維吾爾語三音節(jié)詞中元音和諧的聲學(xué)特征分析

古力努爾·艾爾肯,祖麗皮亞·阿曼,地里木拉提·吐爾遜

(1. 新疆大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，烏魯木齊 830046;2. 烏魯木齊職業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，烏魯木齊 830002)

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維吾爾語三音節(jié)詞中元音和諧的聲學(xué)特征分析

古力努爾·艾爾肯1,祖麗皮亞·阿曼2,地里木拉提·吐爾遜1

(1. 新疆大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，烏魯木齊 830046;2. 烏魯木齊職業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，烏魯木齊 830002)

該文從提高語音合成自然度的實(shí)際需求出發(fā)，首次從實(shí)驗(yàn)語音學(xué)的角度從《維吾爾語語音聲學(xué)參數(shù)庫》中統(tǒng)計(jì)出了333個(gè)三音節(jié)詞，其中再篩選了93個(gè)全和諧詞和半和諧詞，并對其元音的寬帶共振峰模式、共振峰值、音高、時(shí)長和音強(qiáng)等韻律參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，歸納了其共振峰、音高、時(shí)長和音強(qiáng)分布特點(diǎn)來考察元音和諧的基本聲學(xué)特征，總結(jié)出了一些重要的規(guī)則和結(jié)論，為參數(shù)式或波形拼接式語音合成系統(tǒng)中調(diào)整合成前的元音和諧問題提供了重要的參考依據(jù)。

三音節(jié)詞；元音和諧；聲學(xué)分析；語音合成；維吾爾語

1 引言

維吾爾語元音和諧的聲學(xué)分析既是語言學(xué)語音學(xué)研究的重要內(nèi)容，又是語言合成的一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究。元音和諧指的是元音在語音結(jié)構(gòu)上的彼此搭配關(guān)系。從發(fā)音特征的角度，一般認(rèn)為現(xiàn)代維吾爾語的元音和諧有兩種類型： 部位和諧和唇狀和諧[1]。無論是部位和諧還是唇狀和諧都是前音節(jié)元音的特征決定后續(xù)元音的特征，元音和諧的特征按照固定的方向進(jìn)行擴(kuò)散[2]。

維吾爾語的元音和諧研究已有了較長的歷史，例如,探討了維吾爾語語音和諧規(guī)律，包括維吾爾語元音在前后方面的和諧，唇狀方面的和諧，元音變位現(xiàn)象。還有論述了寬帶共振峰模式、共振峰值(F1,F2)、元音和諧的動態(tài)發(fā)音特征及元音和諧的聲學(xué)元音圖中的分布特點(diǎn)來分析元音和諧的基本聲學(xué)特征[3]。但是，因采用方法及數(shù)據(jù)量的限制和缺乏實(shí)驗(yàn)語音學(xué)的支持，到目前為止，未能徹底解決維吾爾語元音和諧研究中的聲學(xué)問題。這嚴(yán)重影響著維吾爾語教學(xué)、科研和言語聲學(xué)工作。

近幾年來，隨著語音學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，維吾爾語語音合成技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。目前波形合成為技術(shù)的語音合成技術(shù)已經(jīng)可以合成出清晰度、可懂度較好的語音。然而，在合成語音的自然度方面仍需進(jìn)一步提高。為了進(jìn)一步地提高語音合成的自然度，本文從實(shí)驗(yàn)語音學(xué)的特點(diǎn)出發(fā)，對維吾爾語元音和諧的聲學(xué)表現(xiàn)及語音學(xué)特征，共振峰、音高、音長和音強(qiáng)等諸多要素在維吾爾語固有詞里的分布模式、分布規(guī)律以及它們對元音全和諧與元音半和諧的影響進(jìn)行深入的研究。通過排除語法、句法、語用、語境等方面的干擾，探討共振峰、音長、音高和音強(qiáng)等諸多要素在現(xiàn)代維吾爾語單詞中的分布模式，為高自然度維吾爾語音合成技術(shù)的研究提供重要的規(guī)則參考。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 三音節(jié)詞的來源

