Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm Tiếng Việt Trong Âm Học

Nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt kết hợp âm tắc và thanh điệu qua khảo sát thực nghiệm, cung cấp cái nhìn sâu sắc về ngữ âm học.

• Tác giả: Nguyễn Hàm Dương
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Ngôn Ngữ Học
• Đề tài: Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm Tiếng Việt
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm Tiếng Việt

Nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt là một lĩnh vực quan trọng trong ngữ âm học. Nguyên âm trong tiếng Việt không chỉ là âm vị cơ bản mà còn có vai trò quyết định trong việc hình thành âm tiết. Việc phân tích cấu trúc formant giúp hiểu rõ hơn về cách phát âm và nhận diện âm thanh trong ngôn ngữ này. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nguyên âm tiếng Việt có sự khác biệt rõ rệt về mặt âm học, ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thanh điệu và phụ âm.

1.1. Đặc Điểm Cấu Trúc Âm Thanh Trong Tiếng Việt

Tiếng Việt có ba loại âm vị: nguyên âm, phụ âm và thanh điệu. Nguyên âm và phụ âm là những âm vị tuyến tính, trong khi thanh điệu là âm vị phi tuyến tính. Điều này tạo ra sự phong phú trong cách phát âm và nhận diện âm thanh.

1.2. Vai Trò Của Nguyên Âm Trong Âm Tiết

Nguyên âm là đơn vị cơ bản trong âm tiết tiếng Việt. Mỗi âm tiết được cấu thành từ một nguyên âm và có thể kết hợp với các phụ âm. Sự kết hợp này tạo ra các âm tiết phong phú và đa dạng trong ngôn ngữ.

II. Vấn Đề Trong Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết. Một trong những thách thức lớn là mối quan hệ giữa âm đầu, âm cuối và nguyên âm. Các yếu tố này có thể ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh và cách mà người nghe nhận diện âm vị.

2.1. Mối Quan Hệ Giữa Âm Đầu Và Nguyên Âm

Âm đầu có thể ảnh hưởng đến cách phát âm của nguyên âm. Nghiên cứu cần tập trung vào việc phân tích sự tương tác giữa âm đầu và nguyên âm để hiểu rõ hơn về cấu trúc âm thanh.

2.2. Ảnh Hưởng Của Âm Cuối Đến Nguyên Âm

Âm cuối cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng của nguyên âm. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của âm cuối đến nguyên âm sẽ giúp làm rõ hơn về cấu trúc âm thanh trong tiếng Việt.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm

Để nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt, các phương pháp thực nghiệm đã được áp dụng. Các nghiên cứu sử dụng công nghệ phân tích âm thanh hiện đại để thu thập dữ liệu về tần số formant của nguyên âm. Phương pháp này cho phép xác định các đặc điểm âm học một cách chính xác.

3.1. Sử Dụng Công Nghệ Phân Tích Âm Thanh

Công nghệ phân tích âm thanh giúp thu thập dữ liệu về tần số formant của nguyên âm. Các thiết bị hiện đại cho phép phân tích chính xác các đặc điểm âm học của nguyên âm trong tiếng Việt.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Thực Nghiệm

Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích để xác định các đặc điểm âm học của nguyên âm. Việc phân tích này giúp làm rõ hơn về cấu trúc formant và các yếu tố ảnh hưởng đến nó.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant

Nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong công nghệ nhận dạng tiếng nói và tổng hợp tiếng nói, giúp cải thiện chất lượng giao tiếp trong các ứng dụng công nghệ.

4.1. Ứng Dụng Trong Công Nghệ Nhận Dạng Tiếng Nói

Các nghiên cứu về formant có thể được áp dụng trong công nghệ nhận dạng tiếng nói, giúp cải thiện độ chính xác trong việc nhận diện âm thanh và ngữ điệu của người nói.

4.2. Tích Hợp Vào Phần Mềm Tổng Hợp Tiếng Nói

Kết quả nghiên cứu cũng có thể được tích hợp vào các phần mềm tổng hợp tiếng nói, giúp tạo ra giọng nói tự nhiên và dễ hiểu hơn cho người dùng.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Cấu Trúc Formant Của Nguyên Âm

Nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Các kết quả nghiên cứu không chỉ giúp hiểu rõ hơn về âm học của tiếng Việt mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu sẽ giúp nâng cao chất lượng công nghệ nhận dạng và tổng hợp tiếng nói.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Âm Học

Nghiên cứu âm học sẽ tiếp tục phát triển, mở ra nhiều cơ hội mới trong việc ứng dụng công nghệ vào ngôn ngữ học. Các nghiên cứu sâu hơn về formant sẽ giúp cải thiện khả năng nhận diện âm thanh.

