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漢語擦音的實(shí)驗(yàn)分析 擦音概說 定義：擦音是聲道中有阻礙但沒有完全閉 塞，氣流從縫隙中摩擦發(fā)出的輔音。 擦音不是每一種語言都出現(xiàn)的音類，它不 如爆發(fā)音普遍。擦音最常見的部位是舌尖 ?，F(xiàn)代漢語方言擦音豐富，每一種方言都 至少包括一個舌尖擦音/s/。 漢語方言中擦音最少的為兩個（廈門話） ，最多的為8個（青島話，上海話）。清擦 音比濁擦音占絕對優(yōu)勢。 關(guān)于擦音研究的綜述 對擦音進(jìn)行聲學(xué)方面的調(diào)查是一項(xiàng)有意義的課題 ，盡管擦音性質(zhì)非常復(fù)雜，不像元音、塞音相對 簡單，他們的聲學(xué)特征是含時長變量的連續(xù)體， 而不是沖直條。 關(guān)于英語和其他一些語種擦音研究的文獻(xiàn)已有很 多，但是關(guān)于漢語擦音研究的相對較少。此外， 早期的擦音研究偏重于單音節(jié)中的聲學(xué)特征與音 渡現(xiàn)象（fant,1960; fant,1977;stevens,1960; stevens,1987;shoup,1976;ladefoged吳 宗濟(jì)，1988等等）。 關(guān)于擦音研究的綜述 自從20世紀(jì)50年代以來，強(qiáng)頻集中區(qū)及其 過渡被認(rèn)為是擦音的全部特征。因此，對 擦音的研究多重于這兩方面的考察。 但是，由于擦音本身的復(fù)雜性，其中可能 還包含其它重要的因素，比如音節(jié)內(nèi)部輔 音可能有的各種協(xié)同發(fā)音作用等等，吳宗 濟(jì)先生在普通話清擦音協(xié)同發(fā)音的聲學(xué) 模式一文中曾經(jīng)提到過這種說法。 研究擦音（格局）的原因和意義： 輔音是音素的一大類別，輔音種類繁多， 特征各異，而且多具離散性。在輔音的研 究中要按類別分為不同的系列，實(shí)驗(yàn)的程 序方法和測算的指標(biāo)也各有不同。 輔音格局的研究是語音格局研究的重要內(nèi) 容。元音、聲調(diào)在聲學(xué)表現(xiàn)上往往具有較 長的時長，其本身的聲學(xué)特征容易考察分 析，而輔音則略顯復(fù)雜。 研究擦音（格局）的原因和意義： 首先是輔音的種類很多，其下位類別包括塞音（ ）、擦音、塞擦音、鼻音、邊音、顫音、閃音等。這 些輔音不管是在發(fā)音特征上，還是聲學(xué)表現(xiàn)上都很不相 同，要進(jìn)行整體貫通的輔音格局分析是很困難的。 其次，很多輔音本身的聲學(xué)特征不容易提取，例如塞音 ，其時長非常短，一般都在數(shù)十毫秒以內(nèi)。而有的輔音 雖然時長較長，但怎樣提取到充分體現(xiàn)其聲學(xué)特點(diǎn)的數(shù) 據(jù)很不容易，例如擦音、鼻音等。進(jìn)行輔音格局研究應(yīng) 該在總體的格局觀念方法指導(dǎo)下，按不同種類輔音的特 點(diǎn)，分類別進(jìn)行考察。換言之，就是在總體的輔音格局 下進(jìn)行不同的下位子格局研究。） 在所有輔音中，塞音是最能體現(xiàn)輔音特點(diǎn)的一類音 ，它在發(fā)音時聲道形成有完全的閉塞，塞音格局的 分析是輔音格局研究的重要內(nèi)容。擦音在發(fā)音時氣 流通過聲道中狹窄的摩擦縫隙，也是輔音發(fā)音特點(diǎn) 的重要體現(xiàn)，擦音格局的分析也是輔音格局研究的 重要部分。冉啟斌（2011，當(dāng)代外語研究 輔音聲 學(xué)格局研究） 漢語普通話清擦音的聲學(xué)空間分析 冉啟斌 （2008，第八屆中國語音學(xué)學(xué)術(shù)會議） 一、前言 1、研究對象：漢語普通話清擦音 普通話聲母當(dāng)中清擦音共有5個，是12345 、/f/、/x/。 