中 華 民 國 第 54 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 國 小 組 物 理 科 080108- 封 面 聲 音 的 形 狀 - 國 小 英 語 與 國 語 發 音 教 學 的 探 討 學 校 名 稱 : 宜 蘭 縣 羅 東 鎮 北 成 國 民 小 學 作 者 : 指 導 老 師 : 小 五 鄭 泰 然 鄭 炎 煒 小 五 林 首 辰 小 五 蘇 孝 允 小 五 林 子 立 小 五 丁 翊 中 小 五 王 詳 衡 關 鍵 詞 : 聲 波 KK 音 標 注 音 符 號
摘 要 : 本 研 究 利 用 電 腦 程 式, 紀 錄 分 析 聲 音 在 時 間 領 域 的 形 狀, 探 討 英 語 音 標 和 國 語 注 音 相 似 音 的 差 異, 並 分 析 聲 音 在 頻 率 領 域 的 形 狀, 並 瞭 解 受 測 學 生 和 老 師 在 英 語 句 子 和 國 語 成 語 的 差 異, 作 為 發 音 教 學 評 估 的 指 標 壹 研 究 動 機 聲 音 是 日 常 生 活 中 每 天 都 要 聽 到 的 東 西, 從 自 然 課 中, 我 們 知 道 聲 音 是 一 種 波, 透 過 空 氣 為 介 質 來 傳 送, 但 聲 音 是 看 不 見 的, 我 們 希 望 能 夠 看 見 聲 音 形 狀, 來 幫 助 我 們 學 習 國 語 英 語 的 發 音 由 於 聲 音 在 空 氣 中 的 傳 播 是 屬 於 縱 波, 也 就 是 波 前 進 的 方 向 與 介 質 振 動 的 方 向 平 行, 我 們 要 利 用 聲 波 描 述 聲 音 : 以 振 動 的 幅 度 ( 振 福 ) 大 或 小, 來 代 表 音 量 ; 以 振 動 的 次 數 ( 頻 率 ) 多 或 少, 人 的 聲 音 在 20-20000Hz, 來 代 表 音 調 的 高 低 ; 以 波 的 形 狀 ( 波 形 ), 代 表 音 色 貳 研 究 目 的 一 記 錄 英 語 KK 音 標 發 音 的 形 狀, 了 解 相 似 音 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 的 差 異 二 紀 錄 英 語 句 子 發 音 的 形 狀, 比 較 教 師 和 學 生 的 差 異, 用 來 修 正 錯 誤 的 發 音 三 記 錄 國 語 注 音 符 號 發 音 的 形 狀, 了 解 相 似 音 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 的 差 異 四 記 錄 國 語 成 語 發 音 的 形 狀, 比 較 教 師 和 學 生 的 差 異, 用 來 修 正 錯 誤 的 發 音 參 研 究 設 備 及 器 材 一 個 人 電 腦 一 部 二 印 表 機 一 台 三 麥 克 風 及 延 長 線 一 組, 連 結 至 電 腦 聲 音 輸 入 孔 ( 粉 紅 色 ) 四 喇 叭 一 組 1
五 錄 音 程 式 一 套 (AudacityPortable): 將 語 音 輸 入 選 擇 為 麥 克 風, 按 下 紅 色 錄 製 鍵 即 可 錄 製 聲 音, 橫 座 標 為 時 間, 單 位 為 秒, 縱 座 標 為 聲 音 的 振 福 ; 選 擇 視 圖 放 大 或 按 Ctrl 1 可 將 橫 坐 標 時 間 放 大, 得 到 更 清 楚 的 波 形 圖 ; 選 擇 分 析 繪 製 頻 譜 圖 即 可 分 析 頻 譜, 橫 座 標 為 頻 率, 單 位 為 Hz, 縱 座 標 為 聲 音 的 能 量, 單 位 為 分 貝 值 db; 按 導 出, 即 可 將 頻 譜 的 數 值 儲 存 為.txt 檔 六 螢 幕 截 圖 程 式 一 套 (FastStone Capture v5.3): 可 以 擷 取 電 腦 螢 幕 上 任 何 圖 形 七 KK 音 標 發 音 光 碟 ( 康 軒 文 化 ): 所 有 KK 音 標 的 正 確 發 音, 由 外 籍 教 師 示 範 八 注 音 符 號 發 音 網 站 ( 國 語 日 報 ): 所 有 注 音 符 號 發 音 發 音 示 範 九 Matlab R2006b 程 式 一 套 : 計 算 學 生 與 老 師 頻 譜 數 據 差 異 的 指 標 數 值 在 頻 率 領 域 的 比 較, 因 為 頻 譜 的 數 據 是 從 86Hz 到 21964Hz 中 取 256 個 頻 率 的 2
