汉语双音节中第一音节的元音共振峰轨迹研究

汉语双音节中第一音节的元音共振峰轨迹研究 汉语双音节中第一音节的元音共振峰轨迹 研究 口电声基础 0@@响囿哪匡0@@?囿@?凹髦她6@s 文章编号:1002—8684(2007)03—0008—03 汉语双音节中第一音节的元音共振峰轨迹研究.论文. 周忠诚,王孟杰,于水源 (1.浙江传媒学院,浙江杭州310018;2,中国传媒大学传播声学研究所,北京100024) 【摘要】汉语中,协同发音主要取决于相邻前一音节末尾的元音,以及相邻后一音 节首的辅音.主要考察在汉语 普通话双音节中,第一音节元音韵母和不同第二音节声母组合时对第一个音节元 音共振峰轨迹的影响.元音韵母 选用元音三角形的3个顶点的元音,总结了轨迹变化的规律. 【关键词】普通话;双音节;共振峰;元音;辅音 【中图分类号】TN912【文献标识码】A, VarietyofFormantsTracksofVoweloftheFirstSyllableinDisyllablesofMandarin ZHOUZhong—cheng,WANGMeng-jie,YUShui—yuan (1.ZhejiangUniversityofMediaandCommunications,Hangzhou310018,China; 2.CommunicationAcousticsLaboratory,CommunicationUniversityofChina,Beijing100024,China) 【Abstract】 Coarticulationmainlyliesonthefirstsyllablewithvocalicendingandthesecondsyllablewiththe initialconsonantinmandarin.Thevarietyofformantstracksofvowelofthefirstsyllableindisyllablesofmandarin isstudied.Vowelfinalsarethevertexvowelinthevoweltriangleandthevariety6fformantstracksaresummarized. 【Keywords】mandarin;disyllable;formant;vowel;consonant 1引言 协同发音是指在发音时,音位在语流中受前后音 的影响而使两个以上的发音特征同时或几乎同时出 现.从语音产生的生理机制和声学现来看,协同发音 一 般可分为先行和后续两种.在不同的语言中,协同发 音有不同的表现方式.在音段方面,表现最明显的是共 振峰过渡的变化.吴宗济,孙国华[11最早对普通话音节 中元音与辅音间协同发音进行了研究.汉语中,对于语 流中的某个音节来说,协同发音主要取决于相邻前一 音节末尾的元音,以及相邻后一音节首的辅音[21.颜景 助[31在研究中发现,双音节在音节之间形成一个共振峰 过渡段,过渡段的前边界各个共振峰的频率数值等于 前音节结尾的相应共振峰的目标值,而其后边界的各 个共振峰的频率数值等于后音节起始的相应共振峰的 目标值.一般来说,前音节元音为音位与后音节起始元 音音位的舌位相距越大,这种共振峰过渡越明显,其过 渡时长越长. 2实验 在本实验中,主要考察在汉语普通话双音节中,第 一 音节韵母和不同第二音节声母组合时对第一个音 垒塞篓童生蔓鲞基塑 节发音的影响.用作第一音节的韵母分别是3个单元 音/a/,/u/和,i/,第二个音节的声母从普通话中的22个 辅音中选出.根据表1中普通话辅音按发音部位的分 类问,从每一类辅音中选取一个和第一音节韵母搭配. 如,对于单元音,a/,笔者选择的搭配是:a+m,a+f,a+l, a+ch,a+q,a+h.在以上6种辅音的发音部位中,双唇 音,唇齿音,舌面音,舌根音的发音部位都相当固定,舌 尖音和卷舌音的部位则允许有一些变化,即舌尖和固 定部分的接触点不是十分稳定. 表1普通话中的6种辅音 采用在浙江传媒学院录制的语音数据库.该数据 库包含50个发音人的发音样本.发音人是年龄在18- 2l岁的大学女生.所有语音数据在录音室中录制.录音 词表除包含双音节,还包含双音节对应的单音节词. 表2给出了实验中所用双音节的拼音及其对应的汉 字,实验用语音数据包括从语音数据库中取出的50 个发音人的双音节数据和与双音节的第一个音节对应 的单音节.比如在选取数据时,从同一个发音人的数据 中要取出da4mal和da4的样本. 