聲母r的語音性質(zhì)，研究者們曾有各種不同看法，有人認(rèn) 為是濁擦音，也有人認(rèn)為是濁通音、閃音，還有人認(rèn)為是 半元音、元音等（焦立為等2004:262）。石鋒、廖榮蓉（ 1987）用聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法研究了普通話的r聲母，指出聲 母r在部位和方法上都存在變體，本身在語音性質(zhì)上并不 是單一的，正因?yàn)槿绱瞬懦霈F(xiàn)不同研究者看法的分歧。由 于r聲母不是單純的擦音，所以本節(jié)考察擦音只包括普通 話中的前述5個清擦音。 2、研究任務(wù)： 本文利用 svantesson（1986）的方法對普通話 5個清擦音的 聲學(xué)空間重新進(jìn)行了分析。由于svantesson（1986）所用的 發(fā)音語料很少，1）得到的結(jié)論在更多的語料中是否仍然如 此；2）同時，擦音空間分析的方法在不同擦音的區(qū)分效力 上如何；3）以及擦音空間分析的各項(xiàng)參量存在哪些內(nèi)在關(guān) 系，這都還可以進(jìn)一步進(jìn)行考察。 結(jié)果看到， 1） /s/的譜重心最高，分散程度最小，分布范圍 最小； /x/的譜重心最低，分散程度最大，分布范圍最大。 2）普通話 5個清擦音可以分為兩類，譜重心高而分散程度 小、分布范圍小的一類/s/、/、/./；譜重心低而分散程度 大、分布范圍大的一類 /f/、/x/。 3）擦音某個時間點(diǎn)上的 能量分布情況與該擦音在一段時間上的整體表現(xiàn)具有一致性 。文章分析指出，這種一致性與擦音的發(fā)音生理具有密切關(guān) 系。 3、研究方法svantesson（1986）的方法 輔音中的擦音具有較長的時長，和短暫的爆發(fā)音相比， 擦音的頻譜能夠相對容易地考察到。利用不同擦音的頻 譜特性，分析得到相關(guān)數(shù)據(jù)，可以做出擦音的聲學(xué)空間 圖。 svantesson（1986）對漢語普通話中的六個擦音聲母（ 包括 r聲母）和六個塞擦音聲母進(jìn)行了研究。 svantesson研究的方法是通過臨界帶譜計算出各個聲母 的頻譜重心（center of gravity），在頻率軸上能量的分 散程度（dispersion）參數(shù)，以及不同聲母的平均強(qiáng)度級 （mean intensity level）。以上述三個參量中的任意兩個 參量作為二維坐標(biāo)，便可以形成一個擦音空間。不同擦 音由于其參量的不同在二維坐標(biāo)中就有了一定的位置。 本文所用的聲學(xué)參量譜重心、分散度 1）譜重心：所有臨界帶內(nèi)最強(qiáng)頻率的集中區(qū)域； 2）分散程度：該時間點(diǎn)上能量在整個頻率范圍內(nèi) 的分散情況。 （一般地說，擦音的特性主要表現(xiàn)在強(qiáng)頻集中區(qū)的不同分布狀況 上，包括強(qiáng)頻集中區(qū)的位置高低及強(qiáng)頻集中區(qū)的分散程度。） 為什么不用svantesson（1986）平均強(qiáng)度級這個聲學(xué)參量？ 不同的擦音在音強(qiáng)上是有差別的，但是音強(qiáng)也不是一個 絕對參量，它與發(fā)音時用力的程度、錄音時的不同增益等 都有關(guān)系。只有在這些外在條件完全相同的情況下音強(qiáng)才 具有可比性。 因此，在本文的擦音空間分析中我們只取譜重心和分散程度 這兩個相對不容易變化的參量為考察對象，只對由譜重心和 分散程度構(gòu)成的二維空間進(jìn)行分析。 3、這種分析方法的意義 這種方法提取了不同擦音的聲學(xué)參量，這些參量基 本上能反映不同擦音的聲學(xué)特性。