藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)嗓音聲學(xué)參數(shù)分析

陳小瑩，艾金勇，于洪志

(1. 西藏民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712082；2.西藏民族學(xué)院 圖書館，陜西 咸陽(yáng) 712082；3.西北民族大學(xué) 中國(guó)民族信息技術(shù)研究院，甘肅 蘭州730030)

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藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)嗓音聲學(xué)參數(shù)分析

陳小瑩1，艾金勇2，于洪志3

(1. 西藏民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712082；2.西藏民族學(xué)院 圖書館，陜西 咸陽(yáng) 712082；3.西北民族大學(xué) 中國(guó)民族信息技術(shù)研究院，甘肅 蘭州730030)

該文對(duì)藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)的嗓音特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)首先對(duì)藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)進(jìn)行語(yǔ)音標(biāo)注，然后根據(jù)語(yǔ)音標(biāo)注的位置信息，利用對(duì)應(yīng)的程序提取音節(jié)結(jié)構(gòu)中的元音和輔音的嗓音聲學(xué)參數(shù)，對(duì)基頻、開(kāi)商和速度商分別統(tǒng)計(jì)分析，并做了顯著性分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同元音和輔音的嗓音參數(shù)與發(fā)聲方式以及其在音節(jié)中位置有關(guān)，元音和音節(jié)結(jié)構(gòu)的不同會(huì)顯著影響開(kāi)商和速度商的值，但對(duì)于基頻數(shù)據(jù)的影響并不顯著。同時(shí)嗓音參數(shù)之間也存在一定的關(guān)聯(lián)性，即基頻和開(kāi)商、速度商之間是反比關(guān)系，開(kāi)商和速度商之間是正比的關(guān)系。

拉薩話;嗓音特征;基頻;開(kāi)商;速度商

1 概述

隨著語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，嗓音發(fā)聲的研究在許多不同的學(xué)科得到了迅速的發(fā)展。對(duì)不同語(yǔ)言嗓音的研究,一直都是語(yǔ)音學(xué)、信號(hào)處理和生理學(xué)等學(xué)科研究的熱點(diǎn)。在面向語(yǔ)言學(xué)的嗓音研究領(lǐng)域，中國(guó)的民族語(yǔ)言和漢語(yǔ)的發(fā)聲類型得到了比較深入的研究[1-2]。藏語(yǔ)歷史悠久，使用人口眾多，是我國(guó)一種主要的民族語(yǔ)言。利用現(xiàn)代語(yǔ)音學(xué)的研究方法對(duì)藏語(yǔ)的嗓音進(jìn)行研究，建立嗓音聲學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)語(yǔ)音學(xué)、言語(yǔ)工程和信號(hào)處理方面都有著重要價(jià)值[3-4]，筆者曾對(duì)安多方言和衛(wèi)藏方言的元音嗓音參數(shù)進(jìn)行了一些前期的實(shí)驗(yàn)研究，并得到了一些有意義的結(jié)論[5-6]，但是由于研究對(duì)象不夠系統(tǒng)，因此難以形成較為完善的結(jié)論，鑒于此，本文分別從元音和輔音兩方面研究分析嗓音聲學(xué)參數(shù)的特征，以期獲得更多有意義的結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本項(xiàng)目以《藏語(yǔ)簡(jiǎn)志》中的音系為基礎(chǔ)[7]，參照《新編藏文字典》和《藏漢對(duì)照拉薩口語(yǔ)詞典》,并按照文獻(xiàn)[8]中拉薩話音系的歸納結(jié)果，整理得出滿足不同音節(jié)結(jié)構(gòu)的單音節(jié)共計(jì)3 547個(gè)，對(duì)同一音節(jié)結(jié)構(gòu)的單音節(jié)盡量選擇其中的常用詞作為實(shí)驗(yàn)文本，最終編制形成實(shí)驗(yàn)所需的錄音材料。

2.2 信號(hào)采集和預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)中錄音人為拉薩本地人，發(fā)音清晰，無(wú)嗓音方面的病史，藏語(yǔ)言文字基礎(chǔ)扎實(shí)。信號(hào)錄制在中國(guó)民族信息技術(shù)研究院的專業(yè)錄音室進(jìn)行，采集語(yǔ)音和嗓音的雙通道信號(hào)，設(shè)定語(yǔ)音采樣頻率為40kHz，其中語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)麥克風(fēng)采集得到，嗓音信號(hào)通過(guò)喉頭儀采集得到[9]。

