Акустические характеристики речи и методы их исследования.

Произносительный аппарат человека является весьма сложной и довольно совершенной акустической системой, возникшей в итоге длительной биологической эволюции.

Речевые сигналы акустически представляют 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; ниже Вы увидите "картинки", на которых изображены данные спектрографического и осциллографического анализа).

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 произноситтельного 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 взаимной 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 временная 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 (см., например, В.Б. Касевич, О.С. Широков).

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.

Ниже приводится иллюстрация инструментального анализа нем. слова Dame 'дама'.

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