聲學語音學

聲學語音學

聲學語音學是用聲學的方法研究分析語音的學科。它與言語聲學(speech acoustics)相通,但研究重點有所不同,前者偏於語言學範圍,後者偏於物理學範圍;由於它們除本學科的基礎外還需具備另一方的知識,所套用的理論和方法又互有聯繫,因之它們的界限有時不是十分清楚,只是各有側重而已。

人的語音以聲波形式由空氣作為媒介傳到對方,言語聲波的特性分析是現代語音學研究的最重要手段之一。言語聲波的研究,早期都由物理學家進行。20世紀初分析語音只能用一種特製的浪紋計畫出波形,用傅立葉分析尺對逐個周期的波進行測算,才得出表示聲波特性的頻譜和頻率。到了50年代,動態聲譜儀及其他聲學儀器的廣泛套用,使語音學邁進一個新階段。此後20多年中,這方面的研究達到全盛時期,形成一門邊緣學科──聲學語音學。

基本介紹

  • 中文名:聲學語音學
  • 外文名:speech acoustics
  • 套用:物理學
  • 基礎:聲波
聲學基礎,①聲波,②頻譜,聲學特徵,聲學分析,言語波模式,模式,過渡音征,聲學元音圖,聲學分析,

聲學基礎

①聲波

任何聲音都有聲源。聲源由振動體產生。振動體分固體的振動體和空氣柱的振動體。最簡單的振動體如音叉,被敲擊後叉臂擺動,擾動周圍空氣,形成疏密相間類似水浪紋的波,稱為簡諧波,又稱正弦波。它有一定的振動周期(每秒鐘振動次數)。如果有兩個叉臂長短彼此不同的音叉,同時受到敲擊,就造成兩個不同周期的振動,所產生的簡諧波疊在一起而成為複合波。圖表示兩個分別為100赫和500赫的簡諧波疊加成複合波。聲帶波是許多有規律的簡諧波疊在一起的複合波,這些都屬於有周期性的樂音。另外一種是沒有規律的雜亂的波,它屬於無周期性的噪音。 顯示聲波的儀器主要為示波器(有陰極射線示波器或光點、機械等示波器)。波形的縱坐標表示振幅的大小,橫坐標表示時間的長度。
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②頻譜

複合波用傅立葉分析法能分解出若干正弦波,每一個簡單的正弦波稱為一個分量,各分量被畫成垂直線排列在橫坐標上,成為縱坐標,表示諧波的振幅,橫坐標表示頻率的二維頻譜。頻率最低的一條諧波譜線是基頻,以上的第二諧、第三諧、……都是基頻的2倍、3倍、……。不同語音(樂音)的頻譜中,各諧波的幅度搭配各有不同,其中有好幾條譜線集成若干個峰值,稱為共振峰。這是表示元音音色的重要信息。
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聲學特徵

言語聲的聲源有清音濁音的不同。清音由肺部氣流通過敞開著的聲門後,遇到咽腔或口腔中某部分的阻礙,如果阻礙是狹縫狀,就產生湍流,以輔音的擦音為代表;如果是閉塞狀,在閉塞突然放開時,就產生一種脈衝,以塞音(又稱破裂音)為代表。這些都是無規噪音。阻礙位置的前後,作用面積的大小,以及氣流的長短、強弱等都決定了這些輔音的音色。濁音是由聲帶顫動發出的周期性脈衝,也就是嗓音(又稱樂音)。這類音構成語音中的元音或濁輔音。未曾受到調節的聲帶波形在二維頻譜上表現如三角形。聲腔具有它的自然頻率特性。聲帶波被聲腔的自然頻率制約後就改變成語音的複合波。聲腔由於舌位的運動,軟齶的升降而改變了自然頻率,於是造成不同的元音和其他響音。
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聲學分析

言語的聲學特徵可以用各種聲學儀器來分析。語音中的許多現象,諸如輔音的發音方法、發音部位,元音的音色,複合元音的動程,字調和語調的高低以及輕重音的強度等,都能直接或間接地作出定性或定量的分析結果。這些儀器中以動態語圖儀尤為重要。
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言語波模式

