Акустические и физиологические характеристики речи

Объектом акустического анализа является физический речевой сигнал, посредством которого говорящий передаёт слушающему своё сообщение. Он представляет собой распространяемые в воздушной среде сложные по своей структуре звуковые колебания, которые характеризуются в отношении их частоты (числа колебаний в секунду), интенсивности (амплитуды колебаний) и длительности. Все эти характеристики подвержены изменениям на протяжении одного речевого сигнала. Они могут быть зафиксированы и измерены посредством специальных электронно-акустических приборов (прежде всего осциллографа и спектрографа).

Источниками возникновения речевых звуков в артикуляторном тракте человека являются: периодические модуляции посредством колеблющихся голосовых связок воздушного потока, подаваемого из лёгких (голосовой источник); турбулентные завихрения воздушного потока в сужениях произносительного тракта (шумовой, или вихревой, источник); скачкообразное изменение давления воздуха в артикуляторном тракте при резком раскрытии смычки (взрывной, или импульсный, источник).

Голосовой источник лежит в основе образования гласных и сонорных ([a], [i], [u]; [l], [r]). Шумовому источнику обязаны своим происхождением глухие щелевые ([f], [s], [x]) и глухие аффрикаты ([ts]), импульсному источнику — глухие взрывные ([p], [t], [k]). Звонкие щелевые и звонкие аффрикаты возникают благодаря совместной работе голосового и шумового источников ([v], [z]; [dz]). Взаимодействие голосового и импульсного источников приводит к образованию звонких взрывных ([b], [d], [g]).

На следующем этапе возбуждённый речевой звук модифицируется в отношении своего частотного состава в акустическом фильтре, который образуют активные и пассивные артикуляторные органы (голосовые связки, задняя стенка полости зёва, надгортанник, нёбная занавеска вместе с язычком, язык, губы, зубы, альвеолы, нёбо) и система резонаторов (полость гортани, полость зёва, носовая полость, полость рта, а также полость, образуемая в пространстве между губами и зубами).

Ртовый резонатор, роль которого в модификации речевых звуков наиболее важна, может быстро менять свой объём и свою конфигурацию; он может быть более и менее жёстким. В результате отдельные составляющие возбуждённого звука усиливаются или ослабляются.

Каждый звук приобретает в итоге свои индивидуальные акустические особенности. Его отличают от других звуков, во-первых, спектральные амплитудно-частотные характеристики, наблюдаемые при аппаратном анализе как полосы частот, усиленные резонаторами (форманты), и, во-вторых, его временнáя структура.

Для характеристики звука достаточно наличие примерно четырёх формант, т.е. областей концентрации энергии в спектре, которые связаны с особенностями артикуляции и необходимы для правильного опознавания звука (форманты нумеруются в порядке возрастания частоты: FI, FII, FIII, FIV); из этих формант наиболее важны первая и вторая. Для гласных установлено, что частота FI связана со степенью закрытости гласного, а частота FII отражает степень его продвинутости вперёд. Так, наиболее закрытые звуки [i], [u] имеют самую низкую по частоте FI, наиболее открытый гласный [a] имеет максимально высокую частоту FI. Наиболее передние {i], [y] характеризуются самой высокой по частоте FII, у наиболее заднего гласного [u] максимально низкая частота FII. Огублённость звука понижает значения всех формант. Формантная структура согласных сложнее.

С учётом данных формантного анализа на основе работ Р.О. Якобсона и его коллег может быть построена акустическая класcификация дифференциальных признаков речевых звуков.

В слитной речи один артикуляторный уклад быстро заменяется другим, в силу чего непрерывно изменяется акустическая картина. Весьма условно выделяются стационарные и переходные участки. Последние позволяют получить дополнительную информацию о соседних звуках.

Просодическая структура высказывания, фразы, синтагмы, слова, слога акустически проявляется в виде беспрерывных изменений во времени частоты основного тона, интенсивности и длительности соответствующего сегмента.

Произносительный аппарат человека является весьма сложной и довольно совершенной акустической системой, возникшей в итоге длительной биологической эволюции. Устройство и функционирование произносительного и слухового аппаратов человека описаны во многих учебниках по курсам введения в языкознание и по общей фонетике. Студента можно отослать: к пособию для первокурсников Л.В. Бондарко, Л.А. Вербицкой и М.В. Гординой “Основы общей фонетики” (СПб., 1991) и к фундаментальному учебному пособию Л.Р. Зиндера «Общая фонетика» (любое издание), а также к учебнику С.В. Кодзасова и О.Ф. Кривновой «Общая фонетика» (М., 2001)..

Буквально каждый звук речи является продуктом комплекса произносительных работ, производимых разными активными органами артикуляции. Наиболее активная роль при этом принадлежит языку (lingua), который может быть распластанным или сжиматься в комок, продвигаться вперёд или отодвигаться назад, подниматься вверх в переднем или заднем направлении, не мешать выходу воздушной струи либо создавать на её пути полную или частичную преграду, вибрировать или просто совершать хлопок по пассивному артикулятору. Далее, язык (условно выделяют его переднюю, вместе с кончиком, среднюю и заднюю части спинки) может прижиматься или лишь приближаться к верхней губе, к нижним или верхним зубам, к альвеолам, к твёрдому или мягкому нёбу.

Губы (labia) способны смыкаться или создавать отверстия различного рода, оставаясь нейтральными, выдвигаясь вперёд, округляясь или растягиваясь. Язычок (uvula) может прижиматься или приближаться к спинке языка, а также вибрировать. Нёбная занавеска (velum palati) либо закрывает доступ воздушной струи в носовую полость, либо открывает ей путь. Задняя стенка зёва (pharynx) может приближаться к корню языка.

Различное положение могут занимать голосовые связки, пропуская струю воздуха. Они могут при этом колебаться либо же полностью или частично перекрывают путь воздушной струе.

Проблемами восприятия звучащей речи занимаются психоакустика и аудитивная (или перцептивная) фонетика. Психоакустика исследует, как разные звуки (в том числе и речевые) обрабатываются слуховой системой человека (а в последнее время и животных), как акустические свойства речевых сигналов оцениваются слухом (соотношение в восприятии частоты звуковых колебаний и высоты звука, интенсивности звука и его громкости).

Она использует сведения об устройстве слуховой системы, включающей в себя: периферический отдел (наружное, среднее и внутреннее ухо, где воздушные колебания преобразуются в нервные импульсы); центральный слуховой путь, по которому нервные импульсы передаются в слуховую зону коры головного мозга и происходит “отбор” звуковой информации, и, наконец; слуховую кору мозга, обеспечивающую окончательную обработку нервных импульсов и принимающую решения о фонетических свойствах воспринятого речевого сигнала. Фонетическая классификация звуков происходит в левом полушарии мозга, а оценку временных и мелодических характеристик осуществляет правое полушарие.

Перцептивная фонетика изучает особенности восприятия звуковых единиц языка, используемых человеком в речевом общении. Она призвана отвечать на вопросы, какие звуковые свойства существенны для восприятия речи человеком (например, для опознания данной фонемы) с учётом меняющихся акустических и артикуляционных характеристик речевых сигналов, т.е. каковы перцептивные корреляты релевантных (существенных) признаков фонем и просодем. Она считается также с тем, что люди в процессе восприятия звучащей речи извлекают информацию не только из акустических свойств высказывания, но и из языкового контекста и ситуации общения, прогнозируя общий смысл воспринимаемого сообщения.