Звуки речи. акустические свойства звуков
Введение…………………………………………………………………..2 Глава 1. Свойства звуков речи………………………………………….4 Краткие сведения из физиологической акустики……………….4 Сила………………………………………………………………...7 Громкость………………………………………………………….8 Высота, тембр……………………………………………………...9 Звуки речи………………………………………………………...10 Глава 2. Акустические свойства звуков речи………………………….13 2.1. Акустическая характеристика………………………………………13 2.2. Роль артикуляционного аппарата в образовании акустических характеристик звуков……………………………………………………..17 Заключение………………………………………………………………..21 Список литературы……………………………………………………….25
Введение
Звуки речи, как и всякий другой звук, есть результат колебательного движения упругой среды. Струя воздуха, нагнетаемая из легких, приводит в колебательное движениеголосовые связки, они передают движение частицам окружающей воздушной среды. Каждая из частиц делает сначала движение вперед от колеблющегося тела, затем возвращается назад. В результате получается периодическое изменение воздушного давления, то есть последовательные сгущения воздуха (при движении вперед) и разряжения (при движении назад). Это создает звуковую волну. Высота звука зависит от количества колебаний в единицу времени. От увеличения количества колебаний высота звука повышается, от уменьшения – понижается. Высоту звуков измеряют герцами – одно колебание в секунду. Человеческое ухо воспринимает звуки от 16 до 20 000 герц. Изменения высоты звуков в речи создает интонацию, мелодику речи. Сила звука определяется амплитудой колебаний звуковой волны: чем больше амплитуда, тем сильнее звук. В речи сила звука связывается с понятием о силовом ударении. Сила звука воспринимается слушающим как громкость. Ученые выделяют два порога: порог слышимости (когда звук слабо различим) и порог болевого ощущения. Длительность или долгота звука связана с продолжительностью данного звука во времени с его количеством колебаний: в русском языке, например, гласные под ударением длительнее безударных. Большую роль в акустической окраске звуков играет характер колебательного движения: если оно совершается ритмически, то есть через определенные интервалы повторяются такие же периоды, то такая звуковая волна создает музыкальный тон; это наблюдается при произношении гласных звуков, когда воздух из легких, проходя через голосовые связки, нигде больше не встречает преград. Если же колебательное движение прерывается, то ухо воспринимает такой звук как шум. Шумными являются согласные звуки: воздух, проходя через речевой аппарат, встречает на пути преграды (с участием неба, языка, зубов и губ). Тоны и шумы взаимодействуют в ротовом и носовом резонаторах, создавая индивидуальные тембры звуков, по которым мы и узнаем звуковую речь наших знакомых и родных. Глава 1. Свойства звуков речи Краткие сведения из физиологической акустики Адекватным раздражителем органа слуха, или слухового анализатора, является звук. Звук представляет собой колебательные движения среды (воздуха, воды, почвы и пр.). Речь возникает при колебании голосовых складок у нас в гортани. Эти звуковые колебания распространяются по воздуху и попадают в наше ухо. В звуке, как и во всяком колебательном движении, различают амплитуду, или размах, колебаний, период, или время, в течение которого совершается полное колебательное движение, и частоту, или число полных колебаний в 1 секунду. Источником звука является колеблющееся тело. В силу упругости, присущей любому веществу, любой среде, колебания, возникающие в одном месте, передаются на соседние участки, причем возникают уплотнения и разрежения среды. Эти уплотнения и разрежения распространяются во все стороны с определенной скоростью, зависящей от величины упругости и плотности среды. Так возникают звуковые волны, состоящие из чередующихся друг с другом уплотнений и разрежений среды. По характеру колебательных движений звуки делятся на две группы - тоны и шумы. В звуках различают три характерных свойства: силу, высоту и тембр. Звуки речи, как и всякие другие звуки, являются результатом воздействия колебательных движений воздушной среды на слуховой аппарат человека. Эти колебания возбуждаются каким-либо источником - колеблющейся струной, сильным потоком воздуха, проходящего через узкое отверстие, ударом тела о поверхность. При образовании звуков речи в качестве источников звука выступают определенные участки речевого тракта при их работе во время речи. Принято рассматривать звуки вообще и звуки речи в частности с двух сторон: во-первых, исследуют