Акустический и биологический аспекты в изучении звуков речи.

 Акустический аспект изучения звуков речи.

Акустический аспект фонетики, связанный с областью физики, занимается изучением акустики речи – раздела общей акустики, исследующей структуру речевого сигнала, систему автоматического синтеза и распознавания речи. Рассматривая звуки речи в акустическом аспекте, выделяют такие их характеристики, как высота, сила, тембр звука, тоны и шумы, резонанс и т.п. (Материал, относящийся к данному вопросу, как и к предыдущему, прорабатывается студентами самостоятельно).

Акустика звуков речи

Звуки речи - это колебания воздушной среды, вызванные органами речи. Звуки делятся на тоны (музыкальные звуки) и шумы (немузыкальные звуки).

Тон - это периодические (ритмичные) колебания голосовых связок.

Шум - это непериодические (неритмичные) колебания звучащего тела, например, губ.

Гласные состоят из тона, т.е. голоса при отсутствии преграды, а согласные из шума (или шума и тона), т.е. с участием преграды.

Звуки речи различаются по высоте, силе и длительности.

Высота звука - это число колебаний в секунду (герц). Она зависит от длины и натянутости голосовых связок. Более высокие звуки имеют более короткую волну. Человек может воспринимать частоту колебаний, т.е. высоту звука в диапазоне от 16 до 20 000 герц. Один герц - одно колебание в секунду. Звуки ниже этого диапазона (инфразвуки) и выше этого диапазона (ультразвуки) человек не воспринимает в отличие от многих животных (кошки и собаки воспринимают до 40 000 Гц и выше, а летучие мыши даже до 90 000 Гц).

Основные частоты общения людей находятся в пределах обычно 500 - 4000 Гц. Голосовые связки производят звуки от 40 до 1700 Гц. Например, бас начинается обычно с 80 Гц, а сопрано определяется в 1300 Гц. Собственная частота колебаний барабанной перепонки - 1000 Гц. Поэтому самые приятные для человека звуки - шум моря, леса - имеют частоту около 1000 Гц.

Диапазон колебаний звуков речи мужчины составляет 100 - 200 Гц в отличие от женщин, говорящих с частотой в 150 - 300 Гц (поскольку у мужчин голосовые связки в среднем 23 мм, а у женщин - 18 мм, а чем длиннее связки, тем ниже тон).

Сила звука (громкость) зависит от длины волны, т.е. от амплитуды колебаний (величины отклонения от первоначального положения). Амплитуду колебаний создают напор воздушной струи и поверхность звучащего тела.

Сила звука измеряется в децибелах. Шепот определяется в 20 - 30 дБ, обычная речь от 40 до 60 дБ, громкость крика доходит до 80 - 90 дБ. Певцы могут петь с силой до 110 - 130 дБ. В книге рекордов Гиннеса зафиксирован рекорд четырнадцатилетней девочки, перекрывшей криком взлетающий авиалайнер с громкостью двигателей в 125 дБ. При силе звука свыше 130 дБ начинается боль в ушах.

Разным звукам речи свойственна разная сила. Мощность звука зависит от резонатора (резонаторной полости). Чем меньше ее объем, тем больше мощность. Но, напр., в слове «пила» гласная [и], будучи безударной и имея вообще меньшую мощность, звучит сильнее на несколько децибел, чем ударная [а]. Дело в том, что более высокие звуки кажутся более громкими, а звук [и] выше, чем [а]. Таким образом, звуки одинаковой силы, но различной высоты воспринимаются как звуки различной громкости. Следует отметить, что сила звука и громкость не равнозначны, поскольку громкость - это восприятие интенсивности звука слуховым аппаратом человека. Ее единица измерения - фон, равный децибелу.

Длительность звука, т.е. время колебания измеряется в миллисекундах.

Звук имеет сложный состав. Он состоит из основного тона и обертонов (резонаторных тонов).

Основной тон - это тон, порожденный колебаниями всего физического тела.

