声调和语调
我国语音学家和方言学家在研究汉语和少数民族语言声调时，一直把语音音高相对于发音人的F0音域（范围）作为其研究的基础。
对语音基频（F0）做规整，实际上是用数学方法对语音F0知觉为音高过程进行模拟，把F0转换成与F0音域呈线性关系的语音音高。这儿主要介绍跟声调和语调有关的语音基频与语音音高关系问题。
1. 纯音频率与其音高：纯音的音高（林达悃，1985,1995; 吴宗济和林茂灿，1989）：在音频范围内，如果将纯音频率从小到大逐渐变化，听感上就会产生一种与此相对应的逐渐变化，对声音从"低音"到"高音"的逐渐变化进行描述，这就是音高（pitch）的变化。尽管声音的频率是决定音高的主要因素，但声音强度对音高也有作用。S. S. Stevens和J. Volkman (1940，转引自林达悃（1985）)为了表征音高这一主观心理物理量，引入了一个量度音高的单位，称之为美(Mel.)。定义响度为40方(phone)和频率为1000赫兹(Hz)的纯音（即标准音），其音高为1000美。以此为基础，对各种不同声音的音高做出了标度。确定音高的方法显然要采取主观听辨的办法。实验证明，随着频率的增加，音高也将提高，不过，以美为单位的音高增长率，逐渐小于以赫兹为单位的频率增长率，这就是说以美为单位的音高与以赫兹为单位的频率之间是对数关系。但是，低于500赫兹的情况就不同了。低于500赫兹时，以美为单位的音高与以赫兹为单位的频率之间近似成线性关系。E.Zwiker R.Feldkeller(1967, 转引自转引自林达悃（1985）)对主观音高感受与频率之间关系作了研究，进一步发现以美为单位的Z音高，在500赫兹以下与频率呈线性关系。他们也把一般的可听声中的纯音分成若干个倍频程,并且选取从131赫兹开始的倍频程为"0倍频程"，与此相应的音调叫做131美。
1.2 复合音音高：复合音音高因其构成成分的不同而不同。具有一定带宽的白噪声，即有一组频率集中分布在某一频率范围内，而且彼此相隔很近，强度又几乎相等的复合声，其音高大约等于这一频带中心频率的音高。对于包含有一定数目谐音，并且它们之间的频率差又是一个不太小的恒定频率差的复合声，其音高等于组成这一复合声的的各频率成分中最低频率的音高，即基频的音高。如果某一复合声的各组成成分频率间隔很大，并且它们又不满足谐音关系，听到的很可能是各个组成成分频率的音高。纯音音高与复合声音高的机理是不同的。有人把纯音音高称为"频谱音高"，而把复合声音高称为"有效音高"。
1.3 "虚音高"问题：一般地说，声音的音高取决于物理上具有能量的频率。但是，如果某一复合声仅仅在1200Hz, 1400Hz，1600Hz和1800Hz等频率上有能量，人们听到的却是一个200Hz的纯音音高。换句话说，这个复合声的基频还是200Hz, 尽管实际上它并不具有能量。人们进一步研究发现，这个复合声的波形周期是5毫秒。这表明，听觉系统可以产生一个以该周期（f=1/T=1/5′10-2=200[Hz]）为依据的音高感觉。这种以复合声的周期为依据而产生的一种音高感觉，实际上是由不具有能量的基频引起的。人们把这种基频叫作"虚基频"。语音基频一般在60-400Hz之间，可是，日常电话的频带在300-3300Hz，也就是说，人耳在电话中接收到的语音波往往缺少基频成分，而人们在电话中感觉到的语音音高是"虚基频"引起的。
1.4 音乐音高：乐音音高有两种表示方法。在物理上用频率值表示乐音的绝对音高，两个音之间的距离则用频程表示，如1/3倍频程和倍频程等等。在音乐上则用音名表示。在一般情况下，两者是相互对应的，如高音部的音符A所对应的音高频率为440Hz。两音之间的距离以音程即"度"的关系描述。乐音可以从低到高按一定音程进行排列，称为音阶。
