Abstract
目的
探索Hawley保持器与热压膜保持器两种常用的正畸保持器对成人正畸患者中文语音发音的影响。
方法
采用临床随机对照的形式，将20名研究对象随机分为两组，每组10名，A组戴用Hawley保持器，B组戴用热压膜保持器。分别于戴入保持器前（T0）、刚戴入保持器时（T1）、戴入后1 d（T2）、戴入后1周（T3）、戴入后1个月（T4）共5个时间点进行5次中文语音音频资料的采集，运用Praat 5.4.21语音分析软件和SPSS 19.0对采集的语音资料进行语音参数分析。
结果
两种正畸保持器均能引起单元音/e/、/i/、/ü/，辅音/s/、/f/、/x/、/t/、/j/和/q/的语音参数变化，其中Hawley保持器对/i/、/ü/、/s/音的影响持续时间可达1个月以上，热压膜保持器对语音的影响多可在1个月内恢复正常发音。
结论
两组正畸保持器均可影响成人正畸后中文语音的发音，其中Hawley保持器对语音的影响更大，而热压膜保持器对语音的影响多可较快恢复正常。
Keywords: Hawley保持器, 热压膜保持器, 中文语音, 临床随机对照试验
Abstract
Objective
This study investigated the influence of Hawley retainer and vacuum-formed retainer on the articulation of Chinese speech of adult orthodontic patients.
Methods
A total of 20 volunteers were recruited in this randomized controlled trial in accordance with the inclusion criteria. Participants were randomly distributed into two groups, namely, the Hawley retainer group and the vacuum-formed retainer group. Speech performance was evaluated at the following time intervals: before wearing retainers (T0), immediately after wearing both upper and lower retainers (T1), 24 h later (T2), 1 week later (T3), and 1 month later (T4). The phonetic parameters were acquired through the use of computer-based voice analysis software Praat version 5.4.21, and the final data were analyzed using SPSS 19.0.
Results
Both retainers can influence the phonetic parameters of vowels /e/, /i/, and /ü/ and consonants /s/, /f/, /x/, /t/, /j/, and /q/. However, the Hawley retainer showed a more remarkable effect on the articulation of Chinese speech, and the distortion of /i/, /ü/, and /s/ sounds can last for more than 1 month. Nevertheless, the recovery period of the patients' phonetic function in the vacuum-formed retainer group was within 1 month.
Conclusion
Both retainers can induce distortion of some Chinese vowels and consonants in the speech of adult orthodontic patients, but the Hawley retainer can more significantly influence the articulation of Chinese speech than vacuum-formed retainer.
Keywords: Hawley retainer, vacuum-formed retainer, Chinese phonetics, randomized controlled trail
言语的沟通是当今社会最为重要的社交手段之一，但对正畸患者来说，戴入正畸矫治器会不同程度地影响患者的语音。研究[1]表明，正畸矫治器可引起部分英语元音及辅音的失真。正畸保持器的佩戴是正畸矫治后不可或缺的部分，通常需要患者佩戴2~3年甚至更长的时间，患者在与正畸保持器相互磨合的过程中也包含了对语音的适应过程。正畸保持器与语音之间的联系应引起正畸医生和患者的重视，特别是对于从事语言类专业的人员。目前有关正畸保持器对语音影响的相关研究较少，因此，本研究针对两种常用的正畸保持器，即Hawley保持器和热压膜保持器对语音的影响进行临床随机对照研究，探讨两种保持器对中文语音发音的影响。