分 貝 值 db, 先 以 Matlab 程 式 分 別 將 老 師 與 學 生 的 頻 譜 數 值 檔 s1.txt 和 t1.txt 讀 入, 但 因 為 學 生 和 老 師 聲 音 大 小 不 同, 需 先 將 兩 者 的 能 量 調 整 至 相 同, 再 取 兩 者 差 的 均 方 根 ( root mean square ) 作 為 評 估 指 標 m, 了 解 學 生 發 音 與 老 師 發 音 的 差 距 以 數 學 式 表 示 如 下 : 255 ( S i T i ) i 1 m S: 學 生 T: 老 師 255 2 Matlab 的 程 式 碼 如 下 : clear all close all % 讀 取 頻 譜 圖 的 數 值 開 始 [a1,a2]=textread('s1.txt','%f%f','headerlines',1); a=[a1,a2]; [b1,b2]=textread('t1.txt','%f%f','headerlines',1); b=[b1,b2]; % 讀 取 頻 譜 圖 的 數 值 結 束 % 調 整 頻 譜 的 能 量 開 始 c=0; d=0; for i=1:255 c=c+10^(a(i,2)/10); end for i=1:255 d=d+10^(b(i,2)/10); end n=10*log10(d/c); a=a+n; % 調 整 頻 譜 的 能 量 結 束 % 計 算 指 標 均 方 根 開 始 sum=0; for i=1:255 sum=(a(i,2)-b(i,2))^2+sum; end m=sqrt(sum/255); 計 算 指 標 均 方 根 結 束 3
肆 研 究 過 程 或 方 法 一 英 語 教 學 中, 同 學 對 於 以 下 音 標 的 發 音 常 會 混 淆 : ( 一 ) 母 音 :1. [æ ] [ɛ] [e] 2. [ɑ] [ʌ] [ə] 3. [o] [ɔ] 4. [i] [ɪ] 5. [u] [ʊ] 6. [ɚ] [ɝ] ( 二 ) 子 音 :1. [b] [p] 2. [d] [t] 3. [z] [s] [ð] [θ] 4. [g] [k] 5. [v] [f] 6. [ʒ] [dʒ] [ʃ] [tʃ] 7. [m] [n] [ŋ] 8. [l] [r] ( 三 ) 先 經 由 教 學 光 碟 中, 外 國 老 師 的 正 確 發 音, 使 用 AudacityPortable 紀 錄 並 分 析 聲 音 的 形 狀, 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 做 比 較, 了 解 易 混 淆 音 有 何 差 異 ( 四 ) 挑 選 五 位 志 願 受 測 的 學 生 說 出 以 下 的 句 子, 紀 錄 並 分 析 聲 音 的 形 狀, 並 和 老 師 的 發 音 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 做 比 較 1. What s your name? 2. Thank you very much. 3. Lock the door. 4. Good morning. 5. Five apples. 二 國 語 教 學 中, 同 學 對 於 以 下 的 發 音 的 發 法 常 會 發 法 常 會 混 淆 : ( 一 ) 聲 母 :1.ㄓ ㄗ 2.ㄔ ㄘ 3.ㄕ ㄙ 4.ㄖ ㄌ ( 二 ) 韻 母 :1.ㄣ ㄥ 2.ㄢ ㄤ ( 三 ) 先 經 由 教 學 網 站 中 老 師 的 正 確 發 音, 紀 錄 並 分 析 聲 音 的 形 狀, 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 做 比 較, 了 解 易 混 淆 音 有 何 差 異 ( 四 ) 挑 選 五 位 志 願 受 測 的 學 生 說 出 以 下 的 句 子, 紀 錄 並 分 析 聲 音 的 形 狀, 並 和 老 師 的 發 音 在 時 間 領 域 和 頻 率 領 域 做 比 較 1. 平 安 喜 樂 2. 天 氣 悶 熱 3. 老 師 您 好 4. 癡 人 說 夢 5. 畫 蛇 添 足 4
伍 研 究 結 果 一 英 語 發 音 ( 一 ) 母 音 1. (1) [æ ] (2) [ɛ] (3) [e] 2. (1) [ɑ] (2) [ʌ] 5
(3)[ə] 3. (1) [o] (2)[ɔ] 4. (1) [i] (2) [ɪ] 5. (1) [u] 6
(2) [ʊ] 6. (1) [ɚ] (2) [ɝ] ( 二 ) 子 音 1. (1) [b] (2) [p] 2. (1) [d] 7
(2) [t] 3. (1) [z] (2) [s] (3) [ð] (4) [θ] 4. (1) [g] 8
