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

Объективные характеристики звуковых единиц и методы их анализа
Роль артикуляционного аппарата человека в образовании акустических характеристик

Рассмотрим, каким образом различные участки ре­чевого (артикуляционного) аппарата' человека участвуют в образовании акустических свойств звуков. На рис. 1 схематически изображены органы, принимаю­щие в этом участие. Дыхательные органы, включающие легкие, бронхи и дыхательное горло (трахею), во-первых, служат для передачи звуковых колебаний, возникающих в артику­ляционном аппарате, во внешнюю среду: в подавляю­щем большинстве языков звучащая речь обязательно образуется «а выдохе. Во-вторых, воздушная струя, вы­ходящая из легких, участвует в образовании самих

звуковых колебаний, имеющих различную природу в зависимости от того, каков источник этих колебаний. Источником колебаний при образовании звуков речи могут быть прежде всего голосовые связки. Голосовой источник принимает участие в образовании гласных и всех звонких согласных: колебания голосовых связок образуют основной тон голоса, частота которого зависит и от собственных физических свойств связок • (их длины и толщины: у мужчин, например, связки бо­лее длинные и массивные — и основная частота голоса ниже, чем у женщин), и от степени натяжения связок — это дает возможность изменять частоту колебаний свя­зок, т. е. изменять основной тон на протяжении выска­зывания.

¹ Выражения «речевые органы», «произносительные органы», «речевой аппарат», «речевой тракт», которые обычно употребляют­ся, имеют примерно одно и то же значение и все являются услов­ными, так как все органы, принимающие участие в образовании звуков речи, не являются речевыми по своей первичной физиологи­ческой функции.

Рис. 1 Схематическое изоб­ражение речевого аппарата че­ловека:

/ — носовая полость, 2 — твердое нёбо, 3 — язык, 4 — щитовидный хрящ, 5 — голосо­вые связки, 6—трахея, 7 — легкое, 8 — грудина, 9 — пище­вод, 10 — кольцеобразный хрящ, 11 — надгортанник, 12 — подъязычная кость, 13—мяг­кое нёбо (нёбная занавеска). Проход в носовую по­лость (/) открыт, если мягкое нёбо (13) опущено, как это изображено на рисунке. Такое положение мягкого нёба необ­ходимо для нормального дыха­ния, а также для произнесения носовых звуков (например, со­гласных м, м, я, н'). При про­изнесении ртовых (неноеовых) мягкое нёбо поднято и препят­ствует прохождению воздуха в полость носа. Язык (3) при образовании звуков речи принимает разно­образную форму и занимает разное положение относитель­но твердого нёба (2), перед­них зубов, мягкого нёба. Из­менение конфигурации тела языка приводит к образованию различных резонирующих по­лостей, а также может приводить к образованию шумовых источ­ников.

Голосовые связки (5) расположены ниже резонирующих полостей, так что звук, образуемый голосовыми связками, проходя через полости, подвергается разнообразным преобразова­ниям.

При образовании звуков с голосовым источником ве­личина периода основного тона меняется довольно зна­чительно за время произнесения каждого звука, так что их только условно можно называть периодическими (см. с. 21). В специальной литературе такие звуки принято называть кваз и периодическими (от лат. quasi— почти, будто бы), а не периодическими, так как на протяжении одного звука величина периода основного тона меняется довольно значительно.

Звук, возникающий в результате колебаний голосо­вых связок, содержит, кроме основного тона, большое число гармоник. О том, каково качество этого звука, мы не можем судить по непосредственным слуховым впечат­лениям, так как обычно слышим не его, а результат его преобразования в надгортанных полостях.

Кроме голоса возможны и другие источники звука, а именно — шумовые источники — турбулентный (от лат. turbo — вихрь) и импульсный (от лат. impulsus — удар, толчок). Турбулентный шум образуется при наличии сужения в каком-либо месте артикуляционного тракта. В результате этого воздушный поток, поступаю­щий из легких по относительно широкому проходу, в месте сужения создает вихревые потоки, вызывающие специфический шум, который мы слышим при образова­нии таких согласных, как с, ш, х.

