语音学入门第六讲

声学语音学（ 1 ）

朱 磊上海外国语大学语言研究院

1 声音的基本性质 波（ wave ）：扰动（ disturbance ）在时空中的传播

机械波（ mechanical wave ）

次声、可听声、超声等

电磁波（电磁辐射）（ electromagnetic radiati

on ）无线电波、微波、红外线、可见光、

紫外光、 X- 射线、伽马射线等

传播介质（ propagating/transmission medium ）

需介质 无需介质

速度（ velocity ）

由介质决定 c ＝ 299,792,458 m/s≈ 300,000 km/s

机械波（ mechanical wave ）

次声、可听声、超声

电磁波（电磁辐射）（ electromagnetic radiati

on ）无线电波、微波、红外线、可见光、

紫外光、 X- 射线、伽马射线

频率 f （ frequency ）周期 T

（ period ）波长 λ

（ wave length ）

f = 1/Tv = λ/T = λf

机械波（ mechanical wave ）

次声、可听声、超声

电磁波（电磁辐射）（ electromagnetic radiatio

n ）无线电波、微波、红外线、可见光、紫外

光、 X- 射线、伽马射线

振幅 A（ amplitud

e ）

振动方向（均质介质

中）

纵波（ transverse wave ）（如声波、 P 波）

横波（ longitudinal wave ）

（如 S 波、电磁波）

声波（ sound wave ）：在弹性介质（ elastic medium ）中传播的机械纵波

速度：正常气压、 15℃ 空气中 c ≈ 340 m/s 频率：倍频程 / 八度（ octave ） 20Hz – 40Hz – 80Hz – 160Hz – 320Hz – 640Hz – 1280Hz – 2560Hz – 5120Hz – 10240Hz – 20480Hz 振幅：位移（ displacement ） 声压（ sound pressure ） 声压的有效值 / 均方根值（ root mean square value ） PRMS = 声强（ sound intensity ） 单位时间通过垂直于声音传播方向单位面积的声能量 (W/m2) 音质（ sound quality ） 连续音（ continuous sound ）与脉冲音（ impulsive sound ） 乐音（ musical sound ）与噪音（ noise ）

nPPPP n /)...( 223

22

21

2 振源的特征

简谐振动（ simple harmonic vibration ）

正弦波（ sinusoidal waveform ）

阻尼振动（ damped vibration ）

受迫振动（ forced vibration ）

共振（ resonance ）

系统对外力频率响应的选择性：

在受迫振动中，当外力的频率 f ＝系统的固有频率 fn 时，振幅可达最大值，称为共振；当 f 与 fn 差距越来越大时，振幅越来越小

3 声波

简谐振动——纯音（ pure sound ） 复合振动——复音（ complex sound)

复音声波的分析：傅里叶分析（ Fourier Analysis ）

一切复音声波都可以被分解为不同纯音声波的组合

傅里叶分析

各纯音声波间的关系：相位（ phase ） 对听感影响不大

各纯音声波间的关系：振幅 对听感影响大

频谱图（ spectrum ） 只显示各纯音音波的频率和振幅，不显示相位关系

由频率呈离散分布的纯音合成的复音 此种复音有周期性（ periodic ）， 其频率为各纯音频率的最大公约数

频谱图：线谱（ line spectrum ）

基频（ fundamental frequency ）

基音（ fundamental tone ）

谐波（ harmonic ）

泛音（ overtone ）

第二谐波

第三谐波 第二、三、四谐波

基频（基音）、谐波（泛波）

包络

包络（ envelope ）

频谱图：连续谱（ continuous spectrum ）

由频率呈连续分布的纯音合成的复音 此种复音无周期性（ aperiodic ）

连续谱的泛音和包络

包络（ envelope）

泛音（ overtone）

阻尼振动产生的声波

（稳态的）受迫振动产生的声波

4 语音发生的声学模型

声源—滤波器模型（ source-filter model)

5 语音的声源特征 发声（ phonation ）：声襞振动 伯努利效应（ Bernoulli effect ）

基频（ fundamental frequency ，F0 ）

基音（ fundamental tone ）

谐波（ harmonic ）

泛音（ overtone ）

摩擦（ frication ）：声道中的摩擦

调制

（ modulation ）

6 语音的共振与滤波

声道的共振频率（以 [ ]ə 或 [ ]ɜ 为例） 声道长度 l = 1/4 波长 声道长度 l = 3/4 波长 声道长度 l = 5/4 波长 c = λ/T = [(4/s)l]/T (s = 1, 3, 5 …) = λf = [(4/s)l]f fR = (sc)/(4l) = s×[(340)/(4×0.17)] = s×500(Hz)

声道的共振频率

[ ]ə 的滤波过程

基频、谐频与 fR 的关系：

fR 未必与谐频相等，即未必为 F0 的倍数

F1

F2

F3

共振峰（ formant ）

[ ]ə 的滤波过程

基频过高造成识别困难

[ ]ə 的滤波过程

[i] 、 [a] 、 [u] 的频谱

元音发音的双管共振模型及共振峰分布

鼻化的影响