Акустический аспект фонетики – это изучение звуков речи с точки зрения их физических характеристик. Звук – это волновое колебание воздушной среды, возникающее в результате движения какого-либо физического тела. При производстве звуков речи в роли движущихся тел выступают различные органы речи: эластичные мышцы в гортани – голосовые связки, а также язык, губы и т.д.

Речевой сигнал представляет собой сложные звуковые колебания, распространяющиеся в воздушной среде. Звук речи – это минимальная единица речевой цепи, возникающая в результате артикуляции человека и характеризующаяся определенными акустическими свойствами.

Источниками возникновения речевых звуков в артикуляторном тракте являются:

Шумовой (вихревой) – сужение произносительного тракта;

Взрывной – резкое раскрытие смычки, изменение давления воздуха.

Акустика различает в звуке следующие основные признаки: высоту, силу, длительность и тембр.

Высота звука зависит от частоты колебаний, т.е. от числа полных колебаний в единицу времени. Чем больше колебаний приходится на единицу времени, тем выше звук. Человеческое ухо может воспринимать колебания в пределах от 16 герц до 20 000 герц, т.е. различает высоту звука в этом диапазоне. Звуки ниже 16 гц – инфразвуки и звуки выше 20 000 гц – ультразвуки человеческое ухо не воспринимает. Голосовые связки могут производить колебания от 40 гц до 1700 гц. Фактически же диапазон человеческого голоса находится в пределах от 80 гц (бас) до 1300 гц (сопрано). В речи средний диапазон мужского голоса равен 80-200 гц, женского – 160-400 гц [см. об этом Гируцкий 2001].

Сила звука зависит от амплитуды колебания. Чем больше амплитуда колебания, тем сильнее звук. Сила звука измеряется в децибелах. Звуки человеческого голоса находятся в пределах от 20 дБ (шепот) до 80 дБ (крик). Человеческое ухо способно воспринять силу звука до 130 дБ. От более сильных звуков человек может оглохнуть.

С точки зрения восприятия сила звука называется громкостью. Громкость зависит не только от силы звука, но и от его высоты: звуки одинаковой силы, но разной высоты воспринимаются как звуки различной громкости.

Длительность звука (долгота) – продолжительность звука во времени. Для языка важна относительная долгота звука. Например, ударные гласные в большинстве языков длительнее безударных. Длительность звуков речи – от 20 до 220 милисекунд.

Колебательные движения могут быть ритмичными, упорядоченными и аритмичными, неупорядоченными. Ритмичные колебания производят звуки определенной, устойчивой частоты – тоны. Аритмичные колебания производят звуки неопределенной, неустойчивой частоты – шумы. Равномерные колебания – это колебания голосовых связок. В результате такого колебания получается тон (голос). Неравномерные колебания – это колебания других частей речевого аппарата, в частности, колебания произносительных органов в ротовой полости в момент преодоления воздушной струей той или иной преграды. Такой звук называется шумом.

В звуках речи часто тон и шум объединяются в один смешанный тоно-шумовой звук. По соотношению тона и шума звуки речи можно разделить на следующие типы:

Тон Тон + Шум Шум + Тон Шум

Гласные Сонорные Звонкие согласные Глухие согласные

С точки зрения акустики различие между тонами и шумами состоит в следующем. Воздушная частица одновременно может осуществлять несколько периодических колебаний, имеющих разную частоту (разное количество колебаний за единицу времени). Если одновременно осуществляются простые колебания, частоты которых соотносятся кратно (в виде правильных дробей), то они складываются в сложное колебание, которое тоже оказывается периодическим (т.е. повторяющимся одинаковым образом через равные промежутки времени). Всякие сложные периодические колебания называются тонами (гармонические звуки).

