第五章元音

第五章元音第一节 | 第二节 |第三节 |第四节 | 第五节 | 第六节 | 第七节元音是一种准周期信号，由于它在音节中长度和强度上占有较大优势，因此一直成为语音学家和言语工程专家研究的重点。

本章将着重介绍元音的产生理论、生理属性和声学特征，希望能对元音的客观特征有一个较为完整的描述。

此外还将对元音的感知特征——人的听觉系统对语音客观特征的主观反应——作一介绍。

第一节元音的舌位模型从生理观点看，气流从一开一闭的声门通过，成为浊音流，经过咽腔、口腔、鼻腔的共鸣（而非阻塞和节制）就产生了元音。

在声腔的调音作用中，最活跃、最积极的是舌头。

因此早期人们对元音的研究，也是首先将注意力集中在舌头上。

※　Bell- Sweet 模型1867年，A．M．Bell发表了名署《可见语言》（Visible Speech）。

提出了划分元音的一整套标准，这就是舌头位置的高度维和前后维。

在高度维上分为高、中、低，前后继上分为前、央、后。

这样就形成了九个“基本”舌位（见图）。

此外，Bell还增加了另外两个描写元音音质的因子：唇开展（也称为圆唇／展唇）和咽宽度。

1877年，Sweet 发表了《语音学手册》（Handbook of Phonetics），修改和推广了Be11 的模型，使之能区分72个元音。

这就是语言学史上有名的Be11- Sweet理论。

这个理论只讲舌头位置而不讲听觉感受，他们认为人们有能力根据对调音器官肌肉的感受来辨别各个元音，后来人们把这一理论称为“本体感受论”。

很清楚，Be11- Sweet在描写和划分元音的类别方面主要依赖于他们对舌位的感觉，因之，这一理论完全是建筑在调音器官动觉感受基础上的，与听觉感知无关。

Be11- Sweet 模型是一种三维（舌位的高／低，前／后和唇的圆／展）在元音的X光照片上测量舌位有两种方法，一种是测量舌头隆起最高点的位置，另一种是测量上腭与舌背所形成的最狭窄点。

这两种方法的最大差别是在前高元音的前后位置有所不同，前者使［i］、［y］偏央；后者使［ｉ］、［y］居前。

我们认为后一种测量方法比较接近元音的产生理论，这将在下一节加以论述。

※收紧点槽型声道收紧点模型早期是由Stevens和House（1955）提出来的，他门写道：“通过X光研究发现，当发元音时，声道空间主要受控于舌头收紧点的位置和收紧点的程度。

”由这点出发，他们用三个参数来描写声道的形状有为其面积变化，这三个参数是：收紧点位置d，指由声门到声道最狭窄处的距离（㎝）；收紧的程度r是指该处声道面积的半径（㎝）； A / l ，是出口处的面积和长度的比值，这一比值也可用来说明唇形的圆展度。

图5．2为Stevens和House三参数收紧点模型的图示，图中的左端为声门，右端为出口处，A、B、C、D、分别相当于四个不同的元音。

Stevens和House利用这个模型计算了元音共振峰的变化。

Wood （1979）根据这一模型将元音区分为四大类：（Ⅰ）硬腭元音码[l—ε]和[y—?]（Ⅱ）软腭元音[u—U]和[i]（Ⅲ）上咽元音][o—和][（Ⅳ）下咽元音—?][a—再根据一些附加条件，如收紧程度、开口度和圆唇度等可将所有元音区分开来。

※声道面积函数逼近声道面积函数A（x）是指声道由声门至唇轴线上各点的面积A，因此可以认为是声道长度和形状最完整的描述。

此外声道面积函数还可用来计算元音共振峰频率和带宽；○2…○7是沿声道长度轴线上的测量点（x），图（B）是七个测量点上的面积A。

假定我们沿轴线逐点测得其面积，最后就得到一幅该声道的面积函数A（x），如图5．3（C）所示，图上纵轴代表面积 A ，单位是平方厘米（㎝2）；横轴是声道长度（x），单位是厘米（㎝）。