объективные свойства колебательных движений - их частоту, силу, спектральные характеристики; во-вторых, изучают те ощущения, которые так или иначе вызываются этими колебаниями в слуховой системе человека, - высоту, громкость, тембр. Закономерности восприятия звуков исследует специальная область акустики - психоакустика. Рассмотрим основные соотношения между акустическими и психоакустическими свойствами. Частота колебательных движений определяется их числом в единицу времени: так, если колеблющееся тело совершает за секунду 100 колебательных движений, то частота получающегося при этом звука - 100 герц (герц - единица измерения частоты, названная так в честь немецкого физика, а ее сокращенное обозначение - Гц). Диапазон речевых частот, т. е. тех колебаний, которые могут быть обнаружены при анализе акустических свойств звуков речи, - от 50 до 10 000 Гц, что составляет лишь часть диапазона звуков, слышимых человеческим ухом. При восприятии частота колебания определяет высоту слышимого звука - чем выше частота колебаний, тем более высоким кажется нам звук. Однако эта связь - не линейная, так как увеличение частоты, например, в 10 раз не приводит к ощущению повышения звука тоже в 10 раз. При описании акустических характеристик частоту обычно обозначают латинской буквой f- от англ. frequency.
Заключение
Речевой аппарат человека является системой, приспособленной к порождению акустических колебаний для образования звуковых последовательностей. Условно мы можем говорить о том, что некоторые участки речевого тракта обеспечивают возникновение источников звука, а другие - резонансную систему. Существует три вида источников звука при речеобразовании: голосовой и два шумовых - турбулентный и импульсный. Голосовой источник возникает при колебании голосовых связок, и его работа обеспечивается как дыхательной системой, так и гортанью. Звук, возникающий в результате колебания голосовых связок, содержит основную частоту и гармоники, однако сразу же обратим внимание на то, что в обычных условиях мы этого звука никогда не слышим, поскольку он поступает в надгортанные полости, где всегда в значительной мере преобразуется. С голосовым источником образуются все гласные, сонанты и звонкие шумные согласные. Турбулентный источник шума возникает при сужении в каком-либо месте речевого тракта при прохождении по нему воздушной струи. В результате этого сужения воздух, проходящий по относительно широкому проходу, в месте сужения создает вихревые потоки, соприкосновение которых с краями сужения речевого тракта создает специфический шум. С турбулентным источником шума образуются все шумные щелевые согласные. Импульсный источник шума возникает при резком раскрытии смычки произносительных органов. Во время смычки в полости рта создается избыточное воздушное давление, поскольку воздушная струя не находит выхода из речевого тракта. При раскрытии смычки происходит выравнивание давления за местом смычки и атмосферного - и в результате возникает короткий и резкий щелчок - импульсный шум, характеризующий образование взрывных согласных. Акустические свойства звуков речи обеспечиваются участием одного, двух (или даже трех) источников: при производстве гласных источник голосовой, при глухих шумных щелевых - турбулентный, глухих взрывных - импульсный; звонкие щелевые образуются при участии двух источников - голосового и турбулентного, звонкие взрывные - голосового и импульсного. Источник звука вызывает колебательные движения воздуха в резонаторах - в надгортанных полостях. Ротовая, носовая полости глотки образуют целую систему резонаторов, собственные частотные характеристики которых могут очень существенно изменяться в зависимости от положения губ, языка, мягкого неба, т. е. в зависимости от того, какой звук артикулируется. Те усиления в спектре звука, которые зависят от конфигурации речевого тракта, называют формантами звука, поскольку именно они и формируют акустический образ произносимого звука. В специальной литературе форманты обозначаются латинской буквой F, а расположение формант на шкале частот связывается с номерами формант: самая близкая к частоте голосового источника форманта обозначается римской цифрой I, и далее форманты нумеруются в порядке возрастания их частоты; FI, FII, FIII, FIV. Число формант, которое необходимо учитывать при характеристике каждого звука, разными учеными определяется по-разному. Наиболее распространенной является точка зрения, в соответствии с которой достаточно четырех формант, при этом первая и