維吾爾語屬于阿爾泰語系，是一種黏著型語言，在音系上有自己的元音和諧律[6]。本文利用中國社會科學(xué)院民族學(xué)與人類學(xué)研究所語音研究室和新疆大學(xué)多語種信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室語音信息處理研究室共同承擔(dān)的教育部、國家語委民族語言文字規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)及信息化項(xiàng)目的研究成果《維吾爾語語音聲學(xué)參數(shù)庫》，統(tǒng)計(jì)出了333個(gè)三音節(jié)詞，再篩選了93個(gè)三音節(jié)和諧實(shí)驗(yàn)詞，其中47個(gè)全和諧詞和46個(gè)半和諧詞。

2.2 三音節(jié)詞的錄音及聲學(xué)參數(shù)提取

《維吾爾語語音聲學(xué)參數(shù)庫》建設(shè)過程中，邀請了兩名維吾爾族主持人進(jìn)行錄音，男女各一人，年齡30～40歲，每個(gè)單詞朗讀兩遍，用IBM R51型筆記本電腦和與之匹配的外置聲卡，在中國社會科學(xué)院民族學(xué)與人類學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)錄音室里錄音。利用Praat語音分析軟 件[7]提取了全和諧和半和諧詞的

聲學(xué)參數(shù)，如每個(gè)音節(jié)和每個(gè)元音的時(shí)長(單位： 毫秒 ms)；每個(gè)音節(jié)上采集三個(gè)點(diǎn)(起始點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn))作為音高目標(biāo)值(單位： 赫茲 Hz)；每個(gè)音節(jié)上采集最強(qiáng)的點(diǎn)作為音強(qiáng)目標(biāo)值(單位： 分貝 dB)。元音前四個(gè)共振峰F1-F4測量在元音目標(biāo)位置上，元音目標(biāo)位置是共振峰模式典型，能量強(qiáng)的部分(單位： 赫茲 Hz)。

3 聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析

為了更全面地了解元音和諧的聲學(xué)特征，通過討論確定了要考察分析的對象： 首先，把三音節(jié)和諧詞分成全和諧詞和半和諧詞兩類，并分別對其(詞首音節(jié)、詞中音節(jié)、詞尾音節(jié))進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中全和諧詞有四種類型，半和諧詞有兩種類型，即后-后-后(圓/不圓)式全和諧詞(記為HHHY/HHHBY)的聲學(xué)特征，前-前-前(圓/不圓)(記為QQQY/QQQBY)式全和諧的聲學(xué)特征，后-后-后式半和諧詞(記為HHH)以及前-前-前式半和諧詞(記為QQQ)的聲學(xué)特征。最后，分別從它們的時(shí)長、音高、音強(qiáng)和共振峰分布模式來進(jìn)行元音和諧的聲學(xué)特征分析。

表1 HHHBY式全和諧詞的參數(shù)

表2 HHHY式全和諧詞的參數(shù)

表3 QQQBY式全和諧詞的參數(shù)

表4 QQQY式全和諧詞的參數(shù)

表5 HHH式半和諧詞的參數(shù)

表6 QQQ式半和諧詞的參數(shù)

在以上表格中，所列的數(shù)據(jù)是研究元音和諧聲學(xué)特征必不可少的參數(shù)。其中，元音時(shí)長表示語言持續(xù)的時(shí)間， 一般以毫秒 (ms) 或秒(s)為單位； 對

