Звуки речи как гармонические колебания

Лекция 5: Акустическая природа звуков речи

Достоинства модели OSI

 

Следует отметить, что модель OSI на сегодняшний день рассматривается как эталонная многоуровневая модель архитектуры связи для информационных сетей и основа для разработки стандартов новых протоколов. Четкое определение интерфейсов между уровнями позволяет заменять один протокол уровня на другой без изменения стандартов протоколов смежных уровней. В этом состоит основная ценность модели OSI.

 

Недостатки модели OSI

 

В течение многих лет было распространено мнение, что архитектура OSI возобладает над всеми коммерческими конкурирующими между собой стеками протоколов, такими как Системная сетевая архитектура ( Systems Network Architecture, SNA) компании IBM и стек TCP/IP. Однако, поскольку в стек TCP/IP вошли протоколы, имеющие статус стандартов Интернет, большинство разработчиков новых сетевых продуктов стало опираться именно на него. За архитектурой же OSI закрепился статус предписывающей модели. Это произошло во-первых из-за несвоевременности появления стандартных протоколов OSI (к моменту их появления широко распространились конкурирующие с ними протоколы TCP/IP), а во-вторых – из-за сложности и несовершенства модели (представительский и сеансовый уровни почти пусты, в то время как сетевой и канальный – перегружены).

 

 

1. Звуки речи как гармонические колебания

2. Параметры звука (частота, интенсивность и время)

3. Дистинктивные признаки (универсальная система из 12 ДП)

3.1. Признаки звучности

3.1.1. Гласный - негласный

3.1.2. Согласный – несогласный

3.1.3. Компактный - диффузный.

3.1.4. Напряженный - ненапряженный.

3.1.5. Звонкий - глухой.

3.1.6. Носовой –ротовой

3.1.7. Прерванный – непрерывный

3.1.8. Резкий – нерезкий

3.1.9. Глоттализованный - неглоттализованный

3.2. Признаки тона:

3.2.1. Низкий - высокий.

3.2.2. Бемольный – простой (огубленный-неогубленный

3.2.3. Диезный – простой (палатализованный – непалатализованный).

 

Звуки речи имеют колебательную природу. Понятие "колебание" следует понимать широко, не только как самые простые из замечаемых нами в нашем окружении коле­баний, например, колебание маятника, качели, деревьев и др. Под колебанием мы понимаем изменение соотояния покоя предметов и явлений или отклонение поочередно в одну к в другую сторону от положения покоя или от со­стояния неподвижности. Мы говорим о колебании темпера­туры в сторону увеличения и уменьшения от некоторой средней нормы или о колебаниях долготы дня, колебаниях урожайности и пр.

Звук в своем первичном естественном виде представляет собой колебание плотности воздуха, т.е. радиаль­ное распространение изменяющейся плотности воздуха в сторону увеличения и уменьшения от некоторой средней величины (допустим, 760 мм ртутного столба). Это колебание может быть преобразовано в любые другие виды колебания при одном условии - во всех этих видах конкретных колебаний должны оставаться инвариантными основные характеристики или параметры колебания (см. об этом ниже). При помощи некоторых устройств, повторяющих коле­бательные движения воздуха (например, чуткая мембрана), колебания воздушной среды могут быть преобразованы в другие виды колебаний (механическое, электрическое, электромагнитное, световое и др.). Благодаря этой особенности трансформации колебаний мы имеем возможность записать звуки на пластинку, на магнитопленку, на ки­нопленку и воспроизвести их, передавать эта колебания от проводам (.телефон) и эфиру (радио),

Кривую, которую вычерчивает некоторая точка колебания, принято метафорически называть звуковой волной. Если эта точка является функцией синуса, значение которого постепенно меняется от 0 до 1, то она вычертит симметрически правильную волну, называемую синусоидой. Любое постоянное, незатухающее простое колебание имеет вид синусоиды. Звуковая волна не представляет собой синусоиду, она приближается к ней только по некоторым своим основным качествам, а именно - периодичностью, относительным постоянством в неко­торые отрезки времени.

 

 

Рис. 1. Осциллограмма звукового колебания (см. приложение)

 

Звуковое колебание - это, собственно, сумма колебаний, т.е. результирующее колебание нескольких колебаний. Так называемый основной тон, или, вернее, колебание основного тона, является как бы колебанием - носителем, на который накладываются все остальные ко­лебания, колебания обертонов к гармоник.

Основной тон - это колебание голосовых связок говорящего. На него накладываются гармоники, т.е. колебания, повторяющие основной тон в двух-, трех-, четырех- и т.д. кратном увеличении. Например, гармоники основного тона 100 Гц:

2-я гармоника: 100 Гц *2 =200 Гц,

3-я гармоника: 100 Гц *3 =300 Гц,

…………………………

10-я гармоника: 100 Гц *10 =1000 Гц,

11-я гармоника: 100 Гц *11 =2200 Гц, и т.д.

При прохождений через надставную трубу одни гармоники (ила группа гармоник) усиливаются, другие rapмоники (или группа гармоник) ослабляются в зависимости от частотных характеристик резонаторов.