并且，由于各個 擦音在聲學(xué)空間中都有了一定位置，也就可以對不 同語言中的擦音進(jìn)行對比。svantesson說：“這種做 出臨界帶譜并計算出有關(guān)參量的方法，使得在擦音 空間中顯示一種語言中某個擦音的位置特點(diǎn)成為可 能，并可以比較不同語言中的擦音?！?另外，利用這種擦音聲學(xué)空間分析的方法，還可以 對不同方言點(diǎn)中的所有擦音進(jìn)行較為全面的考察， 從聲學(xué)角度發(fā)現(xiàn)方言中擦音的很多細(xì)微表現(xiàn)。 二、實(shí)驗(yàn)方法與材料 1、譜重心和分散程度的計算 1）聲學(xué)參量的測量方法： 按 svantesson（1986），譜重心和分散程度的測 量方法為，先在擦音的某個時間點(diǎn)上做快速傅立 葉變換（fft），得到該點(diǎn)的即時功率譜。然后將 即時功率譜轉(zhuǎn)換為臨界帶（ critical band）譜。轉(zhuǎn) 換為臨界帶譜的原因主要是為了匹配人耳的聽覺 特性。 2）計算公式 a.劃分臨界帶的公式為： fn=650 sinh (n/7) 其中得到的 fn就是第 n個臨界帶的頻率上限。由于第 1個 臨界帶的頻率范圍在 093hz之間，對語音研究的意義不 大，一般只取后面的 23個臨界帶進(jìn)行分析。 b.頻譜重心的計算公式為： 這樣得出的結(jié)果 m為2-24之間的一個數(shù)值，表示譜重心在 第個臨界帶。 c.分散程度的計算公式為： 這樣得出的結(jié)果 s為分散程度的一個參量。 上述公式中的值為： 2、實(shí)驗(yàn)操作與語料 本文發(fā)音人為一名北京生北京長的青年女性。 發(fā)音表為帶有普通話清擦音聲母的二字組各 25個（發(fā)音表從略）。 擦音前面和后面鄰接有不同類型的元音。錄音 采樣頻率為 22050hz。計算擦音某個時間點(diǎn)上 的譜重心和分散程度時選取波形圖上能量相對 較強(qiáng)的位置，計算出的數(shù)值即該點(diǎn)的聲學(xué)參量 。對一段擦音做擦音空間圖時一般選擇擦音中 間的一段，長度約 50毫秒。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析 使用 spss10.0完成。測量數(shù)據(jù)及分析結(jié)果均精 確到百分位。 2、實(shí)驗(yàn)操作與語料 我們以譜重心作為橫坐標(biāo)，以分散程度作為縱 坐標(biāo)，將按照上述公式計算出的數(shù)值繪入坐標(biāo) 系中，得到該擦音在擦音空間中的位置。桌上 語音工作室（minispeechlab）能夠按照上述公 式自動計算出擦音某個點(diǎn)上的譜重心、分散程 度和平均強(qiáng)度級。本文只取譜重心和分散程度 進(jìn)行考察。同時，在波形圖上選擇擦音的一段 ，桌上語音工作室還能夠自動對該段作譜重心 和分散程度的分析，并在二維坐標(biāo)中畫出相應(yīng) 的點(diǎn)。 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 實(shí)驗(yàn)分為兩個方面：一是從擦音的波形圖 上取一點(diǎn)計算其譜重心和分散程度；二是 在擦音波形上選取一段作出擦音空間圖。 錄音時每個擦音聲母各 25個樣本，由于有 的文件意外受損，聲母 s和 h的實(shí)際樣本只 有 17個。測得所有擦音某時間點(diǎn)上譜重心 和分散程度的數(shù)據(jù)較多，這里從略。 1、五個清擦音的譜重心與分散程度 計算得到的五個清擦音的譜重心與分散程 度的平均值結(jié)果見下表 1。 數(shù)據(jù)結(jié)果分析 1）譜重心：s的譜重心是最 高的，為 22.36臨界帶單 位，換算成赫茲，大約 在 8000hz左右。 