Акустические свойства звуков речи

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.

Изменение частоты основного тона голоса в русском языке не играет роли средства различения фонем.

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.