中小學(xué)生漢語普通話單元音特征的動態(tài)分析

劉亞麗，孟子厚

(中國傳媒大學(xué) 傳播聲學(xué)研究所，北京 100024)

中小學(xué)生漢語普通話單元音特征的動態(tài)分析

劉亞麗，孟子厚

(中國傳媒大學(xué) 傳播聲學(xué)研究所，北京 100024)

以中小學(xué)生群體為研究對象，考察了不同性別及年齡下該群體漢語普通話單元音的發(fā)展特點。結(jié)果表明：(1)性別及年齡對漢語普通話單元音特征具有一定的顯著性影響；(2)隨年齡增長，中小學(xué)生單元音共振峰頻率值逐漸減小并收斂于成年人相對應(yīng)的單元音位置；(3)不同年齡及性別下的單元音聲學(xué)三角形趨近于相似三角形。

中小學(xué)生；漢語普通話；共振峰；語音習(xí)得

1 引言

元音是語音學(xué)中最基本的概念之一，共振峰是元音重要的聲學(xué)特性，其中第一和第二共振峰對元音起到重要作用[1]。針對元音習(xí)得問題[2-8]，國內(nèi)外已開展了一系列兒童元音發(fā)展研究。盡管現(xiàn)有研究成果，豐富了元音習(xí)得的基礎(chǔ)理論，推動了相應(yīng)研究方向的發(fā)展，但不可避免的仍存在一些問題，如對英語元音習(xí)得研究較多，漢語普通話元音習(xí)得較少、對兒童元音習(xí)得研究較多，其它年齡段研究較小。而語言學(xué)習(xí)是一個動態(tài)的過程，不同年齡段的人在語言習(xí)得過程中體現(xiàn)不同的特點。并且大多數(shù)現(xiàn)有研究選取的實驗對象樣本數(shù)量相對較小，使得實驗結(jié)果在一定程度上欠缺統(tǒng)計意義。

6-16歲的中小學(xué)生群體(小學(xué)一年級至初中三年級)，無論是心理認知還是生理上皆處于快速成長成熟的階段，是語言學(xué)習(xí)的重要階段，而當(dāng)前針對該階段學(xué)生元音的發(fā)展變化的研究相對較少。

本文選取這個階段的中小學(xué)生群體為研究對象，測量分析了該群體普通話單元音共振峰頻率值，對比了不同性別及年級下，不同單元音的前兩個共振峰的發(fā)展變化；借助繪制的各年級單元音聲學(xué)三角形，觀察了隨年齡的增長，中小學(xué)生漢語普通話元音系統(tǒng)的整體分布及相對位置的變化情況。

2 語音樣本采錄

2.1 錄音對象

選取1至9年級(小學(xué)一年級至初中三年級)的中小學(xué)生作為實驗對象，年齡分布在6-16歲，共270人(女生131人，男生139人)。其中，各年級學(xué)生平均年齡相差1-2歲左右，G1為1年級，依次類推，詳細分布情況見圖1。本文的漢語普通話大學(xué)生群體的相關(guān)數(shù)據(jù)來自文獻[9]。

圖1 中小學(xué)生各年級詳細分布情況

2.2 錄音信號

每個學(xué)生在安靜的室內(nèi)環(huán)境下錄制了60個小于音節(jié)的獨立組合單元(聲母、韻母)，選取其中10個單元音作為測量對象，見表1。錄音采樣率為44.1KHz，16bit量化。

表1 單元音

2.3 樣本信號處理

首先經(jīng)人工聽辨語音信號，剔除其中明顯發(fā)音錯誤的樣本信號。由于小學(xué)生群體沒有接受過專業(yè)訓(xùn)練，有些音不能單獨發(fā)出，所以要求他們發(fā)對應(yīng)的注音字(見表1)，然后在數(shù)據(jù)整理時通過人工切分得到所測量的單元音。10個單元音共選取了2776個語音樣本，采用語音分析處理軟件Praat提取語音樣本的前三個共振峰頻率值(F1-F3)，并對其進行人工修改和三倍標準差檢驗得到單元音共振峰頻率有效數(shù)據(jù)。

3 單元音共振峰

經(jīng)測量得到了9個年級學(xué)生男女生單元音共振峰的統(tǒng)計平均值。本文分別列出了1、5和9年級學(xué)生的數(shù)據(jù)，見表2-4。圖2-5分別繪制了10個單元音隨年級增長的變化趨勢。