由于在信號(hào)錄制的過(guò)程中，采集的嗓音常伴隨有噪音，所以信號(hào)錄制后首先需要對(duì)嗓音信號(hào)進(jìn)行降噪處理。本文對(duì)嗓音信號(hào)先采用小波分析方法進(jìn)行降噪預(yù)處理，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的嗓音信號(hào)提取出的參數(shù)能更準(zhǔn)確真實(shí)地反映藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)嗓音信號(hào)頻域和時(shí)域的信息。

2.3 語(yǔ)音標(biāo)注

語(yǔ)音文件錄制結(jié)束后，我們首先要對(duì)藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)進(jìn)行語(yǔ)音學(xué)和聲學(xué)上的標(biāo)注[10-11]。本文標(biāo)注采用的是北京大學(xué)語(yǔ)音樂(lè)律分析平臺(tái)下的wavefinal軟件[12]。

圖1 藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)[e]的標(biāo)注圖

2.4 參數(shù)提取

語(yǔ)音文件標(biāo)注后，利用美國(guó)KEY公司Real-Time EGG Analysis 5138軟件進(jìn)行嗓音參數(shù)的提取。提取的嗓音參數(shù)包括基頻(F0)、開(kāi)商(OQ)和速度商(SQ)。提取的參數(shù)以.txt默認(rèn)文本格式保存[4]。

根據(jù)研究對(duì)象，單元音的嗓音聲學(xué)參數(shù)可以直接提取。對(duì)于整個(gè)音節(jié)而言，根據(jù)語(yǔ)音標(biāo)注的位置信息，利用MATLAB編寫對(duì)應(yīng)的程序，提取嗓音聲學(xué)參數(shù)。

2.5 參數(shù)時(shí)間歸一化處理

藏語(yǔ)拉薩話的單音節(jié)的時(shí)長(zhǎng)是不一致的，為了對(duì)比不同時(shí)長(zhǎng)音節(jié)的嗓音參數(shù)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性，提取出的嗓音聲學(xué)參數(shù)需要進(jìn)行時(shí)間歸一化處理。基于此文中利用MATLAB程序?qū)⒒l、開(kāi)商和速度商數(shù)據(jù)集合調(diào)整為等距離的15個(gè)點(diǎn)提取，使得所獲取的數(shù)據(jù)在時(shí)間上具有可比性。

3 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)中對(duì)藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)嗓音聲學(xué)參數(shù)主要是基于音素層面的，通過(guò)對(duì)單元音構(gòu)成的音節(jié)(V)、元音帶輔音聲母構(gòu)成的音節(jié)(CV)、元音帶輔音韻尾的音節(jié)(VC)和元音前后均有輔音存在的單音節(jié)(CVC)四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中濁音的參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的。鑒于清輔音發(fā)音的時(shí)候?qū)τ诼晭д駝?dòng)的影響極小，而嗓音的特征表現(xiàn)主要由聲帶振動(dòng)引起[1]，所以文中重點(diǎn)研究的是濁輔音和元音的嗓音特征。其中音節(jié)結(jié)構(gòu)中的輔音(C)指的是濁輔音。實(shí)驗(yàn)中所涉及的元音是指拉薩話中常用的[a]、 [i]、 [u]、 [e]、 [o]五個(gè)元音。在輔音參數(shù)分析部分，主要考慮濁輔音的參數(shù)變化情況，將濁輔音按照發(fā)音方式分成鼻音、邊音、顫音和半元音四類進(jìn)行分析，為了消除其他因素影響，所有濁輔音均與元音[a]搭配。

