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.
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.
Акустические свойства звука.
Звуки речи, произнесенные человеком в результате процессов взаимодействия ЦНС и периферийных органов речи, представляют собой, как и любой звук в природе колебательное движение упругой среды. Каждый звук независимо от того, причиной чего он является, обладает определенными качественными характеристиками: высота, сила (интенсивность), тембр. Звуки речи обладают всеми характеристиками.
Высота звука зависит от частоты колебаний голосовых связок. Чем чаще колебания, тем звук выше. Единицы измерения высоты звука Гц. Гц соответствует одному полному колебанию в секунду. При этом, полное колебание - это отклонение колеблющегося тела в обе стороны от состояния покоя. Если источник звука производит 200 колебаний в секунду, то при этом порождается звук с частотой в 200 Гц. Звуки характеризуются определенной интенсивностью (силой). Сила звука это количество энергии проходящей за одну секунду через 1 см 2 площади расположенный перпендикулярно направлению звуковой волны. Сила звука зависит от амплитуды или размаха колебания. Чем больше колебаний, тем сильнее звук. Силу следует отличать от громкости.
Тембр звука
результат совокупности основного тона и парциальных тонов. Т.е. это результат сложных колебательных движений, дающих звуковую волну. Звуки речи возникают как результат колебания голосовых связок, при произнесении звука в зависимости от движения речевых органов изменяются объем и форма надгортанных резонаторных полостей. Т.е. они принимают определенную конфигурацию, характерную только для данного звука. Полость носа не может менять конфигурацию. Возникший в гортани сложный тон видоизменяется резонансом надгортанных полостей.
В акустике под резонансом понимается свойство полых тел, или других устройств передающих звуковую энергию, избирательно усиливать или ослаблять интенсивность звуковых колебаний, поступающих из какого-либо источника.
Некоторые его составляющие усиливаются, другие ослабляются. Область усиления частот или иначе область концентрации звуковой энергии называется
формантой
. Формантная структура звука определяет его спектр.
Спектр
существенная характеристика звука.
Количественная характеристика звука
длительность. Звуки различаются по своей долготе (количеству времени, употребляемому при их произнесении). Длительность звуков связана с различными причинами:
Темп речи. Абсолютная и относительная длительность звука. При этом важно различать два разных типа длительности: фонетический и фонологический. Фонетический тип связан с рядом чисто фонетических условий. Например, в русском языке длительность гласных в связанной речи зависит от ударения: ударный длиннее предударного, а предударный будет длиннее заударного и второго предударного. Длительность может зависеть и от других фонетических условий: положение звука в слове перед тем или иным согласным, его место в слове и т.д. Фонологический тип представляет собой случай, когда долгота и краткость звука является их постоянным признаком и можно установить в языке противополагающиеся ряды долгих и кратких звуков. Фонологические признаки: огубленность и неогубленность, подъем.
ДЗ: Белошапкова конспект «Акустическая классификация звука». «соотношение ак. и артикуляционной классификации звука».
Звук языка одновременно явление физическое (акустическое), биологическое (артикуляционное) и социальное (собственно системно-языковое, фонологическое).
С точки зрения акустики звук представляет собой результат колебаний материального тела в упругой среде.
Высота зависит от частоты колебаний голосовых связок и измеряется в герцах (Гц). Человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне 16 Гц – 20 000 Гц. Ниже и выше сенсорного порога располагаются соответственно инфра- и ультразвуки. Мужской голос ниже женского, потому что голосовые связки мужчин длиннее и толще и заставить их колебаться с «женской» частотой труднее (Ср. голоса ребенка и взрослого, Витаса и Ф. Шаляпина).
Сила (громкость) определяется амплитудой колебаний и измеряется в децибелах (дБ). Если принять нижний порог чувствительности человеческого уха за 0 дБ, то звук шороха – 10 дБ, человеческая речь – 60, автомобильный гудок – 90, реактивный двигатель –120, болевой порог – 140. При пении голосом сопрано на расстоянии 1 м создается давление 100 дБ. Если заткнуть пальцами оба уха, громкость звука понижается на 20 дБ. При длительном воздействии звуков в 90 дБ возникает звуковая травма, результатом которой может быть тугоухость или полная потеря слуха. Сила используется в языках для смыслоразличения: крyжки – кружкu; болг. пaра ‘пар’ – парa ‘монета’; кор. tal ‘луна’ – ŧal ‘дочь’ различаются слабым и сильным [t].
