Звуковой строй современного русского языка - Л. В. Бондарко 1977

Объективные характеристики звуковых единиц и методы их анализа
Спектрограммы

Амплитудно-частотный спектр звука, как уже гово­рилось, представляет данные об относительной интен­сивности частотных составляющих звука. Эти данные получаем, используя наборы фильтров или фильтр с перестраивающейся частотой. Чем более интенсивна час­тота, содержащаяся в спектре звука, тем более сильным будет «отклик» соответствующего фильтра. Так как при спектральном анализе мы имеем дело с электрическими колебаниями, то «отклик» фильтра реализуется в виде напряжения, которое может быть измерено и зафикси­ровано. Для этого достаточно с выхода фильтра подать электрический сигнал на вольтметр и измерить таким образом выходное напряжение. Последовательное изме­рение напряжения на всех фильтрах дает нам представ­ление об относительной интенсивности всех частотных составляющих.

Обычно спектрометры имеют специальные экраны, на которых можно наблюдать спектр визуально. В ниж­ней части экрана по горизонтали расположены светя­щиеся точки, каждая из которых соответствует конкрет­ному фильтру. При подаче звука для анализа напряже­ние, возникающее в каждом из фильтров, реализуется в виде вертикальных светящихся столбиков, высота которых соответствует величине напряжения и может быть соотнесена с интенсивностью в децибелах. Изображение спектральных свойств звука называется спектро­граммами.

Спектрограммы, подобные приведенной на рис. 14, дают представление о том, какие именно частоты и в какой степени усилены в данном звуке. Такие изображе­ния называются мгновенными спектра ми, так как они не отражают изменения звучания во времени и дают представление только о том, каков спектр звука в мо­мент анализа.

С экрана спектрографа спектр может быть снят на фотопленку или фотобумагу при помощи специальной фотоприставки. Однако можно получать спектрограммы и другим способом, записывая показания вольтметра на выходе каждого из фильтров и затем вычерчивая на специальных бланках так называемые огибающие спект­ра, т. е.-линии, соединяющие на графике точки, соответ­ствующие амплитудам каждой частотной составляющей.

Оба эти способа (фотосъемки и регистрации выход­ного напряжения при помощи вольтметра) используются при работе со спектрографами как параллельного, так и последовательного анализа.

Однако приборы, дающие представление о мгновен­ных значениях спектра, затрудняют анализ временных изменений звуков. Для этой цели в настоящее время используются так называемые динамические спек­трографы (сонографы). Их отличие от спектро­графов, дающих мгновенные значения спектра, — в ха­рактере регистрации данных анализа. Ось частот на динамической спектрограмме расположена по вертика­ли, а горизонтальная ось соответствует оси времени. Значения интенсивности частотных составляющих реа­лизуются в разной яркости свечения точек, соответствую­щих фильтрам: чем выше напряжение на фильтре, тем более яркое свечение наблюдается на экране в точке, соответствующей данному фильтру. При съемке спектро­грамм на светочувствительную пленку или бумагу бо­лее яркие свечения дают большую степень затемненности, в результате получаем представление об относи­тельной интенсивности частотных составляющих. На рис. 15 приведены мгновенные значения спектров1 рус­ских гласных и их динамические спектрограммы (объяснения особенностей этих спектрограмм даны в подписи к рисунку).

1 Вспомним, что общий вид спектрограммы зависит от того, на' каком приборе мы работаем. Как же «выглядит» звук, когда его анализирует человеческое ухо, пока трудно представить. Сейчас Ученые создают анализаторы, приближающиеся по своим свойствам к слуховому анализатору человека.

Рис. 14. Примеры мгновенных значений спектра звуков с, з, л', г.

Каждая точка соответствует определенному фильтру. На ри­сунке указаны частоты лишь некоторых фильтров. Самый сильный «отклик» дают фильтры, частота которых совпадает с частотой, имеющейся в анализируемом звуке: для с это частота около 4009 Гц и выше, для з—область, близкая к с и вдобавок низкочастотные составляющие, появление которых вызвано тем, что з — звонкий согласный, образующийся с голосом. Спектрограмма согласного л' обнаруживает большое количество составляющих его частот, при этом самыми сильными оказываются низкие частоты и частоты в области 2000 и 4000 Гц.

Спектр взрыва согласного г содержит большее количество час­тотных составляющих, при этом наиболее усилены низкие и сред­ние частоты.

Наиболее существенным преимуществом динамиче­ских спектрограмм является возможность получать не­прерывную картину изменений спектральных характе­ристик звуковых отрезков разной длительности. При рас­смотрении акустических характеристик звуков русской речи в этом пособии используются в основном динами­ческие спектрограммы.

Как и в спектрографах, дающих мгновенные значе­ния спектра, в динамических спектрографах применяет­ся и последовательный и параллельный анализ. Вид спектрограммы зависит от ширины фильтров: если филь­тры узкополосные, то спектральная картина получается более подробная, если же фильтры широкополосные, то^ и спектральная картина получается более общей.

Принятая ширина фильтровой полосы не обязатель­но используется во всех спектрографах: возможно и применение более узкополосных фильтров, а иногда ис­пользуются и фильтры с более широкими полосами — в зависимости и от конкретных задач экспериментально-фонетического исследования.

Обычно в фонетических исследованиях приводятся характеристики приборов, на которых были получены спектрограммы. Читатель может всякий раз получить, представление и о ширине полосы, и о частотных харак­теристиках фильтра.