вторая форманты имеют большее значение, чем третья и четвертая. Количество формант, существенных для акустических характеристик звука, сопоставимо с количеством резонансных полостей речевого тракта, однако было бы неверно думать, что каждая форманта связана с определенным резонатором. Между артикуляционными и акустическими характеристиками существует, безусловно, связь, которую можно определить как зависимость частот формант от ряда, подъема и огубленности. Считается, что частота FI связана с подъемом гласного: чем более открытый гласный, тем выше частота FI, чем более закрытый, тем она ниже; частота FII связана с рядом гласного: чем более передним является гласный, тем выше частота FII, чем более задним, тем она ниже. Огубленность гласного понижает частоту всех формант. При характеристике русских гласных мы убедимся в справедливости этого правила, однако не будем забывать о его известной упрощенности: фактически каждая из формант определяется всеми участками речевого тракта, а число формант, существенных для восприятия звука, больше двух. Рассматривая роль отдельных участков речевого тракта в образовании акустических характеристик, мы убедились в том, что и дыхательная система, и голосообразование, и собственно артикуляторные процессы определяют как характер источника звука, так и систему резонансных полостей, т. е., в конечном счете, по характеру артикуляции можно предвидеть акустический эффект, а по акустическим свойствам можно восстановить тот артикуляторный процесс, результатом которого явился данный звук. ќто обстоятельство позволяет исследователям фонетики пользоваться для своих наблюдений такими экспериментальными методиками, которые обеспечивают наилучшее объяснение фонетических явлений. Например, для исследования фонетических характеристик звуков, появляющихся в спонтанной речи, практически невозможно применять методы анализа и записи артикуляций, поскольку все они достаточно сложны и не обеспечивают необходимой естественности речепроизводства. Однако, учитывая тот факт, что акустические характеристики несут в себе много информации об артикуляционных процессах, можно анализировать магнитные записи спонтанной речи, проведенные в наиболее естественных условиях, и по акустическим данным интерпретировать сущность происходящих в речи артикуляторных процессов.
Список литературы
Аванесов Р.И. Русское литературное произношение: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов по спец. № 2101 "Рус.яз и лит." - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 1984. Акишина А.А., Барановская С.А. Русская фонетика. - 2-е изд., испр. -М.: Рус.яз., 1990. Березин Ф.М., Головин Б.Н. Общее языкознание: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по спец № 2101 "Рус.яз и лит." - М.: Просвещение, 1979. Биологические и кибернетические аспекты речевой деятельности. Сборник обзоров. - М.: Институт научной информации по общественным наукам, 1955. Бондарко Л.В. Звуковой строй современного русского языка. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по спец. "Рус.яз. и лит." - М.: Просвещение, 1977. Бондарко Л.В.Осциллографический анализ речи. - Л., 1965. Деркач М.Ф., Гумецкий Л.Я.и др. Динамические спектры речевых сигналов. Львов, 1983. Макеев (Ерет) А.К. Естественная система фонем интеллекта (ЕСФИ). В книге: Актуальные проблемы фундаментальных наук. Т. 12. Секции Эргономика и искусственный интеллект, иностранные языки, семинар “Проблемы современной организации науки и производства. Инжиниринг. Маркетинг”./ Под ред. Федорова И.Б. –М.: Издательство МГТУ, 1991. Моисеев А.И. Звуки и буквы, буквы и цифры...: Кн. для внеклас. чтения учащихся 8 - 10 кл.сред.шк. - М.: Просвещение, 1987. Озеран А.Е. Машинопись. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Минск: Вышейш. школа, 1976. Сапожников М.А. Речевой сигнал в кибернетике и связи. М., 1963. Современный русский язык: Учеб. пособие по спец. № 2121 "Педагогика и методология нач. обучения" /Попов Р.Н., Валькова Д.П., Маловицкий Л.Я., Федоров А.К. - 2-е изд., исп. и доп. - М.: Просвещение, 1986. Фланаган Дж. Анализ, синтез и восприятие речи. М., 1968. Начало формы
ФОНЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСКРИПЦИЯ. ПРИНЦИПЫ ФОНЕТИЧЕСКОЙ ТРАНСКРИПЦИИ
Для более точной передачи звучащей речи на письме используют фонетическую транскрипцию - особую систему, основанную на единообразных отношениях между звуками и буквами: каждый звук обозначается одним, притом одним и тем же знаком; каждый знак всегда обозначает один и тот же звук.