(2) [k] 5. (1) [v] (2) [f] 6. (1) [ʒ] (2) [dʒ] (3) [ʃ] 9
(4) [tʃ] 7. (1) [m] (2) [n] (3) [ŋ] 8. (1) [l] (2) [r] 10
( 三 ) 英 文 句 子 1. What s your name? (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 11
(6) 學 生 己 (7) 教 師 2. Thank you very much. (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 12
(5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 3. Lock the door. (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 13
(4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 4. Good morning. (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 14
(3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 5. Five apples (1) 學 生 甲 15
(2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 16
6. 學 生 與 教 師 頻 譜 圖 數 值 差 的 均 方 根 (root mean square) 表 英 文 句 子 學 生 甲 學 生 乙 學 生 丙 學 生 丁 學 生 戊 學 生 己 平 均 值 標 準 差 句 子 1 4.4754 6.4159 5.8246 4.7655 5.7730 4.2208 5.2458 0.8783 句 子 2 3.4347 4.1932 8.6741 11.6619 4.8760 9.0254 6.9776 3.2783 句 子 3 4.8791 3.6757 6.6552 12.2129 4.4099 5.0930 6.1543 3.1272 句 子 4 4.1037 6.7352 7.7368 17.1822 5.8527 7.9682 8.2631 4.5904 句 子 5 2.9926 6.5635 5.7320 6.7137 8.7660 5.8093 6.0962 1.8748 平 均 值 3.9771 5.5167 6.9245 10.5072 5.9355 6.42334 標 準 差 0.7651 1.4603 1.1267 4.9030 1.6952. 2.0097 7. 學 生 與 教 師 頻 譜 圖 數 值 差 的 均 方 根 (root mean square) 圖 20 15 10 5 0 甲 乙 丙 丁 戊 己 句 子 1 句 子 2 句 子 3 句 子 4 句 子 5 8. 六 位 學 生 的 五 個 英 語 句 子 指 標 m 的 平 均 值 與 標 準 差 圖 20 15 10 5 平 均 值 0 甲 乙 丙 丁 戊 己 17
9. 五 個 英 語 句 子 的 六 位 學 生 指 標 m 的 平 均 值 與 標 準 差 圖 15 10 5 平 均 值 0 句 子 1 句 子 2 句 子 3 句 子 4 句 子 5 二 國 語 教 學 ( 一 ) 聲 母 1. (1)ㄓ (2) ㄗ 2. (1) ㄔ (2) ㄘ 18
3. (1) ㄕ (2) ㄙ 4. (1) ㄖ (2) ㄌ ( 二 ) 韻 母 1. (1) ㄣ (2) ㄥ 19
2. (1) ㄢ (2) ㄤ ( 三 ) 國 語 句 子 1. 平 安 喜 樂 (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 20
(5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 2. 天 氣 悶 熱 (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 21
(4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 3. 老 師 您 好 (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 22
