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1、 实验语音学的研究领域及研究方法综述摘要：本文主要从实验语音学的发展历程，学科领域及研究方法三个方面，简要的介绍了实验语音学相关的基本知识。实验语音学是一门使用仪器和电子设备进行语音实验研究的学科，它在近几十年来获得了十分迅速的发展。实验语音学作为一门综合性的边缘学科，在语言学领域中与其他学科的横向联系十分密切，其研究手段和研究方法也是广泛多样的。关键词:实验语音学;发展历程;学科领域;研究方法1.实验语音学发展历程实验语音学萌芽于十九世纪初，其发展情况大致可分三个阶段。第一阶段是本世纪初到五十年代前几年，研究工作者多数是语言学家，内容主要以发音器官和方法的生理实验为主，那时多半借助于医学方面
2、的一些浪纹计、假颖、喉头镜、X 光机等，来测量发音部位，和发音气流，声带动作等。第二阶段是五十年代初到六十年代末，大约整整二十年，这一时期以声学实验为主。自从 1946 年美国贝尔电话公司发明了语图仪一种动态声谱仪，不几年就很快地被某些语言学家采用来研究语音，有效地揭示了语音中前所未知的一些特性，其结果冲击了传统语音学，并给二次大战后繁荣起来的通讯工程增添了有力的工具。这一阶段中，在通讯工程方面应用各种现代仪器所作的语音实验研究工作竟比语言学界多得多，形成了一门“言语声学” ，在通讯科学中扎下了根。在实际工作中，人们感到在实验的设计和过程中，如果不掌握一定的语言学基础知识，将会碰到不少困难。因
3、此有些工程师们(有关言语病理的医师们也是这样)，所努力获得的语言学方面的知识，不亚于语音学专业者，而其深广程度，或有过之无不及了。这时就有语言学家大声疾呼，语音研究不管怎样，仍是语言学的重要部分，而不是物理学和心理学的重要部门。至于语言学界本身呢，在初期尽管有人轻视实验甚至望而生畏，但这一阶段中，声学实验确实解决了一些以前模糊不清的问题，证明了这种技术对语言学是有实用价值的。因此这种技术也已逐渐为语言学界广泛采用了。在这一阶段所采用的仪器，当然不仅限于语图仪，诸如阴极射线示波器，音调计，各种各样的声谱仪以及 X光照相和电影，肌电分析仪器等等都各有其贡献。不过语图仪在这些仪器当中，还是为语言学家
4、所重视的。因为语图仪可以把动态语音的全貌语音的四态汇于一图，而在各方面多年采用之后，这种图型已经为人所习惯，成为一套国际公认的语音特性的标准模式了。语图在现代许多语音学文献中经常出现，现在我们如还不熟悉这类模式，这些文献也就读不大懂，成为研究工作的障碍。声学实验不但给通讯工程带来好处，还给语言学方面增添了内容，开辟了新路。西方某些语言学家根据语音的生理、声学特性，归纳出一些对立关系，如发辅音时声带的有声、无声，元音声谱中共振峰位置的分散、集聚等，作为区别语音的尺度，称为“区别特征” 。以后又有人应用这种理论(实际就是一种音位系统分类法)创立了语言学中的一些新领域。(例如生成语音学)如果说这类学
5、科是得源于语图仪的发明的，也不为夸大。电子计算机技术发展以后，在六十年代末期就有人把它用在语音分析和合成上了。它虽离不了声学语音学的理论，但其设计方案和手段却大不相同，这就使实验语音学进入下一阶段。第三阶段这一时期，由于计算机的操作及维护比以前其他的仪器复杂得多，使不熟悉数理的语言学者望而束手，因此一时还得不到语言学界的普遍采用。但是这个革新潮流。也同其他先进科学一样，成为势不可当的局面。而且，甚至一般看来和数理无关的社会科学西方称为人文科学一一中一些部门，如文学、音乐、历史、地理、考古、辞典编纂等等，也都逐渐利用计算机来作工作了。计算机使语音乃至整段语言的大量快速分析与合成成为可能。不过，此