Длительность определяется временем звучания. В некоторых языках длительность используется как смыслоразличительное средство: лат. liber ‘книга’ и līber ‘свободный’, нем. das Beet ‘грядка’ и das Bett ‘кровать’, монг. тэх ‘козел’ и тээх ‘класть’. В подобных языках, различающих долгие и краткие гласные, звучание долгих, в общем случае, в два раза продолжительнее кратких. По длительности различаются и согласные. Например, самым долгим в чешском языке является звук [s] (0,23 сек.), а наиболее кратким [r] (0,01-0,07 сек.). Длительность согласных, причем даже смычных, используется для смыслоразличения: якут. ‘а’ (союз) и ‘ягода’; русск. аллея – алея.
Тембр – индивидуальная окраска звука и соответственно голоса. Звуки разных людей, одинаковые по высоте, силе и длительности всегда будут отличаться по тембру, потому что голосовые возможности каждого человека уникальны. По тембру различаются тождественные по другим акустическим характеристиками звуки, исполненные на разных музыкальных инструментах или звуки одного инструмента при извлечении их разными способами.
Тембр определяется многими факторами – условиями колебаний, формой резонатора, обертонами, их соотношением по высоте и громкости, шумовыми призвуками и др.
Тон – результат гармонического (периодического, равномерного) колебания. Негармонические колебания называются шумом. Источник тонов являются находящиеся в гортани голосовые связки. Чтобы понять механизм их действия, достаточно представить колебание струны (К слову, в болгарском языке голосовые связки так и называются – гласни струни). Источником шума становится преграда, образуемая подвижным органом и создающая турбулентные или импульсные колебания. При образовании гласных и согласных возможны 4 случая отношения тона и шума:
1) чистый тон – гласные,
2) тон преобладает над шумом – сонорные,
3) шум преобладает над тоном – звонкие,
4) чистый шум – глухие.
Следует различать гармонические колебания лингвистического тона с тоном языков музыкального ударения (серб.-хорв., швед., др.-рус.), в которых тон является синонимом интонации – варьирования высоты и мелодики голоса. Тон здесь обладает смыслоразличительной функцией, как в русском языке ударение. В китайском литературном языке четыре тона. Например, звуковой комплекс ma в зависимости от тона означает: с ровном тоном ‘мать’, с восходящим ‘конопля’, с нисходяще-восходящим ‘ругаться’, с нисходящим ‘лошадь’.
Высотой, силой, длительностью и тембром обладает любой звук, например, музыкальный. Специфической акустической характеристикой звуков речи является их противопоставление по признакам «сонорность / шумность». Внутри шумных выделяются звонкие и глухие. Только данная характеристика отражается в классификации звуков русского языка в практике школьного и вузовского преподавания. Сонорные звуки не звонкие. По акустике они ближе к гласным, чем к согласным. Особенно звуки [л] и [j], которые могут быть определены как согласные и как гласные. От гласных они отличаются лишь по контрасту в фонетической последовательности.
В других языках есть полузвонкие согласные – в начале своего образования они звонкие, а потом глухие, или наоборот. Например, в азербайджанском языке есть взрывные согласные звуки, в которых после звонкой смычки следует глухой взрыв. Носителя языка с противопоставлением звонких (полнозвонких) и глухих воспринимают такие звуки как глухие. Русские не слышат начальную звонкую фазу артикуляции полузвонких, но для азербайджанца их звонкость ясно ощутима.
Звуки речи обладают сложным акустическим строением. Наиболее существенным признаком каждого звука является его акустический спектр. Характерный для каждого гласного звука тембр определяется изменением формы резонансных полостей надставной трубы, которое приводит к специфическому преобразованию поступающего из гортани голоса с его основным тоном и гармониками (обертонами).
Гласные характеризуются прерывистым спектром, включающим частоту основного тона голоса и ряд более высоких частот.
Исследование звуков, являющихся основными аллофонами (вариантами) гласных фонем, показало, что спектру каждого из них присуще наличие известных частотных групп, имеющих повышенную (в сравнении с другими составляющими) интенсивность. Такие области спектральных максимумов называются формантами, которые (независимо от высоты основного тона голоса) и определяют различия между акустической природой разных гласных звуков.
В такого рода акустических спектрах можно обнаружить несколько формант, однако они далеко не в равной степени существенны для опознавания звуков при слуховом восприятии речи.
