声学元音图是选取元音的第一共振峰（F1）的频率为纵轴坐标，第二共振峰（F2）的频率为横轴坐标画出来的元音分布图。为了接近实际习惯和听感距离，本文对纵轴用对数标度，横轴用线性标度，并把坐标的零点设在右上角。
单元音的舌位和声腔形状是不改变的，因此单元音每次发音测算出的第一共振峰（F1）频率和第二共振峰（F2）频率都可以在图上得到一个代表点。复合元音的发音特点是从一个元音的发音动作迅速向另一个元音的发音动作过渡，舌位和声腔都有变化。因此二合元音是一条联结两个端点的近似直线。三合元音则有两个端点和一个折点，通过三点可以构成一条近似折线，折点就是中间的元音。
声学元音图虽然不能完全和生理舌位图相同，但是在相对位置上大致对应。首先，舌位高低跟F1密切相关。舌位高，F1就低；舌位低，F1就高。其次，舌位前后跟F2密切相关。舌位靠前，F2就高，舌位靠后，F2就低。另外，F2和嘴唇的圆展也有关系。圆唇作用可以使F2降低一些。我们从中可以直观地考察同一元音音位内部变体的表现，以及不同元音之间的分布关系等等。因此，利用声学元音图研究语言的元音系统是很方便的。
马丁·裘斯(M. Joos 1948)认为：尽管不同的人所发的同一个元音共振峰的频率不同，但是每个人所发的各个元音在声学元音图上的相对位置基本上是稳定的。人的大脑正是以这种相对位置为背景来感知语音的。如果把这种因人而异的变体叠合起来看似纷乱无序，然而每一个发音人的表现都是自成系统的，有规律可循的。同一语言或方言的发音人具有一致的系统，同样的格局。我们根据元音的不同级别，画出不同层次上的元音分布图，就会对元音的格局有一个清楚直观的了解。
4、广州话的介音问题
很多学者都把广州话的语音系统分析为没有介音。这实际上是音位处理的一种方式，在声母分析中增加一套圆唇的舌根音声母，并把处于音节开头的半元音??、??算作声母而不看为介音。这样可以使广州话的韵母减少三十多个。按照这种处理方式来划分广州话的元音层级，就只有一级元音和三级元音，而没有二级元音和四级元音。
按照有介音的方式来分析，就是把处于音节开头的半元音??、?? 看成介音，舌根音声母后面的?? 也作为介音。这样就是在声母中少了一套圆唇的舌根音声母而在韵母中增加了三十多个带有介音的韵母。因此我们就可以说广州话的介音只有??、??， 而没有?-。根据这种处理方式，广州话的元音就具有全部的一、二、三、四级元音。
音位处理可以允许有不同的结果。广州话若按无介音计算，有五十多个韵母；若按有介音计算，则有八十多个韵母。（李新魁1995：45）本文按照有介音的方式进行分析，在语音实验中又补充了麦耘的31组带有介音的发音样品。
5、广州话元音的层级分析
在单韵母中出现的元音是一级元音。广州话的一级元音是七个：/ ?、?、?、?、?、?、?/。（见图一a）其中有三个高元音，三个中元音和一个低元音。香港话的一级元音跟广州话一样，（见图一b）在声学元音
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图上的分布位置和相对关系也都是一致的。? 在 ? 和 ? 之间，靠近 ? 。? 在 ? 和 ? 之间，靠近 ? 。
图一a、广州话的一级元音 图一b、香港话的一级元音
能够带韵头的元音是二级元音。广州话的二级元音跟一级元音一样，也是七个：/ ?、?、?、?、?、?、?/。（见图二a）香港话的二级元音也跟广州话一样。（见图二b）它们在声学元音图上的分布位置和相对关系也都跟一级元音基本一致。前元音都带i- 介音，后元音都带u- 介音，只有a 既可以带i- 介音，又可以带 u- 介音。两幅图中a 元音各有两个圆圈。广州话的图中，前下方的是ia，后上方的是ua；香港话的图中，前上方是ia，后下方是ua。
图二a、广州话的二级元音 图二b、香港话的二级元音
能够带韵尾的元音是三级元音。广州话的三级元音有十一个：/ ?、?、?、?、?、?、?、?、?、?、? /。（见图三a）高元音 ?、?、? 可以看作是分别带有韵尾的??、??、??。另外的三对中元音和一对低元音既有音质的区别，也有时长的区别，因此在图上有一定的重叠分布。香港话也是如此。（见图三b）在图中可以看得很清楚，过去有的学者标写的前元音 ? 实际上应该是央元音? ，赵元任曾经讲到过这一点。? 和 ? 在出现环境上并不对立，而是互补的。? 则是跟 ? 在-n 尾和-t尾中对立，跟 ? 在-? 尾和-k 尾中对立。