声道轴线上的测量点数原则上是越多越能逼近真实的形状，但在实际应用中要根据计算所需要达到的精度来确定。

如要计算头五个共振峰的数值，至少需要十个点的面积函数。

图5．3（D）是该声道的阶跃式面积函数。

由图5．3可知，推导面积函数首先要确定测量点，测出该点的横截距离d，这一步很容易在普通的元音X光照片上取得。

由d到A的计算，一般都果用指数函数的形式， A =axb，其中x就是d。

由于声道的不同部分有不同的面积形状，因而这个指数函数中的系数a和幂b 也是不一样的。

在我们的实验中，采用图5．4中第2号发音人的X光照片。

面积变换中的a、b数值见表5．1。

根据这些数值计算到的面积函数见表5．2。

第一测量点是双唇张开的面积，是按椭圆形公式A＝πab求值的，a为唇高度h的一半，b为两个唇角直线距离的一半。

第18个测量点是声门，其间等分声道为17段。

第五章元音第一节 | 第二节 |第三节 |第四节 | 第五节 | 第六节 | 第七节第二节普通话单元音的生理分析※舌位分析普通话单元音调音器官的生理特性已得到了初步研究（鲍怀翘，1984），图5．4和5．5分别是四个发音人的普通话九个单元音的调音器官X光矢状面图和腭位图。

其中1、3是成年男性。

2、4是成年女性。

在舌位分析中，舌高点的定义是“口腔中上腭与舌头隆起构成的最狭窄点”。

这个定义既不同于“收紧点”，也不同于“舌头隆起最高点位置”。

前者允许在咽腔中山现收紧点，后音会使前高元音／l／、/y／等舌位移向硬腭中部。

表5．3是普通活的元音的舌高点数据，表中第一横项中的数字1、2……是发音人的序号，第5号发音人（女）的材料公布在周殿福、吴宗济（1963）的《普通话发音图谱》中。

每一个人有两行数值：原始和规整。

原始值是实测值。

它是恨据发音人的真实发音器官X光照片测到的。

这里的“前后”是指舌高点至门齿的距离；“高低”是指舌高点处上腭与舌背的距离。

以舌高点“高低”为纵轴、“前后”为横轴就得到普通话单元音的生理舌位图（原型）。

见图5．6。

在这个图上我们可以看出各元音音位互相叠接、穿插，如/ I / 和/ y / 混在一起，／u／、/x／和/o/的混淆更为严重。

假若我们考虑到这些数据的性别差异和个人声腔差别，并对此进行规整处理，舌位图上音位之间的叠混现象就会改观。

规整方法：首先求出每个发音人每项特征（舌高点的前后和高低）的比例因子（或称修正因子）R，然后用比例因子去修正原始数据：式中I为发音人个数，5个发音人i＝1，2，……5；j代表特征项，j = 1 为舌高点高低，j=2为前后；k为元音，如k=1 为/ i /，k= 2为/u / ，……等等。

因此就是第i位发音人某个元音（k）的某项特征（j）的数值, 是的规整值。

为某个发音人某项特征九个元音的平均值，Y1是某项特征五位发音人的平均值。

根据式（5．1）计算了五个发音人两项舌高点特征的平均值和它们各自比例因子R ij，见表5．4。

表5．3规整栏中的数值就是经由比例因子修正后得到的。

X 的元音舌位图（图5．7）显示出，经规整后各元音的位置相对集中了，／i／和/y／在前高的位置上，且/i／的舌位高于／y／；／e／处在居中地位；／a／处在三角形的顶尖上；/u ／、//和／o／虽然仍聚在－起，但仔细分析还是能分开的，/／前于／u／、／o／是合理的；而／u／也略高于／o／。