表2实验中使用的双音节词表 辅音双唇音唇齿音舌尖音卷舌音舌面音舌根音 V+Ca+ma+fa+la+ha+qa+h a拼音da4malda4fu4da41iang4da4chen2da4qi4da4hui4 汉字大妈大副大量大臣大气大会 V+Cu+pu+fu+du+zhu+ju+g u拼音bu4pa4bu4fang2bu4dan4bu4zhoulbu4ji2bu4gou4 汉字不怕不妨不但不周不及不够 V+Ci+m——i+di+蜀hi+xi+h i拼音bi4mian3——bi4ding4bi4zhong1bi4xulbi4he2 汉字避免——必定壁钟必须闭合 从双音节中切出第一个音节.在切分过程中,一个 关键问题是确定两个音节的分界.在一般情况下,通过 时域的语音波形结合人耳的听辨就可以确定分界.在 某些情况下,双音节的第一个音节和第二个音节连接 在一起,没有明显的分界.在这种情况下,根据频域的 语谱图,通过语谱图上出现的第一音节韵母和第二音 节声母的断层来确定分界.图1给出了双音节da4mal 的第一音节在时域和频域的分界. ..iIIiiiliilliii…j. fl『Ilf孵『『f『IIl,nIIII1ffIfImfIITIl.' 一 da4一 —'da4mal'— 图l双音节da4mal的第一音节 使用语音软件Prrat测量共振峰.Prrat针对 每一段分析窗口的语音,通过burg算法计算LPC系 数,来提取共振峰主要.具体的参数设置如下: Timestep(s):0.0 Maxnumberofformants:5 Maximumformant(Hz):5500(=adultfemale) Windowlength(s):0.025 Pre—emphasis(Hz):50 匡0@@响圃啦匡0@@?圈@?凹酏6@ 电声基础 3实验结果 对单音节和从双音节中切出的第一音节使用Prrat 提取共振峰.这里,主要计算第一共振峰和第二共振 峰.为了使不同发音长度的语音之间可以互相比较, 把每个音节的共振峰数据平均分成10帧.把50个发 音人同一个音的数据进行平均,分别给出和随时 间变化的轨迹,横坐标凡是指在时间刻度上的归一化 点,如图2-4所示. !!!童丝羹生蔓鲞蔓塑囝 口电声基础 0@@响囿匡0@@?囿@?凹s锄@? 4结论 在汉语普通话的双音节中,存在协同发音现象,第 二音节将对第一音节的发音产生影响.由于第二音节 辅音声母的影响,在第一音节元音韵母发音的末端,将 会向第二音节辅音的发音过渡.这样,第一音节元音韵 母的发音就和第一音节作为单音节发音时存在不同. 这种发音变化直接受第二音节声母的影响,并将随辅 音声母的不同而改变. 笔者给出了共振峰变化的轨迹图.为了便于比较, 把单音节的轨迹和从双音节上切下的第一音节的共振 峰轨迹作在一张图上. 4.1元音韵母为a的共振峰轨迹 在时间坐标上,双音节中第一音节的轨迹从单 音节的基本平直变成逐渐下降,且越往后,其余单音节 对应的距离越大.轨迹的绝对值比单音节轨迹的 对应点要低.a+m连读时da4mal的轨迹与a和其他 辅音连读时有明显不同,和单音节的轨迹较为接近. da4qi4的轨迹下降幅度大. 双音节中第一音节的轨迹以单音节轨迹为轴,分 成两组.以da4qi4,da4hui4,da41iang4为一组,其的 值大于对应单音节,且其轨迹呈上升趋势;以da4mal, da2fu4,da4hui4为另一组,其轨迹呈下降趋势,且其 的值基本小于其对应单音节.其中,da4hui4的下降趋 势最明显,在第二组中,与对应单音节的距离最大; 叵垒塞熊篓生蔓堂篁塑 da4qi4的上升趋势最明显,在第一组中,与对应单音节 距离最大. 4.2元音韵母为I1的共振峰轨迹 的轨迹除了接唇齿音f时和作为单音节时比较 类似外,其余的值均低于对应的单音节的值,且呈下降 趋势.其中,U和双唇音P连接时,其轨迹下降幅度相 对平缓.的值基本上都要高于单音节的值.其中, bu4pa4和bu4gou4的轨迹和单音节发音时较为接近. bu4dan4和bu4ji2的曲线轨迹上升速率最快,bu4zhoul 和bu4fang2次之. 4.3元音韵母为i的共振峰轨迹 对于的轨迹,元音韵母i与接舌根音的双音节 bi4he2,接双唇音的bi4main3和单音节有着相同的变 化趋势,共振峰频率随时问逐渐上升.而另外的3种情 况,接舌尖音bi4ding4,接卷舌音bi4zhong4,接舌面音 bi4xu1时,其轨迹趋势与单音节相反,呈现下降趋势. 在的轨迹中,相对于单音节,接不同种类辅音 时,均呈现出不同程度的下降趋势.其中又以bi4he2和 bi4zhongl轨迹的下降趋势最大,bi4xu1和bi4ding4次 之,而接双唇音的bi4main3其轨迹和单音节较为接近. 5总结 实验中用作第一节韵母的3个单元音,a/,和,i, 在元音频率图中[41是元音三角形的3个顶点.