15. Акустические свойства речи

Акустика как раздел физики изучает структуру и производство звуковых волн. Во время речи неравномерно выдыхаемый воздух уплотняет и разрежает окружающие воздушные слои, которые, в свою очередь, воздействуя на барабанную перепонку слушающего, формируют её звуковые колебания, ощущаемые речевым сознанием человека как звук. Звучание характеризуется тремя основными свойствами: длительностью, силой и высотой звука.

Долгота, или длительность, зависит от времени произношения звука. Измеряется она в миллисекундах (м/сек), 1м/сек=1/1000 сек. Согласные имеют длительность от 10 до 30 м/сек, гласные от 80 до 300 м/сек.

Сила звука зависит от силы выдоха и физически представляется как величина амплитуды − полная или половинная величина размаха колебаний. Если пользоваться звукозаписывающей аппаратурой, силу звука можно измерять в мм, но из-за повышенной чувствительности звуковые аппараты работают с разной степенью точности (чувствительности). Поэтому исследователи часто прибегают к субъективной мере измерения человеческого голоса в децибелах (дб). Сила звука в наиболее распространённых диапазонах соответствует его громкости. Децибел − мера громкости. Самый слабый звук человеческого голоса − 1 дб. Самый громкий звук человеческого голоса − 100 дб. Каждый децибел в 2 раза громче предыдущего децибела (второй дб в 2 раза громче первого, третий дб в 2 раза громче второго, четвёртый дб в 2 раза громче третьего и т.д.). Измерение громкости звука в дб очень похоже на измерение силы землетрясения в баллах. Величина силы звука зависит от силы выдоха воздуха лёгкими.

Высота звука зависит от частоты колебаний и измеряется в герцах (Гц). 1Гц − это одно колебание в секунду. Высота звучания человеческого голоса расположена в диапазоне от 100 до 8000 Гц. Высота звука зависит от величины раствора резонатора, длины голосовых связок, а также напряжённости голосовых связок и органов речи. Чем больше резонатор, тем ниже звук, чем меньше резонатор, тем выше звук. Вспомните низкие звуки, издаваемые медными трубами военного оркестра − геликонами. Здесь резонаторы очень большие. Сравните эти звуки со звуками свирели или флейты, где резонаторы очень узкие, маленькие, а звуки высокие. При одинаковом натяжении толстая струна издаёт более низкий звук, тонкая − более высокий. Таким образом, за высоту звука отвечают в основном голосовые связки.

16. Акустические свойства звуков речи

Акустический аспект, как уже говорилось выше, отвечает за производство звуковых волн. Артикуляционный аппарат производит 2 типа звуковых волн − тоны и шýмы.

Тоны − это периодические колебания звуковых волн. Количество этих колебаний одинаково в любую единицу времени (в секунду). Тоны производятся голосовыми связками. Шумы − это непериодические колебания. Их размер и количество различны в каждую единицу времени.

Шумы производятся стенками резонаторов и поверхностями органов речи. Обычно это затухающие колебания, уменьшающие свою силу и периодичность. При наложении указанных двух типов колебаний друг на друга возникает явление резонанса. Если два вида колебаний имеют одинаковую частоту и направленность, происходит усиление колебаний, размах амплитуды колебаний резко возрастает. Если колебания, имеющие одинаковую частоту, являются разнонаправленными, они взаимно гасятся. Но чаще всего накладываются друг на друга колебания различной частоты и силы. Тогда наиболее сильное колебание получает в дополнение к себе набор более слабых колебаний, которые все вместе превращают однотипное колебание в сложное, имеющее несколько всплесков. Такое колебание называется тембром.

Колебания, дополняющие основное колебание и превращающие его в сложное, называются обертонами. Человеческая речь в основном и состоит из колебаний с обертонами. Голосовые связки производят около 30 колебаний различного типа (разной высоты). При наложении их друг на друга большинство типов колебаний гасятся, остальные колебания, наоборот, усиливаются. На выходе из ротовой полости остаётся 8 типов усиленных колебаний, или формант (обозначается буквой латинского алфавита F). Для различения звуков речи достаточны 3 первые форманты, остальные используются для производства интонации и эмоциональности речи.

Первая форманта (F₁) возникает в результате наложения друг на друга колебаний голосовых связок и фарингальной полости.

Вторая форманта (F₂) возникает в результате наложения колебаний голосовых связок и широких мест ротовой полости.

Третья форманта (F₃) образуется в результате наложения колебаний голосовых связок и узких мест ротовой полости.

