汉语普通话清擦音的声学空间分析

《汉语普通话清擦音的声学空间分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汉语普通话清擦音的声学空间分析（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第八届中国语音学学术会议 暨庆贺吴宗济先生百岁华诞语音科学前沿问题国际研讨会 中国北京 2008.4.18-4.20 汉语普通话清擦音的声学空间分析汉语普通话清擦音的声学空间分析 冉启斌 冉启斌 摘要摘要 本文利用 Svantesson（1986）的方法对普 通话 5 个清擦音的声学空间重新进行了分析。 结果看到，/s/的谱重心最高，分散程度最小， 分布范围最小；/x/的谱重心最低，分散程度最 大，分布范围最大。普通话 5 个清擦音可以分 为两类，谱重心高而分散程度小、分布范围小 的一类/s/、/、/；谱重心低而分散程度大、 分布范围大的一类/f/、/x/。擦音某个时间点上 的能量分布情况与该

2、擦音在一段时间上的整体 表现具有一致性。文章分析指出，这种一致性 与擦音的发音生理具有密切关系。 1 引言引言 辅音中的擦音具有较长的时长，和 短暂的爆发音相比，擦音的频谱能够相 对容易地考察到。利用不同擦音的频谱 特性，分析得到相关数据，可以做出擦 音的声学空间图。Norlin（1983）用这种 方法分析了开罗阿拉伯语的擦音， Nartey （1982）用相似方法对瑞典语等的擦音 进行了分析。Svantesson（1986）对汉语 普通话中的六个擦音声母（包括 r 声母） 和 六 个 塞 擦 音 声 母 进 行 了 研 究 。 Svantesson 研究的方法是通过临界带谱 计算出各个声母的

3、频谱重心（center of gravity） ，在频率轴上能量的分散程度 （dispersion）参数，以及不同声母的平 均强度级（mean intensity level） 。以上述 三个参量中的任意两个参量作为二维坐 标，便可以形成一个擦音空间。不同擦 音由于其参量的不同在二维坐标中就有 了一定的位置。 Svantesson 对塞擦音声母 的分析是只取其摩擦的段落，分析方法 与擦音相同。 这种分析方法是有一定意义的。它 提取了不同擦音的声学参量，这些参量 基本上能反映不同擦音的声学特性。并 且，由于各个擦音在声学空间中都有了 一定位置，也就可以对不同语言中的擦 音进行对比。Svantes

4、son 说： “这种做出 临界带谱并计算出有关参量的方法，使 得在擦音空间中显示一种语言中某个擦 音的位置特点成为可能，并可以比较不 同语言中的擦音。 ”他比较了汉语普通话 和瑞典语、阿拉伯语中的擦音。瑞典语 几个擦音在擦音空间中的位置关系从总 体上说和汉语相似，但整体频率重心比 汉语略低。汉语中的 sh 与阿拉伯语中的 s大致在相同位置，但汉语的 s 比阿拉伯 语的 s 频率要高。 从总体上看， 阿拉伯语 对擦音空间中的高分散程度部分和低频 谱重心部分使用得更多。 由于 Svantesson（1986）所用的发音 语料很少，得到的结论在更多的语料中 是否仍然如此；同时，擦音空间分析的 方法在

5、不同擦音的区分效力上如何；以 及擦音空间分析的各项参量存在哪些内 在关系，这都还可以进一步进行考察。 我们打算对北京话清擦音的声学空间再 作一些分析。关于汉语方言擦音的不同 声学空间特性，拙文（冉启斌 2005）曾 有过考察。 Svantesson 所做的擦音空间有两种， 一种是取谱重心和分散程度作为二维坐 第八届中国语音学学术会议 暨庆贺吴宗济先生百岁华诞语音科学前沿问题国际研讨会 中国北京 2008.4.18-4.20 标的两个维度，另一种是取谱重心和平 均强度级为两个维度。不同的擦音在音 强上是有差别的，但是音强也不是一个 绝对参量，它与发音时用力的程度、录 音时的不同增益等都有关系。只

