Акустическая классификация звуков речи
Артикуляционная классификация звуков речи нужна всем, кто занимается изучением произношения, без нее не обойтись в педагогической практике. Однако она довольно громоздка (см. Артикуляционная классификация звуков речи). Оказалось, что можно создать более стройную и экономную классификацию звуков, если исходить из их акустической природы. Это и было сделано, когда в фонетических лабораториях появились приборы для анализа акустических характеристик звуков, т. е. их спектров, — спектрометры.
На форме спектра звука и основана акустическая классификация. В ней последовательно проводится двоичное (бинарное, дихотомическое) противопоставление звуков речи по каждому признаку: низкие — высокие звуки, резкие — нерезкие и т. д.
Что же такое спектр звука?
Все звуки делятся на тоны и шумы. Звуки с периодическими, гармоническими колебаниями — тоны. Звуки, возникающие в результате ряда непериодических колебаний, называются шумами. В речи тоновые звуки образуются с участием голосовых связок. Шумы образуются при возникновении каких-либо препятствий в полости рта. Гласные — тоновые звуки, глухие согласные — шумовые. Сонорные согласные — тоновые со слабой примесью шума, звонкие шумные — шумовые с участием тона.
Всякий тоновый звук речи состоит из многих простых колебаний, т. е. колебаний определенной частоты (их называют гармониками). Если мы отложим на графике по горизонтальной оси частоты этих гармоник в герцах, а по вертикальной оси — значения интенсивности в децибелах, то получится спектр этого звука.
При различных положениях речевых органов полость рта представляет собой как бы систему акустических резонаторов — она «настроена» на несколько гармоник сразу. На рисунках показана схема действия такой системы: видно, что резонаторы настроены на частоты 500 Гц и 1000 Гц.
Сложный звук, попадая в систему резонаторов с такой частотной характеристикой, преобразуется: в нем усиливаются частоты, совпадающие с резонансными, и гасятся другие частоты. Спектр звука приобретает такой вид (см. рис.).
Области усиления энергии в спектре звука называются формантами. Поскольку звуки речи имеют протяженность во времени, их спектры удобно представлять с учетом трех характеристик: частоты, интенсивности и времени. На таких спектрограммах по горизонтальной оси отложена длительность, по вертикальной — частота. Об интенсивности свидетельствует степень потемнения различных участков спектрограммы.
Как по внешнему виду спектрограммы отличить спектр тонового звука, например гласного от шумового? На рисунках приведены спектры гласного [а] и согласного [ш]. Каждый из них типичен для того класса звуков, который они представляют.
Спектр гласного отличается значительно бо́льшим уровнем энергии, об этом свидетельствует степень потемнения участков спектрограммы. Кроме того, на спектрограмме гласного отчетливо видны форманты — полосы усиления энергии, идущие параллельно горизонтальной оси.
На спектрограмме согласного уровень энергии несравненно ниже, шумовые спектральные составляющие расположены в высокочастотной области спектра. Они не образуют формант, а представлены в хаотическом беспорядке.
По форме спектра звуки речи могут быть:
1. Вокальные — невокальные. Для характеристики звука по этому признаку важно, есть ли в его спектре формантная структура, т. е. отчетливо выраженное регулярное усиление определенных частотных составляющих.
Вокальными являются все гласные и сонорные согласные, невокальными — шумные согласные.
2. Консонантные — неконсонантные. Признак консонантности связан с общим уровнем энергии в спектре: звуки со слабым уровнем консонантны, звуки с высоким уровнем энергии неконсонантны. К первой группе относятся все согласные, в том числе и сонорные, ко второй группе — гласные.
3. Высокие — низкие. Для этих звуков важно, в какой части спектра преимущественно расположены составляющие — в области низких частот или высоких.
Высокие — гласные переднего ряда, передне- и среднеязычные согласные, низкие — все непередние гласные, губные и заднеязычные согласные.
4. Компактные — диффузные. Компактность звука определяется относительной близостью усиленных составляющих друг к другу и одновременно к центру спектра (1000 Гц). Диффузные звуки не обладают этим качеством.
Диффузные — гласные верхнего подъема, а также губные и зубные согласные. Все остальные звуки речи компактны.
5. Диезные — недиезные. Признак диезности связан с более высоким положением в спектре одной или нескольких областей усиления энергии.
Диезные — мягкие согласные, а также гласные переднего ряда и те гласные, которые мы произносим между мягкими согласными. Все твердые согласные и непередние гласные недиезны.
6. Бемольные — небемольные. Бемольность — понижение всех или нескольких спектральных составляющих звука. Бемольны огубленные гласные и согласные, остальные небемольны.
7. Прерванные — непрерывные. У прерванных звуков начало отличается большим расходом энергии, который затем не возрастает. У непрерывных расход энергии относительно равномерно распределен во времени. Прерванные — смычные согласные. Непрерывные — все гласные и несмычные согласные.
8. Резкие — нерезкие. Резкие звуки — с явно выраженной неоднородностью спектра. Это аффрикаты и дрожащие согласные. Все остальные звуки речи — нерезкие.
9. Звонкие — глухие. Звонкие звуки — гласные и звонкие согласные — имеют в спектре самую низкую интенсивную составляющую (до 300 Гц), которая соответствует основному тону звука. Этот тон создается колебаниями голосовых связок.
Можно видеть, что приведенная классификация вполне проста и в то же время универсальна: она охватывает и гласные, и согласные.
Все эти признаки звуков можно обнаружить при помощи прибора «видимая речь». Это динамический спектрограф, передающий на бумаге изменяющуюся во времени картину спектров звуков речи.
Анализ этих спектров привел Р. О. Якобсона (США), Г. Фанта (Швеция) и М. Халле (США) в 1955 г. к созданию акустической классификации звуков речи.