舌尖元音//和//是普通话语音的特点之一。

由图5．4可以看出，舌尖元音的舌形特点是舌尖上举接近齿或硬腭前缘。

舌面形状分两类：一类是舌面中部下凹、两头上翘，成为鞍形；另一类舌面基本上是平的。

这种差别可能皮映了X 光照相时所选择的时间差异，在X光照相实验中，让发音人发／ts／和／t?／，延长元音发音，操作人员凭听感来控制电钮，选择的时刻靠前，就拍到了马鞍型；选择的时刻靠后，得到的是平面型。

我们认为由马鞍型过渡到平面型反映了舌尖元音真实的舌位。

以图5．4中的马鞍型而论，／／的舌尖位置比／／偏前，而从舌面后部（或舌根）的位置看，／／比／／前，因此／／的咽腔比／／宽。

舌尖元音的这种舌位特点可称之为双高点（或双焦点），即使是在平面舌形中，山于上腭呈圆弧状，因而在齿龈和软腭部位形成了两个“狄窄点”，所以“双高点”的说法对平面型舌尖元音也是合适的。

舌尖元音的这种特殊舌形将在声学特征（共振峰频率）上得到相应的表示。

元音舌位图的另一种画法是“重迭法”。

所谓重迭法就是将各元音的X光照片以硬腭为基准重迭在一起，勾划出它们的舌轮廓线，每条轮廓线上的舌高点就会显示出一幅元音舌位图，如图5．8。

上面的舌高点数据和元音舌位图说明：一定的元音有其典型的和平均的舌位。

这种舌位大体与听觉位置一致。

我们对实侧舌位的要求不能太苛刻，只要它们排列的方向和次第正确就可以认为舌高点模型（及其测量方法）是合理的。

个人之间的差别应该是允许的，正象音位存在变体一样，舌高点也存在着“个人”的变体。

※下颌开度上、下门齿间的距离被定义为下颌开度。

发音时，下颌是运动的，开度是变化的，那末下颌开度与元音舌位的高度有什么关系呢，很多学者对此作了专门的研究。

Lindblom 等（1971）通过瑞典语发音的测量证明颌骨的开度与元音直接有关，通常认为“闭”元音是以小的颌骨开度为特征的，而作为“开”元音的有较大的颌骨开度。

在模型的研究中，保持别的调音器官参量不变的条件，仅仅改变颌骨开度，可以造成元音开口度变化的效果。

所以说，颔骨运动对元音发音是直接有关的。

我们感兴趣的是普通话元音的下颌开度跟舌高点高度的关系。

我们在元音X光图上，在测量舌位数据的同时，也测量了下颌开度，测量到的数据汇总在图5．9中。

图中1、2……5代表五位发音人；曲线的位置越高代表下颌开度越小，反之则越大。

我们可以看到，通常认为的高元音（闭元音）下颌开度小，而低元音／a／具有最大的下颌开度。

从平均值上看，与舌高点高度的平均值几乎是完全吻合的。

由此我们认为，在正常（自然）发音条件下，下颌开度能够反映出元音音色的变化并能表征元音舌位的高低。

※唇形比铰a．唇突度。

唇突度指门齿至双唇外侧线的距离。

五位发音人的唇突度表明（图5．10），它们没有明显的规律。

从平均值看，各元音之间的差别甚微，因此唇突度对区分元音圆展的意义是不大的。

b．唇开度。

唇开度是指双唇垂直维上的距离。

距离大说明上下唇的开度大，距离小就是开度小。

图5．11是普通话五位发音人的唇开度比较。

从这张图上可以看出，高元音的圆展对立很明显：圆唇元音开度小，展唇元音开度大。

从平均值上看，也是展唇元音大于圆唇元音。

第五章元音第一节 | 第二节 |第三节 |第四节 | 第五节 | 第六节 | 第七节第三节元音产生的声学理论元音的产生过程可分为三个部分：声源e（t）、声道的传递特性h（t）和辐射阻抗r（t），最终成为元音s（t）：s（t）= e（t）* h（t）* r（t）s（f）= E（f）？H（f）？R（f）上式表示时间域的运算，下式为频率域的运算，因此S（f）是元音时域信号s（t）的频谱，两式等号右边各项都一一相当。