1. 材料和方法
1.1. 仪器和设备
SM58型麦克风（Shure公司，美国），外置声卡（Sound Blaster Audigy 6，Creative公司，新加坡），Praat语音分析软件（version 5.4.21，Paul Boersma公司，美国），Adobe Audition录音软件（version 3.0，Adobe Systems公司，美国）。
1.2. 试验对象的选择
本研究已通过四川大学华西口腔医院医学伦理委员会审查（批件号：WCHSIRB-D-2015-109）。2015年9—11月于四川大学华西口腔医院正畸科严格按照纳入和排除标准纳入试验对象20名。纳入标准：成人（年龄18~30岁）；刚结束正畸矫治治疗，准备戴用保持器；前牙覆
、覆盖关系正常；发音器官无异常；无颞下颌关节疾病史；能够讲普通话且无明显方言语音；无明显听力障碍（平均听觉阈值≤20 dB），未接受过语音训练。排除标准：以往戴用过正畸保持器；以往戴用过局部可摘义齿；发音带有明显方言语音。
1.3. 分组
对20名试验对象进行随机抽签分组，其中10名佩戴Hawley保持器（A组），10名佩戴透明热压膜保持器（B组）。A组对象的年龄为19~27岁，平均（24.6±2.63）岁，B组年龄19~29岁，平均（24.1±3.11）岁。
1.4. 正畸保持器的制作
由四川大学华西口腔医院制作中心统一制作Hawley保持器及热压膜保持器。Hawley保持器由双曲唇弓、一对磨牙卡环及马蹄形基托组成；卡环由直径0.8 mm的钢丝弯制，树脂基托厚2.0 mm，要求覆盖硬腭大部，伸展范围一致。热压膜保持器应覆盖所有牙列的牙冠，要求厚度为0.8 mm，唇颊侧超出牙龈边缘2 mm，舌腭侧超出牙龈边缘3 mm。两种保持器的制作均由同一技师完成。
1.5. 语音资料采集
两组试验对象按照保持器戴入的时间先后顺序进行多次语音的采集，分别于戴入保持器前（T0）、刚戴入保持器时（T1）、戴入后1 d（T2）、戴入后1周（T3）、戴入后1个月（T4）进行5次语音录入。语音录入时，嘱试验对象朗读语音资料中的中文词汇。语音录入资料见表1，涉及中文语音中的6个单元音和7个辅音，每个音包含2个典型单词。于专业语音研究室内采集语音资料，应用Audition录音软件进行录制，要求患者端坐，距话筒10 cm，语调及音量适中，以wav.格式保存音频资料。
表 1. 语音录入资料.
Tab 1 Test of articulation used for the evaluation of distorted sounds
| 语音种类 | 拼音 | 典型单词 | ||
| 单元音（韵母） | a | 沙发 | 打靶 | |
| o | 磨破 | 薄膜 | ||
| e | 合格 | 色泽 | ||
| i | 笔记 | 地理 | ||
| u | 图书 | 互助 | ||
| ü | 语句 | 区域 | ||
| 辅音（声母） | 擦音 | s | 思索 | 松散 |
| f | 丰富 | 芬芳 | ||
| x | 形象 | 虚心 | ||
| 塞音 | t | 淘汰 | 团体 | |
| d | 等待 | 定夺 | ||
| 塞擦音 | j | 境界 | 将就 | |
| q | 秋千 | 亲切 | ||
1.6. 语音参数分析
运用Praat语音分析软件对采集的语音资料进行语音参数的分析。对元音进行共振峰分析[2]–[3]；对塞音和塞擦音进行嗓音起始时间（voice onset time，VOT）分析[4]–[5]；对擦音首先变换为宽谱图，并对其声强最高的位置进行快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT）后，寻找能量值明显下降时的频谱位置，分析其频率上限值（upper boundary frequency，UBF）[6]。
1.7. 统计学处理
运用SPSS 21.0软件对数据进行录入和统计分析，采用配对t检验判断各个音标间是否存在统计学差异，卡方检验（Fisher确切概率法）判断戴入前与戴用后4个时间点发音发生改变的人数是否存在统计学差异，检验水准为双侧α=0.05。
2. 结果
2.1. 两种保持器对中文语音的影响
两组试验对象在不同时间点具有读音差异的人数如表2所示。初戴时（T1期），两组患者多数音标的发音特点均会有所改变，卡方检验显示，/i/、/ü/、/s/受影响人数较多（P<0.01），/e/、/t/、/f/、/x/、/j/、/q/受影响的人数在戴用前后的差异也有统计学意义（P<0.05），其余音标在部分患者发音过程中会出现一定的变化，但差异无统计学意义（P>0.05）。经过1 d（T2期）及1周（T3期）的适应，多数患者的多数音标可以恢复正常的发音特征，戴用热压膜保持器的患者恢复地更快。戴用1个月后，热压膜组的发音特征完全恢复正常，Hawley保持器组有少部分患者的/i/、/ü/、/s/音未恢复正常，但差异无统计学意义（P>0.05）。
表 2. 戴用Hawley保持器和热压膜保持器后不同时间点出现发音差异的人数.