В основе русской фонетической транскрипции лежит русский алфавит, за исключением букв е, ё, ю, я, щ, й, которые не соответствуют принципам транскрипции. Особое звуковое значение имеют буквы Ъ и Ь: они обозначают краткие редуцированные звуки.
Для обозначения русских гласных звуков используются следующие знаки: а, э, о, и, ы, у, и, е. Для обозначения русских согласных - б, п,в, ф, к, г, д, т, з, с, л, м, н, р, х (и их мягкие варианты), ж, ш, ц. Кроме того, в русской транскрипции для обозначения среднеязычного палатального согласного используют букву из латиницы - j, а звонкий заднеязычный фрикативный в словах двухгодичный обозначается у. Дополнительные особенности звуков отмечаются специальными дополнительными (диакритическими) значками: мягкость - апострофом или знаком минуты [сэт"]; ударность - знаком ударения: акутом - основное (/); грависом - побочное, второстепенное (\); долгота - горизонтальной чертой над знаком - отдать; краткость - дужкой под знаком; слоговый характер согласного - ло^ро; носовой характер согласного - о~.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗВУКОВ РЕЧИ
Как физическое явление звук речи представляет собой результат колебательных движений голосовых связок. Источник колебательных движений образует непрерывные упругие волны, которые воздействуют на человеческое ухо, в результате чего мы и воспринимаем звук. Свойства звуков изучаются акустикой. При описании звуков речи рассматриваются объективные свойства колебательных движений - их частота, сила, и те звуковые ощущения, которые возникают при восприятии звука - громкость, тембр. Часто слуховая оценка свойств звука не совпадает с его объективными характеристиками.
Высота звука зависит от частоты колебаний в единицу времени: чем больше число колебаний, тем выше звук; чем меньше колебаний, тем звук ниже. Высота звука определяется в герцах. Для восприятия звука важна не абсолютная, а относительная частота. При сравнении звука с частотой колебаний в 10 000 ГЦ со звуком в 1 000Гц первый будет оценивать как более высокий, но не в десять раз, а всего лишь в 3 раза. Высота звука зависит также от массивности голосовых связок - их длины и толщины. У женщин связки тоньше и короче, поэтому женские голоса обычно выше, чем мужские.
Сила звука определяется амплитудой (размахом) колебательных движений голосовых связок. Чем больше отклонение колеблющегося тела от исходной точки, тем интенсивнее звук. В зависимости от амплитуды меняется давление звуковой волны на барабанные перепонки. Силу звука в акустике принято измерять в децибелах (дБ). Сила звука зависит и от объема резонирующей полости. С точки зрения слушающего сила воспринимается как громкость: увеличение звукового давления приводит к увеличению громкости. Между силой и громкостью нет прямой зависимости. Звуки равные по силе, но с разной высотой воспринимаются по-разному. Так, звуки с частотой до 3000Гц воспринимаются как более громкие.
Звуки русского языка различаются по времени своего звучания. Длительность звучания измеряют в тысячных долях секунды - мс. По долготе звучания различают ударные и безударные гласные звуки. Безударные гласные первого и второго предударного слога также различны по времени. Длительность смычных взрывных согласных практически равна нулю.
Фонетическим паспортом человека называют тембр звука. Тембр звука создается путем наложения на основной тон, возникающий в результате ритмических колебаний голосовых связок, обертонов, являющихся результатом колебаний отдельных частей звучащего тела. Частота колебаний обертонов всегда в кратное число выше частоты колебаний основного тона, а сила слабее, чем выше высота. Резонаторы могут изменять соотношение тонов и обертонов, что отражается на тембровом рисунке звука.
С развитием электроакустической (в 1920-1930 гг.), а затем (в середине 60-х гг.) - компьютерной (электронной) техники стало возможным более детальное изучение акустических характеристик звука речи.