(3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 4. 癡 人 說 夢 (1) 學 生 甲 23
(2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 (6) 學 生 己 (7) 教 師 24
5. 畫 蛇 添 足 (1) 學 生 甲 (2) 學 生 乙 (3) 學 生 丙 (4) 學 生 丁 (5) 學 生 戊 25
(6) 學 生 己 (7) 教 師 6. 學 生 與 教 師 頻 譜 圖 數 值 差 的 均 方 根 (root mean square) 表 成 語 學 生 甲 學 生 乙 學 生 丙 學 生 丁 學 生 戊 學 生 己 平 均 值 標 準 差 1. 平 安 喜 樂 4.4584 5.2912 10.1776 10.150 5.5928 6.7623 7.0721 2.5062 0 2. 天 氣 悶 熱 3.9916 5.1646 8.8159 5.3022 6.2425 6.4949 2.1752 9.4526 3. 老 師 您 好 7.7652 4.9840 10.2989 13.310 10.1891 9.2110 9.2935 2.7879 4 4. 癡 人 說 夢 3.1309 4.3507 8.4562 10.1891 3.6319 6.6281 3.2818 10.0097 5. 畫 蛇 添 足 2.4756 4.3507 9.7294 6.6456 6.7135 6.7926 3.1513 10.8423 平 均 值 4.3642 4.8282 9.4956 7.5838 6.5122 10.7530 標 準 差 2.0495 0.4494 0.8227 1.5129 2.4303 1.9847 7. 學 生 與 教 師 頻 譜 圖 數 值 差 的 均 方 根 (root mean square) 圖 26
14 12 10 8 6 4 2 0 甲 乙 丙 丁 戊 己 成 語 1 成 語 2 成 語 3 成 語 4 成 語 5 8. 六 位 學 生 的 成 語 指 標 m 的 平 均 值 與 標 準 差 圖 15 10 5 平 均 值 0 甲 乙 丙 丁 戊 己 9. 五 句 成 語 的 學 生 指 標 m 的 平 均 值 與 標 準 差 圖 15 10 5 平 均 值 0 成 語 1 成 語 2 成 語 3 成 語 4 成 語 5 陸 討 論 一 長 母 音 [e] [i] [o] [u] 較 短 母 音 [æ ] [ɪ] [ɔ] [ʊ] 在 相 同 時 間 內 的 波 數 較 少, 與 長 母 音 發 音 時 間 較 長, 前 半 段 口 腔 繃 緊, 但 後 半 段 口 腔 放 鬆, 而 短 母 音 發 音 時 間 較 短, 口 腔 一 直 保 直 繃 緊 有 關 由 此 可 得 知 長 母 音 的 頻 率 較 低, 短 母 音 的 頻 率 較 高 但 在 頻 譜 圖 27
上, 因 為 母 音 都 在 低 頻 的 範 圍, 因 此 不 易 看 出 長 母 音 和 短 母 音 頻 率 分 佈 的 差 別 二 有 聲 子 音 [b] [d] [z] [ð] [g] [v] [dʒ] [tʃ] 較 無 聲 子 音 [p] [t] [s] [θ] [k] [f] [ʒ] [ʃ] 在 相 同 時 間 內 的 波 數 較 少, 與 有 聲 音 以 聲 帶 發 音, 而 無 聲 子 音 以 氣 發 音, 無 聲 帶 震 動 有 關 由 此 可 知 有 聲 子 音 的 頻 率 較 低, 無 聲 子 音 的 頻 率 較 高 在 頻 譜 圖 上, 可 明 顯 看 出 有 聲 子 音 和 有 聲 子 音 頻 率 分 佈 的 差 別, 有 聲 子 音 在 低 頻 的 分 配 較 多, 而 在 高 頻 的 分 配 較 少 ; 無 聲 子 音 在 低 頻 的 分 配 較 少, 而 在 高 頻 的 分 配 較 多 三 5 個 英 語 句 子 發 音 的 指 標 m 中, 以 甲 同 學 的 平 均 值 最 小, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 丁 同 學 的 平 均 值 最 大, 代 表 老 師 的 發 音 相 差 最 多 6 位 同 學 的 發 音 中, 以 What s your name? 這 句 的 平 均 值 最 小, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 Good morning. 