于音高特征，人們習(xí)慣用“音高”來區(qū)分音的頻率高低(單位： 赫茲 Hz)、其計(jì)算方法為： 首先，每個(gè)音節(jié)(詞首音節(jié)，詞中音節(jié)，詞尾音節(jié))上采集三個(gè)點(diǎn)(起始點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn))。其次，分別對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后計(jì)算出每個(gè)音節(jié)的平均值就是表格中的音高值；每個(gè)音節(jié)上采集最強(qiáng)的點(diǎn)作為音強(qiáng)目標(biāo)值(單位： 分貝 dB)。音高和音強(qiáng)都是音的物理屬性，音高是音的高低，決定于物體振動的頻率，例如，簡譜用1234567再加高音點(diǎn)低音點(diǎn)來表示不同音高的高低，從視覺上我們一眼就能看出樂譜中音的高低；音強(qiáng)是音的強(qiáng)弱，決定于物體振動的幅度，振動幅度大則音強(qiáng)，反之則音弱[8]。在以上分析的基礎(chǔ)上，我們可以進(jìn)一步研究兩組發(fā)音人元音和諧詞的元音時(shí)長、音高、音強(qiáng)和共振峰分布模式，以便找到其一般規(guī)律。

3.1 元音時(shí)長分布模式

圖1～6為兩位(1男1女)維吾爾族主持人朗讀的三音節(jié)元音和諧詞中元音時(shí)長(平均值)的分布模式示意圖。圖中可以看出，在HHHBY式全和諧詞元音時(shí)長分布模式中， 無 論 是男性還是女性的詞末元音時(shí)長值比非詞末元音的均要高(依次分別為詞尾>詞中>詞首)；而詞首、詞中和詞尾音位置女性的元音時(shí)長值明顯高于男性；在HHHY式全和諧詞時(shí)長分布模式中，詞首、詞中和詞尾位置上女性的時(shí)長值均比男性高，女性時(shí)長值分布特征為詞尾> 詞首>詞中，而男性的時(shí)長值分布特征為詞首>詞尾>詞中；HHHY式全和諧詞時(shí)長分布特征與QQQY式全和諧詞的特征基本上類似，唯一不同之處是QQQY式全和諧詞中，女性詞首時(shí)長值均大于男性。無論是HHH/QQQ式半和諧詞(男/女)元音時(shí)長分布模式中，詞末音節(jié)元音的時(shí)長值始終比非詞末音節(jié)元音的時(shí)長值要長；QQQBY式全和諧詞的時(shí)長分布模式也有同樣的性質(zhì)。由此得到的一般規(guī)律是前音節(jié)元音的特征決定后續(xù)音節(jié)中元音的特征，元音和諧的特征按照固定的方向進(jìn)行擴(kuò)散。

圖1 HHHBY式全和諧詞的時(shí)長分布模式

圖2 HHHY式全和諧詞的時(shí)長分布模式

圖3 QQQBY式全和諧詞的時(shí)長分布模式

圖4 QQQY式全和諧詞的時(shí)長分布模式

圖5 HHH式半和諧詞的時(shí)長分布模式

圖6 QQQ式半和諧詞的時(shí)長分布模式

3．2 音高分布模式

圖7 HHHBY式全和諧詞的音高分布模式

圖8 HHHY式全和諧詞的音高分布模式

圖9 QQQBY式全和諧詞的音高分布模式

圖10 QQQY式全和諧詞的音高分布模式

圖7～12為兩位(1男1女)維吾爾族主持人朗讀的三音節(jié)元音和諧詞中元音音高(平均值)的分布模式示意圖。由圖可知， QQQBY/HHHBY式全和諧詞元音音高分布模式是： 無論男性還是女性都先低后高再低，即“L-H-L模式”；音高分布特點(diǎn)是詞首音節(jié)平穩(wěn)，詞中音節(jié)呈上升趨勢，詞尾音節(jié)呈下降趨勢，音高曲線的落點(diǎn)低。QQQY/HHHY式全和諧詞的音高分布特征與QQQBY/HHHBY式全和諧詞的音高分布特征相異；因此可以看出，和諧詞的變化規(guī)律是按照固定的方向進(jìn)行擴(kuò)散，即詞首音節(jié)到詞尾音節(jié)由下往上、 三個(gè)音節(jié)呈往上趨勢。QQQ/HHH式半和諧詞(男/女)變化呈現(xiàn)出先低后高再低的特征，即呈拋物線狀，音高曲線的落點(diǎn)高。通常情況下成年男聲的基頻分布在90赫茲到120赫茲，成年女聲的基頻主要分布在200赫茲到240(甚至更高)，上圖中也證明了這一點(diǎn)。

