陳默

（北京語言大學 漢語進修學院，北京100083）

1 引言

由于很多漢語聲調(diào)偏誤的形成主要是因為第二語言學習者沒有形成較好的聲調(diào)范疇，不能區(qū)分不同調(diào)類之間的差異，從而形成了各種各樣的“洋調(diào)”。對于無聲調(diào)語言母語者而言，漢語聲調(diào)范疇的建立是一個從無到有的過程，是習得的難點和重點，所以對漢語聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的研究是十分重要的。筆者發(fā)現(xiàn)，目前漢語聲調(diào)范疇的研究主要是橫向的感知研究［1－3］，對聲調(diào)范疇認知發(fā)展過程的研究很少，對聲調(diào)范疇習得機制的探討也很少。

聲調(diào)范疇的實驗研究存在著一定的局限性，不能綜合考察語音特征之間的相互作用，不能觀測到多層面因素特征相互作用隨時間變化的特性等。所以目前的實驗研究還不能全面地分析聲調(diào)范疇是如何在多層面特征的相互作用下浮現(xiàn)而出的，這也是對聲調(diào)范疇習得機制了解不夠深入的主要原因。因為不同的特征（聲調(diào)特征、母語音段特征、二語音段特征以及外部環(huán)境特征等）在聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的過程中起著不同的作用，所以我們應該把這些聲調(diào)特征融合在一起，來探討聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)。

因為聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)涉及聲調(diào)特征相互作用的過程。筆者在模型中加入的聲調(diào)的主要聲學特征有：（1）調(diào)值，也就是基頻高度；（2）調(diào)形，即基頻曲線；（3）調(diào)長，即聲調(diào)時長；（4）調(diào)域，即高音點音高與低音點音高的距離。另外，模型涉及母語語音特征和漢語語音特征，這樣做的優(yōu)勢一是可以動態(tài)地研究各因素相互作用的過程，二是可以直觀地觀測不同層面的特征相互作用的結(jié)果。

神經(jīng)網(wǎng)絡方法在漢語漢字和語音識別的研究中已經(jīng)得到廣泛的應用［4－6］，但是由于語言習得的動態(tài)性，常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡難以直接使用。本文利用生長型樹形結(jié)構(gòu)自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡（GTSSOFM）來模擬英語母語者漢語聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)過程。通過建立零起點、初級和中級三個子模型，來考察三個子模型的聲調(diào)特征的聚類過程、三個子模型不同類聲調(diào)之間的距離以及三個子模型聲調(diào)混淆的數(shù)量和類型。綜合這三個方面對三個子模型聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)進行研究，是為了跟行為實驗研究［7］進行比較，以更深入地發(fā)掘漢語聲調(diào)范疇的習得機制。

模擬研究跟行為實驗研究［7］的不同點在于，行為實驗研究是利用實驗語音學的方法來分析被試的物理聲學特征，通過語音軟件來提取語音參數(shù)，用多因素方差分析來考察特征之間的關系。模擬研究是通過計算機模型的構(gòu)建來實現(xiàn)聲調(diào)范疇學習的。從提取的聲調(diào)特征來看，行為實驗只考察了調(diào)值特征，而模擬研究綜合考察調(diào)值、調(diào)形、調(diào)域和調(diào)長四類特征，可以更好地觀察聲調(diào)特征之間的相互作用以及聲調(diào)特征和外部因素（知識的變化和語言水平的變化）相互作用的結(jié)果。從研究對象來看，行為實驗由于受實驗條件的限制，采取的是橫向研究方法，而且被試分屬于不同的無聲調(diào)語言國家，存在著一定的個人差異。而模擬研究更類似于縱向研究，選擇的是一種母語背景，可以保證被試的同質(zhì)性。所以，我們可以通過計算機模擬的方法來驗證行為實驗的結(jié)果，同時也能提供行為實驗觀察不到的結(jié)果。

2 聲調(diào)范疇浮現(xiàn)模型的建立

2.1 算法實現(xiàn)