元音频率 图是整个声腔共振特性的综合产物.,a/,/Il/和/i/这3 个单元音基本确定了普通话元音共振的范围.在传统 的元音舌位图中[41,/a/,/u/和/i/同样确定了元音的舌位 活动范围.在第一音节元音向第二音节辅音的共振峰 过渡中,主要由前音节元音音位与后音节起始元音音 位的舌位相距距离决定,因此在文中对3个单元音的 实验中,基本可以勾画出汉语普通话中单元音与不同 种类辅音连接时共振峰变化的轮廓. 参考文献 …1WUZong-ji,SUNGuo-hua.Anexperimentalstudyof coarticulationofunaspirinatedstopsinCVCVcontextsin standardChinese吲.AnnualReponofPhoneticResearch. Beijing:InstituteofLinguistics,ChineseAcademyofSocial Sciences,1989. 『2】周迅溢,王蓓,杨玉芳,等.语句中协同发音对音节知觉 的影响『J1.心理,2003,35(3):340—344. [3J3YANJing-zhu.Astudyoftheformanttransitionsbetween thefirstsyllablewithvocalicendingandtIlesecond (下转第13页) 由此可得,估计误差受观测时间,信噪比以及带宽 的影响.在系统允许的情况下,适当地增大观测时间, 提高信噪比,增加信号带宽都可减小时延估计误差.此 外,增加传声器个数,就时延估计方差而言,相当于增 加了输入信号的信噪比,这也是笔者选用三元阵而不 选用两元阵的目的. 对式(13)求偏导可得目标方位角估计误差 — (等+一等)(t6k/4d2- (c~,\s.d/, 由式(16)可看出,目标方位角估计误差与时延 的相对误差,与阵元间距d的相对误差以及声速C 的相对误差都有关系,且三者对的影响相当. 仿舆 由于会议电视系统中,传声器接收的信号为宽频 的语音信号,所以笔者用带宽为l000Hz的线性调频加 白噪声作为仿真信号源来进行仿真,信噪比为一lOdB, 信号模型如3图所示.传声器布置形式为三元等距线 性阵列,由与会者跟传声器的距离与传声器本身的间 距大小之比,可认为>>d,声速c=340m/s.针对不同 方位角做了一系列的仿真.表l是其中的部分方位角 估计结果.由方位角估计结果可看出,方位角误差随着 声源偏离传声器阵列的角度增大而增大.在(一6O.,6O.) 范围内,方位角的误差完全可以满足会议电视系统对 与会者进行被动声定位的要求. 表1部分方位角估计结果 d=20cm 嗽定值,(.)骷计值,(.) 4o锄一- ' ? 母设蔗绅豇,()估计值,(.) 6? 声频工程 匡响6响@@6响 6结论 笔者就用于会议电视系统的被动声定位的原理, 算法进行了初步的探讨,并进行了误差分析,给出了减 小误差的途径.这些分析和探讨,对会议电视系统的设 计和实现有一定的意义. 参考文献 [I】李启虎.声呐信号处理引论[M】.北京:海洋出版社,1985. [2】GATICA-PEREZD,LATHOUDG,MCCOWANI,eta1. Amixed-stateI-particlefilterformulti—cameraspeaker tracking[R].DalleMolleInstituteforPerceptualArtificial Intelligence(IDIAP),2000,19(2):39-43. [3】王昭.空气中被动声定位误差分析[J】.应用声学,2000, 19(2):39--43. 【4】吴喜录.直升机目标声定位分析【J].南京理工大学, 1996. [5】钟麟,王峰.MatLab仿真技术与应用教程[M】.北京:国防 工业出版社,2004. 【责任编辑】史丽丽【收稿日期】2006-11-21 (上接第lO页) syllablewithinitialvowelinthedisyllabicsequencein standardChinese[R].AnnualReportofPhoneticResearch. Beijing:InstituteofLinguistics,ChineseAcademyofSocial Sciences,1994-1995. 【4】王理嘉,林焘.语音学教程【Ml北京:北京大学出版社,1992. 作者简介 周忠诚,硕士,副教授,研究方向为录音艺术,基础声学; 王孟杰,博士,研究方向为语音信号处理; 于水源,博士,副教授,研究方向为语音声学,声信号与声场 信息处理. 【责任编辑】闫雯雯【收稿日期】2OO6—11—01 堕查羹曼!生蔓型鲞蔓塑回