噪声条件对二语英语辅音感知的影响

龚 箭周卫京张松松(.江苏科技大学，江苏镇江；2.金陵科技大学，江苏南京；3.南京师范大学，江苏南京)



噪声条件对二语英语辅音感知的影响

龚 箭1周卫京1张松松2.3
(1.江苏科技大学，江苏镇江；2.金陵科技大学，江苏南京；3.南京师范大学，江苏南京)

摘 要：本文对中国二语英语学习者与英语本族语者在安静和噪声条件下对英语辅音的感知进行了实验对比研究。结果显示，信息遮蔽型噪声带来的不利影响总体上小于能量遮蔽型噪声，但在具体辅音上存在差异。本族语者相对二语学习者的总体本族优势在各条件下保持不变，但在具体辅音上呈现出扩大/缩小的对立变化模式，并且与中英语辅音系统的相似/差异性密切相关。本文讨论了中英擦音体系的对应关系与中英被试噪声感知差异之间的关系。

关键词：二语辅音感知；噪声感知；能量遮蔽；信息遮蔽；本族优势

1. 引言

人们在日常工作生活中的言语交流往往伴随有各种背景噪声。人们在噪声环境中将调整自己的语音产出和感知策略，以适应噪声条件下言语交流的需要(Lombard, 1911; Cherry, 1953)。对于二语学习者来说，二语使用的真实日常环境往往与课堂和实验室环境大为不同，各种噪声充斥其中。近年来，对更接近真实环境条件下的二语语音感知的研究越来越受到研究人员的重视。研究人员通过对比本族语者和二语学习者在不同类型噪声条件下的语音感知模式，分析二者在噪声条件下对关键感知线索使用策略的异同，研究母语对二语噪声感知所产生的影响，从声学语音学、感知心理学、计算机模拟和二语习得等多学科交叉的角度，完善对二语语音学习的深层次机制的认识(Garcia Lecumberri& Cooke, 2006; Cooke等，2008; Cooke等，2010；Jin & Liu, 2012, Mi等，2013; 张林军，2013; 张松松，2014a, 2014b, 张松松，2016; Gong等，2015; 龚箭等，2015)。噪声中的二语语音感知研究，不但对改进二语教学与学习策略，促进学习者二语实际应用能力的提高具有理论指导意义，而且在语音识别和语音合成等言语工程领域有着良好的拓展应用前景，已成为国际上的一个研究热点。

2. 噪声中的二语语音感知

背景噪声对目标语音信号会产生遮蔽效应(Masking Effect)。持续性的背景噪声，例如言语形态噪声(Speech Shaped Noise)，将产生一种能量遮蔽(Energetic Masking)，影响听者对语音声学线索的感知，是一种物理性的遮蔽效应；而如果背景噪声中存在一定可听度的信号，例如另一无关竞争说话人(Competing Speech)，将可能分散听者对目标语音信号的注意力，带来知觉心理层面的额外负担，产生一种信息遮蔽(Informational Masking)(徐李娟等，2009; Garcia Lecumberri等，2010; 杨小虎 赵勇，2014; Lidestam等，2014)。研究表明，在相同信噪比(Signal Noise Ratio)条件下，能量遮蔽型噪声一般比信息遮蔽型噪声对听者言语感知的影响更大，但大量叠加的信息遮蔽型噪声(例如背景中多人同时说话)也会对言语感知造成比纯能量遮蔽型噪声更为严重的干扰(Garcia Lecumberri& Cooke, 2006)。