ЗВУКИ РЕЧИ. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗВУКОВ
Из всех звуков окружающего мира наибольшее значение для человека имеют звуки речи. С акустической точки зрения речь представляет собой поток различных звуков, прерывающийся паузами разной длительности. Особенности звуков речи определяются различием их акустических свойств: высоты, силы, тембра и длительности. Разнообразное сочетание этих свойств звуков речи является той материальной основой, которая служит для выражения мысли.
Звуки речи делятся на две основные группы - гласные и согласные. Гласные являются тоновыми звуками, согласные - преимущественно шумовыми.
Гласные звуки. Различие между отдельными гласными определяется характерными для каждого гласного формантами. Форманты представляют собой отдельные усиленные области частот, составляющих сложный спектр звуков речи. Так, например, гласный звук а независимо от своего основного тона, т. е. независимо от того, на какой высоте голоса он произнесен, имеет характерную для этого звука форманту, охватывающую область от 1000 до 1400 Гц.
Таблица 2.форматный состав гласных звуков
Из приведенной таблицы 2 видно, что гласные у, ы, о характеризуются низкими формантами (от 200 до 800), а гласные э, и - высокими (от 1500 до 4200), для гласного же а характерны форманты средней частоты (от 1000 до 1400), так что звуки у, ы, о можно условно считать «низкими», в то время как и, э являются «высокими» звуками.
Из этой же таблицы видно, что гласные ы, э имеют, кроме основных формант, добавочные формантные области, отличающиеся от основных меньшей интенсивностью.
Согласные звуки также обладают определенными акустическими характеристиками, но значительно более сложными. Звуковой анализ звонких согласных, например б, в, з, ж и др., показывает наряду с периодическими колебаниями, соответствующими тону голосовых связок, наличие в составе этих звуков непериодических колебаний высокой частоты, не гармоничных по отношению к основному тону. Что касается глухих согласных, например п, ш, ц и др., то в их состав входят только непериодические колебания разной частоты. Согласные л, м, н обладают почти правильной периодичностью. Для р характерны биения звука с частотой около 20 колебаний в секунду (соответственно частоте вибраций языка) и форманта в области от 200 то 1500 Гц. Согласный ш имеет высокую форманту в области от 1200 до 6300 Гц, а согласный с - еще более высокую характеристическую область - от 4200 до 8600 Гц. Нужно отметить, что звуковой спектр согласных настолько сложен, что вопрос о физической природе этих звуков не может считаться окончательно разрешенным.
Если в силу каких-либо причин устраняются или ослабляются форманты, характеризующие речевые звуки, то речь становится неразборчивой, даже если она обладает достаточной громкостью. Такое устранение и ослабление формант служит причиной неразборчивости речи при несовершенной радиопередаче и при пользовании низкокачественной звукоусиливающей аппаратурой.
Снижение разборчивости речи за счет устранения высоких формант отмечается также при некоторых формах тугоухости, когда нарушается восприятие высоких тонов.
§ 32. В начале данного раздела (в § 28) говорилось о трех аспектах изучения звуков речи – акустическом, артикуляционном и функциональном. В учебной литературе рассмотрение звуков речи принято начинать с их акустической (или физической) характеристики, с объяснения акустических признаков звуков, по которым они различаются на слух. Звуки речи, так же как и все другие звуки, характеризуются такими акустическими признаками, как: 1) наличие (преобладание) тона (музыкального тона, голоса) или шума; 2) сила, громкость, или интенсивность; 3) высота тона; 4) долгота, длительность, или количество; 5) тембр.
