陳小瑩，艾金勇

（1.西藏民族大學信息工程學院 陜西咸陽 712082；2.西藏民族大學圖書館 陜西咸陽 712082）

藏語拉薩話元音共振峰聲學分析

陳小瑩1，艾金勇2

（1.西藏民族大學信息工程學院 陜西咸陽 712082；2.西藏民族大學圖書館 陜西咸陽 712082）

共振峰是表征語音信號特征的重要基本語音參數(shù)之一，對共振峰的研究分析在語音信號處理領(lǐng)域有著廣泛的應用。本文用聲學語音學和語音信號處理的方法，對藏語拉薩話單元音的共振峰數(shù)據(jù)以及不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音的共振峰數(shù)據(jù)分別進行了研究分析，研究結(jié)果為今后藏語語音合成和語音識別的研究提供了重要的參考數(shù)據(jù)和實踐價值。

拉薩話；元音；共振峰；聲學分析

一、概述

共振峰是語音信號的一個重要特征，是語音學特征中重要的組成部分，在語音信號處理領(lǐng)域有著廣泛的應用［1］（P87-90）。共振峰語音聲學分析是語音科學、聲學及信息科學緊密結(jié)合的一個研究課題，它是語言學中描寫音系、制定音系變化規(guī)則的科學和客觀依據(jù)，又是語音合成和語音識別的重要參考數(shù)據(jù)和診斷工具。因此它越來越被語言聲學、語音信號處理、語言學和語音學界所重視。藏語是我國一種主要的民族語言，有著悠久的歷史和眾多的使用人口［2］（P1-3）［3（P1-3）］，利用現(xiàn)代語音學的研究方法對藏語的元音共振峰進行聲學分析研究，建立聲學參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對語音學、言語工程和信號處理方面都有著

二、實驗方案

從語音交際功能即語音學、音位學和音系學的角度和言語聲學的角度設(shè)計整個論文的框架，用聲學語音學和語音信號處理的方法，研究藏語元音的共振峰數(shù)據(jù)特征。研究中通過對資料的收集整理得到單音節(jié)文本，錄制信號后再通過語音信號處理算法和相應的批處理程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的提取，最后實現(xiàn)對藏語拉薩話單元音以及不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音的共振峰數(shù)據(jù)的研究分析。重要價值，不僅將有力地推動藏語信息處理技術(shù)的發(fā)展，而且對促進各民族之間的技術(shù)交流將起到積極的作用，推動藏族地區(qū)經(jīng)濟、科技、社會文化等方面的發(fā)展和進步［4］。

三、研究內(nèi)容

本部分主要從單元音以及不同音節(jié)結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖兩部分進行聲學分析。

（一）單元音共振峰參數(shù)數(shù)據(jù)圖分析

藏語拉薩話中的元音主要有八個，分別是/a、i、u、e、o、?、y、?/［5］。在錄音時，用國際音標對每一個發(fā)音合作人的語音進行記錄，個別發(fā)音有一些差別。所以，將多次發(fā)音的參數(shù)提取，求算術(shù)平均數(shù)后進行分析［6］［7］。在參數(shù)分析之后，分別提取元音在不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中的F1、F2、F3頻率值進行統(tǒng)計分析并作圖分析。

1、元音［a］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖1元音［a］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

從圖1中的數(shù)據(jù)分析看出，［a］的開口度大，舌位低，F(xiàn)1的頻率值較高，在1000HZ左右。F2的頻率在1500HZ左右，舌位相對靠后一些。F3與F2之間的距離較大，F(xiàn)3已達到2600HZ。在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音［a］的F1和F2的走勢是一致的，呈逐漸增大的趨勢，從大到小依次為CVC>VC>CV>V，F(xiàn)3的變化比較大。在不同的音節(jié)結(jié)構(gòu)中，CVC音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音［a］的F1、F2、F3都是最大的。前置輔音相對能提升元音的共振峰數(shù)值，后置輔音相對能降低元音的共振峰值，在前置輔音和后置輔音都存在的情況下，前置輔音對元音共振峰值得影響大于后置輔音的影響。從元音［a］的共振峰數(shù)據(jù)對比圖的分析來看，元音共振峰受前后輔音的影響，這可能是發(fā)音過程中協(xié)同發(fā)音的作用，通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，可以為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化［8］。