Обертон - частичный тон, порожденный колебаниями частей (половины, четверти, восьмой и т.д.) этого тела. Обертон («верхний тон») всегда выше основного тона в кратное число раз, отсюда и его название. Напр., если основной тон - 30 Гц, то первый обертон будет составлять 60, второй 90, третий - 120 Гц и т.д. Он вызывается резонансом, т.е. звучанием тела при восприятии звуковой волны, имеющей частоту одинаковую с частотой колебаний этого тела. Обертоны обычно слабы, но усиливаются резонаторами. Интонация речи создается изменением частоты основного тона, а тембр - изменением частоты обертонов.

Тембр - это своеобразная окраска звука, создаваемая обертонами. Он зависит от соотношения основного тона и обертонов. Тембр позволяет отличать один звук от другого, различать звуки различных лиц, мужскую или женскую речь. Тембр у каждого человека строго индивидуален и уникален как отпечаток пальцев. Иногда этот факт используется в криминалистике.

Форманта - это обертоны, усиленные резонаторами, которые характеризуют данный звук. В отличие от голосового тона форманта образуется не в гортани, а в резонирующей полости. Поэтому она сохраняется и при шепоте. Другими словами, это полоса концентрации частот звука, получающая наибольшее усиление благодаря влиянию резонаторов. При помощи формант мы можем количественно отличать один звук от другого. Эту роль выполняют речевые форманты - самые важные в спектре гласного звука первые две форманты, наиболее близкие по частоте к основному тону. Причем для голоса каждого человека характерны свои голосовые форманты. Они всегда выше первых двух формант.

Формантная характеристика согласных очень сложна и трудноопределима, но гласные с достаточно надежностью могут характеризоваться при помощи двух первых формант, которые соответствуют приблизительно артикуляционным признакам (первая форманта - степени подъема языка, а вторая - степени продвинутости языка). Ниже приводятся таблицы, иллюстрирующие вышесказанное. Следует только иметь в виду, что приводимые количественные данные приблизительны, даже условны, так как исследователи дают различные данные, но соотношения гласных при расхождении в цифрах остаются у всех примерно одинаковыми, т.е. первая форманта, например, у гласной [и] всегда будет меньше, чем у [а], а вторая больше.

Примерные частоты некоторых русских, английских и французских гласных (первое число - первая форманта, второе - вторая форманта)
Звуки	Рус. язык	Анг. язык	Фр. Язык
а [а] и [i] у [u] о [о] э [е]	800 и 1600 500 и 2500 300 и 600 500 и 1000 500 и 2000	700 и 1100 400 и 2100 450 и 1000 600 и 900 500 и 1800	800 и 1100 250 и 3000 250 и 800 450 и 900 450 и 2500

 

Частотные характеристики звуков подвижны, так как форманты соотносятся с основным самым низким тоном, а он тоже изменчив. Кроме того, в живой речи у каждого звука может быть несколько формантных характеристик, так как начало звука может отличаться от середины и окончания по формантам. Слушателю очень трудно определять звуки, выделенные из потока речи.

Биологический аспект изучения звуков речи. Устройство речевого аппарата и функции его частей.

Общаясь при помощи языка, человек произносит звуки и воспринимает их. Для этих целей он пользуется речевым аппаратом, который состоит из следующих компонентов:

1. органы речи;

2. органы слуха;

3. органы зрения.

Артикуляция звуков речи - это работа органов речи, необходимая для произнесения звука. Сами органы речи включают в себя:

· головной мозг, который через моторный центр речи (зона Брока) посылает определенные импульсы через нервную систему к органам произнесения (артикуляции) речи;

· дыхательный аппарат (легкие, бронхи, трахея, диафрагма и грудная клетка), который создает воздушную струю, обеспечивающую образование звуковых колебаний, необходимых для артикуляции;

· органы произнесения (артикуляции) речи, которые обычно называют также органами речи (в узком смысле).

