Акустические свойства звуков речи

Звук — это волновые колебания упругой среды — воздуха, во­ды и др., которые могут вызывать слуховые ощущения. Такие колеба­ния обычно возникают в результате колебаний какого-либо тела: колокола, струны музыкального инструмента, голосовых связок че­ловека и т. п. Колеблющееся тело непрерывно образует упругие волны, состоящие из последовательных сгущений и разрежений воздуха или другой среды. Эти волны достигают нашего уха, и мы слышим звук. Звуки отличаются друг от друга высотой, силой, длительностью и тембром.

Высота звука зависит от частоты колебаний: чем выше частота колебаний в единицу времени, тем выше звук; чем меньше приходится колебаний на это время, тем звук ниже. За единицу высоты звука принят герц (сокращенно Гц) — одно колебание в секунду (по имени немецкого физика Р. Г. Герца). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Звуки ниже 16 Гц (инфразвуки) и выше 20 000 Гц (ультразвуки) мы не слышим, хотя некоторые животные: дельфины, летучие мыши, собаки, лисы и др.— слышат и эти звуки.

У каждого человека своя средняя высота звуков речи. По ней определяется такая характеристика человеческого голоса, как те­нор, баритон, бас, сопрано, альт, контральто. Изменение высоты звуков в процессе речи является основой интонации. Во многих языках изменением высоты звука выделяется ударный слог.

Сила звука зависит от амплитуды (размаха) колебаний: чем больше амплитуда, тем сильнее звук. С силой звука связана его громкость. Если чуть-чуть тронуть струну гитары, возникнет слабый звук, но если сильно оттянуть и затем отпустить струну, то звук будет гораздо громче: амплитуда колебаний струны в этом случае больше.

В речи мы пользуемся звуками разной силы. Это зависит, например, от условий общения: люди, стоящие рядом и находя­щиеся на некотором расстоянии друг от друга, должны произносить слова с разной громкостью. Большая громкость отражает и эмоциональность речи. Гласные безударные — менее сильные (громкие), а ударные — более сильные (громкие).

Длительность звука — это его продолжительность во времени. Длительность звуков речи измеряется в тысячных долях секунды — миллисекундах (мс). В некоторых языках (английском, немецком, французском, чешском и др.) различаются долгие и краткие ударные гласные. В русском языке ударные гласные дли­тельнее безударных. Так, длительность ударного [а] в слове сад, произнесенном в нормальном темпе, может составлять 150 мс, длительность первого гласного в слове сады — 100 мс, а длитель­ность первого гласного в слове садовод — 50 мс.

Тембр звука — это индивидуальная особенность, окраска звука, определяемая характером обертонов, накладывающихся на основной тон.

Если оттянуть и отпустить натянутую струну, то она начнет колебаться. Возникнет звук. Если прижать струну посредине и заставить колебаться оставшуюся часть, мы услышим звук, который в два раза выше основного тона струны: частота колебаний половинки струны в два раза больше, чем всей струны. Но и когда мы не прижимаем струну посредине, то, кроме основного колебания всей струны, колеблются ее половинки, и четвертые части, и восьмые и т. д. В результате на основной тон накладываются тоны, образуе­мые колебаниями частей струны. Эти тоны называются допол­нительными тонами или обертонами.

Основное свойство обертонов заключается в том, что их частота всегда в кратное число раз выше частоты основного тона, а сила тем слабее, чем выше частота. Это соотношение основного тона и обертонов может меняться в результате усиления одного из них в резонаторе.

Всякий резонатор — это полое тело, например пустая ком­ната, морская раковина, деревянный корпус гитары, труба органа. У каждого резонатора свои форма и объем и своя частота коле­баний. Если рядом с резонатором возникает звук, частота которого совпадает с частотой резонатора, звук станет намного громче, так как колебания воздуха, представляющие собой этот звук, уси­лятся в результате ответных колебаний стенок резонатора. Это явление называется резонансом.

В сложном звуке, представляющем собой сочетание основного тона и обертонов, один резонатор может усилить основной тон, а другой резонатор — усилить один из обертонов. В результате возникнут звуки разных тембров. Так, звучание одной и той же струны в гитаре, мандолине, балалайке будет различным: разные резо­наторы этих музыкальных инструментов создадут звуки разных тембров.

Стенки резонатора могут не только усиливать, но и глушить некоторые составляющие звука. Известно, что в пустой комнате звуки усиливаются, а в комнате, заставленной мебелью, глушатся. Гладкая поверхность стенок резонатора отражает звук, а рыхлая поглощает.

а — кривые тона и обертона; б — сложный тон

Наша ротовая полость, носовая полость и глотка тоже резона­торы. Вытягивая или растягивая губы, опуская нижнюю челюсть, перемещая язык в ротовой полости, подключая носовую полость, мы меняем объем и форму речевого резонатора и усиливаем таким образом разные составляющие сложного звука, возникшего в горта­ни или ротовой полости. Так возникают звуки речи.

При произнесении гласных напряжение мышц разлито по всей ротовой полости, стенки ротового резонатора гладкие, они хорошо отражают звук, как стены пустой комнаты. При произнесении со­гласных напряжение мышц сосредоточено в одном месте ротовой полости, а в других ее частях мышцы расслаблены. Здесь стенки рыхлые, и, как в комнате с мебелью, они поглощают звук.

Бывают колебания гармонические, периодические, они создают тон, музыкальный звук. Так, гласные — это чисто тоновые звуки. Другие колебания негармонические, непериодические, они создают шум. Согласные характеризуются наличием шума.