h的譜 重心最低，為 15.99臨界 帶單位，大約在 3000hz 左右。 2）從分散程度上看，h的 分散程度最高，為 4.72 ，f的分散程度也很高， 達(dá)到 3.95；分散程度最 低的是 s，為 1.38；x、 sh兩個聲母的分散程度 數(shù)值也比較小。 譜的重心與擦音的能量集中區(qū) 具有一定的關(guān)系。一般能量集 中在某個頻率范圍，譜的重心 也會離這個頻率范圍不遠(yuǎn)。由 譜重心得出的擦音的相對關(guān)系 從能量集中區(qū)及音強(qiáng)方面得到 的擦音的相對關(guān)系大致一致， 只是f的譜重心略高。 數(shù)據(jù)結(jié)果分析 3）五個擦音大致顯示出分 為兩組的趨勢。按分散程 度得出的擦音的相對關(guān)系 與它們長度上的關(guān)系是完 全一致的，即 h、f為一組 ，s、 x、sh為一組。前一 組在時長上比較短，音強(qiáng) 上比較弱，在能量集中區(qū) 、譜重心上則相對較低； 后一組在時長上比較長， 音強(qiáng)上比較強(qiáng)，在能量集 中區(qū)、譜重心上則相對較 高。 發(fā)音生理原因分析 我們認(rèn)為這是由不同擦音發(fā)音時的不同生理狀態(tài)決定的。 不同擦音收緊處縫隙的大小是不同的。s 、 x 、 sh三個音 的縫隙較小，而h、f相對較大。由于 h、f發(fā)音時開口縫隙 較大，從而造成氣流泄露的面積較寬，形成平流（阻礙縫 隙和氣流速度越大則摩擦噪聲越強(qiáng)，為湍流；反之，為平 流）的成分較多，在高頻區(qū)以及在某個頻率范圍上的能量 都降低了，這樣就造成整個譜的重心下降，能量的分散程 度增加。 初步認(rèn)為正是由于縫隙大小的不同造成了這5個擦音聲學(xué) 表現(xiàn)上的各種差異。 與svantesson（1986）數(shù)據(jù)比較 比較結(jié)果: 1)具體數(shù)值上存在差異：本表顯示 s的譜重心為最高，其次是 x，f，sh ，h。這種順序與表 1一樣。分散程度表 2中最高的是 f，最低的為 x， 與表 1略為不同。 2)總體數(shù)據(jù)上，表 1各個擦音數(shù)值的跨度更大，相互的區(qū)別更明顯。 相比之下，表 2的數(shù)值跨度略小，換言之，不同擦音參量之間仍然存在 差異，但差別較小。這可能是表 2將四個發(fā)音人的數(shù)值進(jìn)行了平均的結(jié) 果，也可能svantesson（1986）的語料相對較少有關(guān)。不過從 f、 h與 s、x、sh兩組的情況來看則它們的相互關(guān)系在總體上仍然一致。 2、擦音空間分析的方法在不同擦音的區(qū)分效力 本文得到的五個普通話清擦音的譜重心參量和分 散程度參量在區(qū)分不同擦音的效果怎樣？即五個 擦音分別在譜重心和分散程度上的差異是否顯著 ？為此分別進(jìn)行了多變量的 post-hoc檢驗(yàn)，以顯 著性系數(shù)的大小來判別幾個擦音之間是否能夠得 到區(qū)分。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)譜重心能夠兩兩之間進(jìn)行區(qū)分的 有以下擦音對：f-h，s-sh，s-h，sh-x，sh-h，x-h ，上述擦音對之間的顯著性系數(shù)都小于 0.05。根 據(jù)分散程度能夠兩兩之間進(jìn)行區(qū)分的有以下擦音 對：f-s，f-sh，f-x，s-h， sh-h，x-h，上述擦音對 之間的顯著性系數(shù)也都小于 0.05。 綜合上面的譜重心和分散程度兩組參數(shù)，至少 有一組參數(shù)能夠區(qū)分的有如下擦音對：f-h，s- sh，s-h， sh-x，sh-h，x-h，f-s，f-sh，f-x.，共 9對。 