2、元音［i］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖2元音［i］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

從圖2中的數(shù)據(jù)可以看出，［i］為不圓唇前元音，舌位最靠前，且舌位最高，因此［i］的F1較低，而F2較高。在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音［i］的F1變化趨勢較為平穩(wěn)，F(xiàn)2和F3的走勢是一致的，從大到小依次為VC>V>CV>CVC。在V和CV音節(jié)結(jié)構(gòu)中，CV音節(jié)結(jié)構(gòu)元音［i］的F2和F3值相比V結(jié)構(gòu)要小，前置輔音相對能降低元音［i］的共振峰值；在V和VC音節(jié)結(jié)構(gòu)中，V音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音［i］的F2和F3相對VC結(jié)構(gòu)中元音［i］的共振峰小，后置輔音相對能提高元音的共振峰值。V和CVC的F2和F3相比較而言，可以得出前置輔音相對降低共振峰的影響要大于后置輔音提高程度。而元音［i］的F1的受影響和F2和F3卻相反。從圖中還可以看出，F(xiàn)1與F2的距離相差較遠，也就是說第一共振峰與第二共振峰的值相差較大。

同樣，元音［i］共振峰受前后輔音的影響，也是協(xié)同發(fā)音的影響，通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，也可為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。

3、元音［u］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖3元音［u］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

從圖3中的數(shù)據(jù)分析可見，［u］同樣為圓唇元音，u的舌位比［o］高，因此F1比［o］低，元音［u］的F1在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中非常穩(wěn)定，幾乎在一條直線上，前后輔音對元音［u］的第一共振峰幾乎沒有什么影響。四種音節(jié)結(jié)構(gòu)元音［u］的F2和F3的走勢是一致的，呈逐漸增大的趨勢，從大到小依次為CVC> V>CV>VC。從V、CV到VC結(jié)構(gòu)，元音［u］的F2和F3一直下降，在CVC結(jié)構(gòu)中又變大，可以看出前置輔音和后置輔音相對都降低了元音［u］的第二共振峰和第三共振峰值，只是前置輔音對元音［u］的影響大于后置輔音對其的影響。

同樣，元音［u］共振峰受前后輔音的影響，也是協(xié)同發(fā)音的影響，通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，也可為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。

4、元音［o］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖4元音［o］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

從圖4中的數(shù)據(jù)分析看出，［o］是圓唇元音，舌位相對較高，舌位靠后。在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中，元音［o］的三個共振峰變化趨勢是一致的，F(xiàn)1變化比較穩(wěn)定，F(xiàn)2和F3變化幅度較大。可以看出前置輔音能提升元音o的共振峰值，后置輔音相對降低元音［o］的共振峰值，并且前置輔音對共振峰的影響要大于后置輔音的影響。通過對比我們還可以發(fā)現(xiàn)，元音［o］的第一共振峰比元音［a］、［i］和［u］的第一共振峰值大，都在500以上，這與元音本身的發(fā)音特性有關(guān)，元音的性質(zhì)主要取決于前三個共振峰。

5、元音［e］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

從圖5中的數(shù)據(jù)可以看出，元音［e］是不圓唇元音的開口度較小，舌位高，與［a］相比F1的值較小，舌位靠前。元音［e］的三個共振峰在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中值非常穩(wěn)定，和元音［o］類似，第一共振峰比元音［a］、［i］和［u］的第一共振峰值大，都在500以上。從圖中我們可以看出第一共振峰的值幾乎沒有什么變化，第二共振峰中，從大到小依次為CVC>CV> V>VC，第三共振峰從大到小依次為：V>CVC>CV> VC。在發(fā)音過程中，由于協(xié)同發(fā)音的影響，前置輔音和后置輔音都會對元音的發(fā)音產(chǎn)生影響，從而元音的共振峰數(shù)據(jù)也會相應地發(fā)生變化，只是影響的程度的大小不同。通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，可以為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。

圖5元音［e］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

6、元音［y］共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖6元音［y］共振峰數(shù)據(jù)對比圖