本研究采用筆者建立的動態(tài)生長型樹形結(jié)構(gòu)自組織映射模型（GTS－SOFM），具體實現(xiàn)上主要包括以下幾個關鍵考慮：1）動態(tài)的神經(jīng)元添加策略以及合理的神經(jīng)元排列方式設計；2）起始神經(jīng)元權重初始化以及優(yōu)勝鄰域的設計；3）自組織樹在生長階段中的獲勝神經(jīng)元搜索方法；4）有效的學習函數(shù)以及加入弱近鄰抑制效應的參數(shù)調(diào)整方式；5）神經(jīng)元生長閾值隨著網(wǎng)絡的擴大而動態(tài)增加，控制網(wǎng)絡的規(guī)模和穩(wěn)定性；6）網(wǎng)絡趨于穩(wěn)定時合理的收斂條件的設置和判斷。跟以往的動態(tài)自組織模型相比較［8－10］，GTS－SOFM既克服了Kohonen自組織特征映射網(wǎng)絡的固定網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的限制以及容量的有限性，又克服了上述幾個類似動態(tài)網(wǎng)絡的較弱的拓撲映射特性，從而方便用于語言認知習得的研究，既具有良好的拓撲映射特性，又保證了神經(jīng)元的動態(tài)生成能力。

2.2 表征

由于本研究模擬的是英語母語者漢語聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)，所以要建立一個雙語模型。英語作為基礎模型，在此基礎上建立零起點、初級和中級三個子模型。英語表征借鑒Li和MacWhinney的PatPho表征方案［11］，主要從發(fā)音方法和發(fā)音部位來表征元音和輔音。漢語語音表征是在Zhao和Li的漢語音素表征［12］的基礎上加入了漢語聲調(diào)的表征，漢語聲調(diào)的表征參考了前人的諸多研究成果［13］，抽取出漢語聲調(diào)的最主要特征（表1）：1）調(diào)值。陰平和去聲為高，陽平和上聲為非高；2）調(diào)形。分成平、升、降升和降四類；3）調(diào)域。四類聲調(diào)根據(jù)高音點和低音點的距離，陰平為窄，陽平、上聲和去聲為寬；4）調(diào)長。陰平、陽平和上聲為長，去聲為短。對聲調(diào)特征進行定義后，根據(jù)聲調(diào)特征之間的差異程度，對聲調(diào)特征進行賦值（表2）。

表1 漢語語音表征

表2 漢語語音的數(shù)值表征

2.3 訓練樣本

結(jié)合《英語常用詞詞典》［14］和《牛津英漢雙解小詞典》［15］選出1 000個英語常用詞，其中單音節(jié)詞535個，雙音節(jié)詞465個，其中重音在前的雙音節(jié)詞282個，重音在后的雙音節(jié)詞183個。這1 000個詞涵蓋了英語所有的發(fā)音模式（圖1），從而建立英語基礎模型。

選擇《漢語教程》［16］作為訓練樣本，建立三個漢語水平的模型。零起點學習者相當于學習了《漢語教程》半個月左右，初級學習者（初級上）相當于學習了《漢語教程》半年左右，中級學習者（中級上）相當于學習了《漢語教程》1年左右。訓練樣本的選取遵循兩個原則：一是保證樣本的累積效應，即在零起點學習過的樣本同樣還會在初級和中級出現(xiàn)，初級的樣本會在中級出現(xiàn)；二是保證所選擇的樣本能代表實際整體樣本的頻次分布。