Органы артикуляции делятся на активные и пассивные. Активные органы выполняют движения, необходимые для произнесения звука, а пассивные органы - точки опоры для активного органа.

Активные органы - это голосовые связки, язык, губы, мягкое небо, язычок, задняя спинка зева и нижняя челюсть.

Пассивные органы - это зубы, альвеолы, твердое небо, верхняя челюсть.

Голосовые связки находятся в гортани. Гортань представляет собой верхнюю часть трахеи, и состоит из следующих хрящей трех видов, соединенных друг с другом:

· перстневидный хрящ, расположенный ниже других хрящей. Спереди он уже, а сзади шире;

· щитовидный хрящ, расположенный наверху спереди (у мужчин он выступает как кадык, или адамово яблоко, потому что две образующие его пластины составляют угол 90 градусов, а у женщин - 110), закрывает спереди и по бокам перстневидный хрящ;

· парный черпаловидный хрящ в виде двух треугольников, расположенных сзади сверху. Они могут раздвигаться и сдвигаться.

Органы речи (произносительный аппарат)

Русские и латинские названия органов речи и их производные

Язык Губы Зубы Альвеолы Твердое нёбо Мягкое нёбо Язычок Нос Зев Гортань

lingua labia dentes alveoli (желобки) palatum velum (парус) uvula (виноградинка) nasum pharynx larynx

лингвистический лабиальный, лабиализованный дентальный альвеолярный палатальный велярный увулярный назальный фарингальный ларингальный

 

Между черпаловидным и щитовидным хрящом находятся слизистые складки, которые и называются голосовыми связками. Они сходятся и расходятся при помощи черпаловидных хрящей, образуя голосовую щель различной формы. При неречевом дыхании и при произнесении глухих звуков они раздвинуты и расслаблены. Щель при этом имеет вид треугольника.

· При произнесении гласных, сонорных, звонких согласных они сначала напрягаются и сближаются, а затем раздвигаются и сдвигаются, пропуская толчок воздуха. При этом они вибрируют.

· При произнесении английского или немецкого [h] и некоторых гортанных звуков (например, в арабском языке), а также при шепоте они сближены, но расслаблены, и воздух проходит через них с трудом. Голосовые связки при этом не колеблются.

У мужчин, как говорилось выше, голосовые связки длиннее (23 мм в среднем) и толще, чем у женщин (18 мм).

Человек говорит на выдохе, на вдохе только кричат ослы: «иа». Вдох используется также при зевании.

Люди с ампутированной гортанью тоже способны говорить так называемым пищеводным голосом, используя в качестве гортани мышечные складки в пищеводе.

Для образования звука большое значение имеет ротовая (надгортанная) полость, в которой образуются шумы и резонаторные тоны, важные для создания тембра. При этом большую роль играют размер и форма рта и носа.

Язык представляет собой подвижный орган, выполняющий две речевые функции:

· в зависимости от своего положения он меняет форму и объем резонатора;

· создает преграды при произнесении согласных.

Губы и язычок также выполняют функцию создания преграды.

Мягкое небо в поднятом положении запирает вход в носовую полость, при этом звуки не будут иметь носовой призвук. Если же мягкое небо опущено, то воздушная струя свободно проходит через нос, и в результате возникает носовой резонанс, характерный для носовых гласных, сонантов и согласных.

А теперь немножечко из нашей HolyBible (Маслов, если кто не понял)

Каждый звук, произносимы нами в речи, есть не только физическое явление, но также и результат определенной работы человеческого организма, а кроме того, и объект слухового восприятия, тоже связанного с определенными процессами, происходящими в организме. Рассмотрение звуков языка и речи с точки зрения процессов, происходящих в организме при произнесении этих звуков и при их восприятии, составляет содержание биологического аспекта в изучении звуков. Биологический аспект подразделяется на произносительный и перцептивный.

1) ПРОИЗНОСИТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ.