Негармонические звуки (шумы) являются результатом сложения таких простых колебаний, частоты которых имеют некратное соотношение (в виде бесконечных непериодических дробей). Такие сложные звуки не могут быть периодическими (нельзя найти равные временные промежутки, в течение которых одинаковым образом повторялось бы сложное колебание) [см. об этом: Широков 1985].

Тоновые звуки речи (гласные, сонорные, звонкие согласные) возникают при гармонической вибрации напряженных голосовых связок. Шумные звуки речи (глухие и звонкие согласные) возникают при преодолении выдыхаемым воздушным потоком разного рода препятствий, создаваемых на его пути произносительными органами.

Для образования звуков речи важную роль играет резонанс. Резонанс возникает в замкнутой воздушной среде (например, в ротовой или носовой полости). Явление резонанса состоит в том, что колебание звучащего тела вызывает ответные колебания другого тела или воздуха, находящегося в полом сосуде, в замкнутом пространстве. Резонатор резонирует на определенную частоту колебаний и усиливает их. Резонанс – это возрастание амплитуды колебания под воздействием других колебаний той же частоты. Например, собственные звуковые колебания голосовых связок могут усиливаться различными резонаторами полости рта, носа или глотки. При этом необходимо, чтобы колебания резонатора совпадали по частоте с колебаниями голосовых связок.

Колебания физического тела, создающего звук, обычно происходят в целом и в отдельных его частях. Тон, создаваемый колебанием всего тела, называется основным. Основной тон, как правило, самый высокий в звуке. Тоны, порождаемые колебаниями частей тела, называются частичными, или обертонами. Обертоны имеют большую частоту, чем основной тон. Они придают звукам ту качественную характеристику, которую называют тембром. Тембр отличает один звук от другого, а также произношение одного и того же звука разными лицами.

Благодаря движениям органов речи форма и объем резонатора меняются, что ведет к появлению различных резонаторных тонов.

Звук речи – не простое колебание воздушной струи, а сложение нескольких одновременных колебаний. На основной тон (это самая низкая по частоте составляющая звука) накладываются обертоны. Количество и соотношение друг с другом этих колебаний могут быть самыми разными. Большое знчение имеет соотношение амплитуд разных тонов, из которых складывается данный звук. Например, если основной тон звука имеет частоту в 30 гц, а обертоны имеют частоты в 60, 120, 240 и т.д. герц (кратные частоте основного тона), то возможны различные соотношения амплитуд частот основного тона и обертонов. Тембр звука зависит не только от числа и частот амплитуд обертонов, наслоившихся на основной тон, но и от соотношения амплитуд всех тонов, образующих звук.

Все эти составляющие фиксируются точными физическими приборами, в частности, спектрографом, который переводит воздушные колебания в электромагнитные, а электромагнитные – изображает в виде особого рисунка с зачерченной частью спектра – спектрограммы.

Сложный звук с помощью электроакустических приборов раскладывается на составляющие его тоны и представляется в виде спектра звука. Спектр – частотный состав звука. Спектр – это графический «портрет» звука, показывающий, как именно сочетаются в нем колебания разной силы и частоты. В спектре фиксируются полосы концентрации частот – форманты. Совокупность формант и межформантных областей дает спектр звука. Спектрограмма звука похожа на тонкую штриховку, в которой формантам соответствуют более густые пучки линий (см. рис.5).

Спектрограмма русских звуков [и] [ы]

(См. Норман 2004: 213)

По вертикальной шкале отложена частота колебания в герцах, а по горизонтали показана сила звука. Акустические характеристики этих двух гласных звуков различны.

Для «опознания» и описания звуков речи обычно достаточно двух первых формант. В частности, можно считать, что тембр звука [и] определяется сочетанием колебаний с частотой примерно 500 и 2500 герц, тембр [ы] – 500 и 1500 герц. Для [о] эти величины равны 500 и 1000 герц, для [у] – 300 и 600 герц, [а] – 800 и 1600 герц и т.д. Причем в речи разных людей эти величины могут слегка варьироваться, что зависит от высоты основного тона, обусловленной строением речевого аппарата. Но соотношение их остается постоянным. Например, форманты [и] соотносятся примерно как 1: 5, форманты [о] – как 1: 2, форманты [у] – тоже как 1: 2, но при условии, что и первая, и вторая форманта ниже, чем у [о].

