信源编码课程实验一：基于Audacity的浊音、清音和爆破音信号的时域及频域特性分析

实验内容

1、了解汉语普通话拼音中浊音与清音以及爆破音的区别

2、使用audacity音频分析软件录制不同的语音信号并分析频谱

基础背景知识

首先经过一些j简单的背景知识了解到，语言中清浊音是一组对立关系，而爆破音是另外一种分类定义。其中清音又分为送气清音和不送气清音。[1]

清音与浊音的根本区别在于声带的振动。清音几乎没有振动，而浊音有强烈的振动。事实上，汉语的浊声母很少,只有m、n、l、r几个，其他都是清声母。发清声母声带不振动.b、p、d、t，这些声母发音很轻,声带是不振动的。但听的人不容易听到,所以在教学上用教学音来演示,就是在这些声母后加上韵母o.我们平常读b其实是读的bo的音,所以声带振动了.如果用英语来作例子,比如sport,其中的s、t就有点像单纯的声母的发音,不带韵母,所以发音很轻。[2]

而爆破音是指发音器官在口腔中形成阻碍，然后气流冲破阻碍而发出的音。这些音有6个，即/p/,/b/,/t/,/d/,/k/和/g/。

实验结果及分析

根据上述背景，再结合普遍认为的清浊音和爆破音，我在Audacity中进行了对于汉语拼音中m/l(浊音），f/zh/ch/z/c(清音)，b/p/t(爆破音)的语言信号分析。

1、浊音m/l

m语音的频谱分析

m语音的时域分析

l语音的频谱分析

l语音的时域分析

由图中可以看出，浊音的频谱在200Hz至1000Hz左右之间有明显的几个峰值存在。从时域上看，有较明显的周期变化。

2、清音f/zh/z

f语音的频谱分析

f语音的时域分析

zh/z语音的频谱分析 (声带振动）

zh/z语音的时域分析 (声带振动）

zh/z语音的频谱分析 (声带不振动）

zh/z语音的时域分析 (声带不振动）

从几组图中分析，清音在带有声带振动时的频谱与浊音有一点类似，在300Hz至1300Hz左右出现多组峰值。其中在zh/z的频谱对比中还可以看到zh在高频出的峰值更大，而z在相对低频出的峰值较大。

再对比不加声带振动的情况：由于声带无明显振动，音量明显减弱，因此受外界噪声的干扰影响很大。从频谱中看到能量大都集中在低频，且相对来说zh的频谱在处出现峰值，这与有声带振动的频谱有相似之处。

从时域上看前三者都有一定的周期变化，特别是zh的时域有非常明显的周期性。而后两者因为声音幅度小，变化不明显，甚至与噪声信号没差。

3、爆破音b/p/t

b语音的频谱分析

b语音的时域分析

p语音的频谱分析

p语音的时域分析

t语音的频谱分析

t语音的时域分析

由上图可以看出，爆破音的频谱与前几组语言信号的特征仍有相似之处，即在300Hz至1300Hz左右出现多组峰值。除此之外，据测量在538Hz至1049Hz之间的峰值相近。

从时域上看，爆破音的时域有非常明显的变化，应该是由于爆破音的发音方式使得音量增大，导致时域信号幅度增大。

结论

1、语音信号由于不同的发音方式其频率分布会产生一定的差异。

2、由于声带振动，音量增大影响信号的幅度，但是频率分布的变化较小。

问题与收获

1、对于语言学的知识收集还不够充分，没有查找相应文献支持的理论。其实清浊音对于汉语普通话、汉语方言、甚至外语都有许多区别与联系值得我们进一步了解，由此才能更好地进行频谱和时域分析。

2、实验环境和设备不算严谨，语言信号中有避免不了的各类噪声，会影响实验效果。

3、从本次实验中，我了解和学习使用了Audacity音频分析软件，了解了不同语音信号的时域和频域特性，为之后的学习和实验打下了基础，也有利于未来课程以及其他专业知识的学习。

参考链接

[1]清音与浊音：汉语普通话母语者的常见疑惑解答 - 知乎

[2]汉语中关于浊音和清音的分辨我觉得bdg这些辅音在发音时声带也震动爱问知识人

[3]失却的华夏之声：汉语中的“浊音”_曹操_新浪博客