АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИКИ РЕЧИ

Так как статические элементы слова являются лишь.соотношением спектральных признаков звука, то¹ о-ни входят в аналитический состав конкретного речевого звука всегда наряду с другими признаками. Поэтому сами статические элементы отдельно от этих других признаков непроизносимы. Слог является тем материальным средством, через посредство которого только и может осуществиться всякое произнесение. Это пункт связи между дискретностью постоянных статических элементов и непрерывной сплошностью реального, конкретного произнесения. Механизм слога состоит в том, что в нем действуют две противостоящие силы. Одна из них статическая, обеспечивающая тождество сигнальных значений, другая непрерывно изменчивая, регулирующая перестройку значений. Так, в слове город последний статический элемент д в устной речи переходит в т — горот. Казалось бы, что нарушилось тождество, так как один статический элемент заменен совершенно другим. Однако в действительности эта слоговая динамическая' перестройка, прортзведенная заменой звука, усилила и расширила тождество обозначений. Замена показала, что т в слове горот и д в слове города это по функции один и тот же элемент. Несмотря на пере-

¹ Б. А. Ш в а р ц, Новые результаты спектрального анализа звуков и его возможности. Тезисы на совещании по физиологической акустике, 1934, стр. 36.

стройку или, вернее, именно вследствие перестройки, две формы слова — горот и города стали объединяться как разные формы) одного и того же, тождественного себе слова. Слово приобрело -расширенное, обобщенное тождество, дифференцируясь на две формы (единственного-и множественного числа) путем замены статического элемента или путем его динамической слоговой перестройки.

Обычно полагают, что слог не выполняет никаких семантических; функций. И действительно, различие слогов не определяет различия значений. Слоги—простой, сложный, открытый или закрытый, как виды слогов, не содержат в себе никаких указаний на различие значений. Но так как произносительной единицей является слог и только слог, то все обозначения и перестройки обозначений могут совершаться только материальными слоговыми средствами. Если есть способность производить слоги, то возможна речь. И наоборот, речь невозможна, если нет способности слогообразования и слогоделения. Спектры включаются в состав слогов, слова составляются из слогов, фразы членятся по слоговым разделам слов. Вот почему основной и первой задачей изучения механизма речи является исследование образования слогов, слогоразделов, набора слогов и слоговых перестроек.

Спрашивается, какие сигналы становятся носителями слоговой динамики? Такими сигналами являются три отдельных (кроме спектра) признака звука — частота основного тона, сила (интенсивность) и длительность. Встречаясь на арене слога, эти сигналы сложно сочетаются и могут передавать друг другу сигнальные значения и замещаться. Физической особенностью частоты, силы и длительности является то, что, в отличие от дискретных спектров (определяемых по составу номеров), они образуют непрерывность. Каждая последующая ступень прироста частоты, силы и длительности является величиной бесконечно малой. Это вызвало бы не только значительные затруднения при акустических измерениях и при передаче звука, но и при приеме его слушателем, если бы непрерывная сплошность не разлагалась на дискретные величины.-Действительно, малейшее случайное изменение частоты, силы и длительности звука в произносительном аппарате изменило бы величину сигнала, а поэтому нарушило бы и сигнальное значение, уничтожая эквивалентность рядов. Эти случайные или посторонние изменения, которые могут возникнуть в самом речевом приборе, в линии передачи или в воздушной среде, разделяющей говорящих (шум в помещении), можно рассматривать как помеху, которая искажает передаваемые модуляции признаков звука. Слушающий может принять за динамическое усиление или ослабление то, что не входило в намерение говорящего.

В инженерной акустике для устранения влияния помех учитывают их и непрерывные величины переводят в дискретную шкалу. Если помеха не превосходит половины интервала между двумя соседними уровнями, то сигнал определенной величины может бы'ть отнесен к б лижа йщему дискретному уровню установленной шкалы¹. Таким образом, в данной найденной дискретной шкале вся динамика сигналов будет воспроизведена в полной- соотносительной точности. Помеха останется за шкалой, она не будет влиять на учет ступеней роста сигналов. Замена непрерывной шкалы уровней дискретной называется квантованием. Сигнал, представленный последовательностью дискретных значений, называется квантованным.

Таким образом, динамика будет передаваться по квантам частоты, силы и длительности. Такая дискретная квантованная шкала только тогда приведет к эффективному 'результату, когда и на приеме те же

¹ А. А. X арке вич, Очерки общей теории связи, Гос. изд-во технико-теоретич-лит-ры, 1955, стр. 29.