3.1 基頻數(shù)據(jù)分析

3.1.1 元音基頻數(shù)據(jù)分析

圖2描述的是特定調(diào)值下，不同的元音在四種音節(jié)結(jié)構(gòu)中的基頻分布圖。其中音節(jié)結(jié)構(gòu)中的輔音為相同發(fā)音部位和發(fā)音方法的濁輔音。通過(guò)圖例數(shù)據(jù)可以看出在四種不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中，元音的基頻數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)基本一致。音節(jié)結(jié)構(gòu)CVC的元音同時(shí)受到前后濁輔音的影響，其基頻變化明顯不同于其他三種音節(jié)結(jié)構(gòu)。而音節(jié)結(jié)構(gòu)VC和CVC中所有元音的基頻比單一元音發(fā)生時(shí)元音的基頻值有所提升，CV結(jié)構(gòu)基本符合這一規(guī)律，只是元音為[i]時(shí)略有降低。但總體而言，這些都說(shuō)明元音相鄰的輔音的生理特性使得元音基頻值也受到影響，從而使得發(fā)音人在發(fā)聲時(shí)共鳴腔受到的影響增大。

圖2 元音基頻數(shù)據(jù)圖

3.1.2 輔音基頻數(shù)據(jù)分析

四種不同發(fā)音方式的濁輔音基頻數(shù)據(jù)平均值、最大值和最小值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 輔音基頻數(shù)據(jù)表

表中數(shù)據(jù)顯示輔音基頻范圍在110Hz～160Hz之間,其中顫音與元音相連接時(shí)其基頻最小，最大的為鼻音，這也表明了鼻音發(fā)聲時(shí)響度更大。數(shù)據(jù)表明，基頻與輔音自身的發(fā)聲方式有一定的聯(lián)系。

3.2 開(kāi)商數(shù)據(jù)分析

3.2.1 元音開(kāi)商數(shù)據(jù)分析

通過(guò)圖3可以看出： 開(kāi)商均值集中在57%～65%之間，變化幅度不大，開(kāi)商值比較穩(wěn)定。在四種不同音節(jié)模式中，不同元音開(kāi)商數(shù)據(jù)的曲線走向基本上是一致的。這說(shuō)明不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中元音開(kāi)商受影響較小。和單元音開(kāi)商值相比較，CV結(jié)構(gòu)中輔音聲母會(huì)相應(yīng)的提升元音的開(kāi)商值，VC結(jié)構(gòu)中輔音韻尾會(huì)相應(yīng)的降低元音的開(kāi)商值， CVC結(jié)構(gòu)中元音的開(kāi)商數(shù)據(jù)和其他音節(jié)相比較可以看出輔音韻尾對(duì)元音的影響要大于輔音聲母。

圖3 元音開(kāi)商數(shù)據(jù)圖

3.2.2 輔音開(kāi)商數(shù)據(jù)分析

四種不同發(fā)音方式的濁輔音開(kāi)商數(shù)據(jù)平均值、最大值和最小值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 輔音開(kāi)商數(shù)據(jù)表

開(kāi)商表明的是聲門開(kāi)啟時(shí)間所占的比例。表中數(shù)據(jù)顯示輔音開(kāi)商范圍在56%～61%之間,其中顫音與元音相連接時(shí)其開(kāi)商最小，最大的為鼻音，這與基頻數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式基本一致，數(shù)據(jù)也表明了濁輔音發(fā)聲時(shí)聲門的開(kāi)啟時(shí)間在整個(gè)發(fā)聲周期中所占比例最大。

3.3 速度商數(shù)據(jù)分析

3.3.1 元音速度商數(shù)據(jù)分析

通過(guò)圖4我們可以看出，速度商均值集中在190%～332%之間，變化幅度較大。在不同音節(jié)結(jié)構(gòu)中，元音速度商的變化趨勢(shì)基本是一致的。從圖中還可以看出輔音聲母會(huì)降低元音的速度商的值，而韻尾則會(huì)提升元音的速度商，綜合CVC的數(shù)據(jù)，還可以推測(cè)輔音韻尾對(duì)元音速度商的影響更大一些。和基頻以及開(kāi)商值一樣，元音速度商值也受自身生理特性舌位和唇形影響。

圖4 元音速度商數(shù)據(jù)圖

3.3.2 輔音速度商數(shù)據(jù)分析

不同發(fā)音方式的濁輔音速度商數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

表3 輔音速度商數(shù)據(jù)表

速度商描述的是聲門打開(kāi)的動(dòng)作與聲門關(guān)閉動(dòng)作兩者所占用時(shí)間的比例關(guān)系。表中數(shù)據(jù)顯示輔音速度商范圍在210%～265%之間,其中半元音與元音相連接時(shí)其速度商最小，最大的為鼻音，這與基頻數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式基本類似，數(shù)據(jù)也表明了濁輔音發(fā)聲時(shí)嗓音的開(kāi)啟時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其關(guān)閉所占用的時(shí)間。