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图三a、广州话的三级元音 图三b、香港话的三级元音
既能够带韵头也能带韵尾的元音是四级元音。广州话的四级元音跟三级元音一样，也有十一个：/ ?、?、?、?、?、?、?、?、?、?、? /。（见图四a）高元音 ?、?、? 可以看作是分别带有韵头和韵尾的???、???、???。除了一对低元音 ?、? 在图上还有一定的重叠分布，其他的三对中元音仅有很少的重叠。香港话同样也是这样。（见图四b）它们的各个元音在图上分布的相对位置都是一致的。这里所说的相对位置是指在声学元音图的上下、前后的位次布局，也就是具有相同的格局。
图四a、广州话的四级元音 图四b、香港话的四级元音
广州话语音中有三种不同的韵尾：元音韵尾、鼻音韵尾、塞音韵尾。我们把三级元音和四级元音里面带有元音韵尾的称为A类，带有鼻音韵尾的称为B类，带有塞音韵尾的称为C类元音。还可以对于这些带有不同的韵尾元音的表现分别作出分析。（见图五a、b、c）
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图五a、带元音韵尾的元音图 b、带鼻音韵尾的元音图 c、带塞音韵尾的元音图
6、元音时长跟元音音质的关联
听辨实验的结果显示，（石锋、刘艺2002；石锋、麦耘2003）广州话和香港话的长??和短??元音之间的对立包含了语音的时长和音质两个方面的因素，缺一不可。在短元音的听辨中，音质的作用很小；在长元音的听辨中，音质的作用较大。音质对于听感辨识的作用会随着音长差异的增大而减弱。
实际上，时长的差异在所有元音上都有表现，而且元音的时长跟它所处的语音结构有关联。（张群显1994；Zee 1995）广州话元音时长的统计结果充分说明了元音时长的规律性差异。（见表一）从总体来看，单韵母中的元音平均为449毫秒，是最长的。带有韵尾的元音时长有三种表现：带有i、u、y这样没有长短对立的元音的韵母中（没有用横线或斜线连接的数据项），元音音长平均202毫秒，是中等程度。成对的长短对立的元音（用横线或斜线连接的数据项），如?-?、?-? 和 ?-? 之间，则是具有明显的时长差异：长者愈长，平均达到268毫秒；短者更短，平均只有112毫秒。这种长短的相对差别为2.4：1。
香港话元音时长的统计结果与广州话一样，都是在时长方面表现出系统差异。（见表二）单韵母中的元音最长，平均为364毫秒。带韵尾而没有长短对立的i、u、y元音平均音长232毫秒，处于中等状态。?-?、?-? 和 ?-? 这样长短对立的元音中，长元音平均为253毫秒；短元音平均有130毫秒。相对的长短差别为1.9：1。如果对比广州话与香港话元音时长的差异程度，可以看出香港话的差异略小于广州话。
在广州话的短元音里面，带元音韵尾的平均时长158毫秒；带鼻音韵尾的是108毫秒；带塞音韵尾的最短，84毫秒。香港话的统计结果中，这三个数据分别是156毫秒，124毫秒，119毫秒。香港话和广州话的短元音时长都表现出同一种趋向，这就是：带有元音韵尾＞带有鼻音韵尾＞带有塞音韵尾。
表一、广州话元音时长统计表 单位（毫秒）
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表二、香港话元音时长统计表 单位（毫秒）
7、关于元音音质的两个问题
《香港话音档》把 ??、?? 写为 ??、??，把 ??、?? 写为 ??、??。有些学者也是这样标写的。这会使香港话和广州话两个本来相同的元音格局出现较大的差异。如果在声学元音图上对比这两个元音的相对位置，香港话和广州话的表现都是一致的：??、?? 和 ??、?? 里面的元音跟 ? 和 ? 的区分很清楚。（见图六a、b）因此我们觉得还是用 ??、??；??、?? 的写法为宜。这样一是可以符合语音的实际表现；二还能够保持香港话和广州话元音系统的一致性。
图六a、广州话的e、o元音 图六b、香港话的e、o元音
《方言》杂志在刊载李行德对广州话元音实验分析的文章时，加上编者按语，提出广州话ei和ou中
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