Так, например, для опознавания гласных русского языка достаточны первые две форманты.
В зависимости от распределения наиболее интенсивных формант в спектре и связанного с этим слухового впечатления гласные условно разделяют на высокие и низкие. К числу первых относятся звуки и, э, к числу вторых у, о, ы. Гласный а занимает промежуточное положение.
Следует иметь в виду, что формантная характеристика гласных звуков в известных пределах изменяется в зависимости от того, произносит ли их мужчина, женщина или ребенок, а также в зависимости от того, насколько высоким и громким голосом произносятся гласные одним и тем же человеком, и от позиционных и комбинаторных условий, в которых они выступают (местоположение в слове, степень ударности, соседство с другими звуками).
Информация об акустическом характере звука оказывается заложенной не только в нем самом, но и в смежных с ним звуках.
Каждый согласный звук также имеет присущие ему форманты. Однако ввиду сложности акустического состава согласных установление формант для них представляет значительные трудности.
Для невокализованных согласных характерен так называемый сплошной спектр, охватывающий более или менее широкую область частот неодинаковой интенсивности. Такого рода спектры свойственны шумам.
Спектр вокализованных согласных наряду со сплошной областью частот включает, подобно гласным, частоту основного тона голоса (с теми или иными усиленными гармониками), которые особенно отчетливо выступают в сонантах.
Своеобразную акустическую природу имеет звук р, для которого, помимо частоты основного тона голоса с усилением определенных гармоник, характерны так называемые биения звука с частотой около 20 Гц.
Среди согласных звуков, как и среди гласных, можно выделить более высокие и более низкие, что зависит от того, к какой частотной области относятся наиболее интенсивные составляющие спектра данного звука.
Так, к числу высоких согласных относятся, например, звуки с (4200-8600 Гц) и ш (1200-6300 Гц), к числу более низких - звуки м (100-400 Гц), л (200-500 Гц), х (400-1200 Гц). Установлено также, что спектр мягких согласных отличается от спектра парных твердых более высокими формантами. Наибольший сдвиг наблюдается для губных согласных, при которых мягкие оказываются выше твердых в среднем на 100 Гц.
В известной мере изменения высоты основного тона голоса сопряжены со словесным ударением, но наибольшее значение они имеют для интонации.
Интенсивность, или фонетическая мощность, разных, звуков колеблется в значительных пределах. В условиях обычной разговорной речи наиболее мощны гласные звуки. Расположенные по убывающей интенсивности, они представляют, по данным Н. И. Жинкина, следующий ряд: а, о, э, у, ы, и.
Из согласных наиболее интенсивны вибранты, сонанты, шипящие и свистящие.
Присущая тому или иному звуку интенсивность, хотя и является неотъемлемым его свойством, имеет весьма ограниченное значение для его опознавания.
Звуки речи оказываются различными по длительности. Средняя длительность разных звуков колеблется от 20 до 260 мс, причем максимальная длительность отмечена для гласного а, минимальная же для согласного п. Длительность гласных значительно варьирует в зависимости от позиционных условий (от степени ударности).
Среди согласных звонкие взрывные оказываются в общем более длительными, чем парные глухие, а глухие щелевые - более длительными, чем парные звонкие, и т. д.
Длительность гласных в русском языке не имеет самостоятельного значения в качестве признака для их различения. Что же касается согласных, то при резком укорочении фрикативных согласных они начинают восприниматься как взрывные, а именно: х как к, ф как п, с и ш как т.
Присущие каждому звуку форманты, а также отчасти интенсивность и длительность звучания являются теми его объективными свойствами, которые позволяют нам опознавать фонемы и отличать их друг от друга в процессе восприятия речи.
Реализация этих свойств и главным образом формант в живой речи служит необходимым условием ее внятности, разборчивости.
Следует отметить, что акустические и артикуляционные различия между какой-либо парой фонем выражены в более или менее равной степени лишь для гласных. Что касается согласных фонем, то здесь часто акустическая близость сочетается с относительно грубыми артикуляционными различиями. И наоборот, тонкие артикуляционные различия сочетаются с относительно грубыми акустическими. Например, мягкие согласные сравнительно тонко отличаются от парных твердых артикуляционно, но довольно грубо акустически. Наоборот, фонема п довольно резко отличается от фонемы ф артикуляционно, но близка к ней акустически.
