語音生成理論

(Theory of Speech Production)

 

 

圖示1,人類發聲器官。(1)鼻腔;(2)硬顎;(3)齒齦脊;(4)軟顎;(5)舌尖;(6)舌背;(7)懸壅垂;(8)舌根;(9)咽頭;(10)會厭軟骨;(11)假聲帶;(12)聲帶;(13)喉頭;(14)食道;(15)氣管。

資料來源:http://www.acoustics.hut.fi/~slemmett/dippa/chap3.html

 

人類的語音是由發聲器官所產生(見上圖)。而具有橫隔膜的肺是主要的能量來源。當說話的時候,氣流就會從喉管和聲帶之間的喉頭給擠壓出來到三個主要的聲道腔,即咽頭、口腔和鼻腔,然後,氣流分別從口腔和鼻腔流出。在聲帶當中V型開口的器官───喉頭,是發聲系統中最重要的聲音來源。在說話過程中聲帶可以有很多不同的方式起作用。最主要的功能是以快速的開合來調節氣流,並造成能夠產生母音及子音的嗡嗡聲。其振動的基頻是隨著質量與緊張程度來變化,男性、女性和孩童的振動基頻分別大概是110Hz200Hz300Hz。當要發停音的時候,聲帶可以突然從完全阻斷空氣的關閉狀態到完全的打開來發出輕咳或是喉停音;另一方面,當要發無聲子音如 /s/ 或是 /f/ 的時候,聲帶又可以完全的打開。

  咽頭連結喉頭與口腔。其有固定的尺寸,但是它的長度可以因為在一端把喉頭和在另一端把軟顎上升或下移而有稍微的改變。軟顎同樣地也阻隔或連結鼻腔到咽頭的路徑。在咽頭的底部是所謂的會厭軟骨和假聲帶,用以避免食物跑到喉頭並且在聲響上,隔斷了食道和聲道。會厭軟骨、假聲帶和聲帶在吞嚥的時候是緊閉的,但是在正常呼吸時卻是張開的。

  口腔是聲帶當中最重要的部分之一。他的尺寸、形狀和聲響可以因為硬顎、舌頭、雙唇、兩頰和牙齒的移動而改變。尤其舌頭是相當有彈性的,舌尖和舌邊可以單獨移動且整個舌頭可以前後或是上下的移動。而雙唇控制著嘴巴打開的大小和形狀而使語音可以送出。不同於口腔,鼻腔的大小、形狀卻是固定的。他的長約12公分,體積約60立方公分,送至鼻腔的氣流是由軟顎所控制的。

  從技術的角度來看,發聲系統可以看做是一個位在聲門和嘴巴之間的單聲管。以聲門來引起聲道動作的這種機制可以近似地看做是一根一端位在聲帶處封閉的直管,此處的聲阻(acoustical impedance)是無限大(g=∞),而另一端在嘴巴,而這裡的聲阻是0(m=0)。在這種條件下,聲帶的體積─速度轉換的功能即(Flanagan 1972, O’Saughnessy1987)

 

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此處的l是管子的長度,ω是弧率,而c是音速。在弧率是i=ωi /2π(i1,2,3,……)時,分母為0,如下所示,

 

 及 

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此處假如l17公分,當頻率是500,1500,2500,……赫茲時,(ω)是無限大的,這是指說每1KHz的共鳴是起於500赫茲。假如管子長度不是17公分的話,頻率i 將因17l的因素劃分,所以聲道會近似於管子的二或三個部分,而這些部分與部分之間極不相似的,並且共振能與個別的腔穴有相關聯的地方。母音就近似於下圖左邊的兩管模組。舉例來說,當發母音 /a/ 時,較細的那根管子就代表著咽頭開口接到較粗作為口腔的另一根管子。若一般認為這兩根管子都各長8.5公分,在之前所提到的單一通道時,共振峰的頻率就會乘於二。由於聲響上的對偶現象,共振峰相互之間是以間隔少於200赫茲的強度出現,所以母音 /a/ 的共振峰F1F2 不是都是1000赫茲,而是個別相當於9001100赫茲。(O’saughnessy 1987)

 

圖2,聲道的雙管和三管模組範例。

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而子音即如同於圖2右邊的三管模組所示,模組中,中間較細的管子則仿效我們聲道的收縮。在共鳴作用時,後面和中間的管子是二分之一波長的共鳴體,而前面的管子是四分之一波長的共鳴體。

 

  i1,2,3,……

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這裡的lblclf個別是後管、中管和前管的長度。因為一般的收縮長度是三公分,所以共鳴是以5333赫茲的倍數出現,若是應用在使用低於5K赫茲頻寬時可以不談。(O’Saughnessy 1987)

  激發信號可以以聲帶的兩團模組(two-mass model)來示意,這種模組是以細線和節氣閘來連接到喉頭,並又和一條彈簧所接連的兩團模組。(Fant 1970, Veldhuis et al. 1995)

 

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