汉语擦音的实验分析

关于擦音研究的综述
• 对擦音进行声学方面的调查是一项有意义的课题， 尽管擦音性质非常复杂，不像元音、塞音相对简 单，他们的声学特征是含时长变量的连续体，而 不是冲直条。 • 关于英语和其他一些语种擦音研究的文献已有很 多，但是关于汉语擦音研究的相对较少。此外， 早期的擦音研究偏重于单音节中的声学特征与音 渡现象（Fant,1960; Fant,1977;Stevens,1960; Stevens,1987;Shoup,1976;Ladefoged&Wu,1984;吴宗 济，1988等等）。
3、研究方法——Svantesson（1986）的方法
• 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。 • 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。
二、实验方法与材料
• 1、谱重心和分散程度的计算 1）声学参量的测量方法：
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。
数据结果分析
1）谱重心：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。 谱的重心与擦音的能量集中区 2）从分散程度上看，h的 具有一定的关系。一般能量集 分散程度最高，为 4.72， 中在某个频率范围，谱的重心 f的分散程度也很高，达 也会离这个频率范围不远。由 到 3.95；分散程度最低 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 的是 s，为 1.38；x、sh 的擦音的相对关系大致一致， 两个声母的分散程度数 只是f的谱重心略高。 值也比较小。
发音生理原因分析
• 我们认为这是由不同擦音发音时的不同生理状态决定的。 不同擦音收紧处缝隙的大小是不同的。s 、 x 、 sh三个音 的缝隙较小，而h、f相对较大。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（阻碍缝 隙和气流速度越大则摩擦噪声越强，为湍流；反之，为平 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。 • 初步认为正是由于缝隙大小的不同造成了这5个擦音声学 表现上的各种差异。
重要体现，擦音格局的分析也是辅音格局研究的重 要部分。冉启斌（2011，当代外语研究 辅音声学 格局研究）
汉语普通话清擦音的声学空间分析
冉启斌
（2008，第八届中国语音学学术会议）
一、前言
• 1、研究对象：汉语普通话清擦音
• 普通话声母当中清擦音共有5个，是12345 、/f/、/x/。 声母r的语音性质，研究者们曾有各种不同看法，有人认 为是浊擦音，也有人认为是浊通音、闪音，还有人认为是 半元音、元音等（焦立为等2004:262）。石锋、廖荣蓉 （1987）用声学实验的方法研究了普通话的r声母，指出 声母r在部位和方法上都存在变体，本身在语音性质上并 不是单一的，正因为如此才出现不同研究者看法的分歧。 由于r声母不是单纯的擦音，所以本节考察擦音只包括普 通话中的前述5个清擦音。
三、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。
1、五个清擦音的谱重心与分散程度 • 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。
汉语擦音的实验分析
擦音概说
• 定义：擦音是声道中有阻碍但没有完全闭 塞，气流从缝隙中摩擦发出的辅音。
• 擦音不是每一种语言都出现的音类，它不 如爆发音普遍。擦音最常见的部位是舌尖。 现代汉语方言擦音丰富，每一种方言都至 少包括一个舌尖擦音/s/。
• 汉语方言中擦音最少的为两个（厦门话）， 最多的为8个（青岛话，上海话）。清擦音 比浊擦音占绝对优势。
研究擦音（格局）的原因和意义：
• 首先是辅音的种类很多，其下位类别包括塞音（ｓｔｏ ｐ）、擦音、塞擦音、鼻音、边音、颤音、闪音等。这 些辅音不管是在发音特征上，还是声学表现上都很不相 同，要进行整体贯通的辅音格局分析是很困难的。 • 其次，很多辅音本身的声学特征不容易提取，例如塞音， 其时长非常短，一般都在数十毫秒以内。而有的辅音虽 在所有辅音中，塞音是最能体现辅音特点的一类音， 然时长较长，但怎样提取到充分体现其声学特点的数据 它在发音时声道形成有完全的闭塞，塞音格局的分 很不容易，例如擦音、鼻音等。进行辅音格局研究应该 析是辅音格局研究的重要内容。擦音在发音时气流 在总体的格局观念方法指导下，按不同种类辅音的特点， 分类别进行考察。换言之，就是在总体的辅音格局下进 通过声道中狭窄的摩擦缝隙，也是辅音发音特点的 行不同的下位子格局研究。）
2、研究任务：
• 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。由于Svantesson（1986）所 用的发音语料很少，1）得到的结论在更多的语料中是否 仍然如此；2）同时，擦音空间分析的方法在不同擦音的 区分效力上如何；3）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。 • 结果看到， 1） /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。 2）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/。 3）擦音某 个时间点上的能量分布情况与该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。
与Svantesson（1986）数据比较
比较结果: 1)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。 2)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的结 果，也可能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。
关于擦音研究的综述
• 自从20世纪50年代以来，强频集中区及其 过渡被认为是擦音的全部特征。因此，对 擦音的研究多重于这两方面的考察。 • 但是，由于擦音本身的复杂性，其中可能 还包含其它重要的因素，比如音节内部辅 音可能有的各种协同发音作用等等，吴宗 济先生在《普通话清擦音协同发音的声学 模式》一文中曾经提到过这种说法。
2）计算公式
a.划分临界带的公式为： fn=65Байду номын сангаас 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。
b.频谱重心的计算公式为：
这样得出的结果 m为2-24之间的一个数值，表示谱重心在 第个临界带。
2、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 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。
数据结果分析
3）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。
研究擦音（格局）的原因和意义：
• 辅音是音素的一大类别，辅音种类繁多， 特征各异，而且多具离散性。在辅音的研 究中要按类别分为不同的系列，实验的程 序方法和测算的指标也各有不同。 • 辅音格局的研究是语音格局研究的重要内 容。元音、声调在声学表现上往往具有较 长的时长，其本身的声学特征容易考察分 析，而辅音则略显复杂。
c.分散程度的计算公式为：
这样得出的结果 s为分散程度的一个参量。
上述公式中的Ｆ值为：
2、实验操作与语料
• 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。