用音程描述两个乐音之间的距离，引入了"律"的概念。目前我国和世界大部分地区普遍采用的是"十二平均律"。在十二平均律中，把一个倍频程分成十二个相等的音程，每一个音程称为半音音程，通常称半音。
n=12 ′ log2 F0/ F0 rec ―――(1)
（1）式中n=1，2，3，……12，F0 rec若取C1=261.63Hz, 可根据(1)式求出C1到C2倍频程中任意一个半音的频率值，也可以用（1）式，求出任意F0以F0 rec =261.63Hz为参考值的多少个半音。
1.5 语音音高与F0：语音F0与语言学意义上音高之间关系，实际上是十分复杂的。基频F0在语音音高中起十分重要作用，但强度，时长和音色的作用却不可忽视。为使规整的F0能真正反映语言学意义上的音高，做F0规整必须考虑其他声学参数的作用。Rose(1987，p. 347)指出，考虑到语言学音高与其他声学参数关系的研究现状，只好先对F0本身作规整了。研究结果表明，F0过渡段对语言学音高没有作用。在我们给出的规整F0曲线中，包含了F0过渡段部分。人们在讨论声调和语调音高(tonal pitch)与F0关系时，除F0过渡段以外，仍然可以习惯地把F0等同于语音音高，认为语音音高跟F0是同义词，音高就是指F0，F0就是音高。但是人们不要忘记自己所谈音高的含义。
1.6 语音F0的规整：我们认为语音音高与F0音域之间的关系是线性的，所以用下面公式求F0的J规整值：
J=5 ′（F0 - F0 min ）? ( F0 max - F0 min )―――( ２ )，
（２）式中F0 max 代表某发音人某句话的最大值，F0 min 是同一发音人同一句话F0 的最小值，如果是对某发音人某句话进行规整的话；F0是这句话基频的任意值。（2）式中，分母( F0 max - F0 min )是某句话（也可以是其他要规整的语音单元）F0 最大值与最小值之差，而分子（F0 - F0 min ）是任一频率F0 与这句话F0 最小值之差；分子与分母的比值最大为１，最小为０，对任意一个F0而言，这个比值具有归一化的意思。因为（２）式右边有系数5，所以不说这个公式具有归一化作用，而说具有规整功能。 把F0 max，F0 min 和F0代入（２）式，可以得到不同F0的 J值，它就是F0的规整值。F0 J值近似地代表语音音高大小。本文是对某个发音人某句话的F0进行规整的，规整后F0的 J值最大为5，最小的为0。公式中的系数用５可以表达F0曲线的升降起落，也就是说语句中音高变化可以用通常的５度值来讨论，如单字调和变调用５度值讨论一样。Rose (1987)在研究汉语吴方言声调时，对测量到的F0进行了规整，认为规整的F0曲线反映了音高知觉。他指出，对F0作规整最常用的策略有两种，一种他称为FOR变换（fraction of range transforms，范围或音域变换），另一种是Z-score变换（z-score transforms）。他认为，这两种规整都属于线性关系。FOR变换的公式如下：
F0 norm =（F0 - F0 min ） ? ( F0 max - F0 min )―――（3），
（３）式右边四个符号的意义与公式（２）的相同。
Z-score变换用的公式如下：
F0 norm =（F0 i - F0 ave.）/ s――― （４）
（4）式中，F0 ave代表所要规整的各个频率平均值，s代表F0平均值（F0 ave）的一个偏差，F0 i是待规整频率，F0 norm是经规整得到的数值．
P. Rose用（４）式对F0作规整，本研究用（２）式对F0作规整，用（４）式对音节时长作规整．