Импульсный источник вызывает звук при образо­вании таких согласных, как п, т, к, когда происходит резкое прерывание воздушной струи, создается избы­точное воздушное давление за местом смыкания артикуляционных органов, а затем его внезапный спад при раскрытии смыкания.

Рис. 2. Пример образования сложного звука. Примечание к рисунку. Частота колебаний здесь измеряется килогерцами (1 кГц=1000 Гц).

Спектр источника, т. е. спектр звука, образующегося в результате колебаний голосовых связок, содержит и основной тон (основную частоту) и гармоники (их здесь 14). Такой спектр мы мо'гли бы по­лучить, если бы сумели записать звук, образующийся при колеба­нии голосовых связок, но еще не поступивший в надгортанные по­лости.

Характеристика передающего тракта — это частотная характе­ристика звука, который возникает в системе резонаторов при опре­деленном артикуляторном укладе. На этом рисунке для большей наглядности показана так называемая «огибающая» такого спект­ра, т. е. линия, соединяющая вершины вертикальных столбиков, вы­сота которых пропорциональна интенсивности каждой из частотных составляющих.

Спектр излучаемого звука представлен и огибающей, и частота­ми составляющих, для того чтобы было видно, как исходный звук преобразуется под влиянием характеристик надгортанных полостей.

При образовании звуков речи действуют или один из этих трех источников, или два, а подчас даже все три: так, при образовании гласных источником звука явля­ются колебания голосовых связок; при образовании глу­хих щелевых согласных источник звука — турбулент­ный, а при образовании звонких щелевых согласных участвует и голосовой и турбулентный источник; глухие взрывные согласные образуются при участии импульс­ного источника звука, а звонкие взрывные — при уча­стии импульсного и при участии голосового источника.

Звуки речи, как известно, являются сложны ми звуками не только потому, что при участии голосового источника в основном тоне содержится много гармоник, но и потому, что в процессе речеобразования мы по­стоянно сталкиваемся с явлениями резонанса. Надгор­танные полости — ртовая, носовая, полость глотки — являются резонаторами, собственные частоты которых могут очень значительно изменяться в зависимости от того, какое положение занимает язык, губы, мягкое нёбо, т. е. в конечном счете — в зависимости от того, какой звук в данный момент произносится.

Источник звука вызывает в системе резонаторов (т. е. в надгортанных полостях) собственные колебания. Следовательно, то, что мы обычно слышим, — это слож­ный звук, являющийся результатом преобразования звука, возникающего в источнике, резонирующей систе­мой надгортанных полостей. Собственные частоты резо­наторов являются наиболее усиленными в акустической картине звука. Эти усиленные частоты называют «ф о р-м антами» звука, так как они формируют специфиче­ское звучание каждого гласного и согласного. На рис. 2 приведен пример образования такого сложного звука. Левый рисунок изображает характеристики колебаний голосовых связок: по горизонтали фиксируется частота, а по вертикали — амплитуда. Как уже было сказано, основной тон является в таком спектре самым сильным, а гармоники — тем слабее, чем выше их частота. На среднем рисунке показаны частотные характеристики системы резонаторов, участвующие в образовании дан­ного звука: видно, что собственные характеристики этих резонаторов таковы: одна из собственных частот лежит ниже 1000 Гц, другая —около 1000 Гц. На третьем ри­сунке показано, какой звук получается в результате взаимодействия источника и резонаторов: некоторые из гармоник оказываются усиленными — те, которые по частоте близки к собственной частоте резонаторов, т. е. к частоте формант; другие же гармоники и даже основ­ной тон ослабляются под влиянием частотных характе­ристик резонаторов.

Частоты формант, таким образом, задаются конфи­гурацией речевого тракта, и свойства источника на них не влияют. Представление о независимости резонансных свойств надгортанных полостей от свойств 'Источника является одним из существеннейших положений совре­менной акустической теории речеобразования. Это поло­жение дает возможность связывать частоты формант только со спецификой артикуляции, т. е. по частотам формант судить о положении артикуляторных органов. С другой стороны, независимость формантных частот от голосового источника означает, что частота форман­ты не зависит от частоты гармоник источника. Не сле­дует смешивать понятия частоты форманты и номера гармоники. Предположим, что мы произносим какой-то звук, одна из формант которого близка к какой-либо из гармоник основного тона (например, к 6-й). Если по­высить вдвое частоту основного тона, то эта форманта будет близка уже не к 6-й, а к 3-й гармонике основного тона.