Значения этих формант по основным 5 гласным (инвариантам) распределяются следующим образом (значения оцениваются в герцах):

	а	о	у	и	е
F1	660	550	300	250	450
F2	1100	800	650	2300	1800
F3	2400	2300	2350	3000	2750

Разумеется, приведённые данные в герцах касаются только инвариантов и представляют собой усреднённое значение. В реальности эти данные для каждого человека различны.

Если расположить значения каждой форманты от наименьшего к наибольшему, то получатся три шкалы акустических различительных признаков. Для каждой форманты задаётся дихотомическая пара таких признаков. Шкала F₁ получила название компактность − диффузность. Компактным условно считается звук [а] (F₁=660 Гц). Этому значению первой форманты соответствует сужение фарингальной полости. Диффузными считаются звуки [у] (F₁=300 Гц) и [и] (F₁=250 Гц). Этим значениям первой форманты соответствует расширение фарингальной полости. Звук [о] считается диффузным по отношению к звуку [а] (F₁=550 Гц) и компактным по отношению к звуку [е] (F₁=450 Гц). Звук [е] является диффузным по отношению к звуку [о] и компактным по отношению к звуку [у].

Шкала F₂ получила название низкая тональность − высокая тональность. Низкотональными считаются гласные [у] (F₂=650 Гц), [о] (F₂=800 Гц), [а] (F₂=1100 Гц). Высокотональными считаются звуки [е] (F₂=1800 Гц), [и] (F₂=2300 Гц).

Шкала F₃ получила название недиезность − диезность. Недиезными считаются все гласные непереднего ряда. Среди них инварианты [о] (F₃=2300 Гц), [у] (F₃=2350 ), [а] (F₃=2400 Гц), а также вариации [ы], [э], и варианты [], [], [ъ]. Диезными считаются все гласные переднего ряда. Среди них инварианты [е] (F₃=2750 Гц), [и] (F₃=3000 Гц), а также вариации [^.а], [^.о], [^.у] и варианты [], [ь].

По значениям F₁ компактными считаются заднеязычные согласные [г], [к], [х], а также согласные [ж], [ч'], [ш], [ж'], [ш']. Диффузными считаются губные ([б], [п], [м], [в], [ф]), переднеязычные ([д], [т], [з], [с], [ц], [н]) и среднеязычный [j].

По значениям F₂ низкотональными являются согласные губные ([б], [п], [м], [в], [ф]), заднеязычные согласные ([г], [к], [х]) и переднеязычные ([р], [л]). Высокотональными являются переднеязычные ([д], [т], [з], [с], [ц], [н], [ж], [ч'], [ш], [ж'], [ш']), а также среднеязычный [j].

По значению F₃ к недиезным относятся все твёрдые согласные ([б], [п], [м], [д], [т], [в], [ф], [з], [с], [ж], [ш], [ц], [н], [л], [р], [г], [к], [х]). К диезным относятся все мягкие согласные ([б'], [п'], [м'], [д'], [т'], [в'], [ф'], [з'], [с'], [ж'], [ш'], [н'], [л'], [р'], [г'], [к'], [х'], [j]).

Ориентация на акустические различительные признаки позволяет иногда более удобно сформулировать правила русской орфоэпии. Так, мы можем сказать, что диезные согласные в русском языке сочетаются с диезными гласными. Перед мягкими высокотональными согласными смягчаются твёрдые высокотональные согласные. На остальные случаи это правило не распространяется. Не следует смешивать с примерами, где предыдущий согласный является исконно мягким. Он остаётся мягким, даже если изменить слово таким образом, что последующий звук становится твёрдым или оказывается перед гласным, например: возьми [з'м'], но возьму [з'м], льдинка [л'д'], но льдом [л'д], статья [т'i], но статей [т'е] ([т'] перед гласным).

Акустические характеристики речи позволяют объяснить звучность (сонорность) звуков речи. При произношении гласных в основном работают голосовые связки, и периодические колебания (тоны) доминируют над непериодическими (шумами). Поэтому звучность гласных максимальная, она условно обозначается цифрой 4. При произношении сонорных согласных тоны и шумы согласных распределяются равномерно. Звучность сонорных согласных обозначается цифрой 3. При произношении звонких согласных шумы доминируют над тонами, поэтому звучность, или сонорность звонких согласных условно обозначается цифрой 2. При произношении глухих согласных голосовые связки не работают, тоны отсутствуют, поэтому звучность глухих согласных обозначается цифрой 1. Свойство звучности используется при слогоделении.