对于二语学习者来说，其对二语单词和句子的感知在噪声环境下所受的不利影响远比本族语者严重(Meador等，2000; Cooke等，2008; Jin & Liu, 2012)。这种影响的差别不单体现在水平较低的二语学习者身上，对于水平较高的二语学习者甚至双语者亦是如此，虽然在安静条件下他们与本族语者并没有显著区别(Mayo等，1997; Rogers等，2006)。由于本族语者拥有比二语学习者更高的语法、句法水平以及更大的词汇量，并且有着更为丰富的在噪声中进行言语交流的经验，因而能够更好地利用上下文及其它线索对目标语音信号进行“猜测”，所以他们受噪声的影响往往比二语学习者小，这一点在句子层面的感知实验中表现得尤为明显，例如随着噪声影响的加大，本族语者相对二语学习者的感知优势(本族优势)也将增大(Garcia Lecumberri等，2010)。然而在音段感知层面，许多研究却对本族语者是否能在更加恶劣的噪声环境中表现出更多的本族优势给出了相抵触的结论。例如，Garcia Lecumberri和Cooke(2006)对本族英语和西班牙二语英语学习者在不同类型的噪声条件下的英语辅音感知情况进行了研究，发现本族语者与二语学习者的感知表现差距随着噪声水平的增加而增大，噪声对二语学习者的不利影响显著大于对本族语者的影响。Cutler等(2004)发现本族英语语者与荷兰二语英语学习者对英语元音感知表现的差距在不同的噪声水平下没有变化，噪声水平的增加对二语学习者的影响并不比对本族语者的影响更大。而在另一英语辅音感知研究中，Cutler等(2007)发现西班牙二语学习者与本族英语语者的感知表现差距随着噪声水平的增大而增加，而荷兰二语学习者与本族英语语者的感知表现差距则在各种噪声中保持稳定，显示出学习者的不同母语背景对二语噪声感知会产生不同影响。

大量的研究表明，母语语音系统与二语语音系统的近似程度将极大地影响学习者对二语中某些语音的感知听辨与产出发音能力(Kuhl, 1993; Best, 1995; Flege, 1995)。然而在噪声感知研究领域，母语和二语语音系统的关系对学习者的感知会产生何种影响依然不十分清晰。Hazan和Simpson(2000)发现学习者在噪声中的感知表现与本族语者差距拉大的是那些在母语中不存在的或没有良好对应关系的二语语音范畴。而Van Dommelen和Hazan(2010)的研究显示这种只在二语中存在的语音范畴并不会导致学习者在噪声中对其感知变得更为不利。Cutler等(2007)则认为正是由于西班牙语和英语存在非常类似的辅音范畴(例如//)，导致西语二语学习者在噪声中与本族英语语者的感知表现差距拉大，而由于荷兰语中不存在这一辅音范畴，所以荷兰二语学习者与本族英语语者的感知表现差距在噪声中没有变化。

3. 研究问题

噪声条件下的二语语音感知研究在国外开展已有多年，但多以英语作为目标语言、其它欧洲语言作为母语，而国内在此领域的相关研究还不多见。从上一节的文献回顾中也可看到，学习者的某些(不可靠的)感知策略只有在噪声条件下才能被观察到，并且与具体的母语/目标语密切相关。因此，与汉语相关的二语噪声感知研究十分必要。近年来，国内学者也开始进入这一研究领域，例如张林军(2013)对多国汉语二语学习者在噪声条件下对汉语词语识别与句子理解的表现与他们对声调感知能力的关系做了实验研究，Mi等(2013)对中国二语学习者在不同噪声水平下对英语元音的感知识别进行了考察,龚箭等(2015)则考察了噪声条件下二语音段感知中区别特征的信息传递情况。本文将对中国二语学习者在噪声条件下对英语辅音的感知识别情况进行研究，并与本族英语语者在相同条件下的感知识别情况进行对比考察。具体来说，本文希望回答以下几个研究问题：(1)能量遮蔽噪声和信息遮蔽噪声等不同类型的噪声对中国二语英语学习者的英语辅音感知会造成怎样的不同影响？(2)本族英语语者和中国二语英语学习者的感知表现差距在噪声中是否会发生变化？(3)汉语与英语辅音系统范畴对应关系的近似与否会对学习者的英语辅音感知带来何种影响？

4. 研究方法

本文采用多范畴强制选择识别(multiplecategory forced choice identification)实验方法，使用竞争说话人噪声和言语形态噪声分别作为信息遮蔽噪声和能量遮蔽噪声，考察中国二语英语学习者对英语辅音的感知识别情况。