從圖6中的數(shù)據(jù)分析可見，元音［y］的三個共振峰在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中變化相對比較穩(wěn)定。從圖中我們可以看出第一共振峰的值幾乎沒有什么變化，前后輔音對元音［y］的第一共振峰影響不大。第二共振峰中，從大到小依次為CVC>VC>CV>V，可以得出前置輔音和后置輔音都會相應地提升元音的共振峰值；第三共振峰從大到小依次為：VC>V> CVC>CV。在發(fā)音過程中，由于協(xié)同發(fā)音的影響，前置輔音和后置輔音都會對元音的發(fā)音產(chǎn)生影響，從而元音的共振峰數(shù)據(jù)也會相應地發(fā)生變化，只是影響的程度的大小不同。通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，可以為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。

（二）不同音節(jié)結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖分析

將藏語拉薩話的這六個元音的F1、F1和F3的共振峰頻率用圖表的形式展現(xiàn)出來，可以很直觀地觀察出各個元音的共振峰位置，由此展現(xiàn)各元音共振峰的相互關(guān)系，這種共振峰間的相互關(guān)系構(gòu)成了拉薩話各元音的不同共振峰模式。在發(fā)同一個元音時，不同的人無論男女由于發(fā)音器官的個體差異，各發(fā)音人的基頻和共振峰的頻率也不相同。不同的發(fā)音人在發(fā)同一個元音時，共振峰的頻率和位置也不會完全重疊，彼此之間存在差異。共振峰的差異主要表現(xiàn)在一個頻率域內(nèi)，同一個元音的共振峰頻率范圍之內(nèi)也存在差異。同一個元音的共振峰差異主要有兩種原因造成，其一是不同的人發(fā)同一個元音，二是同一個人在不同的時候發(fā)同一個元音。原因在于在發(fā)音時的舌位高、低、前、后不同而且個人的發(fā)音狀態(tài)也不相同。在同一個音區(qū)范圍之內(nèi)，同一個元音的共振峰范圍是一致的。共振峰模式圖反映了元音共振峰的頻率范圍。

1、V結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖7 V結(jié)構(gòu)元音共振峰模式圖

從圖7中的數(shù)據(jù)分析可見，隨著舌位的由高到低，即開口度逐漸增大時F1的值逐漸增大；F1最大的為開口元音［a］，值為620.8Hz；而最小的是元音［i］，值為408.5 Hz。F1的頻率與舌位高低有關(guān)。舌位越高，F(xiàn)1的頻率越低；舌位越低，F(xiàn)1的頻率越高。隨著舌位的從前到后，F(xiàn)2的值依次減小。F2的值中最大的為［i］，平均值為2637.5 Hz，最小的為圓唇元音［o］，平均值為1009.5Hz。F2的頻率與舌位前后有關(guān)。舌位越靠前，F(xiàn)2頻率就越高；舌位越靠后，F(xiàn)2的頻率就越低。F3的值中最大的為［i］，平均值為3391.5Hz，最小的為圓唇元音［o］，平均值為1873Hz。

從圖中還可以看到，第一共振峰與第二共振峰間距離最大的是元音［i］，F(xiàn)1為408.5HZ，F(xiàn)2為2637.9HZ，兩共振峰之間相差2229.4HZ。距離最小的是元音［o］，F(xiàn)1值為 645.1HZ，F(xiàn)2值為1009.5HZ，共振峰之間相差364.4HZ。F1和F2的差值按照從大到小的順序來看，［i］>［e］>［y］>［?］>［u］> ［a］>［o］；F2和F3之間的差值從大到小為［a］>［o］>［?］> ［y］>［e］>［i］>［u］，元音［a］的F2和F3之間相差最大為1765.7HZ，最小的是元音［u］，F(xiàn)2和F3之間相差654HZ。F3的大小與嘴唇圓展有關(guān)。從共振峰的距離來看，F(xiàn)2和F3之間的距離主要受圓唇與否的影響。［e］和［?］處于中間位置，［o］、［a］、［?］和［y］的間距較大，而［u］和［i］的間距較小，主要是受圓唇的影響。

2、CV結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖8 CV結(jié)構(gòu)元音共振峰共振峰模式圖