6、后由于语言自动识别、人工智能研究等需要，分析与合成的质量要求越来越高，又带来了新问题。分析方面，如何使机器能识别任何人的语音，使能“听从”指令来作工作;合成方面，如何使机器能发出高度仿真的语音，作为自动读书机、机器翻译或自动应答的输出，这单单靠工程师们所能掌握的一些语音知识，又不够了。现在发现，无论识别或合成，都还需要更多的语言学知识，诸如语法关系，韵律特征(或译作超音段特征)，音节分段理论等，这些知识对于工程师说来，也或多或少地同语音学家遇到数理问题一样地感到麻烦。这一时期，就不能不分一下工，使工程师和语言学家互相配合，成立新的研究和生产机构。通过这样合作，把高等数学和语言学的一些理论用于计
7、算机程序，进而又改进了计算机外围的设计，使能成为多种多样的语言处理机器或元件，为通讯工程、国防科学等等方面作出贡献。目前，美、法和日本在这方面都已有了相当进展。我国科技界和某些生产部门也正朝这方面攻关，并已有了可喜的成果。其中有些方面就是和语言学工作者协作的。总的说来，在实验语音学的发展上，大致可以这样认为:第一阶段是语言学方面向携手了。这样，所接触的问题越来越多，要求越来越高，需要的人才也越来越广，这就更需要较细的分工和紧密的合作。今后的趋势必然是这样。2.实验语音学学科领域语音学有三个基本的分支：生理语音学、声学语音学和感知语音学。1.生理语音学，又称“发音语音学” ，是一门研究语音怎样产
8、生的科学。大家都知道，语音的产生依赖人类发音器官的活动。由于发音器官深藏在体内，无法直接观察它的活动，只能依赖于当前先进的医学仪器和专门设计的设备研究它的活动机理。发音器官及其研究方法大致可分为：1.1 动力部分，即肺及其支撑呼吸的肌肉群，由它产生的气流去推动声带的振动和声腔的活动，这就是语音的空气动力学特性。现在有专门的设备研究各类音素产生时的气流、气压、声门阻抗、声效率等诸多特征。1.2 振动部分，即声带在气流冲击下的振动特性。声带振动是元音和浊辅音产生的必要条件，但声带是如何振动的以及振动的状态是怎样的成为研究的重点问题。依靠频闪喉镜可以清晰地看到声带振动的状态并以此为基础提出了声带振动
9、的“粘膜 - 肌弹性空气动力学说” 。1.3 共鸣器官，主要指唇、舌的活动所形成的各种腔体（口腔、咽腔和鼻腔）形状，依靠这些器官的活动，配合声带振动，产生出众多音素，形成可懂的语流，因此发音器官动作的研究成为语音学中最为重要但又十分困难的课题。在我国，早在上世纪 60 年代，出版了“普通话语音图谱”80 年代使用动态 X光技术出版了“普通话发音动作 X 光录像带” 。不久将来，一套基于 X 光录像带的发音器官动作轮廓线描迹光盘将正式问世，为各类普通话教学提供真实可靠的视觉材料，也为语音技术发音器官合成提供不可或缺的数据。1.4 唇形研究。唇形的圆展是音素变化的一个要素，元音因此分为圆唇元音和展
10、唇元音；而辅音也因唇的圆展区分出对立的音位。在唇形研究中与音位对应的称为“视位” 。目前流行于言语工程界的视听言语处理（AVSP）结合视觉感知手段，提高了合成言语的自然度和语音识别系统的识别率。特别是在虚拟人像的生成中，唇型的变化对感知的真实性有特别重要的作用。由于其有着改善人机交流界面、提高有听力障碍的人和正常人在噪音环境中的言语理解等广阔的应用背景，视位研究正逐渐受到越来越多人的重视。2.声学语音学利用声学分析的理论和方法（专门的硬件和软件）对语音信号进行分析，得到各类音素的声学特征和数据，藉此对语音音质作出科学的研究，印证或修正前人的结论，提出新的研究思路和预见。2.1 嗓音声学分析：声
11、带的质量及振动的状态和方式对形成不同嗓音音色具有决定性意义，这些不同的嗓音是可以被感知的，经声学分析就可得到不同的声学特征，由此，语言学中元音紧松的差别也可以得到解释。利用得到的特征和数据，我们可以构筑嗓音的声学模型。语音学在这一点上与嗓音医学紧密地联系在一起。2.2 元音声学分析：元音的声学特征有一系列“共振峰” ，它是由声带振动的脉动波，经声腔的共鸣（调制）形成的。每个元音有五个彼此不同的共振峰。2.3 辅音声学分析：辅音的产生，特别是清辅音的产生与元音有完全不同的机理。它们的激励源不是脉动波，而是声门气流通过声道狭窄产生的湍流或克服声道中的障碍产生“破裂”脉冲。由于构成障碍的部位和克服障