5.2. Khuyến Khích Nghiên Cứu Thực Nghiệm

Cần khuyến khích các nghiên cứu thực nghiệm để làm rõ hơn về cấu trúc formant của nguyên âm. Việc này sẽ giúp nâng cao hiểu biết về âm học và ứng dụng trong công nghệ.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Đề tài luận án tiến sĩ "Cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt trong kết hợp với âm tắc và thanh điệu (Trên cơ sở khảo sát thực nghiệm)" thuộc chuyên ngành Ngôn ngữ học (hướng Ngữ âm học thực nghiệm và Xử lý tiếng nói).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, tiếng Việt là một ngôn ngữ thuộc loại hình đơn lập, trong đó âm tiết là một đơn vị hoàn chỉnh độc lập, là đơn vị cuối cùng trong việc phân xuất các đơn vị của lời nói và là cơ sở để phân tích cấu trúc kết hợp các âm vị. Hệ thống âm vị tiếng Việt bao gồm ba loại: nguyên âm, phụ âm (các âm vị đoạn tính, tuyến tính) và thanh điệu (âm vị siêu đoạn tính, phi tuyến tính, bao trùm toàn bộ âm tiết). Mặc dù các công trình thực nghiệm trước đây đã công bố nhiều kết quả về hệ thanh điệu và formant của các nguyên âm đơn độc lập, nhưng trong phạm vi âm tiết tiếng Việt, mối quan hệ hay vai trò tác động qua lại của âm đầu và âm cuối đối với nguyên âm (thể hiện qua cấu trúc formant) và thanh điệu (thể hiện qua âm vực và đường nét) vẫn chưa được giải quyết một cách toàn diện. Cùng với đó, sự phát triển của công nghệ thông tin, viễn thông và các hệ thống tự động nhận dạng, tổng hợp tiếng nói (với sự xuất hiện của các phần mềm thương mại tiếng Anh như IBM Via Voice, Dragon Naturally Speaking, L&H Voice Xpress hay giao diện VUI của Microsoft; cùng các chương trình nghiên cứu nhận dạng tiếng Việt được triển khai từ năm 1981 và ưu tiên từ năm 1991 đến nay) đặt ra nhu cầu cấp thiết về việc cung cấp các thông số âm học thực nghiệm cụ thể và chính xác của ngữ âm tiếng Việt.

Mục đích chính của luận án là mô tả cấu trúc formant của các nguyên âm đơn trong kết hợp với thanh điệu và âm tắc ở các vị trí khác nhau trong âm tiết, nhằm cung cấp các thông số âm học cho quá trình tổng hợp và nhận dạng giọng nói tiếng Việt. Để đạt mục đích này, luận án xác định 8 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu cấu trúc formant của nguyên âm ở nước ngoài và ở Việt Nam nhằm xác định rõ hướng nghiên cứu của đề tài.
2. Xây dựng cơ sở lí thuyết cho đề tài trên cơ sở định rõ khái niệm cấu trúc formant của nguyên âm và những vấn đề liên quan.
3. Tìm các đặc điểm âm học liên quan đến formant của nguyên âm trong quan hệ với thanh điệu và phụ âm tắc, phụ âm mũi; đồng thời xác định sự tác động qua lại của các yếu tố như phụ âm (phụ âm tắc, phụ âm mũi) và thanh điệu đến formant của nguyên âm trên ba phương diện: trường độ formant, vùng tần số formant và diễn tiến formant.
4. Chỉ ra các đặc điểm âm học của mối quan hệ giữa phụ âm và nguyên âm, giữa thanh điệu và nguyên âm.
5. Phân tích và mô tả đặc điểm liên cấu âm giữa thanh điệu và nguyên âm.
6. Phân tích và mô tả đặc điểm liên cấu âm giữa phụ âm đầu tắc và nguyên âm.
7. Phân tích và mô tả đặc điểm liên cấu âm giữa phụ âm cuối tắc và nguyên âm.
8. Rút ra những nhận xét chung về đặc điểm ngữ âm âm học của mối quan hệ giữa thanh điệu và nguyên âm, giữa phụ âm và nguyên âm có so sánh và thảo luận với kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là cấu trúc formant của các nguyên âm đơn tiếng Việt trong bối cảnh kết hợp với thanh điệu và phụ âm tắc ở cả hai vị trí mở đầu và kết thúc âm tiết.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn dài tiếng Việt (/i, e, ɛ, ɯ, ɤ, a, u, o, ɔ/), kết hợp với 6 phụ âm đầu tắc và mũi (/p, t, k, m, n, ŋ/), 6 phụ âm cuối tắc và mũi (/p, t, k, m, n, ŋ/) và 6 thanh điệu, được thực hiện qua giọng đọc chuẩn của 6 phát thanh viên Đài Tiếng nói Việt Nam tại Hà Nội (lứa tuổi 30-40). Nghiên cứu không khảo sát các âm tiết có âm đệm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án được chia thành hai mảng lớn: các nghiên cứu quốc tế và các nghiên cứu tại Việt Nam về formant và cấu trúc âm tiết.

Về các nghiên cứu trên thế giới:

• Khái niệm và bản đồ formant nguyên âm: Hermann, L. (1889) đề xuất khái niệm formant dựa trên sự gia tăng cường độ do cộng hưởng khoang. Gunnar Fant (1960) định nghĩa formant là các đỉnh quang phổ của phổ âm thanh, và Benade (1976) xem formant là các đỉnh trong đường bao phổ. Peterson và Barney (1952) đã lập bản đồ âm học 10 nguyên âm đơn tiếng Anh từ 76 người nói (nam, nữ, trẻ em) trong khuôn cấu trúc /hVd/, phân tích mối quan hệ giữa các giá trị formant với sự biến thiên cá nhân và phương ngữ. Shepard (1972) chỉ ra sự nhầm lẫn thẩm nhận liên quan trực tiếp đến sự gần gũi âm học của ba formant thấp nhất. Ladefoged và Maddieson (1990) chứng minh tần số formant xác định đặc trưng âm vị học qua lời nói tổng hợp (như việc hạ tần số formant để biến từ head thành hid). Gunnar Fant và cộng sự (1959) đã khảo sát 24 sinh viên nam Viện Kỹ thuật Hoàng gia Thụy Điển đối với các nguyên âm /u:, o:, a:, e:, y:, i:/ phục vụ ứng dụng của hãng Ericsson.
• Chuyển tiếp formant và tiêu điểm (loci) của phụ âm: Gunnar Fant trong công trình "Stops in CV" mô tả tác động của phụ âm tắc đến formant. Manjari Ohala và John J. Ohala (1998) khảo sát cấu trúc VC (/a, i, u/ với /p, t, ʈ, k/) trong tiếng Hindi. Hant và Abeer Alwan nghiên cứu mô hình chuyển tiếp formant trong môi trường nhiễu và ngưỡng trượt thanh điệu. Nhóm tác giả trên tạp chí The Journal of Acoustical Society of America (1958) khẳng định chuyển tiếp F3 là dấu hiệu thẩm nhận các âm /b, d, g/. Cooper và cộng sự (1955, 1958) xác lập tiêu điểm (locus) của F2 cho các âm tắc hữu thanh (/b/ tại 720 cps, /d/ tại 1800 cps, /g/ trên 1200 cps). Yan Jingzhu (1995) phân tích 661 chuỗi kết hợp âm tiết VV tiếng Trung Quốc chuẩn bằng máy Kay và Sonagraph 5500.
• Đặc trưng phương ngữ và cá thể: Andrew Butcher (2006) phân tích âm học cấu trúc /hVd/ của 92 phụ nữ miền Nam Australia bằng chương trình SIL. Martine Toda, Shinji Maeda, Micheal Aron và Marie-Odile Berger khảo sát cấu trúc formant F1-F2 của người nói lắp ở tốc độ phát âm khác nhau.

Về các nghiên cứu tại Việt Nam:

• Nghiên cứu thực nghiệm về thanh điệu và formant: Lê Văn Lý là người đầu tiên nghiên cứu thực nghiệm về thanh điệu tiếng Việt. Han Mieko (1968, 1969) khảo sát 11 nguyên âm đơn tiếng Hà Nội, xác định tác động của thanh 6 (thanh nặng) làm biến đổi F1 ở các nguyên âm hẹp và trung bình. Nguyễn Văn Ái (1973, 1974) phân tích 400 ảnh sóng âm và 1.300 đơn vị âm tiết trên máy xônagorap từ 3 cộng tác viên, đưa ra bảng vùng tần số F1-F2 của 9 nguyên âm và kết luận nguyên âm đơn tiếng Việt có từ 2 đến 5 formant. Hoàng Cao Cương (1982, 1986) phân tích sonagram, chỉ ra các thanh 1, 3, 5 thể hiện F2 rõ nét, trong khi các thanh khác thể hiện F1 rõ hơn; chuyển tiếp C1V (biến thiên 3-5 dB, trường độ tối thiểu 15 ms) ổn định hơn chuyển tiếp VC2 (biến thiên dưới 2 dB, trường độ dưới 10 ms); đồng thời phân lập thanh 1 là thanh thuần điệu tính, còn các thanh 3, 6, 5', 6' chịu sự chi phối của cấu trúc chiết đoạn. Vũ Kim Bảng (1984, 2002) đo đạc hệ formant của 9 nguyên âm đơn tiếng Hà Nội theo đơn vị Hz và Bark theo giới tính. Ngoài ra còn có các nghiên cứu của Nguyễn Hàm Dương (1962), Nguyễn Văn Lợi, Vũ Thanh Phương, Andrea Phạm Hoa.
• Về mô hình cấu trúc âm tiết tiếng Việt: Lê Văn Lý chia âm tiết thành 4 loại tuyến tính (V, VC, CV, CVC); Nguyễn Bạt Tụy phân loại vần chính, vần bán, vần phụ; M. B. Emeneau (1951) mô tả tổ hợp phụ âm + nguyên âm + phụ âm; Laurence Thompson (1965) đề xuất mô hình hai bậc gồm âm đầu + hạt nhân + thanh điệu; Nguyễn Quang Hồng (1974) xem tiết vị là đơn vị cơ bản gồm khuôn thanh, khuôn vần kết hợp thanh và hô; Cao Xuân Hạo (1965, 1986, 1998) xây dựng lý thuyết phi đoạn và tính không phân lập của âm tiết tiếng Việt; Hoàng Tuệ (1972) nhấn mạnh quan hệ kết hợp âm chính - âm cuối; Đoàn Thiện Thuật (1977) đề xuất mô hình tầng bậc kết hợp cả yếu tố đoạn tính và siêu đoạn tính.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Luận án đi sâu khảo sát định lượng toàn diện cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn khi chịu sự tác động đồng thời của phụ âm tắc (ở cả vị trí âm đầu và âm cuối) và hệ thống thanh điệu, phân tích chi tiết vùng tần số, trường độ và diễn tiến chuyển tiếp formant.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết ngữ âm học âm học và mô hình cấu trúc âm tiết tiếng Việt:

• Khái niệm formant: Formant là các đỉnh cộng hưởng trong phổ âm thanh. Khoang họng tạo ra formant thứ nhất (F1) phản ánh độ mở của miệng và độ nâng của lưỡi; khoang miệng tạo ra formant thứ hai (F2) phản ánh vị trí trước/sau của lưỡi. F3 xuất hiện rõ ở các âm mũi, còn F4, F5 liên quan đến đặc trưng cá nhân người nói.
• Giải phẫu bộ máy phát âm: Bao gồm hệ hô hấp (phổi, khí quản) cung cấp năng lượng; thanh hầu (gồm sụn nhẫn, sụn giáp tạo góc 90 độ ở nam và 120 độ ở nữ hình thành "quả táo của Ađam", sụn phễu và dây thanh); các khoang cộng hưởng (họng, miệng, mũi). Dây thanh ở trạng thái tĩnh dài khoảng 1,5 cm ở nam và 1,2 cm ở nữ. Chiều dài bộ máy phát âm điển hình ở nam giới là 17,6 cm (Fant 1960), ở nữ giới bằng 80-90% và ở trẻ em bằng khoảng 50% người lớn (Pickett 1980).
• Cơ chế tạo âm: Hoạt động rung của dây thanh tạo âm cơ bản theo lý thuyết cơ đàn hồi (myoelastic-aerodynamic). Âm thanh tiếng nói có các đặc trưng vật lý: dạng sóng tuần hoàn (nguyên âm - tiếng thanh) và không tuần hoàn (phụ âm - tiếng động); cao độ tương quan với tần số thanh cơ bản F0 (trung bình 130 Hz ở nam, 220 Hz ở nữ, 270 Hz ở trẻ em theo Peterson và Barney); cường độ tính bằng decibel (dB) theo hàm logarit của áp lực âm thanh; trường độ tính bằng mili giây (ms).
• Khung cấu trúc âm tiết: Tiếp thu mô hình cấu trúc âm tiết tầng bậc của Đoàn Thiện Thuật (1977), xem âm tiết tiếng Việt gồm thành phần siêu đoạn tính (thanh điệu bao trùm) và các thành phần đoạn tính (âm đầu, âm chính, âm cuối).

Bảng đối chiếu tần số F1 và F2 của 9 nguyên âm đơn tiếng Việt độc lập theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Ái (1973) được luận án sử dụng làm căn cứ tham chiếu:

Nguyên âm	Vùng tần số F1 (Hz)	Vùng tần số F2 (Hz)
/i/	250 - 420	2380 - 3360
/ê/	354 - 595	2000 - 2830
/e/	595 - 840	1630 - 2380
/ư/	250 - 420	840 - 1190
/ơ/	354 - 595	1000 - 1190
/a/	707 - 1000	1190 - 1410
/u/	250 - 420	595 - 840
/ô/	354 - 595	707 - 1000
/o/	595 - 707	840 - 1000

Phương pháp nghiên cứu và quy trình thực nghiệm:

• Phương pháp: Sử dụng phương pháp miêu tả kết hợp ngữ âm học thực nghiệm, cùng các thủ pháp thống kê và so sánh âm học.
• Quy trình thu âm: Thực hiện trong phòng thu cách âm của Đài Tiếng nói Việt Nam (độ ồn nền 1 dB), sử dụng microphone SHURE SM 58 đặt cách miệng 5-10 cm. Tín hiệu được ghi âm trực tiếp bằng phần mềm CoolEdit Pro, số hóa 16-bit Mono ở tần số lấy mẫu 11.025 Hz.
• Công cụ phân tích: Sử dụng phần mềm phân tích ngữ âm Praat để hiển thị dạng sóng, phổ âm (spectrogram), trích xuất các đường nét formant (F1, F2, F3, F4) và đo các tham số âm học theo các bước đo cách đều 10 ms. Trên mỗi ảnh phổ, xác định hai điểm mốc: điểm bắt đầu đỉnh chuyển tiếp (ranh giới phụ âm - nguyên âm) và điểm kết thúc chuyển tiếp (khi formant ổn định). Dữ liệu sau xử lý được xuất sang Excel để tính toán thống kê và vẽ biểu đồ.
• Tư liệu và mẫu khảo sát: 6 cộng tác viên (3 nam, 3 nữ) là phát thanh viên Đài Tiếng nói Việt Nam, nói giọng Hà Nội chuẩn, độ tuổi 30-40. Tổng số mẫu âm tiết khảo sát là 1.134 mẫu, phân bố qua 5 kiểu cấu trúc:
  1. Cấu trúc 1 (V): 9 nguyên âm × 6 thanh điệu × 6 CTV = 324 mẫu.
  2. Cấu trúc 2 (CV - âm đầu tắc): 3 phụ âm /p, t, k/ × 9 nguyên âm × 6 CTV = 162 mẫu.
  3. Cấu trúc 3 (CV - âm đầu mũi): 3 phụ âm /m, n, ŋ/ × 9 nguyên âm × 6 CTV = 162 mẫu.
  4. Cấu trúc 4 (VC - âm cuối mũi): 3 phụ âm /m, n, ŋ/ × 9 nguyên âm × 6 CTV = 162 mẫu.
  5. Cấu trúc 5 (VC - âm cuối tắc): 3 phụ âm /p, t, k/ × 9 nguyên âm × 2 thanh điệu (sắc, nặng) × 6 CTV = 324 mẫu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí thuyết

Chương 1 tổng thuật các nghiên cứu về formant nguyên âm trên thế giới và ở Việt Nam, hệ thống hóa giải phẫu bộ máy phát âm, các đặc trưng vật lý âm thanh (sóng âm, F0, dB, ms), cơ chế cấu âm nguyên âm và phụ âm, cùng 8 mô hình cấu trúc âm tiết tiếng Việt trong lịch sử nghiên cứu ngôn ngữ học.