Наличие (преобладание) тона или шума зависит от характера колебания упругого тела, образующего звук, например, металлической пластинки, корпуса колокола, струны музыкального инструмента, голосовых связок. По этому признаку среди звуков, в том числе и звуков речи, различаются тоны и шумы. Тоны образуются тогда, когда колебание носит упорядоченный, ритмический, периодический характер, т.е. является равномерно периодическим. Шумы возникают при условии, если ритмичность, периодичность в колебаниях отсутствует. К тонам относятся, например, звуки, образуемые музыкальными инструментами; шумами являются, в частности, звуки, возникающие при стуке колес автомобиля. Среди звуков речи тоны образуются при сближенных, напряженных и вибрирующих голосовых связках, шумы – при голосовых связках ослабленных, ненапряженных. Так, все гласные звуки представляют собой тоны или, по утверждению некоторых лингвистов, "являются в основном тонами" , в то время как согласные представляют чистые шумы или сочетания шума и тона. К чистым шумам относятся глухие согласные (например, русские п, т, к, с, ш, ф, х). .Звонкие же согласные сочетают в себе (в разной степени) шумы и тоны. У шумных звонких (таких, как, например, б, д, г, з, ж, в) преобладает шум, у звонких сонорных (л, м, и, р) – тон.
Сила звука различается в зависимости от размаха, амплитуды колебаний упругого тела, в том числе голосовых связок человека. Амплитуда колебания тела, в свою очередь, зависит от размеров, величины колеблющегося тела и силы воздействия на него. Чем больше по размеру колеблющееся тело, тем значительнее амплитуда его колебания (при соответствующем воздействии) и, следовательно, сильнее звук. И наоборот, чем меньше тело, тем ниже амплитуда его колебаний и слабее звук. Можно сравнить, например, звуки соборного колокола и колокольчика на шее пасущегося животного, рев быка и комариный писк, звуки, издаваемые взрослыми и детьми, у которых голосовые связки значительно короче, чем у взрослых. Сила звука речи зависит от разных условий, в частности, от места ударения в слове, особенно в языках с так называемым силовым (динамическим, экспираторным) ударением. В таких языках с наибольшей силой произносятся ударные звуки, несколько слабее первые предударные, еще слабее – другие безударные. Сравним, например, силу звучания одного и того же гласного в русских словах: карандаш, дорого́й, веселей и т.д.
Высота звука (тона звука) определяется частотой колебания физического тела, которая зависит от размеров и упругости, эластичности колеблющегося тела. Чем меньше и эластичнее тело, тем значительнее частота его колебания и выше тон издаваемого им звука. Сравним, например, звуки колоколов разных размеров, струн рояля разной длины, струн скрипки разной напряженности. Высота тона звуков речи зависит от длины и напряженности голосовых связок: чем короче связки, тем они напряженнее, чаще колеблются, и тем выше тон издаваемого ими звука. В этом смысле можно сравнить звуки взрослых и детей, мужчин и женщин. В языках с тоническим, или музыкальным, ударением заметно различается высота тона ударных и безударных гласных: ударные звуки произносятся на более высокой ноте, чем безударные.
Длительность звука определяется продолжительностью колебания физического тела, количеством времени, которое затрачивается на образование данного звука. Сравним, например, звук, образующийся при выстреле, и гудок паровоза, звуки гласные и согласные, которые обычно бывают короче гласных.
Длительность звуков речи во многом зависит от темпа речи. "Чем быстрее темп, тем меньше длительность звука, и наоборот, чем медленнее темп, тем больше длительность звука" . В лингвистической литературе обращается внимание также иа зависимость длительности звуков речи от количества звуков в слове. Отмечается такая общая закономерность: "Чем больше число звуков в слове, тем меньше длительность каждого из звуков" .
Длительность звуков в речевом потоке, их долгота или краткость, нередко зависит от тех или иных фонетических условий их употребления. В частности, длительность гласных может зависеть от места словесного ударения (особенно при количественном, квантитативном ударении), от положения звука по отношению к началу или концу слова, от структуры слога, от количества звуков в нем, от типа слога (закрытый или открытый), от качества соседнего согласного (глухой или звонкий) и др. Так, например, в некоторых языках, в том числе и в русском, ударные гласные более длительны, чем безударные; в закрытом слоге гласные обычно звучат короче, чем в открытом; в положении перед звонкими согласными гласные обычно произносятся более длительно, чем перед глухими; во французском языке в абсолютном конце слова, как правило, употребляются только краткие гласные .
Во многих языках долгое и краткое произношение отдельных гласных не зависит от фонетических условий их употребления, долгие и краткие звуки выступают как самостоятельные фонемы, т.е. служат средством различения звуковой оболочки слов (подробнее об этом см. в § 45).
