噪声条件下二语辅音感知中的区别特征信息传递研究

龚 箭，周卫京，纪晓丽

（江苏科技大学外国语学院，江苏镇江 212003）

噪声条件下二语辅音感知中的区别特征信息传递研究

龚 箭，周卫京，纪晓丽

（江苏科技大学外国语学院，江苏镇江 212003）

由一组中国英语学习者和一组英语母语者参加的在不同类型噪声条件下对英语辅音进行感知的实验结果显示，中英被试在发音位置、发音方法、发声特征以及咝声特征等区别特征上的信息传递均有差别，体现了二者在噪声条件下的辅音感知中区别特征运用策略的不同。由上述分析可知，母语对中国学习者英语辅音感知会产生影响，因而在英语教学中应加强对学习者运用音位间关键区别特征的显性指导。

二语习得；辅音感知；噪声感知；区别特征；信息传递

言语（speech）是人类语言（language）的口头表达形式，是人们最为有效的交流方式之一。二语习得研究一个重要方面就是对二语语音习得的研究。在语音学和音系学中，音位（包括元音和辅音等）属于音段信息，是可以用以区分词义的最小语音单位。对于学习者来说，二语音段的习得并非易事，而对音段的正确感知、理解及产出是保证言语交流高效、无歧义的重要前提。因此，如何有效提高学习者二语音段习得能力是二语语音习得的核心内容之一。传统的基于对比分析的二语语音习得研究方法［1］，是通过客观对比二语和母语音位系统的异同来预测和解释学习者在二语音段习得中遇到的困难，但忽略了学习者个体的知觉心理对习得的影响。以知觉同化模型（Perceptual Assimilation Model）［2］、言语学习模式（Speech Learning Model）［3］和母语磁吸模型（Native Language Magnet）［4］为代表的新一代二语语音习得理论模型，将感知心理学引入二语语音习得研究，强调感知实验数据在研究中重要的解释和指导作用，从认知心理的角度对二语语音习得机制进行探究。近十多年来，噪声条件下的二语语音感知研究成为了国际上的研究热点［5］。许多证据表明，母语者和二语学习者的感知表现在噪声条件下会拉开显著差距［6］，因而研究人员希望通过对比母语者与二语学习者在不同类型噪声条件下的语音感知表现，探索二者在更深层次上感知线索应用策略的不同，有针对性地改进二语教学策略与方法。本文介绍的这一实验研究，正是通过采用噪声条件下的语音感知实验，对比母语者和二语学习者在音段感知中对音位区别特征的运用情况，并希望以此对二语教学方法的改进提供有益启示。

一、研究背景与研究目的

在某一种语言中，总是存在一系列呈现出对立关系的不同的音位范畴。不同音位之间的对立关系体现在声学、发音以及听感等特征上的不同。这些特征是对音位进行分析、研究最基本的音系结构特征，是人们感知、听辨对立音位时所依赖的最为关键的线索（cue），被称之为区别性特征（distinctive feature）［7］。

为研究噪声条件下人对各种语音区别特征的感知，Miller和Nicely开创性地将信息理论引入语音感知实验数据处理中，并提出了语音区别特征的信息传递分析（transmitted information analysis）方法，用以考察区别特征在噪声中的传递“存活”情况，从感知的角度探讨各种区别特征在噪声中的可靠程度［8］。Miller和Nicely在对英语母语者不同噪声水平下的英语辅音感知情况进行分析后发现，发声特征（voicing）一般比发音位置特征（place of articulation）有更高的信息传递百分比。对英语母语者来说，这意味着发声特征是一种在噪声条件下更为可靠的区别特征。Cooke等人将信息传递分析引入二语噪声感知研究中，对8种欧洲语言母语者在能量遮蔽型和信息遮蔽型等噪声中对二语英语辅音感知情况进行了分析［9］。然而，与Miller和Nicely的研究结果不同，Cooke等人发现对于二语学习者和英语母语者来说，发声特征在各种形态的噪声中均为最不可靠的区别特征。两个研究获得不同结果的原因还不明确，或许是与具体实验方法和实验条件在细节上的不同有关［9］。这也正是值得后续研究的问题之一。