Chương 2: Mối quan hệ giữa formant của nguyên âm và thanh điệu

Chương này tập trung phân tích sự tác động của tần số cơ bản F0 và các thanh điệu lên cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn tiếng Việt:

• Tác động lên trường độ: Thanh điệu chi phối trực tiếp đến trường độ của nguyên âm. Các thanh bằng (huyền, ngang) có trường độ dài hơn rõ rệt so với các thanh trắc. Trật tự trường độ nguyên âm theo thanh điệu giảm dần từ dài đến ngắn như sau: Huyền > Ngang > Ngã > Sắc > Hỏi > Nặng.
• Kết hợp với thanh huyền, nguyên âm đạt trường độ dài nhất (322 - 408 ms ở nam; 368 - 415 ms ở nữ). Kết hợp với thanh nặng, nguyên âm có trường độ ngắn nhất (158 - 197 ms ở nam; 165 - 227 ms ở nữ).

Dữ liệu đo đạc thực nghiệm trường độ nguyên âm theo thanh điệu được tổng hợp trong hai bảng sau:

Bảng 2.1: Trường độ nguyên âm trong kết hợp với thanh điệu ở nhóm CTV Nam (đơn vị: ms)

Nguyên âm	Thanh Huyền	Thanh Ngang	Thanh Ngã	Thanh Sắc	Thanh Hỏi	Thanh Nặng
/i/	371	363	313	256	267	158
/ê/	332	324	301	257	233	184
/e/	357	352	301	258	220	178
/ư/	331	328	300	274	254	176
/ơ/	339	333	276	276	254	167
/a/	322	317	271	290	222	159
/u/	341	333	275	258	247	186
/ô/	345	331	291	289	257	197
/o/	367	333	288	291	228	160

Bảng 2.2: Trường độ nguyên âm trong kết hợp với thanh điệu ở nhóm CTV Nữ (đơn vị: ms)

Nguyên âm	Thanh Huyền	Thanh Ngang	Thanh Ngã	Thanh Sắc	Thanh Hỏi	Thanh Nặng
/i/	379	328	314	260	259	202
/ê/	415	353	298	286	276	216
/e/	368	346	283	299	280	185
/ư/	394	354	272	264	257	199
/ơ/	408	363	305	272	288	195
/a/	407	351	312	288	266	171
/u/	380	371	289	280	274	187
/ô/	404	364	322	294	266	227
/o/	370	367	294	273	259	165

Chương 3: Formant của nguyên âm trong kết hợp với âm đầu tắc và thanh điệu

Chương 3 khảo sát sự ảnh hưởng của nhóm phụ âm đầu tắc vô thanh /p, t, k/ và nhóm phụ âm đầu mũi /m, n, ŋ/ đến cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn. Nội dung phân tích tập trung vào các phương diện: biến đổi vùng tần số F1-F2, hình thái diễn tiến đường nét chuyển tiếp C1V, trường độ của phụ âm đầu và thời gian quá độ của formant từ điểm bắt đầu đến khi đạt trạng thái ổn định.

Chương 4: Formant của nguyên âm trong kết hợp với âm cuối tắc và thanh điệu

Chương 4 mô tả sự chi phối của nhóm phụ âm cuối tắc vô thanh /p, t, k/ (kết hợp với hai thanh điệu mang tính nghẽn thanh hầu là thanh sắc và thanh nặng) trong tương quan so sánh với nhóm phụ âm cuối mũi /m, n, ŋ/ đối với cấu trúc formant nguyên âm. Phân tích chỉ ra các biến đổi về trường độ nguyên âm trong âm tiết khép, vùng tần số và diễn tiến đường nét chuyển tiếp VC2 khi âm tiết tiến về điểm kết thúc.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án xác lập các đóng góp khoa học mới về mặt lý luận và thực tiễn:

• Đóng góp về lý luận:
  • Xác định quy luật biến đổi cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt khi kết hợp với thanh điệu và âm tắc, được mô tả có hệ thống trên cả ba phương diện: trường độ formant, vùng tần số formant và diễn tiến vùng tần số.
  • Cung cấp bằng chứng thực nghiệm âm học làm sáng tỏ đặc điểm ngữ âm học của mối quan hệ giữa các đơn vị đoạn tính (nguyên âm, phụ âm) và siêu đoạn tính (thanh điệu) trong cấu trúc âm tiết tiếng Việt, đóng góp vào lý thuyết âm vị học loại hình ngôn ngữ đơn lập.
• Đóng góp về thực tiễn:
  • Mô hình hóa và xác định hệ thống tham số âm học định lượng đặc trưng cho vùng quá độ giữa formant và âm tắc, giữa formant và thanh điệu.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu tham số ngữ âm thực nghiệm phục vụ trực tiếp cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng của các hệ thống nhận dạng và tổng hợp tiếng nói tiếng Việt.
• Kiến nghị và giải pháp:
  • Ứng dụng các quy luật chuyển tiếp formant và tham số trường độ thực nghiệm vào các thuật toán tổng hợp formant trong các hệ thống tự động trả lời, xử lý giọng nói tiếng Việt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi tư liệu mới giới hạn trên 9 nguyên âm đơn dài tiếng Việt, chưa mở rộng khảo sát các nguyên âm ngắn và nguyên âm đôi.
• Mẫu thực nghiệm tập trung vào 6 phát thanh viên chuẩn giọng Hà Nội trong độ tuổi 30-40, chưa bao quát các nhóm tuổi khác và các vùng phương ngữ khác.
• Dữ liệu thu thập từ bảng từ đọc chuẩn trong phòng thu, chưa khảo sát lời nói tự nhiên trong ngữ cảnh hội thoại liên tục.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các phong cách nói khác nhau trong chuỗi lời nói liên tục.
• Khảo sát mở rộng trên các vùng phương ngữ tiếng Việt khác nhau và các nhóm cá nhân thuộc nhiều lứa tuổi khác nhau.
• Ứng dụng các tham số âm học vào lĩnh vực giám định âm thanh lời nói tiếng Việt.