圖11 HHH式半和諧詞的音高分布模式

圖12 QQQ式半和諧詞的音高分布模式

3．3 音強(qiáng)分布模式

圖13 HHHBY式全和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖14 HHHY式全和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖15 QQQBY式全和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖16 QQQY式全和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖17 HHH式半和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖18 QQQ式半和諧詞的音強(qiáng)分布模式

圖13～18為兩位(1男1女)維吾爾族主持人朗讀的三音節(jié)元音和諧詞中元音音強(qiáng)(平均值)的分布模式示意圖。由圖可以看到，在HHHBY式全和諧詞音強(qiáng)分布模式中，男性的音強(qiáng)分布模式是： 詞尾>詞中>詞首；而在女性的音強(qiáng)分布模式中，詞尾音節(jié)與詞中音節(jié)的音強(qiáng)值均等，同時(shí)都強(qiáng)于詞首音節(jié)，其分布模式為： 詞尾=詞中>詞首。在QQQY式全和諧詞音強(qiáng)分布模式中，無論是男性還是女性的詞末元音音強(qiáng)值比非詞末元音的均要強(qiáng)(依次分別為詞尾>詞中>詞首)；QQQ式半和諧詞音強(qiáng)分布特征與QQQY式全和諧詞的特征基本上類似。在QQQBY/HHHY式全和諧詞音強(qiáng)分布模式中，男性的音強(qiáng)分布模式是： 詞尾>詞中>詞首；而在QQQBY式全和諧詞(女)中，詞中音節(jié)與詞首音節(jié)的音強(qiáng)值均等，其分布模式為： 詞尾>詞中=詞首；在HHHY式全和諧詞(女)中詞中音節(jié)的音強(qiáng)值略強(qiáng)于詞尾音節(jié)，其分布模式為： 詞中>詞尾>詞首；HHH式半和諧詞的音強(qiáng)分布特征類似于QQQBY式全和諧詞的分布特征。由此可得到的一般規(guī)律是無論全和諧詞還是半和諧詞，元音的[+前]或[-前]特征是維吾爾語元音和諧的基本特征，唇狀和諧特征只是舌位和諧的伴隨性特征。

4 討論

音長、音強(qiáng)和音高問題是分析元音和諧的主要聲學(xué)關(guān)聯(lián)物，它們的分布模式因語言而異[9]。為了客觀而更準(zhǔn)確地研究維吾爾語三音節(jié)詞元音和諧(全和諧詞與半和諧詞)的聲學(xué)特征，我們在寬帶語譜圖上測量每個(gè)元音共振峰穩(wěn)定段的共振峰值，求出每個(gè)音節(jié)元音樣點(diǎn)共振峰值的平均值，并對男/女共振峰平均值進(jìn)行比較。其結(jié)果分別見圖19和圖20。

圖19 全和諧詞的共振峰分布模式

圖20 半和諧詞的共振峰分布模式

共振峰和舌位問題是聲學(xué)語音學(xué)的基本理論問題，很多學(xué)者從不同的領(lǐng)域(生理，聲學(xué)，聽覺)出發(fā)研究了這個(gè)問題[10]。圖19的結(jié)果顯示三音節(jié)全和諧詞中，男聲各音節(jié)的元音共振峰F1～F4值都小于女聲。其中，QQQBY式全和諧詞與HHHBY式全和諧詞的各元音共振峰F2值分別在1 500和1 950以上；在圓唇元音參與構(gòu)成的QQQY式全和諧詞與HHHY式全和諧詞中，各音節(jié)元音共振峰F2值都在1 200和1 850以上。由此得到一般規(guī)律是圓唇對F2值有降低作用，而對F1,F3和F4值的變化規(guī)律不明顯。圖20的結(jié)果顯示，QQQ式半和諧與HHH式半和諧詞中女聲的共振峰值一直高于男聲，而男女聲的共振峰F1值均在650以下，共振峰F2值在1 750以下，共振峰F3值在3 200以下。這表明F1頻率增加同開口度相關(guān)，頻率值越高開口度越大，頻率值越低開口度越小；F2與圓唇度有關(guān)，頻率越低舌位越后，頻率越高舌位越前；F3和F4值變化不明顯。