用示波器(較新型的語圖儀也具有示波裝置)作出的語音波形,所表現出來的語音模式可以分為:①無音段型,②爆發音段型,③無規噪音型,④準周期性樂音型,⑤無規性與周期性的混合型等。通過這些波形,大致可以辨認出是什麼元音或什麼輔音。但是發音器官的造形或動作稍有不同,波形就有變動,往往聽起來是同樣的音而波形卻不相似。因此用聲波波形分析語音還不是最理想的方法。
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模式

用語圖儀做出的語圖,以縱坐標代表頻率,橫坐標代表時間,而以圖中顏色的濃淡代表強弱,稱為三維頻譜。用在語音分析上的一般稱為語圖。 語音在寬頻語圖上的表現, 可分為幾種模式:①短脈衝直條(又稱沖直條),②無規則亂紋,③闊橫槓。在分析輔音的發音方法上,沖直條表示塞音或塞擦音的除阻段;亂紋表示清輔音的摩擦段或送氣段。橫槓表示一切濁音,包括元音和濁輔音的基頻和共振峰。這3種模式的單獨出現或組合就構成一切語音的模式,它代表了一切語音的音色。在頻率坐標上,共振峰橫槓的分布位置代表某種元音或濁輔音,而沖直條和亂紋的分布區域(中心頻率和下限頻率)可用來辨認輔音的發音部位。
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過渡音征

輔音與元音在一個音節中的交替,是由一個音位滑移到另一音位,有一個漸變的過程,這個過程或者連續不斷,或者略斷即連,視不同輔音而異。
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在一個音節中,清輔音中的塞音連上後面元音時,由於清塞音聲源是肺氣流,而元音是聲帶音,塞音除阻後,聲帶音雖立即跟上,但還有很短的一段無聲間隙,這一段的時長稱為嗓音起始時間(簡稱VOT),VOT的長短不同和閉塞輔音音色在聽辨上有決定性作用。此外,輔音與元音或元音與輔音結合,中間那段過渡因在聽感上是辨別輔音的徵兆,稱為過渡音征,在語圖上表現為在元音共振峰橫槓前部或後部有彎曲形狀,一般以第二共振峰最具有過渡音征的特點。音征的長短和彎曲的走勢(或升、或降、或不彎而平)反映了這個輔音的發音部位。因此,嗓音起始時間與過渡音征都是聽辨輔音的重要參量。
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聲學語音學
國語的元音、輔音的聲學參量選出若干有代表性的列表於下(表 1、表2、表3)各表中的數據選自《國語單音節語圖冊》)。

聲學元音圖

語言學家開始採用聲譜來分析語音之後,為便於比較和描寫,把這些聲學數據轉換成一種兩坐標的圖,它和通行的四邊形元音舌點陣圖很相似,稱為聲學元音圖。它以元音的第一共振峰頻率值F1為縱坐標,第二共振峰頻率值F2為橫坐標。坐標的分度有的用線性(等分),有的用對數或其他標準。這類圖只是設法把不同元音及其變體在圖上區別開來,作出的圖大致和元音的舌位位置相當(圖8)。用這種方法來研究複合元音,也可以根據複合元音的共振峰逐段量出數據來作圖。這就能更形象地表達複合元音的動程和起訖點。
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聲學分析

語音的聲學特性除音色外,還有3種特性,如音強、音高、音長,總稱為語音的韻律特徵,又稱超音段特徵,它們都可以用語圖儀或音強計、音高計等儀器來分析。音強顯示語音的重音、輕音等強弱變化,音高表現語音的字調與語調,而音長則對語言節奏的快慢,字與句之間的長短關係等加以準確地計量。圖a介紹一句詩句用國語、廣州話和上海話3種方言來說出所作的窄帶語圖。從圖中可以比較這3種方言中韻律特徵的異同。這3種方言中,除了音色不同之外,聲調的調形、變調的規律以及輕重音的分布都有區別。音高顯示器和數據處理系統(見彩圖) 可以直接把語音的聲調即時顯示在螢光屏上,比語圖儀的速度更快。韻律特徵研究在提高人工言語合成的質量上起著決定性作用。聲學研究已致力於韻律特徵的全面分析。

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