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Ngôn ngữ học, Ngữ âm học tiếng Việt và Ngôn ngữ học so sánh: Giá trị tham khảo nằm ở khung lý thuyết phân tích âm tiết tầng bậc và phương pháp nghiên cứu ngữ âm học thực nghiệm sử dụng phần mềm Praat.
• Kỹ sư công nghệ thông tin, chuyên gia xử lý ngôn ngữ tự nhiên và tiếng nói: Tham khảo trực tiếp bộ thông số F1, F2, trường độ và diễn tiến chuyển tiếp formant để tinh chỉnh các mô hình âm học trong nhận dạng và tổng hợp giọng nói tiếng Việt.
• Chuyên viên âm học và giám định tư pháp: Tham khảo các đặc trưng âm học cá thể và vùng tần số phục vụ công tác giám định âm thanh lời nói.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc âm tiết tiếng Việt được luận án lựa chọn làm khung phân tích dựa trên mô hình của tác giả nào?
Luận án lựa chọn mô hình cấu trúc âm tiết tầng bậc kết hợp cả yếu tố đoạn tính và siêu đoạn tính được trình bày bởi tác giả Đoàn Thiện Thuật trong công trình Ngữ âm tiếng Việt (1977) làm cơ sở phân tích.

2. Quy luật tác động của thanh điệu lên trường độ nguyên âm được xác lập như thế nào?
Trường độ nguyên âm khi kết hợp với thanh điệu giảm dần theo trật tự: Huyền > Ngang > Ngã > Sắc > Hỏi > Nặng. Nguyên âm kết hợp với thanh huyền có trường độ dài nhất (322 - 408 ms ở nam; 368 - 415 ms ở nữ), và kết hợp với thanh nặng có trường độ ngắn nhất (158 - 197 ms ở nam; 165 - 227 ms ở nữ).

3. Luận án sử dụng những công cụ phần mềm và thông số kỹ thuật nào trong quy trình thu âm và xử lý dữ liệu?
Luận án sử dụng phần mềm CoolEdit Pro để thu âm với tín hiệu số hóa 16-bit Mono, tần số lấy mẫu 11.025 Hz trong phòng thu cách âm (độ ồn 1 dB) qua microphone SHURE SM 58. Phần mềm Praat được dùng để phân tích dạng sóng, ảnh phổ, đo đạc F1, F2, F3, F4 và cường độ theo các bước đo cách đều 10 ms.

4. Mẫu khảo sát thực nghiệm của luận án bao gồm bao nhiêu kiểu cấu trúc âm tiết và tổng số bao nhiêu mẫu âm?
Mẫu khảo sát gồm 5 kiểu cấu trúc âm tiết (V, CV âm đầu tắc, CV âm đầu mũi, VC âm cuối mũi, VC âm cuối tắc) thực hiện trên 6 phát thanh viên Đài Tiếng nói Việt Nam, với tổng số 1.134 mẫu âm tiết.

5. Theo kết quả thực nghiệm của Nguyễn Văn Ái (1974) được dẫn trong luận án, nguyên âm đơn tiếng Việt có bao nhiêu formant?
Theo công trình của Nguyễn Văn Ái (1974) phân tích trên máy xônagorap với 1.300 đơn vị âm tiết, các nguyên âm đơn tiếng Việt có từ 2 đến 5 formant, trong đó nguyên âm /u/ thường xuất hiện 1 đến 2 formant, các nguyên âm khác có từ 4 đến 5 formant nhưng formant thứ 4 và thứ 5 có cường độ rất yếu.

Kết luận

Luận án là công trình nghiên cứu ngữ âm học thực nghiệm khảo sát định lượng cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn tiếng Việt trong mối quan hệ với thanh điệu và phụ âm tắc. Thông qua quy trình thực nghiệm trên 1.134 mẫu âm tiết với sự hỗ trợ của phần mềm Praat, nghiên cứu đã xác lập các quy luật biến đổi về trường độ, vùng tần số và diễn tiến chuyển tiếp của formant trong các cấu trúc âm tiết khác nhau. Kết quả của luận án đóng góp cứ liệu thực nghiệm cho lý thuyết cấu trúc âm tiết tiếng Việt và cung cấp hệ thống tham số âm học phục vụ công nghệ xử lý, nhận dạng và tổng hợp tiếng nói.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu và kết thúc âm tiết. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chỉ giới hạn với cấu trúc formant của 9 nguyên âm đơn tiếng Việt với 6 phụ âm đầu tắc, mũi /m, n, , p, t, k/ và 6 phụ âm cuối tắc, mũi /m, n, p, t/ và / , k/. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để phục vụ cho việc mô tả cấu trúc formant của nguyên âm trong các kết hợp, chúng tôi chủ yếu sử dụng hai phương pháp: phương pháp miêu tả và ngữ âm học thực nghiệm. Ngoài ra, để chỉ rõ sự ảnh hưởng giữa thanh điệu đến formant của nguyên âm, giữa phụ âm đầu và cuối đến formant so sánh với formant nguyên âm ở trạng thái độc lập, một số thủ pháp thống kê và so sánh cũng được sử dụng để trình bày, thể hiện và nhận xét các kết quả.