сигналы при преобразовании их в другие будут распределены по toft же шкале квантования. Следовательно, надо спросить, производит ли слух квантование акустических сигналов, и если производит, то по какой шкале. Ответив на этот вопрос, можно установить ту шкалу, по которой следует производить акустические измерения динамических модуляций речевого звука.

Известно, что слух человека действительно шкалирует непрерывные величины по ступеням прироста, или квантам. Это явление называется разностным, или дифференциальным, порогом различения звуков по высоте, громкости и времени. Установлено, что в отношении высоты слух человека обладает интервальной природой. Это значит, что слух оценивает не каждую частоту по отдельности (измеренную, например, при помощи осциллографа), а прирост высоты одного звука по отношению к другому, т. е. интервал.

Каждый определенный интервал одинаков, как ступень, на всем диапазоне слышимых частот. Поэтому интервалы могут складываться и вычитаться. Эти положения проверены многовековой музыкальной практикой, в теории которой принимается за единицу измерения воспринимаемого слухом интервала цент, или сотая доля темперированного полутона. Так как измеряемые на акустической аппаратуре величины частот растут в геометрической прогрессии, а воспринимаемые интервалы в арифметической, то цент является минимальным логарифмическим шагом шкалы высот. В темперированном с'трое за исходную величину принимается октава. Исходя из этого, основанием логарифма для

вычисления центов является У 2. Это удобно, так как высоты темперированных интервалов в центах выражаются целыми и сотыми: малая секунда — 100 центов; большая секунда — 200 центов; малая терция 300 центов и т. д. Сумма интервалов квинты (500 центов) к кварты (700 центов) составит октаву (1200 центов). Разность между интервалами квинты (700 центов)и большой терции (400 центов) составит малую терцию (300 центов). Физически же измеряемые интервалы образуются путем умножения или деления интервальных коэффициентов измеряемых частот. Так, произведение квинты (³/2) на кварту (⁴/з) Даст октаву: ^s/₂.*/_B = ^z/_L или деление квинты (³/₂) на большую терцию (⁵Д) даст малую терцию: ³/₂: ⁵/₄ = ⁶/_б.

Н. А. Гарбузовым ¹ разработана концепция зонной природы слуха. В его исследовании показано, что порог различения высоты между двумя соседними элементами равен приблизительно 6 центам, порог различения между соседними интервалами 24 центам, порог же различения между разными ступенями интервалов 50—60 центам ². У разных испытуемых зо-на узнавания тона колеблется в пределах от 50 до 180 центов.

Н. А. Гарбузов, исследуя исполнение скрипачей³, нашел, что они применяли интервалы, являющиеся комбинацией из разных систем музыкального строя, но находящихся в пределах тоиальной зоны. Особенно важно подчеркнуть, что при этом аккомпанемент на фортепьяно не являлся помехой. Это значит, что квантование шкалы по темперированному строю находится в пределах зональной природы слуха. Любые случайные модуляции высоты или помехи внутри зоны -данного интервала не будут восприниматься как значимые.

Однако несомненно, что функции звуковысотного слуха в музыке и речи различны. В речи нет мелодии, в которой звуковысотное движение отсчитывается от начального 'тона и составляет определенную повто-

¹ Н. А. Гарбузов, Зональная природа тонального слуха, «Проблемы физиол. -акустики», т. II, изд-во АИ СССР, 1950, стр. 139.

² Зонная природа темпа и ритма, 1950, стр. 3—4.

³ Зонная природа музыкального слуха, «Проблемы физиол. акустики», изд-во АН СССР, 1950, стр. 138

ряющуюся форму. В речи звуковысотный интервал образует' лишь-. восходящий или нисходящий акцент, как средство выделения слога -в. фразе. Это сигнал выделения одного из элементов речевого субстрата, тогда как в музыке звуковысотное движение развертывается в субстрате самого звука без каких-либо специфически слоговых образований. Это различие между функцией высоты в музыке и речи позволяет сделать вывод, что квантование шкалы по равномерно темперированному строю в центах для речи более строго, чем для музыки. Тональная зона при восприятии речи шире, чем при восприятии музыки, поэтому применение этой шкалы к речи скорее приуменьшает ступени: квантования, чем увеличивает их. Возможно, что в технических целях при передаче звуковысотных модуляций речи по линиям связи эти ступени могут быть более грубыми. В дальнейшем, при изложении результатов некоторых акустических измерений мы применяем шкалу центов.