12、碍的方法不同,因此形成了众多的辅音音素。由于辅音产生的机理不同于元音，因而辅音的声学特征也不同于元音。2.4 声调与语调2.4.1 声调：在一种语言中，音高（F0）随时间的变化模式具有词汇意义时，这种音高模式就是声调。音高是指声带每秒钟振动的次数，又叫做“基频”（fundamental frequency，F0） 。声带振动频率越高音调就越高；振动频率越低音调就越低。声带振动快慢受控于声门下压力（Ps）的大小和相关喉肌（环甲肌、甲杓肌等）的收缩力的强度；汉语是声调语言，因此研究声调和变调受到极大重视。当前的语音数字信号分析硬件与软件对音高测量的准确率较高，使用也很方便。图五中给出了普通话四个声
13、调的音高曲线，它又能以数值的格式表达和贮存。2.4.2 语调：广义地说，一种语言或方言的语调，在感知上是语音的轻重缓急和抑扬顿挫的腔调；在声学上实现为音高、重音、轻声、节奏协调变化的综合效应，主要表现为语句音高变化的总体模式；在功能上主要表达语气、情感，同时也有一定的语义表达作用。狭义地说，语调就是语句的音调模式，也就是语句音高变化的总体轮廓，通常采用音阶运动的走势来描写。我们汉语既有声调又有语调，两者又都表现为音高的形式，它们之间是一种什么关系？又如何区分它们？赵元任先生提出了著名的字调与语调是“代数和”关系，他用“大波浪” （语调）和“小波浪” （声调）的比喻来说明这个问题。当前为了提高语
14、音合成的质量，语调在国内外均得到了广泛而深入的研究，提出了各种理论与方法。3. 感知语音学感知语音学又称心理语音学，具体研究语音在大脑和听觉器官中的编、解码“秘密” 。当需要说话时，一般的过程是：准备概念论题接入音系编码语音编码发音。而其中每一步都有自己特定过程和内容。现在一般采用记录脑电 ERP（事件相关电位）和利用功能性核磁共振技术（fMRI）观察大脑皮层的定位反应。在语音学中，通过刺激反应方法，已确定元音属于连续感知，塞音的部位属于范畴感知。而声调也属范畴感知。三.实验语音学研究方法、生理语音学方面）有关大脑指令方面的实验手段 (这里仅介绍比较典型的实验手段)。 （1）脑磁场测量装置 这
15、是在思维或讲话时检测大脑语言区磁场变化的装置。由于脑磁场强度不到地磁场强度的一亿分之一，所以这种装置体积庞大，费用很贵，在日本，安装台需亿日元。 （2）脑电图装置 这是利用检测神经腱间隙（大约为一千万分之一毫米）之间产生的电位变化来窥探大脑语言活动的装置。 ）音器官方面的实验手段 （1）声带肌电分析研究 这是将电极刺入环甲肌、甲勺肌、侧环肌等控制声带活动的肌肉内，检测这些肌肉在讲话时的电流活动情况，与用其他手段得到的同步声学数据比较，找出它们之间的对应关系，从而了解这一系列肌肉的在发音中的作用和对应情况。 （2）声带振动的观察 目前最常用的是利用光学纤维镜进行观察，并利用摄像或照相设备全部照下
16、来。 （3）测量声门下压力 这是利用压力变换器置于声门下方来测量声门下方的呼气压力，以检测其对声调或词调的影响。即，影响声调或词调的到底是声门下压力还是 VCT（声带紧张度） 。用于测量声门下压力的压力变换器有两种，一是前部连接针管，将针管刺入气管，然后进行测量；另一种是将超小型压力变换器通过鼻孔插入气管进行测量。 （4）鼻腔和口腔气流的测量 测量从咽腔流出的气流分别有多少经口腔流出，又有多少经鼻腔流出。这与检查元音的鼻化等问题有关。 （5）动态腭位照相 这是利用人工假腭与专用设备连接起来，利用发音时舌头与硬腭接触时通电与否来观察辅音调音部位的手段，它可以在一秒钟内照张照片。利用这种方法可以精确观察到发辅音时的舌位。由于有的辅音调音时舌头不接触上颚，所以这种方法还不能观察到所有辅音的调音部位。 （6）光摄影 这是利用光高速摄影的方法观察发元辅音时的发音动作和发音部位，用这种方法可以观察到所有发音部位的准确位