3.4 嗓音參數(shù)之間的顯著性分析

前面關(guān)于元音和輔音嗓音參數(shù)之間的差異只是直觀觀測(cè)得到的一些結(jié)論。為了更進(jìn)一步研究嗓音參數(shù)之間的影響關(guān)系，又對(duì)所有的數(shù)據(jù)按照不同分類進(jìn)行了顯著性分析。

3.4.1 元音嗓音參數(shù)的顯著性分析

為了更好地了解元音和結(jié)構(gòu)的不同對(duì)于元音嗓音參數(shù)的影響，文中以元音和不同的音節(jié)結(jié)構(gòu)為因變量分別對(duì)元音的基頻、開(kāi)商和速度商進(jìn)行了雙因素分析，分析結(jié)果如表4、表5和表6所示。所有分析均設(shè)置置信水平為0.05。由于用于檢驗(yàn)音節(jié)結(jié)構(gòu)因素的P值為0.29大于置信水平，所以音節(jié)結(jié)構(gòu)的不同對(duì)于基頻的影響是不顯著的，同樣可以得到結(jié)論即元音的不同對(duì)于元音的基頻數(shù)據(jù)變化影響也是不顯著的。表5和表6中由于P值均小于置信水平，所以音節(jié)結(jié)構(gòu)和元音的不同會(huì)造成開(kāi)商和速度商的顯著性變化，而開(kāi)商和速度商主要描述的是聲門開(kāi)啟的時(shí)間之間的比例關(guān)系，因而可以推斷音節(jié)結(jié)構(gòu)和元音的不同可能導(dǎo)致在發(fā)聲方式上會(huì)有所改變。

表4 基頻數(shù)據(jù)方差分析表

表5 開(kāi)商數(shù)據(jù)方差分析表

表6 速度商數(shù)據(jù)方差分析表

3.4.2 輔音嗓音參數(shù)的顯著性分析

輔音嗓音參數(shù)的分析主要考察的是不同的發(fā)音方式之間的關(guān)系。文中主要進(jìn)行的是以輔音為因變量的單因素方差分析，其中置信水平也設(shè)置為0.05，結(jié)果得到關(guān)于基頻、開(kāi)商和速度商的P值均小于置信水平，因而對(duì)于嗓音參數(shù)的影響是顯著的，這是綜合的結(jié)果。由于有四種發(fā)音方式，之后又進(jìn)行了Post-Hoc進(jìn)行了檢測(cè)，以檢測(cè)不同發(fā)聲方式之間的差異是否顯著。結(jié)果鼻音和邊音、鼻音和半元音之間差異不顯著，鼻音和顫音、顫音和邊音、顫音和半元音、邊音和半元音之間均有顯著的差異。

3.5 嗓音參數(shù)之間的關(guān)系

在分析嗓音參數(shù)之間關(guān)系部分，根據(jù)已有的研究結(jié)論，作嗓音聲學(xué)分析及電聲門圖數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí),元音[a]的嗓音分析參數(shù)指標(biāo)的敏感度更高，因此實(shí)驗(yàn)中選擇元音[a]作為分析樣本[14-15]。圖5、圖6和圖7分別描述了基頻、開(kāi)商和速度商之間的相互關(guān)系。

圖5 基頻和開(kāi)商關(guān)系圖

圖6 基頻和速度商關(guān)系圖

圖7 開(kāi)商和速度商關(guān)系圖

上述三幅圖反映了速度商、開(kāi)商和基頻之間的比例關(guān)系，我們對(duì)每組數(shù)據(jù)均做了多項(xiàng)式趨勢(shì)線，根據(jù)圖示可以發(fā)現(xiàn)，隨著基頻數(shù)據(jù)的提高，其開(kāi)商的數(shù)據(jù)會(huì)逐漸減小，基頻和開(kāi)商之間存在反比關(guān)系。同樣基頻和速度商之間的數(shù)據(jù)通過(guò)雙坐標(biāo)軸顯示，兩者也是互為反比關(guān)系，基頻數(shù)據(jù)的提升會(huì)使速度商變小。另外通過(guò)圖示可以發(fā)現(xiàn)，速度商和開(kāi)商二者之間存在正比關(guān)系。而開(kāi)商和速度商分別反應(yīng)的是諧波能量和共振峰能量的大小，說(shuō)明了基頻數(shù)據(jù)的變化也會(huì)在一定程度上影響發(fā)聲時(shí)諧波和共振峰的能量。

