Физиология речи. Восприятие речи человеком - Чистович Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
20
Фильтрующее действие речевого тракта зависит от его геометрической формы и места расположения акустического источника. При работе голосового источника место его расположения не изменяется, ведущее значение оказывается за конфигурацией полостей речевого тракта. Характерный пример показывает рис. 1.8. При фонации звука Ц] к нёбу поднимается передняя часть спинки языка, большим оказывается объем полостей, расположенных позади места этого сужения, малым — объем между местом сужения и
Рис. 1.8. Схематическое изображение конфигурации артикуляторов (А, В и огибающие спектров (Б, Г) для гласных звуков [{] и [а]. По [479].
По оси абсцисс — частота; по оси ординат — относительная интенсивность.
ротовым отверстием; поднятая кверху занавеска мягкого нёба «отключает» носовые полости. В результате «настроенной» таким образом частотной фильтрации звуковые колебания голосового источника, спектр которых показан на рис. 1.5, В, характерным образом преобразуются. Огибающая спектра окончательного сигнала представляется рис. 1.8, Б. При образовании звука [а] объем полостей передней части речевого тракта оказывается значительно большим, так как спинка языка более удалена от нёба (рис. 1.8, В); спектр звукового сигнала оказывается существенно отличным (рис. 1.8, Г), хотя спектр голосового источника в обоих случаях одинаков.
Подобного же рода частотная фильтрация имеет место и при действии шумовых источников, но процесс усложняется изменением места возникновения звука. В первом приближении источник может быть привязан к месту смычки артикуляторов. Фильтрующие свойства речевого тракта определяются совокупностями объемов, расположенных как за артикуляторной смычкой, так и перед ней.
21
При опускании нёбной ванавески роль акустических резонаторов начинают играть и носовые полости. Образование назальных согласных [ш] и [п] происходит при закрытом ротовом отверстии. Звук излучается через носовые отверстия, однако полость рта выступает в качестве параллельно подключенного резонатора. Сообщение между ротовым и носввым трактами может возникать и при фонации гласных — при их «назализации». В данном случае основная энергия излучается через ротовое отверстие, но звук приобретает характерную окраску.
Резонансные пики, проявляющиеся в картине спектра и соответствующие набору собственных частот речевого тракта, называются «форманты». Максимальное число их зависит от общей длины речевого тракта. Считается, что у взрослого мужчины их может быть до 7. Существенное значение для различия звуков имеют первые 2—3 низкочастотные форманты. . -\
Понятие «форманта» не является, однако, достаточно однозначным. Дело в том, что при работе голосового источника возбуждаются колебания, имеющие спектр, приближающийся к линейчатому. Частоты гармоник могут находиться в разных положениях относительно резонансных частот речевого тракта, и соответственно этому оказывается, что спектральные максимумы результирующего акустического сигнала не являются непосредственным отражением пиков фильтрующей функции речевого тракта (особенно при высоких частотах основного тона, как, например, в^ женских голосах). Вопрос о том, как может быть определена форманта с точки зрения восприятия сигнала, будет обсуждаться в главе 10.
К настоящему времени проведено весьма значительное число исследований, целью которых были попытки найти и количественно выразить зависимости между важными для речеобразования акустическими свойствами и геометрическими размерами тракта. Основой здесь являются измерения, осуществляемые с помощью рентгенографической техники, речевой тракт обычно аппроксимируется моделью в виде последовательно соединенных отрезков труб. Достаточно точные расчеты [134, 137] могут быть получены лишь в том случае, если звуки рассматривать заведомо стационарными. Несмотря на это, получаемые количественные результаты представляют явный интерес, особенно в связи с разработкой методов искусственного синтеза речевых сигналов.
1.2. АНАЛИЗ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ
Общепризнанным способом анализа акустического речевого сигнала, с помощью которого получена подавляющая часть данных, составивших современные сведения о его структуре, является динамическая спектрография. Среди большого числа иных методов (см. обзоры [37' 121 • 137]) он представляется наиболее важным для исследователей речи. По этой причине только он и будет рассмотрен в настоящем разделе.
22
Принцип метода и соответствующая аппаратура были описаны в 1946 г. [33°], и вскоре же появилась солидная монография под названием «Видимая речь» [434], представившая богатый иллюстративный материал: множество динамических спектрограмм отдельных звуков, звукосочетаний, слов, фраз и текстов (последние не только на английском, но и на многих других языках). С этих пор устройства, использующие этот метод, часто называются приборами «видимая речь».
В наиболее распространенных модификациях приборов анализируемый отрезок сигнала (длительностью обычно около 2.5 с), записанный на магнитный носитель, многократно воспроизводится и подается на вход полосового фильтра. На диаграмме, представляющей результаты анализа, вычерчивается линия, степень черноты которой отражает интенсивность выходного сигнала упомянутого фильтра. Запись производится на тепловой, электрочувствительной или фотографической бумаге. С каждым циклом частота настройки фильтра сдвигается, на диаграмме вычерчивается новая линия, несколько отодвинутая от предыдущей. В результате возникает трехмерное изображение с осями: время, частота, интенсивность. В приборах обычно используется принцип гетеродинного анализатора, абсолютная величина ширины полосы фильтра сохраняется постоянной по всей частотной шкале. Наиболее часто ширина полосы пропускания фильтра берется довольно большой — порядка 300 Гц.
