ОБРАЗОВАНИЕ РАЗЛИЧИЙ АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ ГЛАСНЫХ

Анатомия речевых органов сложилась у человека в процессе формирования языка и применения речи. Эволюция состояла не просто в том, что органы, входящие в пищеварительную и дыхательную системы (рот, глотка, носоглотка, трахеобронхиальное дерево), приспособились k выполнению новой функции, но главным образом в том, что произошли значительные изменения во взаимном расположении некоторых анатомических элементов, что и обеспечило постепенное овладение речевой фонацией. Такое переустройство органов фонации и резонанса, конечно, не могло быть местным процессом, распространяющимся только на периферию. В связи с переходом от стадной жизни к общественно-трудовой и одновременно с этим к прямохождению изменился мозг человека, о чем убедительно говорил Ф. Энгельс. В этот период и формировался речедвигательный анализатор как в своей периферической, так и в центральной части. Если «чрезвычайная прибавка» в виде речи (по терминологии И. П. Павлова) резко бросается в глаза при сравнении человека с животным, то на изменения в органах фонации обычно обращают мало внимания. Однако эти переустройства в такой же мере могут быть названы чрезвычайной прибавкой, как и образование речевых зон в коре большого мозга, так как это один и тот же процесс.

На рисунке 24 показано расположение глоточно-ротовых полостей у павиана и человека ¹. У павиана надгортанник поднят высоко вверх и почти смыкается с нёбной занавеской, полость рта и глотки соединены лишь очень узким проходом, воздух по глотке может поступать легче в носоглотку, чем в рот. У человека гортань и надгортанник опустились значительно вниз. Вследствие этого полость рта и полости средней и нижней глотки образовали одну общую надставную трубку. Можно сказать, что у животного две трубки — одна дыхательная, другая — пищеварительная. У человека обе трубки слились в одну, образовав резонаторную систему, необходимую для речи и пения.

Крики высших млекопитающих, образуемые в гортани, конечно, приобретают резонанс при раскрытии рта и в связи с этим меняются по тембру, но модуляции этих тембров крайне ограничены. В особенности бросается в глаза то обстоятельство, что в модуляциях крика животных нет сжатия динамического диапазона, которое так характерно

¹ Иллюстрации взяты из работы В. В. Бунака «Происхождение речи по данным антропологии», сб. «Происхождение человека и древнее расселение человечества», изд-во АН СССР, 1951, стр. 220.

для речи. Оглушительный рев сменяется едва слышимыми гортанными шумами, резкий визг возникает мгновенно и также мгновенно пропадает. Нет и устойчивой сетки для перехода к разным ' длительностям одного и того же звука. У человекообразных обезьян насчитывается больше 30 звуковых комплексов, имеющих определенное сигнальное значение, но сами эти комплексы не' расчленены на отдельные речевые звуки. Хотя некоторые исследователи пытаются обозначить буквами те звуки, которые входят в состав комплексов, но делается это на основе субъективного слухового анализа; спектральный состав криков обезьян не определен. Кроме того, сами звуковые комплексы входят з общий нерасчлененный эмоционально-двигательный состав и с трудом поддаются условнорефлекторному выделению из этого состава. Нет никакого сомнения в том, что у. обезьян отдельный звук не может быть отделен от всего звукового комплекса. Это и значит, что у них нет того

2

Рис. 24. Расположение ротоглоточных полостей у человека (1) и павиана (2)

материала, из которого, как из элементов, могли бы составляться слова, т. е. отсутствует первый, элементарный отдел речевого механизма. Так как здесь нет отдельного звука, который мог бы меняться, входя в разные звукоряды, то нельзя говорить о постоянных звукоразличителях и о рядах акустической мощности разных звуков.