Тембр звука, т.е. особая, специфическая окраска, различающая звуки одинаковой силы, высоты и длительности, создается в результате сочетания основного тона с добавочными (дополнительными, побочными, парциальными) тонами, или обертонами. Тембр звука различается в зависимости от объема и формы резонирующего пространства, или резонатора, например комнаты, концертного зала, камеры музыкального инструмента. Сравним, например, звук выстрела из одного и того же пистолета в закрытом помещении и в открытом пространстве, одно и то же музыкальное исполнение на одном и том же инструменте в жилой комнате, в концертном зале и на открытой эстраде.
Звуки как явление физическое являются результатом колебательных движений воздушной среды. Звуки речи представляют собой частный случай звуков вообще: это звуки, производимые произносительным аппаратом человека и воспринимаемые его слуховыми органами. Источники звуков речи разделяются на голосовые и шумовые. Голосовой источник возникает при колебании голосовых связок; он порождает гласные и звонкие согласные. Колебания голосовых связок являются периодическими (точнее - приблизительно периодическими ). Шумовые источники представлены двумя типами. Турбулентный источник возникает при сужении в каком-либо месте речевого тракта, когда по нему проходит воздушная струя. Таким способом образуются щелевые согласные. Импульсный источник возникает при резком раскрытии смычки произносительных органов, что порождает короткий, резкий щелчок, характеризующий образование взрывных согласных.
Акустические характеристики звуков речи
При описании звуков речи рассматривают как объективные свойства колебательных движений - их частоту, силу, спектральный состав, так и те звуковые ощущения, которые так или иначе соответствуют этим свойствам, - высоту, громкость, тембр. Таким образом, у звуков речи имеются объективные характеристики, не зависящие от восприятия, и субъективные характеристики, обусловленные тем, что звуки воспринимаются человеком.
Частота и высота звука
Частота звука определяется числом колебаний голосовых связок. Чем чаще происходят колебания, тем больше частота звука. Частота колебаний голосовых связок зависит от их массивности - длины и толщины. Чем длиннее и толще связки, тем меньше колебаний они совершают. У мужчин связки длиннее и толще, поэтому и голоса у них, как правило, ниже, чем у женщин. Единицей измерения частоты колебаний служит герц (Гц). Так, звук частотой 200 Гц образуется при 200 колебаниях в секунду. Ухо человека способно воспринимать звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. В то же время частотные характеристики звуков человеческой речи располагаются примерно в пределах от 50 до 10 000 Гц.
Среди звуков речи различаются тоны и шумы. Звуки, возбуждаемые периодическими колебаниями, являются тонами; возбуждаемые непериодическими колебаниями - шумами. Гласные звуки - это в основном тоны, согласные - шумы. Периодическими являются колебания, периоды которых равны. Периодом колебания называется отрезок времени, за который совершается одно полное колебание.
Высота звука есть ощущение его частоты. Звуки, характеризующиеся большей частотой, воспринимаются как более высокие. Единицей измерения высоты звука является мел. В целом ощущение высоты звука растет с увеличением его частоты. До частоты 500 Гц высота строго пропорциональна числу колебаний. Так, звук в 200 Гц по сравнению со звуком в 100 Гц воспринимается как более высокий в два раза. После частоты 500 Гц и особенно 1000 Гц ощущение высоты отстает от объективной частоты, т.е. звук частотой, например, 10 000 Гц по сравнению со звуком 1000 Гц оценивается как более высокий, но не в десять раз, а только в три раза.
Сила (интенсивность) и громкость звука
Сила звука определяется амплитудой (размахом) колебательных движений источника звука - голосовых связок. Чем больше амплитуда, т.е. отклонение колеблющегося тела от исходной точки (точки покоя), тем интенсивнее звук. В зависимости от амплитуды изменяется звуковое давление, добавочное к атмосферному, на барабанные перепонки. Оно измеряется силой, действующей на единицу площади. Минимальная сила звука, воспринимаемая слухом при данной частоте, называется порогом слышимости , максимальная сила - порогом болевого ощущения. Этими порогами снизу и сверху ограничена область слухового восприятия человека. Силу звука в акустике принято измерять в условных единицах - децибелах (дБ). Для частоты 1000 Гц уровень силы звука, соответствующего порогу слышимости, равен 0 дБ, а соответствующего порогу болевого ощущения - 130 дБ. Звуковое давление на втором пороге при той же частоте в три миллиона раз превышает давление на первом пороге.