圖1 英語訓練樣本在輸出層的映射圖

2.4 訓練和測試

對三個子模型分別進行訓練。訓練前，模型接受前測。因為要和行為實驗結(jié)果［7］進行比較，所以用行為實驗的測試音節(jié)表（見附件1）對三個子模型進行前測。每類聲調(diào)30個音節(jié)，一共120個音節(jié)，即每個子模型都要接受120個音節(jié)的前測。前測結(jié)束，開始進行訓練。訓練樣本的選擇采取從高頻到低頻樣本的等間隔選取法，零起點子模型的100個訓練樣本是從939個樣本中頻次≥20的664個樣本中選取出來的。初級子模型總共選取了200個訓練樣本。其中100個和零起點子模型的完全一致，另外100個是從頻次≥8的798個樣本中選取出來的。中級子模型總共選取了400個訓練樣本。其中200個和初級子模型的樣本完全一致（其中包含了100個零起點的樣本），另外200個是從所有939個樣本中等間隔選取出來的。三個子模型訓練結(jié)束，進行后測。后測文本和行為實驗后測文本［7］一樣（見附件2），后測是對三個子模型分別用120個音節(jié)測試表進行測試，然后和前測結(jié)果進行比較。

3 模擬結(jié)果和分析

對三個子模型聲調(diào)范疇發(fā)展的研究，是通過三方面的考察進行的。一是三個子模型的聲調(diào)范疇圖比較；二是三個子模型在輸出層上不同類聲調(diào)之間距離的比較；三是三個子模型聲調(diào)混淆數(shù)量和類型的比較。綜合這三個方面對三個子模型聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)過程進行研究。

3.1 三個子模型的聲調(diào)范疇圖比較

為了更好地看出聲調(diào)范疇的發(fā)展，對三個子模型輸出層進行部分截圖。如圖2、3和4（數(shù)字1、2、3和4分別表示陰平、陽平、上聲和去聲）。

圖2 零起點子模型聲調(diào)范疇部分截圖

圖3 初級子模型聲調(diào)范疇部分截圖

根據(jù)四類聲調(diào)的聚類情況，筆者在圖2、3和4上畫出相應的范疇，從而可以直觀地看出三個子模型的聲調(diào)范疇的動態(tài)發(fā)展情況。據(jù)圖示，零起點子模型的四類聲調(diào)還沒有形成范疇，四類聲調(diào)的混淆情況很多，陰平和陽平相混，陰平和去聲相混，陽平和上聲相混，陽平和去聲相混。初級子模型去聲和陰平的聚類最好，上聲次之，陽平最差，可以說初級子模型已經(jīng)開始形成了一定的聲調(diào)范疇。但仍然還有聲調(diào)相混的情況。例如，陽平和上聲相混的很多，另外有很少量的陰平和去聲相混以及陰平和陽平相混。中級子模型聲調(diào)范疇繼續(xù)發(fā)展，去聲的聚類最好，其次是陰平，陽平和上聲最不好。據(jù)圖來看，可以說中級子模型的聲調(diào)范疇好于初級子模型，初級子模型的聲調(diào)范疇好于零起點子模型。

圖4 中級子模型聲調(diào)范疇部分截圖

3.2 三個子模型的聲調(diào)距離比較

通過對輸出層上不同類聲調(diào)距離的計算，可以對聲調(diào)范疇的發(fā)展狀況進行量化。衡量的標準是距離越長，不同類聲調(diào)之間的區(qū)分越清楚，聲調(diào)范疇發(fā)展得越好。通過對兩類聲調(diào)所有樣本之間激活神經(jīng)元距離的計算，筆者對三個子模型六對聲調(diào)之間的距離（即陰平和陽平、陰平和上聲、陰平和去聲、陽平和上聲、陽平和去聲以及上聲和去聲這六對聲調(diào)）進行了統(tǒng)計。如表3和圖5所示。

表3 聲調(diào)距離平均值

圖5 三個子模型聲調(diào)距離的比較

非參數(shù)檢驗結(jié)果（Man－Whitney test）顯示，零起點和初級子模型的聲調(diào)距離差異顯著（p＝.004），初級子模型的聲調(diào)距離明顯高于零起點子模型。零起點和中級子模型的聲調(diào)距離差異顯著（p＝.004），中級子模型的聲調(diào)距離明顯高于零起點子模型。初級和中級子模型的聲調(diào)距離差異不顯著（p＝1.000），初級和中級子模型之間的聲調(diào)距離沒有明顯差異。以上結(jié)果表明初級和中級子模型的聲調(diào)范疇發(fā)展得比零起點好。