4 結(jié)論與展望

文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)語(yǔ)音學(xué)的方法對(duì)藏語(yǔ)拉薩話單音節(jié)嗓音聲學(xué)參數(shù)基頻、開(kāi)商和速度商進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了顯著性分析，總結(jié)整理出關(guān)于嗓音信號(hào)的規(guī)律表現(xiàn)： 1)元音相鄰輔音的生理特性會(huì)使得元音基頻值變大。2)輔音聲母會(huì)提升元音的開(kāi)商值，輔音韻尾會(huì)降低元音的開(kāi)商值，但是輔音韻尾對(duì)元音開(kāi)商值的影響要大于輔音聲母的影響。3)輔音聲母會(huì)降低元音的速度商，而輔音韻尾會(huì)提升元音的速度商，其中輔音韻尾對(duì)元音速度商的影響更大一些。4)通過(guò)顯著性分析發(fā)現(xiàn)，音節(jié)結(jié)構(gòu)和元音的不同可能導(dǎo)致在發(fā)聲方式上會(huì)有所改變。輔音的嗓音參數(shù)中，鼻音和邊音、鼻音和半元音之間差異不顯著，鼻音和顫音、顫音和邊音、顫音和半元音、邊音和半元音之間均有顯著的差異。5)三種主要參數(shù)之間，基頻和開(kāi)商之間存在反比關(guān)系，基頻和速度商之間也是互為反比關(guān)系，速度商和開(kāi)商二者之間存在正比關(guān)系。

這些規(guī)律反映出藏語(yǔ)拉薩話在發(fā)聲形態(tài)上的一些差別，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)的進(jìn)一步處理提供了數(shù)據(jù)支撐，而且對(duì)語(yǔ)音學(xué)、言語(yǔ)工程和信號(hào)處理等不同領(lǐng)域的相關(guān)研究都有一定的推動(dòng)作用。本文對(duì)藏語(yǔ)拉薩話嗓音聲學(xué)參數(shù)研究還處于探索階段，如何通過(guò)嗓音研究來(lái)量化不同的嗓音發(fā)聲類型和不同人的嗓音特性是下一步要繼續(xù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

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Acoustic Analysis of Monosyllabic Voice of Lhasa Tibetan

CHEN Xiaoying1, AI Jinyong2, YU Hongzhi3

(1. School of Information Engineering, Tibet University for Nationalities, Xianyang Shaanxi 712082,China; 2. Library of Tibet University for Nationalities, Xianyang,Shaanxi 712082,China； 3. Northwest University for Nationalities，Chinese National Language Information Technology，Lanzhou，Gansu 730030,China)

This paper describes an empirical study on the voice characteristics of Lhasa Tibetan words. Based on the annotation of the monosyllabic voice in Tibetan Lhasa dialect, the acoustic parameters in of vowels and consonants are then extracted, followed by a statistical analysis of the pitch, open quotient and speed quotient. The results show that the voice parameters of different vowel and consonant are affected by the vocal style and the syllable position, and different vowels and syllables structure will affect the open quotient and speed quotient value.

Lhasa dialect; characteristic of phonation; F0; open quotient (OQ); speed quotient (SQ)

陳小瑩(1983—)，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)語(yǔ)音學(xué)。E?mail：ajycyt@126．com艾金勇(1983—)，碩士，館員，主要研究領(lǐng)域?yàn)椴匚男畔⑻幚?。E?mail：ajy0529@126．com于洪志(1947—)，博士生導(dǎo)師，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)椴匚男畔⑻幚?。E?mail：yuhongzhi@hotmail．com

1003-0077(2015)03-0184-06

2013-06-27 定稿日期： 2014-08-28

西藏自治區(qū)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(13BYY001)；中國(guó)民族語(yǔ)言文字信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題(2012KF013)；藏語(yǔ)方言的孤立詞識(shí)別技術(shù)研究(11myz05)

TP391

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