АКУСТИЧЕСКАЯ ФОНЕТИКА

Акустические свойства звуков речи

3 в у к — это волновые колебания упругой среды — воздуха, воды и др., которые могут вызывать слуховые ощущения. Такие колебания обычно возникают в результате колебаний какого-либо тела: колокола, струны музыкального инструмента, голосовых связок человека и т. п. Колеблющееся тело непрерывно образует упругие волны, состоящие из последовательных сгущений и разрежений молекул воздуха или другой среды. Эти волны достигают нашего уха, и мы слышим звук. Звуки отличаются друг от друга высотой, силой, длительностью и тембром.

Высота звука зависит от частоты колебаний: чем выше частота колебаний в единицу времени, тем выше звук; чем меньше приходится колебаний на это время, тем звук ниже. За единицу частоты звука принят герц (сокращенно — Гц, по имени немецкого физика Р. Г. Герца) — одно колебание в секунду. Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Звуки ниже 16 Гц (инфразвуки) и выше 20000 Гц (ультразвуки) мы не слышим, хотя некоторые животные: дельфины, летучие мыши, собаки, лисы и др. — слышат и эти звуки.

У каждого человека своя средняя высота звуков речи. По ней определяется такая характеристика певческих голосов, как тенор, баритон, бас у мужчин, сопрано, меццо-сопрано, контральто у женщин. Изменение высоты звуков в процессе речи является основой интонации. Во многих языках изменением высоты звука выделяется ударный слог.

Сила звука зависит от амплитуды (размаха) колебаний: чем больше амплитуда, тем сильнее звук. С силой звука связана его громкость. Если чуть-чуть тронуть струну гитары, возникнет слабый звук, но если сильно оттянуть и затем отпустить струну, то звук будет гораздо громче: амплитуда колебаний струны в этом случае больше.

Единицей измерения силы, интенсивности звука является децибел (сокращенно — дБ, по имени американского физика

А. Г. Белла). Порог слышимости — 0 дБ (децибел), шепот — 10 — 20 дБ, обычная речь — 40 — 60 дБ, шум на улице крупного города — более 80 дБ, близкий удар грома — 120 дБ, порог болевого ощущения в ушах — 130 дБ, рев космического корабля на расстоянии 45 метров — 180 дБ.

В речи мы пользуемся звуками разной силы. Это зависит, например, от условий общения: люди, стоящие рядом и находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, должны произносить слова с разной громкостью. Большая громкость отражает и эмоциональность речи. Гласные безударные — менее сильные (громкие), а ударные — более сильные (громкие).

Длительность звука — это его продолжительность во времени. Длительность звуков речи измеряется в тысячных долях секунды — миллисекундах (мс). В некоторых языках (английском, немецком, французском, чешском и др.) различаются долгие и краткие ударные гласные. В русском языке ударные гласные длительнее безударных. Так, длительность ударного [а] в слове сад, произнесенном в нормальном темпе, может составлять 150 мс, длительность первого гласного в слове сады — 100 мс, а длительность первого гласного в слове садовод — 50 мс.

Тембр звука — это индивидуальная особенность, окраска звука, определяемая его спектром, соотношением между основным тоном и обертонами.

Если оттянуть и отпустить натянутую струну, то она начнет колебаться. Возникнет звук. Если прижать струну посредине и заставить колебаться оставшуюся часть, мы услышим звук, который в два раза выше основного тона струны: частота колебаний половинки струны в два раза больше, чем всей струны. Но и когда мы не прижимаем струну посредине, то кроме основного колебания всей струны колеблются ее половинки, и четвертые части, и восьмые и т.д. В результате на основной тон накладываются тоны, образуемые колебаниями частей струны. Эти тоны называются дополнительными тонами или обертонами.

Основное свойство обертонов заключается в том, что их частота всегда в кратное число раз выше частоты основного тона, а сила тем слабее, чем выше частота. Это соотношение основного тона и обертонов может меняться в результате усиления или ослабления некоторых из них в резонаторе:

а — кривые тона и обертона; б — сложный тон

Всякий объемный резонатор — это полое тело, например пустая комната, морская раковина, деревянный корпус гитары, труба органа.

В сложном звуке, представляющем собой сочетание основного тона и обертонов, один резонатор может усилить основной тон, а другой резонатор — усилить один или несколько обертонов. В результате возникнут звуки разных тембров. Так, звучание одной и той же струны в гитаре, мандолине, балалайке будет различным: разные резонаторы этих музыкальных инструментов создадут звуки разных тембров.

Резонатор может не только усиливать, но и глушить некоторые составляющие звука. Известно, что в пустой комнате звуки усиливаются, а в комнате, заставленной мебелью, глушатся. Гладкая твердая поверхность стенок резонатора отражает звук, а рыхлая мягкая — поглощает.

Наша ротовая полость, носовая полость и глотка тоже резонаторы. Вытягивая или растягивая губы, опуская нижнюю челюсть, перемещая язык в ротовой полости, подключая носовую полость, мы меняем объем и форму речевого резонатора и усиливаем таким образом разные составляющие сложного звука, возникшего в гортани или ротовой полости. Так возникают звуки речи.

При произнесении гласных напряжение мышц разлито по всей ротовой полости, стенки ротового резонатора гладкие, они хорошо отражают звук, как стены пустой комнаты. При произнесении согласных напряжение мышц сосредоточено в одном месте ротовой полости, а в других ее частях мышцы расслаблены. Здесь стенки рыхлые, и, как в комнате с мебелью, они поглощают звук.

Бывают колебания периодические, они создают тон, музыкальный звук. Так, гласные — это чисто тоновые звуки. Другие колебания — непериодические, они создают шум. Согласные характеризуются наличием шума.

Методы акустических исследований

Акустическая сторона речи изучается инструментальными методами. С помощью звукозаписывающей аппаратуры речь может быть зафиксирована и воспроизведена. Звучащую речь можно увидеть на экране компьютера в виде отображения акустических характеристик звуковых сигналов. Осциллограмма дает изображение изменяющейся во времени звуковой волны, где в свернутом виде представлена информация о составляющих звук частотах и их интенсивности. На осциллограмме хорошо видны отличия между разными гласными, различными типами согласных. По осциллограммам обычно измеряют длительность звуков или их отдельных участков (рис. 2).

Спектрограмма представляет спектр звуков — изображение всех частот звука с их амплитудами. Такое изображение может соответствовать мгновенному спектру звука, взятому в одной из

Рис. 2. Осциллограмма слова рубашка.

Знаки транскрипции обозначают начало соответствующих звуков

его точек (рис. 3). Динамическая спектрограмма, или сонограмма, представляет изменяющийся во времени спектр звуков, т.е. отражает часть речевого потока — один звук или последовательность звуков (рис. 4).

Рис. 3. Спектральный срез ударного [а] в слове рубашка.

Место среза указано вертикальной чертой на динамической спектрограмме

Рис. 4. Динамическая спектрограмма (сонограмма) слова рубашка

Интонограмма показывает изменение тона на отрезке речевого потока (рис. 5).

Рис. 5. Интонограмма слова рубашка (изолированное произнесение

слова)

Огибающая интенсивности показывает интенсивность звуков и переходов от одного звука к другому на отрезке речевого потока (рис. 6).