從圖8中的數(shù)據(jù)分析可見，隨著舌位的由高到低，即開口度逐漸增大時F1的值逐漸增大；F1最大的為開口元音［a］，值為878.6 Hz；而最小的是元音［y］，值為446.7 Hz。F1的頻率與舌位高低有關(guān)。舌位越高，F(xiàn)1的頻率越低；舌位越低，F(xiàn)1的頻率越高。隨著舌位的從前到后，F(xiàn)2的值依次減小。F2的值中最大的為［i］，平均值為2289.7 Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為1092.4Hz。F2的頻率與舌位前后有關(guān)。舌位越靠前，F(xiàn)2頻率就越高；舌位越靠后，F(xiàn)2的頻率就越低。F3的值中最大的為［i］，平均值為3070.3Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為1843.3Hz。

在圖8中，第一共振峰與第二共振峰間距離最大的是元音［i］，F(xiàn)1為476.8HZ，F(xiàn)2為2289.7HZ，兩共振峰之間相差1812.9HZ。距離最小的是元音［o］，F(xiàn)1值為604.9HZ，F(xiàn)2值為1188.7HZ，共振峰之間的相差583.8HZ。F1和F2的差值按照從大到小的順序來看，［i］>［e］>［?］>［y］>［?］>［a］>［u］>［o］；F2和F3之間

圖15 VC結(jié)構(gòu)元音共振峰模式圖

從圖9中的數(shù)據(jù)分析看出，隨著舌位的由高到低，即開口度逐漸增大時除了元音a，其他元音的時長和能量基本上是遞增的，這與CV結(jié)構(gòu)中各元音的第一共振峰變化趨勢是一致的。F1最大的為開口元音［a］，值為744.3 Hz；最小的是元音［y］，值為436.3Hz?？梢钥闯霾卣Z拉薩話中F1的頻率與舌位高低有關(guān)。舌位越高，F(xiàn)1的頻率越低；舌位越低，F(xiàn)1的頻率越高。在VC音節(jié)結(jié)構(gòu)中，元音的第二共振峰和第三共振峰收到的影響較大。隨著舌位的從前到后，F(xiàn)2的值依次減小。F2的值中最大的為［i］，平均值為2685.5 Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為900.2Hz。F2的頻率與舌位前后有關(guān)。舌位越靠前，F(xiàn)2頻率就越高；舌位越靠后，F(xiàn)2的頻率就越低。F3的值中最大的為［i］，平均值為3368.6Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為1139.3Hz，

在圖9中，第一共振峰與第二共振峰間距離最大的是元音［i］，F(xiàn)1為436.3HZ，F(xiàn)2為2685.5HZ，兩共振峰之間相差2249.2HZ。距離最小的是元音［u］，F(xiàn)1值為482.5HZ，F(xiàn)2值為900.2HZ，共振峰之間的相差417.7HZ。F1和F2的差值按照從大到小的順序來看，［i］>［y］>［?］>［a］>［o］>［u］；F2和F3之間的差值從大到小為［?］>［y］>［o］>［a］>［i］>［u］，元音［?］的F2和F3之間相差最大為1231.5HZ，最小的是元音［u］，F(xiàn)2和F3之間相差239.1 HZ。F3的大小與嘴唇圓展有關(guān)。從共振峰的距離來看，F(xiàn)2和F3之間的距離主要受圓唇與否的影響。［a］和［i］處于中間位置，［?］、［y］和［o］的間距較大，而［u］的間距較小，主要是受圓唇的影響。

4、CVC結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖分析

圖10 CVC結(jié)構(gòu)元音共振峰模式圖

從圖10中的數(shù)據(jù)我們可以分析看出，CVC音節(jié)結(jié)構(gòu)中的F1趨勢和CV和VC音節(jié)結(jié)構(gòu)中是一致的。F1最大的為開口元音［a］，值為745.7 Hz；而最小的是元音［y］，值為459.5 Hz。F1的頻率與舌位高低有關(guān)。舌位越高，F(xiàn)1的頻率越低；舌位越低，F(xiàn)1的頻率越高。隨著舌位的從前到后，F(xiàn)2的值依次減小。F2的值中最大的為［i］，平均值為2220Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為1204.6 Hz。F2的頻率與舌位前后有關(guān)。舌位越靠前，F(xiàn)2頻率就越高；舌位越靠后，F(xiàn)2的頻率就越低。F3的值中最大的為［i］，平均值為2922.8 Hz，最小的為圓唇元音［u］，平均值為2146 Hz。