Để quan sát, miêu tả, phân tích các thông số âm học (các giá trị formant (F1, F2) của nguyên âm) cũng như vẽ các biểu đồ, luận án đã sử dụng phần mềm phân tích ngữ âm Praat. Minh hoạ chương trình Praat và các cửa sổ của nó. Praat gồm màn hình phía trên hiển thị dạng sóng của âm; màn hình dưới hiển thị các tham số: 1- Cửa sổ phía trên biểu thị dạng sóng của nguyên âm. 2 - Cửa sổ phía dưới biểu thị ảnh phổ trong đó có hiển thị đường nét diễn tiến formant của nguyên âm.

Ảnh phổ biểu thị vùng năng lượng của formant là những khoảng tối sậm màu; vùng sậm màu ở dưới cùng biểu thị F1 của nguyên âm, những vùng sậm màu phía trên biểu thị vùng tần số F2. 16 Đường nét của formant của nguyên âm được hiển thị bằng những điểm liên tục màu đen nhạt; 3- Cửa sổ nhỏ phía trên bên phải hiển thị các giá trị formant của nguyên âm trên từng điểm đo. Trục tung bên trái là thang đo và các mức tần số Hertz (Hz), trục hoành phía dưới là trường độ của âm được tính bằng mili giây (ms). Các khoảng đo cách đều nhau 10 ms cho phép theo dõi sự diễn tiến của formant và sự biến đổi của cường độ đo bằng decibel (dB) và ranh giới trường độ mỗi bộ phận cấu thành âm tiết theo hàm thời gian.

Diễn tiến tần số F3 Diễn tiến tần số F1 Diễn tiến tần số F2 Giá trị tần số F1, F2, F3, F4 trên từng điểm đo Căn cứ vào Spectrogam này, chúng tôi phải xác định được hai thông số âm học: - Trường độ của phụ âm đầu tính bằng mili giây (ms) liên quan đến phương thức và thanh tính của phụ âm đó. 17 - Trường độ formant của nguyên âm tính bằng mili giây (ms) liên quan đến phương thức và vị trí cấu âm của nguyên âm. - Diễn tiến của formant tính bằng Herz (Hz) theo thời gian (ms) trong đó quan trọng nhất là diễn tiến ở giai đoạn chuyển tiếp của F1 và F2 kết hợp với âm đầu và âm cuối. Đây là thông số âm học được quan tâm nghiên cứu.

Để xác định được hai thông số trên, ở mỗi Spectrogam phải xác định hai điểm quan trọng: - Điểm bắt đầu của đỉnh chuyển tiếp tức là ranh giới giữa phụ âm đầu và nguyên âm. - Điểm kết thúc chuyển tiếp của các formant, thời điểm mà các formant kết thúc quá trình đi lên hoặc đi xuống, bắt đầu diễn tiến đều đặn như formant của âm tiết trong kết hợp thanh điệu không bị chi phối bởi phụ âm đầu. Chương trình Praat tính toán diễn tiến tần số của tất cả các formant (F1, F2, F3, F4) của nguyên âm theo thời gian từ đầu đến cuối của một âm tiết. Như vậy, khi đã xác định được hai điểm trên trong một Spectrogam, chúng tôi có thể xác định được: - Trường độ (ms) của phụ âm đầu và trường độ formant của nguyên âm - Diễn tiến vùng tần số (Hz) của các formant trong giai đoạn chuyển tiếp và thời gian (ms) chuyển tiếp.

- Diễn tiến tần số (Hz) của các formant trong giai đoạn ổn định và thời gian (ms) ổn định. Kết quả đo trở thành nguồn tư liệu để vẽ các biểu đồ. Chúng tôi vẽ hai loại biểu đồ: - Biểu đồ thể hiện vùng tần số F1, F2 của các nguyên âm đơn của 6 CTV. 18 - Biểu đồ thể hiện trường độ formant của các nguyên âm trong các kết hợp.

Tất cả các dữ liệu thông số âm học về trường độ (ms), vùng tần số formant (Hz) của những CTV tiêu biểu, sau khi xử lí, được chuyển sang dạng văn bản Excel. Dữ liệu được trình bày ở phụ lục. Về ghi âm, chúng tôi lựa chọn 6 CTV là các phát thanh viên của Đài tiếng nói Việt Nam, giọng Hà Nội, có độ tuổi từ 30 đến 40, được yêu cầu phát âm theo bảng từ. Nguyên âm được chọn làm thực nghiệm ở đây là 9 nguyên âm đơn dài, xuất hiện trong kết hợp với 6 thanh điệu, và kết hợp với phụ âm ở các kiểu cấu trúc âm tiết khác nhau (CV, VC).