2. 汉语声调的声学征兆及其感知
2.1 汉语声调的声学征兆：对汉语声调进行声学语音研究，做得较为彻底的算北京话（普通话）了。人们用不同实验都得到了与阴平，阳平，上声和去声相应的声学曲线包括F0曲线和时长。研究任何汉语方言声调的声学表现，都要得到其相应的F0曲线，时长以及振幅曲线以至共振峰。
2.2 F声调的感知：汉语声调的感知特性，做得较多的也算北京话了，因为它是普通话的语音基础。这里主要介绍汉语声调的范畴知觉和声调信息分布两个问题。
2.2.1 声调的范畴感知：研究范畴感知要做两个试验，一个实验叫辨认测验，另一个叫区分测验。这两个测验分别得到刺激声的辨认函数和区分函数。范畴感知有两个特点。一是在区分函数上有一些能非常精确区分的高峰和一些其区分百分数只比猜测的稍好的低槽；二是区分函数上的高峰和低槽跟辨认函数之间有很大的一致性，即高峰是由从不同音位范畴取出来刺激声对子所引起的，而低槽是由从同一音位范畴之内取出的刺激声对子所引起的。当然，这些刺激声对子的声学参数的差值是在通常的听觉辨别阈限之内的。汉语普通话阴平和阳平之间存在着音位界限，因为它的辨认函数出现陡峭，区分函数在陡峭处出现高峰。普通话阳平和上声有范畴边界，区分函数中在这个边界出现高峰。可是泰语暹罗话声调的结果却是连续知觉。在某些音段范畴知觉基础之上，采用选择性适应方法，估计在通向大脑的神经中有特征觉察器，声调怎样？。
2.2.2 声调的信息分布：声调信息分布是研究声调信息是由字音的整个带音部分，还是由其韵母或主要元音所携带。分单念的声调信息分布，两音节里的声调信息分布，和语句中的信息分布三部分来谈。
2.2.2.1 单念声调的声调信息分布：我们采用感知试验方法研究这个问题。做感知试验总要制备一种刺激声。我们的实验结果是，对北京话单说的声调来说，不仅可以把浊辅音声母及介音，而且也可以把鼻音韵尾或元音韵尾排除在信息分布区之外，因而，单说的北京话声调信息主要由主要元音及其过渡所携带。从此说明，字音里的F0并不都能引起声调的感觉，即F0跟字音声调音高之间相联系的函数是不连续的。
从1974年开始，国内外学者从声学的或感知的角度研究这个问题，其争论点在鼻音韵尾是否跟声调分布区有关。
2.2.2.2 普通话两音节间的过渡及其感知：通过声学分析和感知试验表明，普通话和福州话两音节组中的声调信息都主要由音节主要元音及其过渡所携带。普通话VV和VCV中F0上升和下降过渡之所以未能被听见，是因为它不发生在主要元音上；福州话VV和VCV中F0上升部分之所以被听见，是因为它涉及了主要元音。这个问题涉及了D.House的音调感知理论。
2.2.2.3 自然语句中声调感知；自然语句中各个音节F0曲线跟单念的尤其是很不一样，其声调信息分布跟朗读单音节或多音节的会不会一样，值得研究！
2.3 声调能力的大脑侧向问题：大脑两半球对语言的作用，科学家做过很多研究。早期的研究主要是靠对失语症病人的临床观察，后来人们又找出新的研究方法，企图从正常人身上找到证据，比较著名的一种叫做两岐听力试验。人们一般认为，大脑左半球不但专司语言，而且还专司理解和分析。因而，人们自然会提出声调会不会也由左半球来管这个问题。有学者认为广东话声调是右耳占优势的（1974），而另一些学者认为普通话声调没有明显的右耳优势（1983）；有学者认为泰语暹罗话声调更容易被右耳听见（1975）。看来这方面研究需要运用一些新方法进行研究，以求得到确切结论。这种新方法包括脑电仪等。
3. 语调问题