從表中的數(shù)據(jù)可以看出，10個單元音的共振峰分布結(jié)構(gòu)各不相同，就同一個單元音而言，女生前三個共振峰普遍高于男生相對應(yīng)的前三個共振峰。

表2 1年級男女生單元音共振峰統(tǒng)計均值和標準差(Hz)

續(xù)表

表3 5年級男女生單元音共振峰統(tǒng)計均值和標準差(Hz)

表4 9年級男女生單元音共振峰統(tǒng)計均值和標準差(Hz)

結(jié)合表2-4和圖2-5可知，隨著年齡的增長，共振峰逐漸降低，但在3、4年級及8年級左右時出現(xiàn)波動，并且不同的單元音表現(xiàn)并不一致。

進一步與文獻[9]中的大學(xué)生組男女生對比發(fā)現(xiàn)，未成年中小學(xué)生男女生各單元音共振峰數(shù)值顯著高于對應(yīng)的成年組，這與發(fā)聲生理機制是緊密相關(guān)的[5]。

圖2 男生單元音F1隨年齡的變化趨勢

圖3 男生單元音F2隨年齡的變化趨勢

圖4 女生單元音F1隨年齡的變化趨勢

4 單元音聲學(xué)三角形

聲學(xué)三角形是按照客觀測量得到的前兩個共振峰頻率繪制的，反映了整個聲腔共振特性[1]。為了簡單直觀的觀測各年級下的中小學(xué)生單元音特征的動態(tài)變化，依據(jù)測量得到的三個基礎(chǔ)元音[a i u]的前兩個共振峰頻率值，分別繪制了中小學(xué)各年級男女生單元音聲學(xué)三角形，見圖6-7(其中，F(xiàn)1為縱坐標，方向朝下；F2為橫坐標，方向朝左；SM為大學(xué)生群體，S1為中小學(xué)生群體，本文以下同義)。

分析圖6和圖7可知，單元音聲學(xué)三角形清晰的展現(xiàn)元音系統(tǒng)隨年級及性別的變化情況，具體表現(xiàn)為：

圖6 各年級男生單元音聲學(xué)三角形對比

圖7 各年級女生單元音聲學(xué)三角形對比

① 1年級學(xué)生(6歲左右兒童)的單元音整體框架及元音相對位置基本穩(wěn)定，已經(jīng)與大學(xué)生組相似；

② 在不同性別下，隨年級增長相比于大學(xué)生組，后高圓唇元音[u]位置較為穩(wěn)定；央低不圓唇元音[a]和前高不圓唇元音[i]的F1總體增高，F(xiàn)2總體減小，但有階段性的波動。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，① 同一性別下，隨年齡的增長，單元音聲學(xué)三角形以[u]元音為穩(wěn)定點，整體向右上移動逐漸趨近于成年組相對應(yīng)的單元音位置，且聲學(xué)三角形面積逐漸減小。② 隨年齡的增長，對比男女生單元音三角形發(fā)展趨勢，女生較之男生元音三角形向大學(xué)生組對應(yīng)單元音位置移動速度較快且更為平穩(wěn)，體現(xiàn)出了一定的性別差異。③ 隨著年齡的增長，在單元音聲學(xué)三角形變化過程中出現(xiàn)了一定的波動性，男生組表現(xiàn)為8年級單元聲學(xué)三角形面積大于7年級，以及3年級大于2年級；女生組表現(xiàn)為8年級大于7年級，以及4年級大于3年級。

圖8是所有年級男女生單元音前兩個共振峰的統(tǒng)計平均值及相對應(yīng)的大學(xué)生組的對比分布。

圖8 不同學(xué)生組單元音聲學(xué)三角形對比

分析圖8可以看出；① 無論是中小學(xué)生組還是大學(xué)生組，女生單元音聲學(xué)三角形大于男生；② 同一性別下，未成年組大于成年組；③ 不同年齡組男女生單元音聲學(xué)三角形彼此趨近于相似三角形。

以上分析結(jié)果表明：未成年學(xué)生隨年齡增長，單元聲學(xué)三角形面積逐漸減小且向成年組對應(yīng)單元音位置收斂，然而在不同的年齡下出現(xiàn)了一定的波動性，說明普通話元音特征呈現(xiàn)出波動性的動態(tài)發(fā)展趨勢，也即單元音習(xí)得過程的動態(tài)性。

男女生單元音的共振峰結(jié)構(gòu)顯著不同，同一性別下不同年齡段學(xué)生的共振峰結(jié)構(gòu)也有所差異，但是在聽感上可以聽辨為是同一元音。此外，各年齡組及不同性別下單元音三角形高度的相似性，體現(xiàn)了元音特征的某種共性，同時也反映出習(xí)得過程中元音系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 單元音特征分析