6、有在这 些外在条件完全相同的情况下音强才具 有可比性。因此在本文的擦音空间分析 中我们只取谱重心和分散程度这两个相 对不容易变化的参量为考察对象，只对 由谱重心和分散程度构成的二维空间进 行分析。 2 实验方法与材料实验方法与材料 2.1 谱重心和分散程度的计算谱重心和分散程度的计算 按 Svantesson（1986） ，谱重心和分 散程度的测量方法为，先在擦音的某个 时间点上做快速傅立叶变换（FFT） ，得 到该点的即时功率谱。然后将即时功率 谱转换为临界带（critical band）谱。转换 为临界带谱的原因主要是为了匹配人耳 的听觉特性。人的听觉不是对整个频率 范围上的每个频率成分都

7、区分得清清楚 楚，而是划分为一定的频率范围进行感 知。一般的做法是在 010010Hz 的频率 范围内分为 24 个临界带，Schroeder 等 （Schroeder et al1979）提出的划分临界 带的公式为： fn=650 sinh (n/7) 其中得到的 fn就是第 n 个临界带的 频率上限。 由于第 1 个临界带的频率范围在 0 93Hz 之间，对语音研究的意义不大， 一般只取后面的 23 个临界带进行分析。 在每个临界带内计算出该带内的平均强 度数值（分贝） 。谱的重心即所有临界带 内最强频率的集中区域，计算公式为： m Fn n x n /10 )10/( 24 2 = 这样

8、得出的结果 m 为 2-24 之间的一 个数值，表示谱重心在第 m 个临界带。 分散程度即该时间点上能量在整个频率 范围内的分散情况，计算公式为： )/10)( )10/( 24 2 2 Fmns n x n = = 这样得出的结果 s 为分散程度的一 个参量。以上两个公式中的 F 值为： = = 24 2 )10/( 10 n xn F xn表示第 n 个临界带的平均强度。 2.2 实验操作与语料实验操作与语料 我们以谱重心作为横坐标，以分散 程度作为纵坐标，将按照上述公式计算 出的数值绘入坐标系中，得到该擦音在 擦音空间中的位置。桌上语音工作室 （MiniSpeechLab）能够按照上述公

9、式自 动计算出擦音某个点上的谱重心、分散 程度和平均强度级。本文只取谱重心和 分散程度进行考察。同时，在波形图上 选择擦音的一段，桌上语音工作室还能 够自动对该段作谱重心和分散程度的分 析，并在二维坐标中画出相应的点。 本文发音人为一名北京生北京长的 青年女性。发音表为带有普通话清擦音 声母的二字组各 25 个（发音表从略） 。 擦音前面和后面邻接有不同类型的元 音。 录音采样频率为 22050Hz。 计算擦音 某个时间点上的谱重心和分散程度时选 取波形图上能量相对较强的位置，计算 出的数值即该点的声学参量。对一段擦 音做擦音空间图时一般选择擦音中间的 第八届中国语音学学术会议 暨庆贺吴宗济先

10、生百岁华诞语音科学前沿问题国际研讨会 中国北京 2008.4.18-4.20 一段，长度约 50 毫秒。数据的统计分析 使用 SPSS10.0 完成。测量数据及分析结 果均精确到百分位。 3 实验结果与分析实验结果与分析 实验分为两个方面。 一是从擦音的波 形图上取一点计算其谱重心和分散程 度。二是在擦音波形上选取一段作出擦 音空间图。录音时每个擦音声母各 25 个 样本，由于有的文件意外受损，声母 s 和 h 的实际样本只有 17 个。测得所有擦 音某时间点上谱重心和分散程度的数据 较多，这里从略。分析后的实验结果如 下。 3.1 五个清擦音的谱重心与分散程 度 五个清擦音的谱重心与分散程

11、度 计算得到的五个清擦音的谱重心与 分散程度的平均值结果见下表 1。 项目 擦音 谱重心 标准 差 分散 程度 标准 差 f 21.01 1.45 3.95 1.64 s 22.36 0.68 1.38 0.30 sh 19.88 0.47 2.27 0.36 x 21.66 1.13 1.82 0.93 h 15.99 3.63 4.72 1.14 表1 汉语普通话5个清擦音的谱重心和分 散程度数据 从上表看来，s 的谱重心是最高的， 为 22.36 临界带单位，换算成赫兹，大约 在8000Hz左右。 h的谱重心最低， 为15.99 临界带单位，大约在 3000Hz 左右。谱的 重心与擦音的