這 句 的 平 均 值 最 大, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 四 捲 舌 聲 母 ㄓ ㄔ ㄕ 較 不 捲 舌 聲 母 ㄗ ㄘ ㄙ, 在 同 樣 的 波 型 中 有 高 頻 的 小 波, 顯 示 捲 舌 音 在 高 頻 的 部 分 較 強, 不 捲 舌 音 在 高 頻 的 部 分 較 弱, 與 捲 舌 音 共 振 的 口 腔 空 間 較 小, 不 捲 舌 音 共 振 的 口 腔 空 間 較 大 有 關 在 頻 譜 圖 中 亦 可 以 發 現, 捲 舌 捲 舌 聲 母 ㄓ ㄔ ㄕ 較 不 捲 舌 聲 母 ㄗ ㄘ ㄙ, 在 20000Hz 左 右 有 較 高 的 分 貝 值 五 5 句 成 語 的 發 音 中, 以 甲 同 學 的 平 均 值 最 小, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 丁 同 學 的 平 均 值 最 大, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 ;6 位 同 學 的 發 音 中, 以 天 氣 悶 熱 這 句 的 平 均 值 最 小, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 老 師 您 好 這 句 的 平 均 值 最 大, 代 表 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 柒 結 論 一 英 語 音 標 中 長 母 音 的 頻 率 較 低, 短 母 音 的 頻 率 較 高 二 英 語 音 標 中 有 聲 子 音 的 頻 率 較 低, 無 聲 子 音 的 頻 率 較 高 三 5 個 英 語 句 子 的 發 音 中, 以 甲 同 學 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 丁 同 學 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 ;6 位 同 學 的 發 音 中, 以 What s your name? 這 句 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 Good moring. 這 句 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 四 國 語 注 音 中 聲 符 捲 舌 音 在 高 頻 的 部 分 較 強, 不 捲 舌 音 在 高 頻 的 部 分 較 弱 28
五 5 句 成 語 的 發 音 中, 以 甲 同 學 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 丁 同 學 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 ;6 位 同 學 的 發 音 中, 以 天 氣 悶 熱 這 句 和 老 師 的 發 音 相 差 最 少, 以 老 師 您 好 這 句 和 老 師 的 發 音 相 差 最 多 捌 參 考 資 料 及 其 他 一 光 碟 資 料 1. 公 共 電 視, 科 學 玩 很 大 ( 日 本 製 作 ) 節 目, 聲 音 的 形 狀 單 元 2. 康 軒 出 版 社, 英 語 教 學 電 子 書,Hello Darbie,KK 音 標 發 音 示 範 二 書 面 資 料 1. 小 天 下 雜 誌 社, 未 來 少 年,2014 年 3 月 份,24-36 頁, 聲 音 的 奧 秘 2. 中 華 民 國 第 53 屆 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書, 國 小 組 生 活 與 應 用 科 學,Eureka!!! 我 分 辨 出 來 了!~ 招 出 假 東 西 的 新 方 法 ~ 三 網 路 資 料 1. 國 語 日 報 社 網 站,ㄅㄆㄇ 發 音 練 習,https://www.mdnkids.com/bOPOMO/ 2. 錄 音 程 式 Audacity 官 方 網 站,http://audacity.sourceforge.net/download/?lang=zh-TW 3. 截 圖 程 式 (FastStone Capture ) 官 方 網 站,http://www.faststone.org/FSCaptureDetail.htm 29
評 語 080108 較 無 有 效 利 用 軟 體 結 果 分 析 說 明 發 音 方 式, 且 比 較 基 準 點 不 夠 客 觀 明 確 080108- 評 語