Các kiểu cấu trúc âm tiết được khảo sát trong luận án chỉ có nguyên âm và phụ âm mà chưa xét đến những trường hợp có âm đệm đi kèm. Cụ thể về các kiểu cấu trúc âm tiết tiếng Việt được khảo sát như sau: + Kiểu cấu trúc âm tiết 1 (V) bao gồm 9 nguyên âm đơn tiếng Việt kết hợp với 6 thanh điệu: i, ì, ĩ, ỉ, í, ị ê, e, ư, ơ, a, u, ô, o,… 9 nguyên âm x 6 thanh điệu x 6 CTV = 324 mẫu + Kiểu cấu trúc âm tiết 2 (CV) bao gồm 3 âm đầu ở vị trí C là các phụ âm /p, t, k/: ví dụ: pa, pi, pê, pe, ta, ti, tê, te, ca, ki, kê… 3 phụ âm x 9 nguyên âm x 6 CTV = 162 mẫu + Kiểu cấu trúc âm tiết 3 (CV) bao gồm 3 âm đầu ở vị trí C là các phụ âm /m, n, ŋ/, ví dụ: ma, mi, mê, mư, ni, nê, nghi, nghê. 3 phụ âm x 9 nguyên âm x 6 CTV = 162 mẫu + Kiểu cấu trúc âm tiết 4 (VC) bao gồm 3 âm cuối ở vị trí C là các phụ âm /m, n, ŋ/, ví dụ: am, im, êm, em, in, ên, en, inh, ang, eng. 3 phụ âm x 9 nguyên âm x 6 CTV = 162 mẫu + Kiểu cấu trúc âm tiết 5 (VC) bao gồm 3 âm cuối ở vị trí C là các phụ âm /p, t, k/, ví dụ: át, ít, ết, ét, ứt.

19 3 phụ âm x 9 nguyên âm x 2 thanh điệu x 6 CTV = 324 mẫu Tổng số các âm tiết khảo sát là 1134 mẫu. Việc tiến hành thu âm được thực hiện trong phòng thu của Đài tiếng nói Việt Nam với độ cách âm cao (mức độ ồn nhiễu 1dB), sử dụng microphone (SHURE SM 58) với khoảng cách 5-10 cm. Ghi âm bằng phần mềm CoolEdit Pro, tín hiệu ghi âm được số hóa 16 bit, Mono, tần số lấy mẫu 11025 Hz. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần chỉ ra các đặc điểm cấu trúc formant nguyên âm tiếng Việt trong quan hệ với các đơn vị chiết đoạn và siêu đoạn.

Trên cơ sở so sánh với một số tác giả khác nhằm chỉ ra các nét đặc thù riêng của tiếng Việt được thể hiện ở các formant. Những kết quả khảo sát của luận án là một tổng quan nghiên cứu về formant của nguyên âm trong mối quan hệ với thanh điệu và âm tắc. Nó có thể làm cơ sở và được tiếp tục nghiên cứu rộng hơn sang các phong cách nói khác, ở những vùng phương ngữ khác nhau, các cá nhân ở nhóm tuổi khác nhau, ứng dụng cho các mục đích tổng hợp, nhận dạng và giám định âm thanh lời nói tiếng Việt. Luận án sẽ đóng góp các kết quả khoa học mới: - Nghiên cứu quy luật biến đổi cấu trúc formant của nguyên âm khi kết hợp với thanh điệu và âm tắc mô tả trên ba phương diện: trường độ, vùng tần số và diễn tiến vùng tần số.

- Mô hình hoá và đưa ra các tham số đặc trưng cho vùng quá độ giữa formant và âm tắc, giữa formant và thanh điệu. Những nghiên cứu này tạo tiền đề cho việc cải tiến, nâng cao chất lượng của các hệ tổng hợp âm thanh tiếng nói, nhận dạng tiếng Việt. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, và phụ lục luận án được cấu trúc gồm 4 chương như sau: Chƣơng 1: Cơ sở lí thuyết Trong chương này chúng tôi trình bày tổng quan về nghiên cứu formant của nguyên âm của một số ngôn ngữ trên thế giới và tiếng Việt. Một số khái niệm cơ sở lí thuyết liên quan đến formant của nguyên âm, đặc điểm cấu trúc âm tiết tiếng Việt và mối quan hệ giữa các đơn vị chiết đoạn và siêu đoạn trong tiếng Việt.

Chƣơng 2: Mối quan hệ giữa formant của nguyên âm và thanh điệu Chương này trình bày mối quan hệ của thanh điệu đối với cấu trúc formant của nguyên âm. Chƣơng 3: Formant của nguyên âm trong kết hợp với âm đầu tắc và thanh điệu Nội dung chương 3 mô tả sự ảnh hưởng của nhóm phụ âm đầu tắc vô thanh /p, t, k/, nhóm phụ âm mũi /m, n, ŋ/ đến formant của các nguyên âm trên các phương diện: vùng tần số, diễn tiến đường nét và trường độ. Chƣơng 4: Formant của nguyên âm trong kết hợp với âm cuối tắc và thanh điệu Nội dung chương 4 mô tả ảnh hưởng của nhóm phụ âm cuối tắc vô thanh /p, t, k/ trong tương quan so sánh với nhóm phụ âm mũi /m, n, ŋ/ đến formant của các nguyên âm trên các phương diện vùng tần số, diễn tiến đường nét và trường độ. 21 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT Để có cơ sở cho việc phân tích và miêu tả cấu trúc formant của nguyên âm tiếng Việt trong kết hợp với thanh điệu và các phụ âm ở các chương tiếp theo, chương này luận án giới thiệu một số cơ sở lí thuyết có liên quan đến nguyên âm và cấu trúc formant của nguyên âm.

Khái niệm formant của nguyên âm Formant được định nghĩa bởi Gunnar Fant (1960) "những đỉnh quang phổ của phổ âm thanh được gọi là các formant". Định nghĩa này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu ngữ âm học và các xử lí âm thanh trong công nghệ [93]. Khái niệm này còn được Benade (1976) sử dụng với nghĩa tương tự "formant là những đỉnh được quan sát trong sự bao phủ của phổ được gọi là các formant".