12、能量集中区具有一定的关 系。一般能量集中在某个频率范围，谱 的重心也会离这个频率范围不远。由谱 重心得出的擦音的相对关系从能量集中 区及音强方面得到的擦音的相对关系大 致一致，只是 f 的谱重心略高。从分散程 度上看，h 的分散程度最高，为 4.72，f 的分散程度也很高，达到 3.95；分散程 度最低的是 s，为 1.38；x、sh 两个声母 的分散程度数值也比较小。五个擦音大 致显示出分为两组的趋势。按分散程度 得出的擦音的相对关系与它们长度上的 关系是完全一致的，即 h、f 为一组，s、 x、sh 为一组。前一组在时长上比较短， 音强上比较弱，在能量集中区、谱重心 上则相对较低；后一组在

13、时长上比较长， 音强上比较强，在能量集中区、谱重心 上则相对较高。我们认为这是由不同擦 音发音时的不同生理状态决定的。由于 h、f 发音时开口缝隙较大，从而造成气 流泄露的面积较宽，形成平流的成分较 多，在高频区以及在某个频率范围上的 能量都降低了，这样就造成整个谱的重 心下降，能量的分散程度增加。 Svantesson（1986）对普通话 5 个清 擦音、r 声母以及 6 个塞擦音声母进行了 谱重心、分散程度、平均强度级的测量 和分析，得出了相关数据。我们这里只 取 5 个清擦音的谱重心、分散程度数据 进行说明。 Svantesson 所测量的擦音均为 单音节， 后接元音 a， 放在一个框架

14、句中， 擦音前临的元音也均为 a。 每个擦音放在 框架句中发音两遍。 Svantesson 所用的发 音人为四位。他得出的数据是按四个发 音人各发音两遍分别给出的，即一个擦 音有 8 个数据。1由于不同发音人所发的 擦音数据之间存在差异，我们这里将 4 个发音人的 8 个数值进行简单的算术平 1 其中擦音 s 在数据表中只给出 7 个数据， 未详 其因。 第八届中国语音学学术会议 暨庆贺吴宗济先生百岁华诞语音科学前沿问题国际研讨会 中国北京 2008.4.18-4.20 均后再作考察。这样得到的结果是： 擦音 项目 f s sh x h 谱重心 18.320.817.320.1 16.3 分散

15、程度 3.512.102.441.94 3.05 表 2 Svantesson（1986）测得普通话清擦 音相关数据的平均结果（4 个发音人各发音两 遍。本文按照所给数据进行算术平均） 上表数据与我们表 1 得到的数据在 具体数值上存在差异。 本表显示 s 的谱重 心为最高，其次是 x，f，sh，h。这种顺 序与表 1 一样。分散程度表 2 中最高的 是 f，最低的为 x，与表 1 略为不同。在 总体数据上，表 1 各个擦音数值的跨度 更大，相互的区别更明显。相比之下， 表 2 的数值跨度略小，换言之，不同擦 音参量之间仍然存在差异，但差别较小。 这可能是表 2 将四个发音人的数值进行 了平均

16、的结果，也可能与 Svantesson （1986） 的语料相对较少有关。 不过从 f、 h 与 s、x、sh 两组的情况来看则它们的 相互关系在总体上仍然一致。 本文得到的五个普通话清擦音的谱 重心参量和分散程度参量在区分不同擦 音的效果怎样？即五个擦音分别在谱重 心和分散程度上的差异是否显著？为此 分别进行了多变量的 Post-Hoc 检验，以 显著性系数的大小来判别几个擦音之间 是否能够得到区分。结果发现，根据谱 重心能够两两之间进行区分的有以下擦 音对：f-h，s-sh，s-h，sh-x，sh-h，x-h， 上述擦音对之间的显著性系数都小于 0.05。 根据分散程度能够两两之间进行区 分的有以下擦音对：f-s，f-sh，f-x，s-h， sh-h，x-h，上述擦音对之间的显著性系 数也都小于 0.05。综合上面的谱重心和 分散程度两组参数