4.1被试

三十名英国谢菲尔德大学中国籍留学生(12 女18男，年龄从21至27岁)有偿参与了本实验(以下简称中国被试)。他们均来自京津冀地区，普通话娴熟，无已知听力问题，在英国已居住10至12个月，雅思成绩6.0或6.5分。三名被试因技术原因没有完成所有测试项目而被排除在结果分析之外。另有12名谢菲尔德大学英国籍学生作为本族对照组(以下简称英国被试)有偿参与了本实验。

4.2语音刺激

实验语音刺激为元音-辅音-元音(VCV)形式的无意义音节(例如/aba/)，包括/b, p, t,, d, k,,, f, v,, s, z, h, m, n, l, r, j, w/等23个英语辅音(Hillenbrand, 2003)，属于Shannon等(1999)所录制的美国英语辅音语料库的一个子集。语音刺激的元音上下文均采用//以消除协同发音(coarticulation)的影响(Garcia Lecumberri & Cooke, 2006)。由于英语辅音//在自然语言中不能出现在上下文均为//的语音环境中，本实验将英语辅音//排除在外。每个辅音都包括10个不同的刺激，分别来自5位男性和5位女性说话人，每个刺激时长约为1秒。这230个语音刺激首先被标准化至相同的均方根(Root Mean Square, RMS)能量，并被缩减采样至25kHz。在随后的处理中这些语音刺激被分别加入英语竞争语音(English Competing Speech，以下简称ECS)和言语形态噪声(Speech Shaped Noise，以下简称SSN)等两种分属信息遮蔽和能量遮蔽类型的背景噪声，信噪比(SNR)均为0dB，噪声从VCV开始时刻持续至VCV结束时刻(具体参数见Garcia Lecumberri和 Cooke, 2006; Cutler等，2007)。这些含噪声的语音刺激与原始的无噪声语音刺激(以下简称Clean)一起构成三个不同噪声条件的语音刺激集合。

4.3实验过程

中英被试均在安静环境中完成各项测试。语音刺激的播放与响应数据的采集由一台笔记本计算机通过MATLAB软件完成。在测试过程中，计算机屏幕上将显示一个按钮阵列，每一个按钮上都有由英文字母、单词或词组组成的标识，代表英文23个辅音中的一个，其中与对应辅音直接相关的字母采用大写(如图1)。当测试开始后，被试者需要对他们刚刚听到的辅音刺激做出一个类别判断，并用鼠标点击对应按钮做出选择，然后继续收听下一个刺激并做出选择，如此循环直至测试结束。所有被试在测试前均被告知他们将接受一个英语辅音识别测试，他们需要关注的是正确听辨所播放语音刺激中由两个元音所夹的辅音部分。被试首先完成对无噪声刺激的识别测试，然后以随机顺序分别完成对混有两种噪声的刺激的识别测试。所有被试在正式测试前都需完成一个无噪声练习，以熟悉按钮与其所对应辅音的发音。被试者需约10—12分钟完成一种条件下的测试，并在每一种条件的测试结束后休息2—3分钟，整个测试需时约35—45分钟。

图1　实验界面

5. 实验结果和分析

5.1总体情况

图2显示了中英被试者对英语辅音的总体平均识别情况。噪声对中国被试的影响明显，他们在Clean、ECS和SSN等三种条件下的识别率与英国被试均存在明显差距。以噪声条件作为组内变量、本族语别作为组间变量的重复测量方差分析也确认，噪声条件的主效应显著[F(2,74) = 414.69, p < .001,= .92]，本族语别的主效应也显著[F (1,37) = 48.22, p < .001,= .57]。方差分析 同时也显示，噪声条件与本族语别的交互作用不显著[F(2,74) = .52, p = .60,= .01]，这一点从图2我们也可清楚地观察到，中国被试与英国被试之间在识别率上的差距在三种条件下的变化不大(4.3节中将对此进一步分析)。