Частота формант определенным образом связана с артикуляционными свойствами гласных. Частота первой форманты зависит от подъема гласного (чем более открытый гласный, т.е. чем ниже его подъем, тем выше частота первой форманты, например, у [а] и, наоборот, чем более закрытый гласный, т.е. чем выше его подъем, тем частота ниже, например, [и], [ы], [у]). Частота второй форманты зависит от ряда гласного (чем более передний гласный, тем выше частота второй форманты, например, [и]). Лабиализованность гласных понижает частоту обеих формант. В соответствии с этим гласные верхнего подъема [и, ы, у] имеют наиболее низкую по частоте первую форманту, а гласный нижнего подъема [а] имеет наиболее высокую первую форманту. Наиболее высокую вторую форманту имеет нелабиализованный гласный переднего ряда [и], а наиболее низкую – лабиализованный гласный заднего ряда [у].

Формантная характеристика согласных звуков, как правило, более сложная. В экспериментальной фонетике получены точные данные о тоновом и формантном составе различных звуков разных языков.

Важнейшим акустическим признаком согласных является характер нарастания шума в начале их звучания. По этому признаку различаются взрывные и щелевые согласные. Учитывается также спад шума в конце звучания. По этому признаку выделяются глоттализованные (смычно-гортанные согласные), при образовании которых происходит гортанная смычка в конечной фазе артикуляции, и неглоттализованные. Существуют и другие акустические признаки согласных.

Применение физической аппаратуры позволило фонетистам выделить и обобщить признаки, пригодные для описания звукового строя любого языка. Стремление описать все многообразие звуков человеческой речи на единых классификационных основаниях способствовало разработке универсальных классификаций, построенных по дихотомическому признаку. Каждый звук при таком подходе может быть охарактеризован через набор акустических параметров типа «вокальный – невокальный», «прерванный – непрерванный», «высокий – низкий», «диффузный – компактный» и т.д.

Экспериментальная (инструментальная) фонетика занимается не только отдельными звуками речи и их классификацией, она исследует также целые фрагменты связной речи – слова и высказывания. Звук в потоке речи соседствует с другими звуками, и это влияет на его акустические свойства. Звук «набирается» тех или иных качеств от своих соседей, вплоть до того, что бывает очень нелегко вычленить отдельный компонент из звучащего потока.

Для изучения звукового материала языка экспериментальная фонетика использует специальные приборы, позволяющие объективно регистрировать многие существенные физические свойства звуков. В числе этих приборов – кимографы, механически записывающие на особых лентах звуковые колебания воздуха, создаваемые произнесением отдельных звуков; осциллографы, переводящие звуковые колебания воздуха в колебания электрического тока и записывающие эти колебания; магнитофоны, записывающие и воспроизводящие звуки с той скоростью и последовательностью, которая нужна экспериментатору-фонетисту. Самыми сложными приборами являются электрические спектрографы, позволяющие записывать и анализировать «акустический состав» звука, «видеть» его фонетическое строение. При помощи электрических спектрографов получены точные данные, позволяющие вычислить тоновый и формантный состав различных звуков разных языков.

В настоящее время физические свойства звуков изучаются не только языковедами, но и психологами, инженерами, математиками, физиками.

Экспериментальная фонетика решает много прикладных, практических задач. В частности, она помогает совершенствовать средства телефонной связи и радиосвязи, звукозаписывающую и воспроизводящую аппаратуру. Электроакустические методы исследования позволяют идентифицировать говорящего по голосу, т.е. устанавливать, в случае необходимости, авторство речи. Актуальной для экспериментальной фонетики остается задача автоматического распознавания звучащей речи (понимания человеческой речи компьютером), а также проблема искусственного синтезирования речи на основе задаваемых машине акустических характеристик. Созданы специальные приборы – синтезаторы речи, которые на практике осуществляют эту задачу.