Tab 2 The number of the sound distortions regarding different observation periods with Hawley retainer and vacuum-formed retainer
| 拼音 | T1（24 h） |
T2（1 d） |
T3（1周） |
T4（1月） |
||||
| A组 | B组 | A组 | B组 | A组 | B组 | A组 | B组 | |
| a | 4 | 4 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| o | 3 | 1 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| e | 6* | 4 | 4 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| i | 8** | 6* | 5* | 5* | 4 | 0 | 2 | 0 |
| u | 1 | 4 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| ü | 8** | 4 | 7** | 3 | 4 | 2 | 3 | 0 |
| s | 9** | 9** | 7** | 5* | 4 | 0 | 3 | 0 |
| f | 6* | 3 | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| x | 5* | 5* | 3 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| t | 5* | 4 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| d | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| j | 6* | 5* | 2 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| q | 6* | 5* | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
注：*P<0.05，**P<0.01。
2.2. 典型语音的结果分析
2.2.1. /e/音的语音学特征分析
图1为1名试验对象在戴用Hawley保持器后/e/音典型的共振峰变化，对比T0期及T1期，T1期的F1升高，F2及F3无明显变化。
图 1. 某试验对象戴入Hawley保持器后/e/音的典型共振峰分析.
Fig 1 A typical formant frequency change of /e/ sound of Hawley retainer group
2.2.2. /i/音的语音学特征分析
图2为1名试验对象在戴用Hawley保持器后/i/音典型的共振峰变化，对比T0期及T1期，T1期的F1升高，F2及F3均降低。
图 2. 某试验对象戴入Hawley保持器后/i/音的典型共振峰分析.
Fig 2 A typical formant frequency change of /i/ sound of Hawley retainer group
2.2.3. /ü/音的语音学特征分析
图3为1名试验对象戴用热压膜保持器后/ü/音的典型共振峰变化，对比T0期以及T1期，T1期的F1下降，F2上升，F3的变化不明显。
图 3. 某试验对象戴入热压膜保持器后/ü/音的典型共振峰分析.
Fig 3 A typical formant frequency change of /ü/ sound of vacuum-formed retainer group
2.2.4. 擦音语音学特征分析
擦音的频率上限值的典型变化如图4所示。对于/s/音，相对T0期，研究对象在戴用Hawley保持器后，T1~T4期的频率上限值均有所下降，且与T0期比较差异均有统计学意义（P<0.05），但T1期的表现更加明显。戴用热压膜保持器的试验者，在戴用的起始阶段其频率上限值出现一定的下降，但与戴用Hawley保持器的试验者相比，可以更快地恢复正常发音。对于/f/音，戴用Hawley保持器后的研究对象在初戴时出现频率上限值的变化（P<0.05），但可以很快恢复正常，而戴用热压膜保持器的试验对象/f/音改变不明显。对于/x/音，戴用Hawley保持器与戴用热压膜保持器的试验者出现相似的改变，均在T1期出现一定程度的下降（P<0.05），但一般在T2期即可恢复正常。
图 4. Hawley及热压膜保持器试验者擦音频率上限值特征性改变.
Fig 4 Typical upper boundary frequency change of fricatives of Hawley and vacuum-formed retainer groups
上：A组；下：B组；左：/s/；中：/f/；右：/x/。
2.2.5. 塞音的语音学特征分析
对于塞音，VOT在热压膜保持器组中均无明显改变，在Hawley保持器组中的改变如图5所示。/t/音的VOT值在T1期多有一定程度的下降（P<0.05），随着戴用时间的延长，VOT值逐渐恢复正常。虽然图中看出/d/音的VOT值出现一定程度的下降，但所有试验者的下降趋势均未显示出有统计学意义（P>0.05）。
图 5. Hawley保持器试验者塞音的VOT特征性改变.