图2　中英被试在三种条件下对英语辅音的总体平均正确识别率，其中Clean代表无噪声，ECS代表英语竞争语音噪声，SSN代表言语形态噪声

5.2单个辅音识别情况

图3对比了中英被试在各种条件下对单个辅音的正确识别率。在Clean条件下，中国被试对/p, b, t, d, k,,,, h, m, n, l, r, j/等14个辅音的识别率很高，与英国被试的识别率接近。值得注意的是，这些英语辅音多在中文中存在着有较好对应关系的、较为接近的辅音。中国被试的听辨识别困难主要出现在其余9个辅音/d, f, v,,, s, z,, w/上，尤其是/,/，识别率不足60%。虽然英国被试在Clean条件下对大多数辅音的识别率达到或接近100%，他们在, f,,,/等辅音上同样出现了一定程度的识别问题。

中英被试在噪声中对大多数辅音的识别率都出现了明显的下降，且SSN的影响要大于ECS，但也有例外，如中文被试在SSN中对/t, d, s, m/的识别率不但超过他们在ECS中的识别率，甚至接近或超过在Clean中的识别率。总体来说，中文被试在噪声中的表现差于英文被试，但他们在噪声中的识别率下降程度却不一定比英文被试更大，例如英文被试在SSN条件下对/f, v,,/的识别率下降幅度要超过中文被试，结果是在SSN条件下中英文被试对这些辅音的识别率变得相对更加相似。另外中英文被试对/b, h, l/在Clean下的识别率相近，在SSN条件下识别率的下降程度也相似。

5.3本族优势分析

图3　中英被试在三种条件下对单个英语辅音的正确识别率，上图为中国被试，下图为英国被试

在Clean条件下，英国被试对多数辅音的识别率均高于中国被试，此种识别率的差别被称为“本族优势”(Garcia Lecumberri & Cooke, 2006)。虽然图2显示英国被试的总体本族优势在各种条件下保持稳定，然而图3显示，英国被试在单个辅音上的本族优势大小并不一致，且在各种噪声下的变化也并不相同。在Clean条件下，英国被试的本族优势主要来自于 /d, f, v,,, s, z,, w/,绝大多数属于塞擦音(affricate)和擦音(fricative)，也就是中英文辅音系统差别最大的部分。对于其它辅音，英国被试的本族优势则相对较小。

再看本族优势在噪声条件下的变化(见图4)。英国被试在ECS中的本族优势增长主要来自于原本在Clean条件下本族优势较小的辅音，如/p, b, t, d, k,,, m, l, r, j/。而对于大多数原本在Clean条件下本族优势较大的辅音，如/d, f, v,, z,/，本族优势有相对较大程度的减小，也就是说英文听者与中文听者的识别差距减小。对于辅音/s,, h, n, w/来说，本族优势则变化不大。将SSN条件下的本族优势与Clean条件下相比较，较大的本族优势增长来自于辅音/p, k,, z,, l, r/，其中/, l, r/的增长最为显著；较大的本族优势减小来自于/f, v,,, s,/，尤其是/f/；其它辅音的变化则不大。

图4　英国被试相对中国被试的对单个英语辅音识别的本族优势，也即英国被试正确识别率与中国被试正确识别率之间的差值

仔细分析和比较中英被试对擦音的混淆情况(见表1—表4)可见，中英被试在Clean条件下对擦音的混淆基本不存在擦音以外的混淆对象，在SSN条件下他们都减少了擦音内部的混淆，而将混淆对象转向塞音。中国被试虽然在SSN中的识别率下降，但由于他们大幅减小了擦音内部混淆，且表现出与英国被试较为相似的混淆模式，所以他们与英国被试的识别率差距减小，英国被试的本族优势减小。

表1　中国被试在Clean条件下的英语辅音识别混淆矩阵，表中纵轴代表播放给被试的辅音范畴，横轴代表被试的识别选择辅音范畴，各个数字代表识别百分比，对角线上数值即为正确识别率，纵横轴含义在下列各表中相同。