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».

1 0 11 12 ..

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.

Акустические свойства звуков речи

Глава I. Фонетика и фонология

Определение фонетики как науки. Разделы фонетики

Фонетика (от греч. phone - звук) - это наука о звуковом строе языка. Термином фонетика называется и сам звуковой строй языка.

Разделы фонетики:

1) описательная фонетика - изучает звуковой строй языка на одном из этапов его развития;

2) историческая фонетика - изучает историю звукового строя;

3) экспериментальная фонетика - изучает звуки речи при помощи специальных технических средств, позволяющих более точно описать звуковые единицы речи.

Фонология - учение о фонеме как единице языка, т. к. звук - единица речи. Фонема – это абстрактная единица.

Общая характеристика звука

Звук - это явление материального характера. Он воспроизводится органами речи и воспринимается органами слуха. Звук определяется как минимальная, далее не делимая звуковая единица, произносимая за одну артикуляцию.

Звук речи изучается в 3 аспектах:

1) биологическом (физиологическом) - связан с изучением артикуляции звуков речи органами речевого аппарата;

2) физическом - связан с изучением звуков речи с акустической точки зрения, т. к. звук речи - это результат колебательного движения голосовых связок;

3) социальном (функциональном) - связан с изучением звуков речи с точки зрения их функции в языке.

Акустические свойства звуков речи

С акустической точки зрения звук характеризуется 3 основными признаками:

1) высота - зависит от частоты колебаний: чем меньше частота колебаний, тем ниже звук; единица частоты - герц; человеческое ухо способно воспринимать от 16 до 20 тыс. герц; ниже этого предела возникает инфразвук, выше этого предела возникает ультразвук; высота звука речи зависит от длины голосовых связок: чем длиннее голосовые связки, тем ниже звук;

2) сила звука определяется амплитудой колебания, а также высотой звука: более низкие звуки сильнее, чем более высокие;

3) длительность звука зависит от продолжительности колебаний во времени.

Колебания могут совершаться ритмично, т. е. число колебаний в единицу времени не меняется; в результате ритмичных колебаний возникает тон звука; тон образуется при произнесении гласных звуков; если колебания совершаются неритмично , т. е. число колебаний меняется в единицу времени, то возникает шум ; шум образуется при произнесении согласных звуков.

При произнесении звуков на основные колебания накладываются дополнительные колебания - обертоны . От количества обертонов, их различий по высоте и силе зависит тембр звука. Тембр - это окраска звуков. Различный тембр звуков создается благодаря различной форме и величине резонаторов. Резонаторами в речевом аппарате являются полости глотки, рта и носа.

Полость рта - изменяемый резонатор. Он изменяет форму благодаря губам и языку.

Полости глотки и носа - неизменяемые резонаторы.

ФОНЕТИКА

Человеческий язык – это прежде всего звучащая речь. Звуки языка, как отмечалось выше, изучает фонетика.

В фонетике звуки изучаются с разных сторон, или в разных аспектах:

1) Акустический аспект. Т.е. изучение звуков речи как физического явления

2) Анатомо-физиологическ ий (или биологический, или артикуляционный), т.е. изучение звуков как результата работы ряда органов человека, т.е. органов речи.

Способность органов слуха воспринимать звуки называется перцепцией , а совокупность движений органов речи при образовании звуков называется артикуляцией.

3) Лингвистический (или функциональный) аспект – это изучение функций звуковых единиц языка, т.е. использование их в языке.

Этим аспектам соответствуют три фонетические дисциплины:

Акустика речи,

Физиология речи (антропофоника),

Фонология.