3.1 汉语语调的声学语音学研究发展：八十年代以来，用实验方法研究汉语语调取得的成就，使人们对汉语语调的认识深化了许多。吴宗济(1980; Wu,1990)语调的基本观点是, 多音节变调是语调的不变单元和这个单元 (吴先生用'模块移动'术语)在频率轴和时间轴上的移动。沈炯(1985, 1994)发现，语调是由一连串声调音域组织起来的音高调节形式，声调是在语调音域中滑动的曲拱，并指出语句中?quot;调冠"，"调腹"和"调尾"。劲松（1992）认为：北京话语调是句子末一节奏单位中重读音节上的音高变化。沈晓楠(Susan Shen, 1990)认为，汉语至少有三种不同的语调调子(intonation tune)，她称它们为"调子一(Tune I)"，"调子二(Tune II)"和"调子三(Tune III)"；"调子一"用于是非问句，"调子二"是'Wh'疑问句，"调子三"是选择问句。郑秋豫（ Tseng，1990）在研究声调与语调关系后指出以下问题：(1)下倾作用确实存在于汉语，但只出现于她所研究语句的一小部分； (2)下倾理论不仅解释力很弱，而且它所声称的普遍性也太过分；(3) 呼吸群理论是揭示语调更好的途径；(4) 句法和语调之间的相互作用确实存在； (5) 对现行理论无法解释的语调模式，人们不应忽视；(6)现行的语调理论对天然话语（spontaneous speech）及朗读话语 (read speech) 更加困难； (7) 下倾理论对篇章也许比起句子更行得通。以上关于汉语语调的研究成果，为我们研究打下良好基础。沈晓楠的这个成果受到著名语音学家D. Robert Ladd的重视，引用于他写的《语调音系学》专著中（1996）。从郑秋豫提出的几个问题看到，语调研究必须从实验句以及朗读语句转向自然口语，使语调研究贴近语言和语音实际。
3.2 我们研究汉语语调的策略和方法：我们运用新近发展的自主音段节律音系学理论
（Autosegmental-metrical theory, AM theory），从语句的韵律结构出发，使用即席的电话对话语料及有关自然对话语料，使用声学分析（对语音基频和时长作规整）和感知试验结合在一起的方法，研究功能语调。以下对功能语调做些定性说明。
3.2.1 是非问句：是非问句分不带任何疑问符号与带疑问符号的两种。
3.2.1.1 举例说明不带任何疑问符号的是非问句："餐厅吃饭可以打折？"是不带任何语气词和疑问指代词等的是非问句。这句话来自即席的店电话对话语料库（"973"）。从这句话和相应叙述句的五度制规整F0曲线进一步证实，它的疑问信息来自这句话句末"打折"，而且疑问句的由F0高低线所形成的F0音域比相应叙述句的高；从这句话规整的声学曲线看，"打折"就是这句话后一个韵律短语的最后韵律词。
3.2.1.2 带"吗"等的是非问句：带"吗"是非问句之前的F0高低线与语句重音有什么关系？带"吗"是非问句之前的F0高低线与叙述句的有无系统差异？"吗"本身F0曲线与什么有关等问题，都要给出答案。
3.2.2 特指问句：特指问句中疑问代词和副词的声学表现是什么，整个特指问句的F0高低线是如何活动的?它跟是非问句的和叙述句的有何异同？特指问句疑问点的声学表现是什么，必须给回答。
3.2.3 选择问句：选择问句的最后部分和前面部分的声学语音表现是一样的吗，整个选择问句的F0高低线是如何活动的。它跟是非问句的，特指问句的的和叙述句的有何异同？选择问句疑问点的声学表现是什么。
3.2.4 反问问句（略）。
3.3 我们从韵律结构不仅要得到语句的高F0线，而且寻找其F0低线，从中研究F0高低线的不同作用；从F0高低线入手深入探讨它与重音等的关系，以回答吕先生提出的疑问点等问题；同时着力探询各种疑问句尤其是非问句疑问信息的声学表现，在定性结果基础上，给出功能性语调的声学语音学模式。