Аналогичная шкала квантования имеет место и при восприятии интенсивности. Так как непрерывный рост энергии всяких раздражителей — световых и звуковых — распространяется в почти необозримом диапазоне, линейный ряд роста интенсивности принято переводить в легко обозримый логарифмический ряд. Для звука единицей измерения,

в таком случае, становится децибел (л:_дб = 10 Ig -у-, где / — дан-

ная интенсивность, а /₀—условно принятая величина абсолютного порога). Однако децибел, как мера акустических измерений, является условной. Воспринимаемая слухом громкость квантуется по другой так называемой шкале нормальной громкости, графическое изображение которой дано Флетчером при исследовании ощущения удвоения громкости в соотнесении со шкалой децибел. Изучение этой кривой ¹ показывает, что, начиная с 40 об, она спрямляется, что свидетельствует о прямой пропорциональности между уровнем возбуждения и ступенями нормальной громкости. Громкая речь занимает сжатый динамический диапазон приблизительно от 60 до 90 дб. Если звуковая энергия минимальна, то звуки речи маскируются внешними помехами (шумами) и последействием в слуховом рецепторе (внутренние помехи). При значительном увеличении энергии звука органы речи перенапрягаются и выдают мало узнаваемые, ненормативные звуки, о чем в третьей части этой работы будет представлен специальный фактический материал. Полезный динамический диапазон речи составляет приблизительно 30 дб. Наибольшие пики среднеквадратичного давления превосходят средний уровень на 12 дб, а наиболее слабые звуки лежат приблизительно на 18 об ниже среднего уровня ².

Таким образом, в этих пределах сохраняется пропорциональность между нормальной шкалой громкости и шкалой децибел. Если к этому добавить пооравку на разногромкость разных тонов, которая может быть учтена при помощи усилителя -шумомера, то шкала децибел становится применимой для учета соотносительных различий воспринимаемой слухом громкости. Именно эти различия и представляют интерес при исследовании слоговых модуляций, при этом величина в 0,5 дб можег рассматриваться как усредненная ступень квантования. При исследовании же самого слухового рецепторного прибора необходим переход на шкалу нормальной громкости.

Непрерывная последовательность переводится в дискретную шкалу и при восприятии времени. Аппаратура, применяемая при изучении речи,

¹ С кривыми Флетчера можно познакомиться по статье И. Г. Дрейзена «Аналитическая интерпретация кривой (шкалы) нормальной громкости», «Проблемы физиол.. акустики», т. II, 1950, стр. 95.

² См. А. Б е p а н е к, Акустические измерения, изд-во ин, лит., М.—Л., 1952, стр. 255.

^B^^^^w^"^^

позволяет учитывать 'тысячные доли секунды. Эта точность измерения достаточна для учета разностного порога восприятия времени. В исследовании Н. А. Гарбузова ¹ опытные музыканты оценивали длительность каждого звука небольшого музыкального отрывка (при многократном прослушивания) в соответствии с теоретической длительностью этих звуков. Оказалось, что большинство правильно оцененных длительностей звуков мелодии имеет место при отклонении этих длительностей от теоретически вычисленных более чем на ±0,1 секунды. Большинство' ошибок в определении длительности звуков приходится на долю звуков, длительность которых меньше или больше теоретической на сотые доли секунды. Таким образом, зонная природа слуха распространяется и на восприятие времени. Временные интервалы квантуются по определенной сетке уровней.

Все рассмотренные явления характеризуют зонную, или квантовую, природу слуха. Как при слушании музыки или речи, так и при восщю^извеД^ении того и другого слух принимает и контролирует непрерывно меняющиеся раздражители, укладывая их по дискретным ступеням. Под контролем слухового анализатора устанавливаются эквивалентные движения двигательного анализатора. Та шкала, по которой слух скрипача воспринимает высотные интервалы, контролирует движения его пальцев, поэтому скрипач и воспроизводит 'то-, что. требует его слух. Иначе обстоит дело со шкалой времени. Время как объективная, реальная категория является общим для слухового и двигательного анализаторов, поэтому двигательный анализатор может организовать систему движений и без слухового контроля. Темп марша может быть воспроизведен с такой же точностью в беззвучных движениях, как и в звуках.

Тот же вопрос становится значительно более сложным в отношении градуировки интенсивности и громкости. Звуки речи обладают весьма различной акустической мощностью, что связано с условиями их образования. Это различие во всяком случае намного превышает разностный порог в 0,5 дб. В таких условиях, мощные звуки оказались бы помехой, маскирующей равномерную модуляцию ступеней громкости. Помеха будет больше половины действительной ступени квантования. Следует допустить, что для каждого звука речи вырабатывается своя особая шкала динамических уровней и что в речедвигательном анализаторе есть особый прибор для квантования громкостей, который приспосабливается к этим ступеням при выработке эквивалентности под контролем слуха. Поставленный вопрос относится к одной из наиболее существенных проблем механизма речи, по которой будет в дальнейшем представлен достаточно полный фактический материал.