Акустический аспект изучения звуков (акустика речи)

По своей физической природе звуки речи являются колебательными движениями воздушной среды, вызванными звучащим телом (органами речи) и воспринимаемыми человеческим слухом. Эти движения характеризуются определенными физическими (или акустическими) свойствами, рассмотрением которых и занимается акустика.

Звуковые колебания могут быть ритмичными или периодическими, в результате их возникают тоны . Колебания могут быть и аритмичными, или непериодическими, они приводят к возникновению шумов. В языковых звуках шумы и тоны обычно сочетаются. Гласные – в основном тоны, глухие согласные – шумы, в сонорных р, л, м, н больше тона, а в звонких шумных – больше шума.

Существуют два плана признаков, характеризующих звуки: 1) воспринимаемые признаки звука: а) высота, б) сила или громкость, в) длительность, г) тембр, 2) их акустические корреляты (т.е. связанные с ними взаимной зависимостью, обусловленностью) : а) частота, б) интенсивность, в) время звучания, г) спектр.

Гармоническое колебание, происходящее по закону синуса, характеризуется максимальным смещением от положения равновесия – амплитудой колебания и временем, которое затрачивается на совершение полного колебания, - периодом колебания. Величина, обратная периоду, - частота колебания. Единицей частоты является герц (Гц). Человеческое ухо способно воспринять звуковые колебания в полосе частот от 20 до 20000 герц.

Частота колебаний обусловливает высоту звука. Частота колебаний голосовых связок обусловливает высоту голоса. Высота голоса при пении колеблется в полосе частот от 75 – 80 герц в секунду (бас) до 1000 – 1200 Гц в секунду (сопрано).

Звуки с большой частотой называются высокими, а с низкой частотой – низкими. Длина слышимых звуковых волн от 15 м (самые низкие звуки) до 3 м (самые высокие звуки).

Амплитуда колебания обусловливает силу звука. Восприятие звуковых колебаний органами слуха основано на явлении резонанса. Внутри уха имеется около 4,5 тысяч тончайших волокон различной длины, как бы «настроенных на различные тоны. Барабанная перепонка передает им колебания, но воспринимают колебания только волокна. «настроенные» природой на частоту, которую имеет переданное барабанной перепонкой колебание.

Колеблющийся источник звука излучает энергию в окружающий воздух.

Интенсивность звуковой волны воспринимается слуховым аппаратом как громкость.

Источник звука может колебаться многими способами. Струна музыкального инструмент, если она настроена, издает определенные тон. Однако если трогать струну в разных местах, то возникают звуки одного тона, но разных оттенков. Звуки одной тональности имеют разную окраску потому. Что колебание струны может происходить с различной частотой. Наименьшая (или основная) частота имеет место при колебании всей струны в целом, что дает основной тон. Большие частоты возникают при колебании частей струны. Эти частоты являются кратными основной частоте и относятся к собственным колебаниям струны. Собственные колебания струны, кроме основного тона, дают звуки, которые называются обертонами. Звук струны складывается из основного тона и обертонов. Трогая струну в различных точках, мы создаем различные спектры колебания. Спектр колебания содержит обертоны разной силы, которые и создают окраску звука, его тембр.

На явлении резонанса основано не только восприятие звуковых колебаний, но и их образование. Колебание одного тела может быть воспринято и усилено резонаторами – другими телами или «воздушным столбом». Чем больше резонатор, тем ниже его собственный звук, чем меньше резонатор, тем выше его собственный звук. Резонирующие тела имеют собственные колебания, равные или близкие по частоте колебаниям звучащего тела. Благодаря резонаторам усиливаются различные составные тоны звука, при этом главный тон, создаваемый резонированием и приобретающий определенные свойства в зависимости от области резонирования, называется формантов звука. Форманты представляют собой постоянные характеристики звуков речи.

Акустические свойства звуков речи изучаются в современной науке точными методами при помощи специальной аппаратуры.