Такие области усиления гармоник называются в спектральном анализе формантами. Согласно акустической теории речепроизводства Г.Фанта, соотношение формант является дли всех говорящих постоянным, хотя абсолютные значе­нии их меняются от человека к человеку. Количество формант, согласно Г.Фанту, у гласных три и более, у опорных согласных -три.

(Схемы см. в приложении, схемы взяты из:

http://bigsoviet.org/Bse/PLAT-STRU/2205.shtml)

Рис. 2. Спектральная огибающая фонемы "ть": 1, 2, 3-форманты; 4, 5, 6 - антиформанты	Рис. 3. Спектральная огибающая фонемы "з": 1, 2,3,4 - форманты; 5,6 - антиформанты	Рис. 4. Спектральная огибающая фонемы "а": 1, 2, 3, 4 - форманты.

 

Кстати, разборчивость речи в значительной мере определяется разборчивостью глухих согласных.

 

2. Параметры звука:

Каковы основные параметры звука или, проще, чем измеряется звук? Основные параметры звука - частота, интенсивность и время.

 

Частота уже включает в себя время, так как частота - это количество полных колебаний за единицу времени. Так, одно полное колебание (один период) за одну секунду, т.е. когда достигаемся максимум отклонения от состояния покоя (от нулевой линии) в одну сторону; возвращение к нуле­вой линии, отклонение до максимума в другую сторону и возвращение к положению покоя за одну секунду, явля­ется мерой измерения, единицей измерения частоты 1 герц ( Hertz). Если такая картина повторится за 1 секунду 100 раз - это будет 100 Гц, 1500 раз - 1500 Гц, или 1,5 кГц и т.д.

Человеческий слух способен воспринимать как звук колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц (=20 тыс. Гц). Язык использует диапазон от 60 Гц до 8-12 кГц (вклю­чая самые верхние гармоники).

Диапазон колебания основного тона еще более узок - 63-1300 Гц

бас: 82-349 Гц,

колоратурное сопрано (самый высокий «подвид» сопрано): 330-1397 Гц.

 

Таблица 1. Форманты немецких гласных:

 

	F1	F2	F3
[i:]	200 Гц	2000 Гц	3400 Гц
[i]	300 Гц	2300 Гц	3000 Гц
[u]	250 Гц	600 Гц	2400 Гц
[ʊ]	350 Гц	800 Гц	2200 Гц
[a:]	700 Гц	1500 Гц	2300 Гц
[a]	550 Гц	1100 Гц	2000 Гц

(Из: Потапова Р.К., Линднер Г. Особенности немецкого произношения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 61)

 

Интенсивность - размах колебаний, его амплитуда (максимальное отклонение в любую сторону от нулевой линии). Чем больше амплитуда, тем больше давление, ко­торое звуковое колебание может оказать на воспринима­ющие устройства (барабанную перепонку). Интенсивность измеряется в белах.

Слух человека различает приращение громкости на 0,1 Б. Поэтому в практике используют более мелкую единицу измерения – децибел (дБ), равный 0,1 Б.

 

Звуки	Уровень звука, дБ	Звуки	Уровень звука, дБ
Порог слышимости		Радио
Спокойное дыхание		Оживленное уличное движение
Шум спокойного сада		Поезд на эстакаде
Перелистывание страниц газеты		Шум в вагоне метро
Обычный шум в доме		Гром
Пылесос		Порог ощущений
Обычный разговор

Таблица 2. Интенсивности и уровни различных звуков (http://fdstar.com/2008/09/23/ob_intensivnosti_zvuka.html )

 

Время как один из параметров звукового колебания необходимо дня определения длительности колебательно­го прецесса, т.е. как время интегрирования. Квазистастационарная часть звуков речи в естественной речи длит­ся в пределах от 20 до 250-400 мсек., в зависимости от темпа, ударноети, эмоциональной окрашенности звука. Органы речи служат для достижения необходимого сочетания указанных основных параметров звукового ко­лебания. Таким образом, звуки - это необходимый эф­фект, достигаемый при помощи или при посредстве коартикулирувдей деятельности органов речи.

 

Р. Якобсон, М.Халле и Г.Фант опубликовали в 1955 я 1937 гг. две работы о дистинктивных (различительных) признаках фонем, где различие и противопоставление фонем производится преимущественно на основе акустических характеристик звуковых образований, полученных в результате спектрального анализа, т.е. при опоре на форманткую структуру звуковых образований,

Р.Якобсоном с соавторами было предложено 12 би­нарных дистинктивных признаков, которых теоретически (согласно с теорией информации) достаточно для иденти­фикации (т.е. для индивидуальной характеристики) 4096 единиц, в вашем случае - фонем, В любом естественном языке количество фонем максимально приблнжаетея к 100; следовательно, 12 бинарных признаков обеспечивают иден­тификации фонем любого языка.

12 пар дистинктивных признаков делятся на две группы; признаки звучности и признаки тона.

 

 

3. Дистинктивные признаки (универсальная система из 12 ДП)