噪声中的语音感知研究在国外已开展多年，而此类研究在国内还不多见［10］。从文献资料上看，国内外还未有针对中国学习者二语英语噪声感知的区别特征信息传递研究。因此，笔者研究的主要目的就是要从区别特征信息传递的角度，考察中国二语英语学习者与英语母语者在能量遮蔽型和信息遮蔽型等不同噪声条件下对英语辅音的若干主要音位区别特征的运用情况，对比其异同，探讨汉语普通话语音系统对二语英语学习者英语辅音感知尤其是噪声中感知所产生的影响。

二、研究方法

信息传递分析是基于语音听辨感知混淆矩阵的。笔者采用多范畴强制选择感知实验方法，分别获取英语母语者和中国二语英语学习者对23个英语辅音在不同噪声条件下的感知混淆矩阵。

（一）被试

英国谢菲尔德大学的12名女性中国留学生及18名男性中国留学生（平均年龄23．5岁）有偿参与了本实验（以下简称中国被试）。他们分别来自北京、天津以及河北等省市，普通话流利，无已知听力问题，已在英国居住10至12个月，雅思成绩6．0以上。三名被试因故未完成所有测试项目而被排除在结果分析之外。实验对照组（以下简称英国被试）为12名谢菲尔德大学英国籍学生。

（二）语音刺激准备

实验采用元音－辅音－元音（VCV）形式的无意义音节（例如／aba／）作为语音刺激，均来自Shannon等人所录制的一个美国英语辅音语料库［11］。实验语音刺激所涉及的辅音包括／b、p、t、d、k、ɡ、t∫、dʒ、f、v、θ、e、s、z、∫、ʒ、h、m、n、l、r、j、w／23个英语辅音。为消除协同发音（coarticulation）的影响，语音刺激的元音上下文均采用／a／［12］。每个辅音都包括10个不同的、时长均约为1秒的刺激，分别来自5位男性和5位女性说话人。实验所用的230个语音刺激首先被执行能量标准化处理，即标准化至相同的Root Mean Square，即RMS（均方根）能量以及缩减采样处理（缩减至25k Hz）等预处理。之后，两种分属信息遮蔽和能量遮蔽类型的背景噪声，即英语竞争语音（Engl ish Competing Speech，以下简称ECS）和言语形态噪声（Speech Shaped Noise，以下简称SSN）［12］，被分别加入到这些语音刺激中，信噪比（SNR）均为0dB（具体处理参数见［13］）。原始的无噪声语音刺激（以下简称Clean）集合与分别混有两种不同噪声的语音刺激集合在一起构成实验所用的三个不同噪声条件的语音刺激集合。

（三）实验过程

中英被试者分别单独在安静的房间中完成各感知测试。实验通过一台笔记本计算机使用定制的MATLAB软件完成语音刺激的播放与响应数据的采集。在测试中，被试者通过头戴耳机收听语音刺激，并对所听到的语音刺激中的辅音进行类别判断，再通过鼠标点击计算机屏幕上显示的一个按钮阵列作出选择。每个按钮上均有对应的由英文字母、单词或词组组成的代表某个英文辅音的标识。当选择结束，下一个刺激将被自动播放，被试者需要再次进行听辨、判断并点击鼠标作出选择，如此循环直至测试结束。所有被试均首先完成对无噪声刺激集合（Clean）的识别，然后分别完成对混有英语竞争语音（ECS）和言语形态噪声（SSN）的噪声刺激集合的识别。两个噪声刺激集合出现的先后顺序随机。

三、实验结果和分析

（一）总体情况

图1显示了中英被试者对23个英语辅音的总体平均识别情况。由图1可见，噪声对中英被试者都产生了不利影响，且SSN噪声的影响比ECS噪声更大。中国被试者在Clean、ECS和SSN等三种条件下与英国被试者的识别率均差距明显。统计分析也确认了这一结果：以噪声条件为组内变量、本族语别为组间变量的重复测量方差分析显示，噪声条件的主效应显著［F（2，74）＝414.69，p＜0．001，η2p＝0.92］，母语语别的主效应也显著［F（1，37）＝48.22，p＜0.001，η2p＝0.57］。方差分析同时也显示，噪声条件与母语语别的交互作用不显著［F（2，74）＝0.52，p＝0.60，η2p＝0.01］。也就是说，中英被试者之间识别率差距的大小在三种条件下变化不大，这一点从图1上也清晰可见。