普通話 5個清擦音的兩兩組合只有 10種情況， 換言之， 5個清擦音按照譜重心和分散程度實(shí) 際上只有一對不能進(jìn)行區(qū)分，其余的擦音之間 都能夠區(qū)分出來。不能區(qū)分的一對是 s和 x。 從數(shù)值上看， s和 x無論是在譜重心還是分散 程度上差別的確都非常?。ㄒ姳?1）。不過從 整體上看來，利用譜重心和分散程度兩個參量 對普通話的清擦音進(jìn)行分析能夠顯示出絕大多 數(shù)擦音之間的區(qū)別。 2、利用譜重心和分散程度參量考察擦音空間 “桌上語音工作室”的“一段輔音的參數(shù)圖”功 能能夠作出以譜重心為橫坐標(biāo)、分散程度 為縱坐標(biāo)的二維平面圖。 作一段輔音的參數(shù)圖時在該段上取若干個 點(diǎn)，分別計算出譜重心和分散程度。這樣 作出的普通話 5個清擦音的二維圖如圖 1所 示。其中每個擦音取的是多個音節(jié)上的多 個樣點(diǎn)。 在擦音空間圖上，s處 于最低、同時也是最右 的位置，表明 s的譜重 心最高，分散程度最小 。 的位置比s略為靠 左，且略為靠上，表明 的譜重心也很低，分 散程度也很小。 的位 置更靠左，且比s、 都略高，表明其譜重心 相對低一些，分散程度 稍大。 x、f在高度上 的總體位置幾乎一致， 表明二者的的分散程度 差不多，但 x的總體位 置明顯在 f左邊，表明 x的譜重心比 f低。 上文我們曾從同一個擦音的若干個音節(jié)中各取一個點(diǎn)， 計算了它們譜重心和分散程度的平均值；這里我們又對 同一個擦音的若干個音節(jié)中的一段取出譜重心和分散程 度進(jìn)行作圖，從得到的結(jié)果看二者是相當(dāng)一致的。從擦 音空間圖上能直觀看到的另一個信息是各個擦音面積的 大小，也即各個擦音樣點(diǎn)的分布范圍。 s的面積最小，分布范圍最集中。 、的范圍比s略 大。最大的是 x和f，x在縱軸（分散程度）上跨越約 5個單位（26）；f在縱軸上跨越 6個單位（ 27） 。在橫軸（譜重心）上， f跨越約 6個單位（1823） ，x則跨越約 10個單位（1120）。從整體上看普通 話的五個清擦音都集中在二維圖的右半部分，相互之間 拉開的距離不是太大。這主要與五個清擦音的聲學(xué)特性 有關(guān)，同時也與橫軸的標(biāo)度具有一定的關(guān)系。橫軸的標(biāo) 度本身比較密集，如果將標(biāo)度擴(kuò)大，五個擦音之間的距 離應(yīng)該會有一定程度的改善。 從前面分析的情況我們能夠看出一種內(nèi)在的聯(lián) 系，即擦音某個點(diǎn)上的能量分散程度與該擦音 一個段落上的譜重心和分散程度的變化情況具 有一致性。例如x，我們計算出它在一個點(diǎn)上 的能量分散程度是最大的（平均值 4.72，見表 1）同時在該擦音的一段長度上譜重心與分散 程度的變化范圍也是最大的（見圖 1）簡單說 來，擦音在頻率軸上的能量分散程度與時間軸 上參量的變動情況具有一致的關(guān)系。這兩者一 個是頻域上的情況，一個是時域上的情況。頻 域上的分散程度大暗含著時域上的變動也大； 反之亦然。 擦音的參量為何出現(xiàn)頻域和時域上 的對應(yīng)關(guān)系呢？ 這應(yīng)該是由于發(fā)音上的原因。頻域上的分散 程度反映了發(fā)音時摩擦縫隙的大小，一般摩 擦縫隙越大則能量在頻域上的分散程度也越 大。同時，摩擦縫隙大也使氣流呼出的特性 在時間上不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)波動。這樣便出 現(xiàn)擦音參量特性在頻域和時域上的對應(yīng)關(guān)系 。 四、結(jié)語 本文利用 svantesson（1986）提出的方法重 新分析了普通話 5個清擦音在聲學(xué)空間中的 表現(xiàn)。