Для того, чтобы человек произнес тот или иной языковой звук, необходимо следующее: а) опред. импульс, посылаемый из головного мозга (точнее из т.н. моторного центра речи – зон БрокААА).; б) передача этого импульса по нервам к органам, непосредственно выполняющим эту команду; в) в б-ве случаев сложная работа дыхательного аппарата, а также диафрагмы и грудной клетки, т.к. без воздушной струи, создаваемой дыханием, нормально не могут быть образованы звуки речи; г) сложная работа тех органов, которые принято называть произносительными (всякие там губы, язык, гол.связки и тп.), и определенные движения нижней челюсти, обеспечивающие нужный угол раствора полости рта. Совокупность работ дыхательного аппарата и движений произносительных органов, необходимая для произнесении соответствующего звука, называется артикуляцией этого звука.

Произносительные органы делят на активные (выполн. те или иные движения, необх. для произнесения звука) и пассивные (служат лишь «точкой опоры» для активного органа). Важнейшими активными органами являются язык, голосовые связки, губы и нёбная занавеска. Функции произносительных органов есть в вышеприведённой ссылке, а также в Холи Байбле, страницы 37-39.

К биологическому аспекту также относится изучение механизмов тех изменений, которым подвергаются артикуляции звуков в потоке речи. Эти изменения называю позиционными и разделяют на комбинаторные (взаимод. между артикуляциями звуков, наход. в потоке речи в непосредственном и близком соседстве) и собственно [СОБСНА ХАХАХА] позиционные (положение звука в безуд. слоге либо на конце слова).

1) среди комбинаторных изменений выделяются:

- аккомодация – изменения в артикуляции согласных под влиянием соседних гласных и в артикуляции гласных под влиянием соседних согласных. НАПРИМЕР: огубленность (дом), назализация (наш), i-образный призвук (сяду).

- ассимиляция \уподобление – артикуляция согласного влияет на артикуляцию последующего согласного или артикуляция гласного влияет на артикуляцию последующего гласного. Бывает:

* предвосхищающей. Классический пример (Маслов так сказал): замена звонких согласных глухими (лодочка – лодка [t] перед [k]) или наоборот (к реке – к дому [g] перед [d]).

* инерционная ассимиляция – инерция неучастия голосовых связок (напр. инерция поднятого положения средней части спинки языка в момент произнесения последующего согласного: Ванькя). Помимо контактной асс., т.е. уподоблению звуку, находящемуся в непосредственном соседстве, встречается и дистантная, действующая «на расстоянии» (в ряде финно-угорских и тюркских языках).

- диссимиляция \«расподобление». Дистантная д. – февраль вместо феврарь (от лат. februarius). Контактная д.: леХко, мяХкий – д. двух смычных + ассимиляция по глухости ([g] перед [k]); скучно, конечно (ШН). Отдельный случай д. – гаплология – устранение одного из идущих подряд одинаковых слогов (минералология --> минералогия).

2) к собственно-позиционным изменениям относятся:

                * редукция – ослабление гласных в безударных слогах. Пример: м[Λ]лыш, м[á]л, м[ъ]лыши. Полная степень редукции – это полное исчезновение гласного в безуд. слоге и даже всего слога, в частности: а) апОкопа – отпадение конечного гласного или конечной части слова: Петь вместо Петя, чтоб место чтобы; б) синкОпа – выпадение гласного или неск. гласных не на конце слова: Иваныч вместо Иванович.

                * оглушение звонких согласных на конце слова перед паузой: дуга – дуг [k], труба – труб [p]. Физиологическая причина – преждевременное возвращение голосовых связок в состояние покоя ещё до окончания произнесения слова. Иногда оглушение в русском языке проявляется и в отношении сонантов: вопль.

2) ПЕРЦЕПТИВНЫЙ АСПЕКТ. Он охватывает изучение тех процессов, которые происходят в организме человека при восприятии звуков речи механизмами слуха и при передаче соответствующих сигналов в головной мозг, в сенсорный центр речи (речеслуховой анализатор) – т.н. зону ВЕЕЕрнике.