表2　中国被试在SSN条件下的英语辅音识别混淆矩阵

表3　英国被试在Clean条件下的英语辅音识别混淆矩阵

表4　英国被试在SSN条件下的英语辅音识别混淆矩阵

续表

6. 讨论

6.1噪声类型的影响

本文对母语为汉语普通话的中国被试者在Clean，ECS和SSN等条件下对英语辅音的听辨识别情况进行了实验研究，并与本族英国被试者在相同条件下的识别情况进行了对比分析。结果显示，噪声条件对所有被试者的不利影响显著，且噪声对中国被试的不利影响要显著大于对英国被试的影响，这与之前的多个以不同欧洲语言作为母语的研究结果相一致(Cutler等，2004; Garcia Lecumberri& Cooke, 2006; Cutler等，2007; Cooke等，2010; Van Dommelen & Hazan, 2010)。在信噪比相同的情况下，竞争说话人噪音比持续噪音(SSN)的屏蔽影响小约6—8dB (Miller & Nicely, 1955)，也就是说信息屏蔽型噪声对被试者的不利影响一般要小于能量屏蔽型噪声。本文实验结果显示，总体来说，ECS对中国被试者的不利影响确实显著小于SSN，然而更加深入地对单个辅音识别情况的分析表明：不同噪声的遮蔽水平并非一以贯之而会因不同的辅音呈现出差异性。例如对于中国被试来说，他们在ECS下对/t, d , s/等辅音的识别率就低于在SSN下的识别率。与本文类似，Broersma和Scharenborg(2010)也发现，在具体辅音上，SSN对荷兰语者英语辅音感知的影响并不总是大于ECS所带来的影响。一个可能的解释为，竞争说话人噪声的动态性造成了其对不同的辅音的遮蔽效果呈现出差异性，因为当目标辅音出现的时候，此时加入的背景竞争说话人噪音中出现的元音、辅音以及说话人停顿、重音、语调等韵律因素的不确定性对被试者的听辨识别可能会产生不同的影响。

6.2本族优势

Cutler等(2004)发现英语被试相对荷兰语被试的本族优势在不同信噪比的噪声条件下没有显著变化。与之类似，本文发现英国被试在Clean、ECS及SSN等条件下的总体本族优势保持在8个百分点左右。类似的结果在Van Dommelen和Hazan (2010)对挪威语被试的研究中也有报道。然而Garcia Lecumberri和Cooke(2006)发现英国被试相对西班牙语被试的本族优势在噪声中比在安静条件下显著扩大。Cutler等(2007)的研究则发现，英国被试相对荷兰语被试的本族优势在噪声条件下没有显著变化，但他们相对西语被试的本族优势则在噪声中扩大。Van Dommelen和Hazan(2010)认为，使用变化性较高的噪声语音刺激可能导致被试者的认知负荷加重，从而使得本族优势减弱，最终导致本族被试与非本族被试在各种条件下的差别变化不大。然而这无法解释为何本文以及Cutler等(2007)一文使用与Garcia Lecumberri和Cooke(2006)一文类似的相对低变化性噪声语音刺激，却能得到完全不同的本族优势变化模式。

实际上本文对单个辅音的本族优势的分析显示，原本在Clean条件下本族优势较小的辅音在噪声中的本族优势变大，而原本在Clean条件下本族优势较大的辅音在噪声中的本族优势减少，此消彼长导致从总体上看本族优势在Clean条件和噪声条件下的区别不显著。进一步考察这两类辅音可以看到，在噪声中本族优势变大的辅音基本上来自于那些在中英两种语言中较为相似、有着较好对应关系的辅音，如塞音；而在噪声中本族优势变小的辅音大多来自英语中独有、与汉语普通话没有较好对应关系的辅音，如擦音。虽然本族优势的这种反方向变化的具体原因在本文的实验设计框架下不能给出直接解答(Cutler等(2007)对擦音的本族优势的下降给出了一个解释，将在下一节详细讨论)，然而是否与中文辅音系统有较好的对应关系当是这些英语辅音本族优势变化方向的主要影响因素之一。探索本族优势反向变化的具体原因将是未来研究工作的方向之一。