Fig 5 Typical VOT change of plosive of Hawley retainer group
左：/t/；右：/d/。
2.2.6. 塞擦音语音学特征分析
塞擦音的VOT改变如图6所示，Hawley保持器与热压膜保持器组出现相似的变化，均在戴用前期（T1和T2期）出现一定程度的下降（P<0.05），但一般在T3期即可恢复正常。
图 6. Hawley及热压膜保持器试验者塞擦音的VOT特征性改变.
Fig 6 Typical VOT change of affricate of Hawley and vacuum-formed retainer groups
上：A组；下：B组；左：/j/；右：/q/。
3. 讨论
一般来说，口腔内的正畸或者修复装置皆可影响患者的语音功能[7]。对于正畸矫治器，学者们已进行了较多的研究探讨其对语音的影响，常见的唇侧固定矫治器能引起语音失真，但影响程度较小[8]。舌侧固定矫治器虽然美观，但对语音的影响相对较大，可明显影响/s/、/t/、/d/等辅音，且持续时间可达1个月以上[9]–[10]。Haydar等[11]认为，Hawley保持器主要通过对舌位的影响引起部分语音的失真，戴入初期可对/t/、/d/等齿槽音产生影响。Kayikci等[12]研究了Hawley保持器对语音的影响，语音分析显示其主要对擦音/s/、/z/产生影响，个别患者/s/语音的失真可持续3个月。本研究采用临床随机对照试验的形式，同时研究了Hawley保持器和热压膜保持器这两种目前常用的保持器对语音的影响。因目前成人正畸治疗越来越普及，且成人的语音习惯已基本定型，所以本研究选择成人正畸患者，针对汉语普通话，运用语音分析软件进行客观分析，可提供正畸保持阶段语音变化的相关数据，具有一定的临床意义。
汉语语音可以分为元音（韵母）和辅音（声母），本实验分析6个常用单元音和7个辅音。普通话的辅音有22个，可以按照发音部位或发音方式区分，按照发音方式可以分为擦音、塞音、塞擦音、鼻音和边音[13]。结合临床实际经验及各个音标的舌位图，本实验选取了擦音中的/s/、/f/、/x/音，塞音中的/t/、/d/音和塞擦音中的/j/、/q/音进行语音学分析，结果也表现出戴用保持器的试验者在发这些辅音时多出现一定的变化。
3.1. 元音变化分析
元音是肺部产生的气流在声道内共振发出的声音，气流较为通畅，主要随着咽部和口腔的形态变化而改变，可受到唇、舌等发音器官的调节[14]。元音的共振峰是气流在经过鼻孔、咽腔、口腔等不同共鸣空间时共振产生的峰值，在语音分析中主要讨论前3个共振峰（F1、F2、F3）。F1、F2与舌位有关，舌位高的F1低，舌位低的F1高；舌位前的F2高，舌位后的F2低；F3反映唇腔的大小和唇腔共鸣状态，圆唇时唇腔体积增大，F3值减小，展唇时唇腔体积减小，F3值增大[2],[12]。正畸保持器作为一个异物存在于敏感的口腔内，可通过对唇、舌位置的影响导致元音共振峰的变化。例如，对于/e/音，试验对象为避让上颌保持器，舌反射性向下移动，导致T1期F1升高；对于/i/音，T1期的F1升高，F2及F3均降低，提示戴用保持器后，舌位降低、后退，且嘴型表现为圆唇，即舌的位置受到两种保持器的影响，暂时无法到达预先位置。对于Hawley保持器，因为唇侧覆盖金属钢丝，可将唇部向外扩张，且试验对象为了避让钢丝的阻挡，会尽量翘唇，唇腔体积增大，F3降低，此影响可持续1个月以上。热压膜保持器的上颌部件仅覆盖腭部的较小面积，因此对舌位影响较小。对于/ü/音，戴用热压膜保持器的试验对象T1期的F1降低，F2上升，F3变化不明显，这是因为热压膜保持器腭部遮挡少，但舌为了避让下牙舌面，反射性向上、向前移动，接近上颌前牙，使得F1下降，F2上升；同时，热压膜保持器唇侧没有弓丝，对唇部影响较小，唇部空间变化不大，F3变化不明显。
