan判断存在不可预测性主观因素,否则,将对重音阈值进行guage and Speech, 2003, 43: 377-401调整而减少差异性影响。从评分结果来看,系统评分级别(下转150页