3.3 三個子模型聲調(diào)混淆數(shù)量和混淆類型的比較

通過統(tǒng)計聲調(diào)的混淆數(shù)量和混淆類型，可以清晰地看出聲調(diào)范疇混淆的具體情況?；煜臄?shù)量和類型越少，說明聲調(diào)范疇發(fā)展得越好；反之，則聲調(diào)范疇發(fā)展得不好。圖6是對零起點、初級和中級三個子模型聲調(diào)混淆數(shù)量的統(tǒng)計，從中可以看出聲調(diào)混淆數(shù)量的變化過程。

圖6 三個子模型聲調(diào)混淆數(shù)量的比較

非參數(shù)檢驗結(jié)果顯示，零起點和初級子模型的聲調(diào)混淆數(shù)量差異顯著（p＝.000），初級子模型聲調(diào)混淆數(shù)量明顯比零起點子模型的少。零起點和中級子模型的聲調(diào)混淆數(shù)量差異顯著（p＝.000），中級子模型聲調(diào)混淆數(shù)量明顯比零起點子模型的少。初級和中級子模型的聲調(diào)混淆數(shù)量差異不顯著（p＝1.000）。從模擬結(jié)果可以看出，初級和中級子模型的聲調(diào)范疇發(fā)展得比零起點子模型好。

為了更好地考察混淆類型的發(fā)展變化，筆者又對不同混淆類型的數(shù)量進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 三個子模型六對聲調(diào)混淆類型的數(shù)量

把三個子模型的聲調(diào)混淆類型做成圖7，可以更好地看出變化趨勢，如圖7所示（數(shù)字1、2、3和4分別表示陰平、陽平、上聲和去聲四類聲調(diào)）。

根據(jù)表4和圖7可以看出，零起點子模型有四對聲調(diào)混淆，分別是陰平和陽平、陰平和上聲、陰平和去聲以及陽平和上聲。其中陽平和上聲的混淆最多，其次是陰平和去聲。陰平和陽平以及陰平和上聲的混淆比較少。初中級子模型有三對聲調(diào)混淆，分別是陰平和陽平、陰平和去聲以及陽平和上聲。其中陽平和上聲的混淆數(shù)量最多，陰平和去聲以及陰平和陽平的混淆數(shù)量較少。初級和中級子模型的聲調(diào)混淆類型明顯少于零起點子模型，這也說明初級和中級子模型的聲調(diào)范疇發(fā)展得比零起點子模型好。另外，陽平和上聲的混淆數(shù)量在三個子模型里都是最多的，而且初級、中級子模型跟零起點子模型相比，陽平和上聲混淆數(shù)量的減少并不明顯。

圖7 三個子模型的混淆類型數(shù)量的比較

4 討論

從三個子模型的聲調(diào)范疇圖、聲調(diào)距離以及聲調(diào)混淆數(shù)量和類型的比較結(jié)果看出，初級和中級聲調(diào)范疇的發(fā)展明顯好于零起點，陰平和去聲的混淆以及陽平和上聲的混淆是最主要的混淆類型，陰平和去聲的聚類程度好于陽平和上聲。模擬結(jié)果和行為實驗結(jié)果［7］總體上是吻合的，由此可以得出以下結(jié)論。