После необходимых вводных объяснений можно бо­лее подробно рассмотреть понятие о тембре звуков речи. Тембром часто называют особенности звучания, кото­рые определяются формантнои структурой данного зву­ка, т. е. числом формант и их частотой. В этом случае можно говорить, что мы различаем разные гласные по­тому, что они имеют разный тембр. Но с понятием темб­ра также связывают представление о какой-то специ­фической окраске звука. В случае звуков речи, напри­мер, разным тембром будет характеризоваться один и тот же гласный, произносимый с разной частотой основ­ного тона, — при неизменной формантнои структуре число и частота гармоник будут различны, что, конечно, отражается и на общем звучании: хотя мы слышим тот же гласный, но окраска его будет совсем иная. Употреб­ление одного и того же термина «тембр» для обозна­чения качества звука и его окраски мешает правиль­ному пониманию существа дела. Поэтому условимся, что при описании качества звуков речи, т. е. тех свойств, по которым мы отличаем один гласный от дру­гого, один согласный от другого, мы будем говорить не о тембре, а о формантнои структуре¹.

Формантная структура данного звука определяется, как это видно из самого термина, характеристиками формант. Число формант, существенных для характеристики звуков речи, разными исследователями определяется по-разному. Наиболее распространенной является точка зрения, в соответствии с которой для характеристики каждого звука достаточно четырех фор­мант. При этом первая и вторая форманты имеют боль­шее значение, чем третья и четвертая.

¹ Хотя, конечно, в этом случае речь идет о слуховом впечатлгнии, производимом той или иной формантнои структурой.

Форманты в специальной литературе обозначаются латинской буквой F, а номера формант римскими циф­рами: FI, FII, Fill, F1V —первая форманта, вторая форманта и т. д. Если хотят сказать о частоте какой-либо форманты, то употребляют соответствующую араб­скую цифру справа, внизу от буквы: выражение F₂ озна­чает «частота второй форманты».

Форманты нумеруются в порядке возрастания их -ча­стоты: самая низкая форманта, ближе всех расположен­ная к частоте голосового источника, — FI, затем сле­дует FII, Fill, FIV. Число формант сопоставимо с числом резонансных полостей в речевом тракте, однако нельзя представлять дело так, что каждая форманта связана с определенным резонатором. На самом деле отношения здесь значительно более сложные. Тем не менее удалось установить несколько упрощенное, но вполне применимое практически правило, связывающее частоты формант с характером артикуляции гласных звуков: считается, что частота FI связана со степенью закрытости звука, а частота FII — со степенью его .продвинутое™ вперед; самые закрытые звуки, такие, как и, у, имеют самую низкую по частоте первую форманту (FI), а самые передние — ы, э — самую высокую по частоте вторую форманту; соответственно самые откры­тые (например, о) —максимально высокую частоту FI, а самые задние — максимально низкую частоту FII.

Огубленность звука понижает частотное значение всех формант.

В фонетической литературе часто встречается выра­жение «формантная структура». Оно имеет двоякое зна­чение: с одной стороны, говорят о том, что какой-то конкретный звук обладает формантной структурой, т. е. что в спектре данного звука выделяются форманты. ^ другой стороны, под формантной структурой имеют в виду не просто наличие формант, но и их определен­ное взаиморасположение.

Между формантами, «образующими» гласные и со­нанты, и формантами, «образующими» звучание шумных глухих согласных, существуют различия, заключаю­щиеся в том, что частоты формант гласных и сонантов изменяются во времени значительно медленнее, чем ча­стоты формант шумных глухих согласных.

Акустическая картина звука, образованного с учас­тием турбулентного источника, отличается от формантной картины гласных прежде всего непериодическим характером: колебания, создающие шум в довольно ши­рокой полосе частот, не повторяются периодически, как в гласных, а возникают и затухают довольно случайно. При образовании звука с импульсным источником шума возникает непериодический по структуре и очень короткий по времени шум.