重點(diǎn)在于探討 : svantesson（1986）的結(jié)論是否能夠在更多 的語料中得到一致的結(jié)果； 擦音的空間參量對于區(qū)分不同擦音的效力 如何； 以及擦音各聲學(xué)參量之間具有怎樣的內(nèi)在 關(guān)系。 本文以擦音空間分析的參量為基礎(chǔ)，對普通話的 5個 清擦音進(jìn)行了統(tǒng)計區(qū)分。分析看到，除 s和 x之外，其 他擦音在譜重心和分散程度的差異上是顯著的。換言 之，譜重心和分散程度兩個參量對于大多數(shù)擦音能夠 進(jìn)行有效的區(qū)分。 另外，本文還探討了擦音多項(xiàng)聲學(xué)特征之間的內(nèi)在關(guān) 系。指出普通話 5個清擦音在聲學(xué)空間中可以分為兩 類，譜重心高而分散程度小、分布范圍小的一類/s/、 /、/；譜重心低而分散程度大、分布范圍大的一類 /f/、/x/。分析看到，擦音在頻域上譜重心較高，則一 般分散程度較低，在時域上長度較長，參量變動也較 小。反之亦然。這種內(nèi)在關(guān)系根源于擦音特定的發(fā)音 生理。 四、結(jié)語 擦音格局分析 冉啟斌 （2011，當(dāng)代外語研究 輔音聲學(xué)格局研究） 引言 在上面進(jìn)行的擦音聲學(xué)空間分析中，不同擦音雖然占據(jù)不 同位置，但各個擦音之間在分布范圍上常常存在重合和交 叉。為使各個擦音相互之間的關(guān)系更清楚地表現(xiàn)出來，冉 啟斌和石鋒（）使用語音格局分析的思路，對頻 譜重心參數(shù)和分散程度參數(shù)分別進(jìn)行相對化處理。 相對化處理 1）頻譜重心（）的相對化處理公式： （）（） （其中表示個擦音中譜重心的最大值， 表示個擦音中譜重心的最小值，為某個擦音的譜 重心值。） 2）分散程度（）的相對化處理公式： （）（） （上式中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的含義與頻譜重心相同，這里不再贅述 。） 按照上述公式做出的北京話清擦音格局 從北京話個清擦 音的格局圖可以看 到，普通話中 的分散程度最 大，頻譜重心最低 ；的分散 程度最小，頻譜重 心最高。二者處在 格局圖的兩個頂點(diǎn) 位置上，確定了擦 音格局圖的范圍， 其他擦音處在這個 范圍以內(nèi)。 和的極端性 是它們各自特有的聲學(xué)特 性的反映，這是由不同的 發(fā)音生理狀態(tài)產(chǎn)生的。兩 者發(fā)音體的質(zhì)地、肌肉軟 硬各不相同，靠軟 腭和舌面產(chǎn)生摩擦，縫隙 面積較大，肌肉柔軟，是 柔性的摩擦；是由 舌尖和齒齦產(chǎn)生摩擦，縫 隙面積較小，骨質(zhì)較硬， 屬于剛性的摩擦。擦音格 局較好地揭示了不同擦音 各自的聲學(xué)特性和相互之 間的對比關(guān)系。 圖2 北京話擦音格局圖 圖2 北京話擦音格局圖 聲學(xué)空間圖與聲學(xué)格局圖 questions: 1）聲學(xué)空間與聲學(xué)格局 2）提取波形圖上的一點(diǎn)與一段目的是什么 3）聲學(xué)參量譜重心、分散程度各自含義 4）如何理解“擦音在頻率軸上的能量分散程 度與時間軸上參量的變動情況是有一致關(guān) 系的”？ 擦音分析研究的應(yīng)用 擦音空間是二維的，但由于它是從一段擦音 樣點(diǎn)得出的聲學(xué)數(shù)據(jù)，所以實(shí)際上反映了擦 音三個方面的信息，即某個時間點(diǎn)上頻譜重 心的高低，分散程度的大小，以及頻譜重心 、分散程度在時間維度上的變化情況。擦音 空間分析綜合了這三個方面的信息，不同擦 音在聲學(xué)頻譜上的特點(diǎn)基本上能夠從擦音空 間中直觀地反映出來，因而對于揭示擦音的 語音特性以及比較不同擦音之間的差異具有 較為明顯的意義。 通過提取計算其頻譜重心和能量的分散程 度從而建立二維坐標(biāo)，能夠使不同擦音各 自的聲學(xué)特性得到