文獻[9]提出可將單元音前三個相鄰共振峰的比值F2/F1和F3/F2作為不變特征，反映單元音系統(tǒng)的共性。本文借鑒該文獻[9]的思路，提取不同年齡男女生的單元音前三個相鄰共振峰的比值，進一步探討單元音的不變特征。圖9-10給出了9個年級及對比成年組不同性別下的10個單元音前三個相鄰共振峰的比值F2/F1以及F3/F2；圖11為不同性別下9個年級所有學(xué)生單元音前三個相鄰共振峰比值的統(tǒng)計平均及對比大學(xué)生組分布情況(橫軸為10個單元音，縱軸為前三個相鄰共振峰的比值)。

圖9 中小學(xué)男生各年級前三個共振峰之比

圖10 中小學(xué)女生各年級前三個共振峰之比

圖11 中小學(xué)男女生平均前三個共振峰之比

結(jié)合圖9-11分析可知，各年級中小學(xué)生男女生的F3/F2和F2/F1彼此十分接近，并與大學(xué)生男女生同樣十分接近。這種不同年齡及性別下的單元音F3/F2和F2/F1的高度相似性，進一步證實了可將其作為不變特征是有一定的根據(jù)和合理性的。同時，從聲學(xué)參數(shù)角度體現(xiàn)了單元音系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以上實驗結(jié)果的根本原因與發(fā)聲生理機制是密不可分的[5]。元音的產(chǎn)生與肺部器官、生帶、口腔、鼻腔、咽腔及舌等密切相關(guān)，是一個個生理過程的體現(xiàn)，而每一個過程在物理層面就是一系列的聲學(xué)特征。鑒于中小學(xué)生群體正處于快速成長成熟的發(fā)育時期，無論從心理認知、知識儲備等方面，還是發(fā)音器官和感受器官的發(fā)展變化等方面，必然會不同程度地制約元音的習(xí)得。因此，因年齡、性別及個體成長的差異性引起了單元音習(xí)得過程的波動性的動態(tài)發(fā)展特點，同時人類發(fā)音器官的構(gòu)造的一致性體現(xiàn)了元音系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6 小結(jié)

本文分析了6-16歲中小學(xué)生在不同性別下隨年級增長漢語普通話單元音特征的發(fā)展趨勢，主要結(jié)果為：

(1)未成年組單元音共振峰頻率值高于成年組，且女生組高于男生組；

(2)隨年齡的增長，男女生單元音聲學(xué)三角形面積不斷減小且逐漸收斂于成年組對應(yīng)的單元音位置，且女生收斂速度及穩(wěn)定性高于男生；

(3)年齡及性別對于單元音特征具有一定的顯著性影響；

(4)單元音前三個相鄰共振峰的比值F3/F2和F2/F1可作為元音不變特征。

總而言之，中小學(xué)生漢語普通話單元音語音習(xí)得過程是一個具有一定波動性的動態(tài)發(fā)展過程，而在動態(tài)發(fā)展的過程中受人類生理發(fā)音器官的一致性制約又保持了元音系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。

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DevelopmentalChangesofVowelSpectralPropertiesforPrimaryandMiddleSchoolStudents

LIU Ya-li，MENG Zi-hou

(Communication acoustics laboratory，Communication University of China，Beijing 100024，China)

To study the developmental changes in spectral properties of the vowels for Mandarin-speaking children，270 children aged from 6 to 16 years old are studied.The result shows that：(1) the vowel formants frequencies decrease gradually and reach adult range with increases in age.(2) The age-related with the same native-language or the native-language-related developmental changes in vowel formant values are inconsistent because of different vowel categories.(3) The vowel triangles area for the vowels in F1-F2 plane gets smaller to converge to adult range with age increasing.(4) The ratios of F2 to F1 and F3 to F2 for the vowels can be used as the unchanged acoustic features to represent the similarities in the developmental changes of the vowel production.

Mandarin vowels；formant frequencies；vowel triangles；acoustic development；Mandarin-speaking children

2013-05-03

國家自然科學(xué)基金項目(11174267)

劉亞麗(1984-)，女(漢族)，河北保定人，中國傳媒大學(xué)博士.E-mail：pear-1984@163.com

TN912.34

A

1673-4793(2013)04-0016-06

(責(zé)任編輯：王謙)