图1 中英被试者在无噪声（Clean）、英语竞争语音噪声（ECS）以及言语形态噪声（SSN）等三种条件下对英语辅音的总体平均正确识别率

（二）信息传递分析

在Miller和Nicely的语音区别特征信息传递分析中，原始的无噪声语音刺激被视为输入信息，在加入噪声信号后，经过听者感知系统的处理，听者的听辨选择结果被视为输出信息，不同的语音区别特征被视为不同的信息输入、输出信道。通过计算输入、输出信道的互信息，得到输入、输出信道的相对信息熵，以其作为各区别特征在噪声中传递存活并为听者感知的一个量度，也即信息传递值（具体计算方法参见［14］）。本文参考Cooke等人的研究［9］，对包括发声特征（voicing）、发音位置（place）、发音方法（manner）和嘶声特征（sibilant）等四种区别特征的信息传递情况进行分析。区别特征与各辅音的对应关系如表1所示，计算所得各区别特征的信息传递值如表2所示。

表2结果显示，英国被试者在三种条件下各区别特征的信息传递值均高于中国被试者，这与图1所示英国被试者在各噪声条件下的总体识别率均高于中国被试者相对应。从表3可知中英被试者信息传递值之间的差距，二者在发音方法、发音位置和发声特征等三个区别特征上的信息传递值差距在三种噪声条件下各有升降，但幅度均不大。最大的变化来自于咝声特征，中英被试者之间的信息传递值差距在SSN中减小了0．18。然而，从各区别特征的总体平均值来看，中英被试者在ECS条件下的差距几乎不变，在SSN中仅小幅减小了约0．05，这也符合图1中所示中英被试者的总体识别率差别在三种噪声条件下基本保持稳定的结论。

表1 英语辅音与各区别特征的对应关系

表2 中英被试者在三种噪声条件下各区别特征的信息传递值

表3 中英被试者在三种噪声条件下各区别特征的信息传递值的差值

再看信息传递值的排序情况，对英国被试者来说，各特征的信息传递值排序在三种条件下保持不变：嘶声特征在噪声中的信息传递值明显高于其他特征，而发声特征则是在噪声中传递效果最差的特征，虽然与发音位置和发音方法等特征的差别不大。对中国被试者来说，情况则有所不同：在ECS条件下，发声特征和发音方法是传递值最高的特征，而嘶声特征则是信息传递值最低的特征；在SSN条件下，嘶声特征的信息传递值有所上升，成为传递效果最好的特征，而发音位置成为传递效果最差的特征，但实际上这四种特征在SSN条件下的信息传递值均较低且差别并不大。总起来说，中英被试者信息传递情况的最大区别就在于嘶声特征。

四、讨 论

本文对中英被试者在不同类型噪声条件下英语辅音感知中的区别特征信息传递情况进行了实验研究。结果表明，英国被试者在安静和噪声条件下的总体感知表现均显著优于中国被试者，且各区别特征的信息传递值也高于中国被试者，体现出了母语者的感知优势。进一步分析表明，除咝声特征外，中英被试者在发音方法、发音位置和发声特征等区别特征上的信息传递值差异在安静和噪声条件下的变化不大，对应于母语者在噪声中感知优势的稳定性，与Cooke等人的实验结果相一致［9］。

区别特征信息传递值反映了区别特征在各噪声条件下的“存活”情况，也就是为听者所正确运用的情况。本文结果显示，中英被试者在各噪声条件下的区别特征信息传递值排序情况有所不同，且英国被试者的排序保持不变，这反映出中英被试者对各区别特征的运用策略不同，且英国被试者的运用策略更为稳定。实际上，区别特征运用策略的不同也反映出母语对二语语音感知的影响，例如本文中英被试者之间差别最大的便是对咝声特征的运用。与英国被试者较高的咝声特征信息传递值相比，中国被试者的咝声特征信息传递值较低，然而咝声特征并不是汉语普通话中的关键区别特征。