3.2. 擦音变化分析
/s/音是舌齿摩擦辅音，发/s/音时舌端靠近齿龈，气流由舌端齿龈间送出，形成摩擦音。相对T0期，T1~T4期的频率上限值均有统计学差异（P<0.05），但T1期的表现更加明显，说明戴用两种保持器后，因切缘、
面及舌侧均有额外的部件阻隔，使舌尖位置从牙槽向硬腭后退，从而影响辅音共鸣腔，使其共振降低，继而频率下降。戴用Hawley保持器的试验对象因保持器体积更大，口腔结构的变化较热压膜保持器大，因而影响更为持久。正常情况下发/f/音时，上牙切缘与下唇的干湿交界区接触，气流由唇齿间的缝隙中通过，引起摩擦发音，而Hawley保持器双曲唇弓可能推挤下唇向前移动，导致上牙切缘与下唇的接触区发生改变，从而导致/f/的发音出现一定改变。热压膜保持器唇侧突起不明显，因而对/f/音影响较小。正常发/x/音时，舌面隆起接近硬腭前部，舌尖接近下颌牙舌面。戴用Hawley或热压膜保持器时，患者硬腭前部及下颌舌面均覆盖有基托或压膜材料，因而会对/x/音产生不同程度的影响。
3.3. 塞音变化分析
戴用两种保持器的初期，/t/音均出现了明显的语音失真，Hawley保持器的影响程度更大。发/t/音时，舌尖轻触上前牙腭面和部分上腭而产生塞音，Hawley保持器具备腭侧基托，相对热压膜保持器，腭部的覆盖面积更广，因此影响更大。/d/音和/t/音的发音方法相似，但戴用前后未显示出统计学差异。从图5可见，/d/音的VOT值要显著小于/t/音，而/d/音的VOT值也出现了变化趋势，因此有必要增加测试单词的数量以明确/d/音是否确实发生改变。
3.4. 塞擦音变化分析
/j/和/q/音的发音方式与/x/相似，但隆起的舌面接触硬腭前部，先形成气流阻隔，随后舌面下降，气流冲出形成塞擦音；实验结果出现与/x/音类似的改变，无论是Hawley还是热压膜保持器均可在实验前期出现一定的发音失真。
由本研究结果可以得出，两种正畸保持器对中文语音发音均有一定影响，主要引起单元音/e/、/i/、/ü/和辅音/s/、/f/、/x/、/t/、/j/和/q/的语音参数变化，其中Hawley保持器对语音的影响较大，对/i/、/ü/、/s/音的影响持续时间可达1个月以上，透明热压膜保持器对语音的影响较小，多可在1个月内恢复正常发音。在临床工作中，对于那些从事语言类工作等有特殊要求的患者，考虑到保持器对中文语音发音的影响，应适当减小矫治器的伸展范围并加强患者自身的语音训练[15]。鉴于热压膜保持器对语音的影响相对较小，可以向患者进行推荐。
Funding Statement
[基金项目] 电子科技大学2015年中央高校基本科研业务费项目（学生创新创业项目）；四川省科技厅科技支撑计划（2015SZ0078）；国家留学基金委优秀本科生国际交流项目[留金发（2015）3074号]
Supported by: 2015 Fundamental Research Funds for Central Universities, University of Electronic Science and Technology (Training Programs of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates); Science & Technology Support Program of Technological Office of Sichuan Province (2015SZ0078); International Exchange Program for Outstanding Undergraduate Students of China Scholarship Council [(2015)3074].