（1）英語母語者漢語聲調(diào)范疇的發(fā)展是一個從無到有的漸進過程。初級和中級子模型聲調(diào)范疇的發(fā)展明顯比零起點子模型好，中級子模型雖然從聲調(diào)距離、聲調(diào)混淆數(shù)量以及類型的比較上跟初級子模型相比無顯著差異，但是從聲調(diào)范疇圖（圖3和圖4）的比較來看，中級聲調(diào)范疇的發(fā)展明顯好于初級子模型?？梢哉f零起點子模型是聲調(diào)范疇的萌芽期，初級子模型是聲調(diào)范疇的初始形成期，中級子模型是聲調(diào)范疇發(fā)展的穩(wěn)定期。另外，第二語言學習者不同調(diào)類聲調(diào)的聚類程度不一樣。例如，三個子模型都是去聲和陰平的聚類程度好于陽平和上聲。這說明陽平和上聲的聲調(diào)范疇較難建立。由于陽平和上聲在調(diào)值特征和調(diào)形特征上都存在著共性，例如，調(diào)值上的低調(diào)性質(zhì)、調(diào)形上的拐點特征以及后半部的升調(diào)性質(zhì)，這些因素共同制約著陽平和上聲聲調(diào)范疇的發(fā)展，無聲調(diào)語言母語者在發(fā)出漢語聲調(diào)時，需要同時利用這些語音特征，但是注意資源的有限使得陽平和上聲的區(qū)分難度大大增加。

（2）第二語言學習者的漢語聲調(diào)系統(tǒng)是一個復雜適應性系統(tǒng)，自組織機制是支配第二語言學習者漢語聲調(diào)浮現(xiàn)的主要機制。漢語聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)基于漢語聲調(diào)特征的自組織，聲調(diào)特征的發(fā)展決定了聲調(diào)的發(fā)展。無聲調(diào)語言母語者首先對聲調(diào)特征進行提取，然后進行特征比較，對不同的聲調(diào)特征賦予不同的權重，把具有共性的特征進行聚類，然后形成聲調(diào)范疇。其實，聲調(diào)范疇的混淆也體現(xiàn)出了“共性特征的聚類”。例如，陰平和去聲都屬于高調(diào)，陽平和上聲都屬于非高調(diào)，所以這種調(diào)值上的相似點，使學習者把陰平和去聲調(diào)值聚在一起，把陽平和上聲的調(diào)值聚類在一起。陽平和上聲都有拐點，這種調(diào)形上的相似點也會使學習者把陽平和上聲聚類在一起。聲調(diào)特征自組織的過程也要受到母語語音特征和漢語音段特征的影響。也就是說聲調(diào)特征之間存在著相互作用，聲調(diào)特征和母語語音特征以及漢語音段特征之間也存在著相互作用。模擬研究建立的雙語模型正好可以直觀地展現(xiàn)出不同特征之間相互作用、自組織的動態(tài)過程，這是行為實驗無法做到的。

（3）外部因素對聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的結(jié)果具有重要影響。這里的外部因素指的是語言知識的增加和難度的提高，也就是模擬研究中的訓練樣本的變化。訓練樣本的選取遵循兩個原則：一是保證樣本的累積效應，即在零起點學習過的樣本同樣還會在初級和中級出現(xiàn)，初級的樣本會在中級出現(xiàn)；二是保證所選擇的樣本能代表實際整體樣本的頻次分布，即所挑選的樣本能比較真實地模擬實際學習中的樣本情況。原則一體現(xiàn)了知識的增加和累積，原則二體現(xiàn)了知識難度的提高。語言知識的累積對漢語聲調(diào)范疇的發(fā)展有兩種影響。一是知識累積促進了聲調(diào)范疇的發(fā)展。第二語言學習者隨著語音知識的增加，不斷調(diào)整聲調(diào)特征的權重，使?jié)h語聲調(diào)范疇的發(fā)展不斷進步。二是知識的累積和知識難度的增加造成了聲調(diào)范疇浮現(xiàn)中的種種變異現(xiàn)象。例如，聲調(diào)距離的比較結(jié)果顯示出中級子模型略微有些退步，這就體現(xiàn)了浮現(xiàn)過程中時常發(fā)生的“倒退”現(xiàn)象。