针对咝声特征作进一步考察可知，拥有咝声特征的是那些发音时舌部将气流导向闭合着的上下齿间产生类似于“咝”样声音的塞擦音和擦音。在本文中所涉及的11个英语塞擦音和擦音中，6个具有咝声特征，5个不具有咝声特征。严格来说，咝声特征并不是英语辅音间最为关键的区别特征，然而在特定条件下，如在噪声条件下，由于咝声特征拥有更多的高频能量，因而在如SSN这样的能量遮蔽型噪声中的存活度较高［9］。当其他关键区别特征被噪声遮蔽后，利用咝声特征进行辅音听辨变得更为可靠。英国被试者较高的咝声特征信息传递值表明，对于英语母语者来说，更为丰富的母语噪声感知经验使得他们能够在噪声中调整自己的感知策略，转而关注咝声特征这一更为可靠的感知线索。反观中国被试者，在汉语普通话中的11个塞擦音和擦音中，有9个具有咝声特征，而只有2个擦音不具有咝声特征。这样的比例显示，相对英语来说，汉语普通话中咝声特征更具统治地位，因而可以推断中国被试者相对于英国被试者而言更缺乏在不利条件下应用以是否具有咝声特征来进行辅音听辨的经验。实际上，本文的实验结果也显示中国被试者在噪声中比英国被试者有着更多的／s－θ／及／z－ð／混淆，而是否具有咝声特征正是这两对辅音之间重要的区别特征。然而，中国被试者在SSN噪声这一最为不利条件下的咝声特征信息传递值出现上升，这也表明他们对咝声特征还是具有一定敏锐度的，如能在教学中对他们进行更多的显性指导，应能提高他们在噪声中对涉及咝声特征的辅音的感知能力。当然，本文结果所显示的中英被试者咝声特征信息传递值差距在SSN条件下出现一定程度的缩小，也体现出了SSN这一能量遮蔽型噪声对咝声特征这一声学特征产生的遮蔽效应同样会对英语母语者的感知带来严重影响。

Cooke等人的研究显示，发声特征是所有特征中信息传递值最低的特征，且对所有8种欧洲语言母语者来说均是如此［7］。在本研究中，英国被试者的结果与Cooke等人的结果一致，发声特征为噪声中信息传递最差的特征。然而对中国被试者来说，噪声条件下信息传递最差的特征并非发声特征，而是发音位置特征，甚至在安静条件下亦如此，造成中英被试者之间这种差异的原因还不清楚。然而一个事实是，发声特征在汉语普通话中并非音位间的关键区别特征。在Cooke等人所研究的8种欧洲语言中，大多数都以发声特征作为某些对立音位间的关键区别特征，这或许是中英被试者之间差异的原因之一。对中英被试者之间发声特征的信息传递值产生差异的内在原因与机制的研究也是今后研究工作的重要方向。

通过对中国英语学习者和英语母语者在不同类型噪声条件下英语辅音感知中的区别特征信息传递情况的研究与分析，本文得出了以下几个主要结论：第一，中英被试者在不同噪声条件下对各区别特征的运用策略不同，因而导致二者听辨、感知表现的不同；第二，汉语普通话中某些区别特征的缺乏，如咝声特征和发声特征的缺乏，影响了中国学习者在不利条件下有效运用这些特征进行英语语音感知、听辨的能力；第三，要提高学生英语语音感知能力，就必须加强他们对英语关键音位区别特征的运用能力。这种能力的有效提高，不能单纯依赖增加输入频次以及学生自我学习的“悟性”，而需要广大英语教师加强对学生进行英语关键音位区别特征的显性指导。这也要求广大英语教师首先必须补充完善自身的语音学专业知识。

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（责任编辑：杨奕）

Transmitted Information Analysis on Distinctive Features for Chinese listeners′Perception of English Consonants in Noise

GONGJian，ZHOUWeijing，JIXiaoli
（School of Foreign Languages，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenj iang Jiangsu 212003，China）

Atransmitted information analysis on distinctive phonetic features was carried out in the current study，based on the data collected fro m an experiment of Chinese listeners′perception of English consonants in noise conditions．The results showed that the transmitted information on features such as place，manner，voicing and sibilant were all different between Chinese English learners and native English listeners，indicating different strategies of using these features in perceptual tasks in noise between the two listener groups．The native language influence on Chinese learners′English consonant perception was also discussed，and this paper suggests that，to im prove Chinese learners′perceptual performance in adverse conditions，m ore explicit instructions on the key distinctive features between English phoneme categories should be given during the teaching process．

second language acquisition；consonant perception；perception in noise；distinctive features；transmitted information

H017文献标示码：A

1673－0453（2015）03－0031－06

2015－07－30

国家社会科学基金项目“基于平行语料库的英汉韵律结构对比研究：语音、词汇、句法的交互”（11BYY008）；江苏省社会科学基金青年项目“二语英语语音感知和产出的实验研究”（14 YYC001）

龚箭（1979—），男，湖南双峰人，江苏科技大学讲师，博士，主要从事实验语音学、语音感知、二语习得和计算机语音信号处理研究。