Сила звука (объективная характеристика) оценивается слухом как его громкость (субъективная характеристика). Увеличение звукового давления (силы) приводит к увеличению громкости, уменьшение силы - к уменьшению громкости. Между силой звука и громкостью существует довольно сложная зависимость, определяемая частотой. Звуки, одинаковые или близкие по силе, но различные по частоте, могут восприниматься как звуки различной громкости. Так, звуки с частотой от 1000 до 3000 Гц воспринимаются как более громкие, чем звуки с частотой 100-200 Гц. Наоборот, как равногромкие воспринимаются, например, звуки силой 40 и 80 дБ при частоте соответственно 1000 и 2000 Гц. В пределах частотного диапазона (от 100 до 8000 Гц), в котором располагаются звуки человеческой речи, уровни громкости и силы различаются незначительно. Поэтому громкость часто характеризуют лишь через уровень силы. Вот примерные характеристики некоторых звучаний: порог слышимости - 0 дБ, тиканье ручных часов - 20 дБ, шепот - 40 дБ, речь вполголоса - 60 дБ, громкая речь - 80 дБ, симфонический оркестр - 100-110 дБ, порог болевого ощущения -130 дБ.
Спектр и тембр звука
Объективной характеристикой звука является спектр. Но мы подойдем к этому понятию, идя от более традиционного и более ясного понятия "тембр". Оно основывается на понятиях сложного звука и резонанса.
Голосовые связки человека можно сравнить со струнами. При колебании струны как единого целого возникает тон, называемый основным тоном. Он характеризуется наибольшей силой и самой низкой частотой, которую может издавать струна. Но одновременно с колебанием целой струны колеблются и ее части: половина, треть, четверть и т.д. При этом возникают тоны, которые в два, три, четыре и т.д. раза выше основного тона; они называются обертонами. У звука с частотой основного тона 100 Гц обертоны будут в 200, 300, 400 Гц и т.д. Из сочетания основного тона и обертонов создаются сложные звуки. Именно сложные звуки порождаются голосовыми связками.
Другая причина возникновения сложных звуков заключается в явлении резонанса , т.е. в способности полых (пустых внутри) тел, называемых резонаторами , в силу того, что они имеют собственную частоту колебаний, реагировать на частоты, порождаемые источником звука - голосовыми связками. Резонаторы в основном усиливают обертоны, составляющие сложный звук, но могут и избирательно ослаблять их. Таким образом, у звука с частотой основного тона в 100 Гц могут оказаться усиленными и одновременно ослабленными разные обертоны. В итоге возникают такие сложные звуки, которые характеризуются различным тембром. Соотношение относительной силы основного тона и накладывающихся на него обертонов создает гармоническую структуру звука, которая определяет его тембр. Тембр звука надо отличать от тембра голоса, который индивидуален для каждого человека.
Сложный звук, возникший в гортани в процессе артикулирования вследствие постоянного изменения конфигурации надгортанных резонаторных полостей (глотки и рта) определенным образом видоизменяется: одни его составляющие усиливаются, другие ослабляются. Полость носа также является резонатором, но она свою конфигурацию не меняет. В силу особенностей устройства речевых резонаторов они реагируют не на конкретные частоты, а на области, полосы частот, например полосы от 1000 до 2000 Гц. Области усиления частот, или иначе - области концентрации звуковой энергии, называются формантами. Формантная структура звука определяет его спектр. Ею характеризуются главным образом гласные, причем наиболее непосредственно их лингвистические характеристики связаны с частотным положением нижних формант - 1-й и 2-й. Спектр звука в определенной степени влияет на субъективное восприятие тембра. Понятие спектра было введено в акустику по аналогии со спектром света в оптике. Разработка спектрального анализа звуков началась в 1920-1930-х гг. в связи с развитием электроакустической, а позднее электронной и компьютерной техники.