在圖10中，第一共振峰與第二共振峰間距離最大的是元音［i］，F(xiàn)1為467.8HZ，F(xiàn)2為2220HZ，兩共振峰之間相差1752.2HZ。距離最小的是元音［o］，F(xiàn)1值為598.6HZ，F(xiàn)2值為1204.6HZ，共振峰之間的相差606HZ。F1和F2的差值按照從大到小的順序來看，［i］>［e］>［?］>［y］>［?］>［a］>［u］>［o］；F2和F3之間的差值從大到小為［o］>［a］>［?］>［u］>［y］>［?］>［e］> ［i］，其中最大的［o］中，F(xiàn)2和F3之間相差1401.8HZ，最小的是元音［i］，F(xiàn)2和F3之間相差702.8HZ。F3的大小與嘴唇圓展有關(guān)。從共振峰的距離來看，F(xiàn)2和F3之間的距離主要受圓唇與否的影響。［y］和［?］處于中間位置，［o］、［a］、［?］和［u］的間距較大，而［e］的差值從大到小為［o］>［a］>［?］>［y］>［?］>［e］>［i］>［u］，元音［o］的F2和F3之間相差最大為1382.9HZ，最小的是元音［u］，F(xiàn)2和F3之間相差750.9 HZ。F3的大小與嘴唇圓展有關(guān)。從共振峰的距離來看，F(xiàn)2和F3之間的距離主要受圓唇與否的影響。［e］和［?］處于中間位置，［o］、［a］、［?］和［y］的間距較大，而［u］和［i］的間距較小，主要是受圓唇的影響。

3、VC結(jié)構(gòu)元音共振峰數(shù)據(jù)圖分析和［i］的間距較小，主要是受圓唇的影響。

四、小結(jié)

在本文的研究中，綜合不同元音共振峰對比圖，我們可以得到在不同元音共振峰對比圖中，所有的元音第一共振峰在不同的音節(jié)結(jié)構(gòu)中變化相對第二共振峰和第三共振峰都比較穩(wěn)定，受前后輔音的影響不是很大。第二共振峰和第三共振峰的變化幅度比較大，受前后輔音的影響較大，前置輔音和后置輔音對元音共振峰的影響程度不同。元音在不同的音節(jié)結(jié)構(gòu)中受協(xié)同發(fā)音作用的影響，其共振峰會受到不同程度的影響，這可為以后研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。綜合四種音節(jié)結(jié)構(gòu)元音的共振峰模式圖，我們可以看出元音的前三個共振峰都是非常穩(wěn)定的，每個元音的共振峰的數(shù)值在不同的音節(jié)結(jié)構(gòu)中都是在一定的數(shù)值范圍內(nèi)的，這也進一步說明了元音的性質(zhì)主要取決于前三個共振峰。拉薩話元音的共振峰基本模式對研究協(xié)同發(fā)音有很大的參照作用，通過觀察不同音節(jié)內(nèi)元音的共振峰變化，來研究協(xié)同發(fā)音時的共振峰變化。本文的研究內(nèi)容屬于基礎(chǔ)類的科學研究，研究的結(jié)果為后續(xù)的藏語文字和語音研究奠定了堅實的基礎(chǔ)，這項研究將會為藏語語音的合成、識別、語音治療和語音教學提供堅實的研究基礎(chǔ)，同時在藏語信息科學和技術(shù)的應用方面也有著廣闊的前景。

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［責任編輯索南才讓］

［校對康桂芳］

H214

A

1003-8388（2016）03-0110-06

2015-08-15

陳小瑩（1983-），女，江蘇宿遷人，現(xiàn)為西藏民族大學信息工程學院實驗師，主要研究方向為實驗語音學。

本文系西藏自治區(qū)科技廳項目“基于呼吸信號的藏語詩歌韻律聲學研究”（項目號：2015ZR-14-19）的階段性研究成果。