5 結(jié)論

本文首次對維吾爾語固有三音節(jié)詞的元音全和諧和半和諧詞的特征進(jìn)行了聲學(xué)分析，統(tǒng)計(jì)歸納了其自然節(jié)奏模式(音長分布模式、音強(qiáng)分布模式和音高分布模式)，另外從研究三音節(jié)全和諧和半和諧詞的共振峰值變化特點(diǎn)幾方面來考察了元音和諧的基本聲學(xué)特征，首次從實(shí)驗(yàn)語音學(xué)角度論證了“維吾爾語的元音和諧以元音的前或后特征為和諧特征”的傳統(tǒng)說法，得出了如下結(jié)論：

由元音時(shí)長分布模式我們可知，無論是男性還是女性時(shí)長值詞末元音比非詞末元音均要高，元音和諧的特征按照固定的方向進(jìn)行擴(kuò)散的特征。音高分布模式特點(diǎn)說明，半和諧詞具有典型的“L-H-L”模式(低-高-低)；QQQY/HHHY式元音全和諧詞的變化特征與QQQBY/HHHBY式元音全和諧詞的變化特征不同，和諧詞的變化規(guī)律按照固定的方向進(jìn)行擴(kuò)散。音強(qiáng)分布模式說明，無論是全和諧詞還是半和諧詞，元音的[+前]或[-前]特征是維吾爾語元音和諧的基本特征，唇狀和諧特征只是舌位和諧的伴隨行特征，并且三音節(jié)全和諧詞和三音節(jié)半和諧詞的均值起伏不大，并且在62dB到74dB之間。而共振峰特點(diǎn)是每個(gè)音節(jié)內(nèi)的共振峰相對穩(wěn)定，具有明顯的單元音共振峰特征，這表明元音和諧中每個(gè)音節(jié)內(nèi)的元音發(fā)音時(shí)發(fā)音器官處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。此方面的研究不僅對語音合成技術(shù)提出了更高的要求，而且說明提高自然度仍然是語音合成技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。

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古力努爾·艾爾肯(1988—),博士研究生,主要研究領(lǐng)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)語音學(xué)。E-mail:2219658263@qq.com祖麗皮亞·阿曼(1980—),碩士,講師,主要研究領(lǐng)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)語音學(xué)。E-mail:281363669@qq.com地里木拉提·吐爾遜(1958—),學(xué)士,教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)語音學(xué)。E-mail:tursundilmurat@gmail.com

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Acoustic Analysis of Vowel Harmonious in Tri-syllabic Uyghur Words

Gulnur Arkin1, Zulpiye Aman2, Dilmurat Tursun1

(1. College of Information Science and Engineering, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046, China；2. College of Information Engineering, Urumqi Vocational University, Urumqi, Xinjiang 830002, China)

A statistical analysis is carried on 93 complete/incomplete vowel harmonious words chosen from 333 tri-syllabic words in Uyghur Language Acoustical Database. It is focused on the basic acoustic features of tri-syllabic complete/incomplete harmonious words including the broadband resonance peak mode, resonance peak value, vowel duration, vowel pitch and the sound intensity. The rules and findings are of great importance for adjusting vowel harmony in synthesis sub-procedure of parametric or waveform concatenation based speech synthesis system.

tri-syllabic word; vowel harmony; acoustic analysis; speech synthesis; uyghur language

1003-0077(2015)04-0199-08

2013-07-19 定稿日期： 2013-07-19

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61063023)

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