第五章元音

第五章元音

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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。

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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