References
- 1.Khattab TZ, Farah H, Al-Sabbagh R, et al. Speech performance and oralim pairments with lingual and labial orthodontic appliances in the first stage offixed treatment[J] Angle Orthod. 2013;83(3):519–526. doi: 10.2319/073112-619.1. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 2.杨 学财, 李 宁毅, 卜 令学, et al. 腭裂语音元音共振峰特点的分析[J] 华西口腔医学杂志. 2003;21(6):451–453. [PubMed] [Google Scholar]; Yang XC, Li NY, Bu LX, et al. The analysis of formant characteristics of vowels in the speech of patient with cleft palate[J] West Chin J Stomatol. 2003;21(6):451–453. [PubMed] [Google Scholar]
- 3.Přibil J, Přibilová A, Ďuračková D. An experiment with spectral analysis of emotional speech affected by orthodontic appliances[J] J Electron Eng. 2012;63(5):296–302. [Google Scholar]
- 4.崔 磊, 曹 荣荣, 孙 桂兰, et al. 全口义齿腭皱对语音的影响[J] 实用口腔医学杂志. 2012;28(5):633–637. [Google Scholar]; Cui L, Cao RR, Sun GL, et al. The effects of palatal rugae on the pronunciation after restoration by completed denture[J] J Pract Stomatol. 2012;28(5):633–637. [Google Scholar]
- 5.Holliday J. The perceptual assimilation of Korean obstruents by native Mandarin listenersa[J] J Acoust Soc Am. 2014;135(3):1585–1595. doi: 10.1121/1.4863653. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 6.Jovičić ST, Šarić Z. A coustic analysis of consonants in whispered speech[J] J Voice. 2008;22(3):263–274. doi: 10.1016/j.jvoice.2006.08.012. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 7.Doshi UH, Bhad-Patil WA. Speech defect and orthodontics: a contemporary review[J] Orthodontics. 2011;12(4):340–353. [PubMed] [Google Scholar]
- 8.Caniklioglu C, Oztürk Y. Patient discomfort: a comparison between lingual and labial fixed appliances[J] Angle Orthod. 2005;75(1):86–91. doi: 10.1043/0003-3219(2005)075<0086:PDACBL>2.0.CO;2. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 9.Miyawaki S, Yasuhara M, Koh Y. Discomfort caused by bonded lingual orthodontic appliances in adult patients as examined by retrospective questionnaire [J] Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1999;115(1):83–88. doi: 10.1016/s0889-5406(99)70320-3. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 10.Ambesh KR, Joe ER, Sanjay VG. Parametric and nonparametric assessment of speech changes in labial and lingual orthodontics: a prospective study[J] APOS Trends in Orthodontics. 2013;3(4):99–109. [Google Scholar]
- 11.Haydar B, Karabulut G, Özkan S, et al. Effects of retainers on the articulation of speech[J] Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1996;110(5):535–540. doi: 10.1016/s0889-5406(96)70062-8. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 12.Kayikci M, Akan S, Ciger S, et al. Effects of Hawley retainers on consonants and formant frequencies of vowels[J] Angle Orthod. 2011;82(1):14–21. doi: 10.2319/032911-226.1. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 13.李 杨, 尹 恒. 腭裂语音评估与治疗[M] 北京: 人民军医出版社; 2015. pp. 27–29. [Google Scholar]; Li Y, Yin H. Assessment and treatment of cleft palate speech[M] Beijing: People's Military Medical Press; 2015. pp. 27–29. [Google Scholar]
- 14.蒋 莉萍, 王 国民, 袁 文化, et al. 功能性异常语音发音特点的研究[J] 口腔颌面外科杂志. 2000;10(1):17–19. [Google Scholar]; Jiang LP, Wang GM, Yuan WH, et al. Study on articulation characteristics of functional speech disorders[J] J Oral Maxillofac Surg. 2000;10(1):17–19. [Google Scholar]
- 15.万 嘉, 陈 俊宇. 正畸矫治器对语音功能的影响及其机制和改进措施[J] 国际口腔医学杂志. 2015;42(4):480–484. [Google Scholar]; Wan J, Chen JY. Influence of orthodontic appliances on phonetics and its mechanism and the improvement measures[J] Int J Stomatol. 2015;42(4):480–484. [Google Scholar]