6.3中英文擦音范畴的对应关系对本族优势的影响

中国被试对英语擦音的识别存在困难，在噪声条件下尤为明显，这与Cutler等(2007)报道的西语被试与荷语被试类似。Cutler等人认为，由于西班牙语和英语在擦音上存在着类似的/f-/对立范畴，所以西语被试可能会使用和英语被试类似的共振峰过渡线索(formant transitional cue)来对擦音进行识别，而由于荷兰语的擦音和英语不存在这种类似性，所以荷语被试并不关注共振峰过渡线索而使用其它如高频噪声信息来进行英语擦音的识别(Wagner等，2006)。由于SSN对共振峰过渡线索的遮蔽较大，因而西语被试在SSN条件下对擦音的识别率下降很大，导致英语被试的本族优势扩大。而由于荷兰语被试不依赖共振峰过渡线索，结果反而是其与英语被试在SSN条件下的识别率差距无显著变化。

因此，用中国被试不关注共振峰过渡线索来解释英国被试在SSN中的本族优势未显著增长似乎并不合理。SSN不仅对擦音之间区别特征的遮蔽作用显著，而且其对擦音与其它辅音范畴(如塞音)的区别特征的遮蔽作用也十分显著，导致了中英被试都出现了将大量塞音作为擦音的混淆对象的情况，间接地减少了中国被试在擦音内部的混淆，使得中英被试出现较为相似的对擦音的混淆模式，最终导致中英被试对擦音的识别率差距并未扩大。因此对SSN对关键区别特征的遮蔽作用或许应从全局角度考查而非仅仅讨论其对某一类辅音的某一特征的屏蔽作用。

7. 结论

本文对中国二语英语学习者以及英语本族语者在噪声条件下的英语辅音感知识别进行了比较研究。信息遮蔽型噪声对中国学习者的不利影响总体上小于能量遮蔽型噪声，但在具体的辅音上却呈现出差异性，体现出其动态性特征。在噪声条件下，英语本族语者相对于中国学习者的本族优势虽然从总体上看保持稳定，但在具体辅音上却呈现出扩大/减小两种对立的变化模式。本文的结果显示，本族优势的这种对立的变化模式与中英文辅音系统对应范畴的相似/差异性有密切关系；考察噪声对二语学习者和本族语者在辅音感知时所使用的声学线索的遮蔽作用应当从两种语言辅音系统声学特征异同的全局出发。

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Effect of Noise Condition on the Perception of L2 English Consonants

Abstract:An Comparative experiment on Chinese L2 learners’and English native speakers’ perception of English consonants in quiet and noise conditions was carried out. The results showed that the obstructive effect informational noise has generally smaller than energetic noise on Chinese learners’ perception performance, except for a few reversed cases were found on some certain consonants. Although the overall native advantage of consonant perception remained a constant across different noise conditions, detailed results demonstrated that the native advantages were enlarged on some consonants but reduced on the others. The direction of the changes of native advantage was closely related to the similarities and discrepancies between the two languages’consonant systems. The difference between Chinese and English subjects’ performances of perception in noise, and its relation to the mappings between the fricatives of the two languages were also discussed.

Key Words:L2 consonant perception; perception in noise; energetic masker; informational masker; native advantage

中图分类号：H0

文献标识码：A

文章编号：2095-4891(2016)02-0044-09

基金项目：本文系江苏省社会科学基金青年项目“二语英语辅音感知和产出的实验研究”(项目编号：14YYC001)、国家社会科学基金一般项目“基于平行语音库的英汉韵律结构对比研究：语音、词汇、句法的交互”(项目编号：11BYY008)、金陵科技学院校级科研基金项目(项目编号：2014-jit-n-09)和江苏省高校哲学社会科学一般项目(项目编号：2013SJB740018)的阶段性研究成果。

作者简介：龚箭，讲师，博士；研究方向：二语语音感知、二语习得、语音信号处理。周卫京，教授，博士；研究方向：英汉语音学、应用语言学、二语习得。张松松，副教授，博士生；研究方向：外国语言学及应用语言学、理论语言学、认知语言学、句法学研究、外语教学

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