雖然模擬研究基本上驗證了行為實驗［7］的結(jié)果，但是還存在著一些差別。例如，行為實驗中的初中級被試不能區(qū)分兩對聲調(diào)范疇，模擬研究中的初中級子模型不能區(qū)分三對聲調(diào)范疇。從混淆類型來看，對于零起點階段來說，行為實驗中的被試能區(qū)分陰平和陽平以及陰平和上聲之間的聲調(diào)范疇，而模型能區(qū)分陽平和去聲以及上聲和去聲。對于初中級階段來說，行為實驗被試不能區(qū)分陰平和去聲以及陽平和上聲，模型不能區(qū)分陰平和陽平、陰平和去聲以及陽平和上聲。筆者認為存在差異的原因主要是因為，行為實驗被試來自于三個無聲調(diào)語言國家（英語、西班牙語和德語），模擬則只研究了英語。行為實驗提取的是調(diào)值特征，而模擬提取了調(diào)值、調(diào)形、調(diào)域和調(diào)長四項特征。語言背景跟特征提取的差異，會使模擬和行為實驗的結(jié)果存在一些不同之處。但是由于模擬研究較好地保證了被試的同質(zhì)性，并且能夠直觀地考察不同因素間動態(tài)的相互作用過程，可以說模擬研究具有較強的可信度和解釋力。

5 小結(jié)

本研究對英語母語者漢語聲調(diào)范疇浮現(xiàn)過程的模擬研究，動態(tài)地表現(xiàn)出聲調(diào)范疇在自組織機制的支配下是如何逐漸浮現(xiàn)的。聲調(diào)范疇模擬研究的理論假設是：聲調(diào)范疇的獲得是基于聲調(diào)特征的自組織過程，聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)過程是學習者對聲調(diào)特征聚類的過程。同時，也是母語語音特征和二語語音特征之間以及內(nèi)部語音特征和外部環(huán)境因素特征（時間的變化、知識量的增加以及知識難度的提高等）相互作用的過程。模擬結(jié)果和行為實驗結(jié)果的吻合，證明了筆者的理論假設，說明聲調(diào)特征的自組織機制就是聲調(diào)范疇發(fā)展的內(nèi)在機制。

聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的模擬研究也可以為聲調(diào)教學提出一些有益的建議。學習者在開始學習漢語聲調(diào)時，對聲調(diào)范疇沒有概念，教師可以多設計一些聲調(diào)聽辨和感知的練習，讓學習者了解六對聲調(diào)之間的差異所在。在初、中級階段重點讓學習者練習陽平和上聲以及陰平和去聲的差異。并且要把這些聲調(diào)放在多音節(jié)短語或者語流中，對學習者進行范疇感知和產(chǎn)出的練習。尤其對于無聲調(diào)語言母語者來說，聲調(diào)范疇的感知和產(chǎn)出訓練可以使他們對聲調(diào)間的差異逐漸敏感，促使聲調(diào)范疇浮現(xiàn)。

雖然模擬研究能夠動態(tài)地展現(xiàn)不同特征之間相互作用的結(jié)果，但是未能明確地表現(xiàn)出母語語音特征和漢語音段特征對聲調(diào)范疇發(fā)展的影響的具體程度，所以筆者會繼續(xù)改進GTS－SOFM模型，同時設計新的行為實驗，將母語語音特征（英語語調(diào)或者重音模式）和漢語音段特征（音節(jié)）作為兩個因素進行考察。另外，無聲調(diào)語言母語者聲調(diào)范疇的建立是一個從無到有的過程，也是一個從低層次到高層次的發(fā)展過程。聲調(diào)語言母語者（如泰語母語者）漢語聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)跟無聲調(diào)語言母語者不一樣，漢語聲調(diào)的浮現(xiàn)是一個相似范疇的建立過程。如果我們能夠建立一個聲調(diào)語言母語者漢語聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的模型，可以更好地解釋漢語聲調(diào)范疇的習得機制問題以及母語對聲調(diào)范疇浮現(xiàn)的影響。下一步筆者會利用GTS－SOFM模型對聲調(diào)語言母語者聲調(diào)范疇的浮現(xiàn)進行研究。

附錄A

表A1 前測音節(jié)之一

續(xù)表

表A2 前測音節(jié)之二

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