Не расчлененные на отдельные элементы звукокомплексы обезьян резонируют в специальных резонаторных образованиях. У ревунов, мартышек, гиббоно-в и особенно орангутангов резонансное усиление достигает значительной силы, вследствие чего обезьяны этих видов могут перекликаться на очень отдаленном расстоянии. Но так как резонатор-иые образования расположены у них особняком отглотни и рта, то тонкие модуляции звуковых спектров артикуляционного типа получиться не могут. В этом отношении интересна роль морганиевых желудочков, которые располагаются между истинными и ложными голосовыми связками. У человека морганиевы желудочки входят в глоточный резонатор и при различных звуках речи то в большей, то в меньшей степени наполняются воздухом, что видно на боковых и фронтальных рентгенограммах. Эти желудочки, очень малого размера у человека, разрастаются у орангутанга в громадные мешки, раздувающиеся при крике во всю ширину груди. Они как бы выпадают из полости глотки и, создавая значительное усиление звука выходят из системы ротоглоточных модуляций.

В процессе дифференциации органов фонации образовался двойной резонатор — ротоглоточный, который и обеспечивает как статику, так и динамику речи. Надставная трубка является собственно человеческим органом, как вырабатывающим речевые спектры, так и квантующим их по определенной сетке уровней. Так как.речь входит в состав всякой человеческой деятельности и участвует в формировании всей личности,

то управление речевыми органами зависит не только от специальных кортикальных областей, а от всего мозга в целом, в том числе от подкорки как ближайшей, так и отдаленной. В авторегулироеку дыхательной системы, без которой не может осуществиться речь, входит мощный компонент в'виде афферентных и центробежных импульсов от талями-ческих и подбугровых областей, а также дыхательного центра, распо^ ложенного в продолговатом мозгу. Вся эта сложная система управления, обеспечивающая членораздельную, выразительную речь, в конечном счете прилагается к небольшой надставной трубке, которая должна произвести на выходе все тончайшие звуковые модуляции, необходимые для взаимного понимания и воздействия людей друг на друга. Вот почему изучение этой трубки, эквивалентной по своему значению ^всей «чрезвычайной прибавке», представляет не только большой научный интерес, но и удобство, так как исследование ее функций доступно прямому наблюдению ¹.

Рис. 25. Рентгеносхемы надставной трубки при произнесении гласных

На рисунке 25 даны схемы рентгенограмм надставной трубки при произнесении простых слогов: а, о, э, у, и, ы. Область средней и нижней глотки заштрихована для того, чтобы проекции объемов резонаторов были видны более отчетливо. Эти рентгенограммы, изучаемые по отдельности и измеряемые со всей тщательностью, не представляют 'того

¹ Если оценить в полной мере то обстоятельство, что надставная трубка является эквивалентной «чрезвычайной прибавке», то появляется новое методическое средство для определения времени возникновения человеческой речи. Применив корреляционный метод, при помощи которого по наличным элементам определяют вероятность появления других, принадлежащих к той же системе, было бы возможно по ископаемым остаткам обезьяньих предков человека установить структуру, с которой уже началось образование надставной трубки.

интереса, который тотчас же возникает, как только их расположить в определенный ряд убывающей акустической разномощности речевых звуков.

При произнесении а ротовой резонатор велик. При произнесении этого звука рот становится мощным звуковым излучателем. Глоточная трубка сокращается до минимального объема, надгортанник отходит назад, и почти прижимается к задней стенке глотки. Звуковой луч, проходя это узкое пространство между лепестком надгортанника и задней стенкой глотки, прямо подается в широко раскрытый ротовой излучатель.

При произнесении о соотношение объемов обоих резонаторов меняется на одну ступень реципрокно, т. е. в обратном направлении. В то время как ротовой резонатор уменьшается в объеме путем среднего подъема задней части спинки языка и уменьшения выходного отверстия (лабиализация), глоточная трубка несколько расширяется, сжимателн глотки расслабляются и надгортанник отходит кпереди.

При произнесении э объемы обоих резонаторов выравниваются. Ротовой резонатор уменьшается еще больше на одну ступень, а глоточный на одну ступень расширяется. В результате оба резонатора принимают среднее по объему положение.

При произнесении у процесс продолжается в тех же реципрокных отношениях. Ротовой резонатор сужается еще больше за счет подъема языка и сужения губ в трубку, глоточный же резонатор значительно расширяется. Надгортанник еще больше отходит кпереди, вследствие чего образуется широкое предротовое пространство.

При произнесении и ротовой резонатор уменьшается еще на одну ступень. Передняя стенка языка близко подходит к твердому нёбу, образуя узкую щель, губы убираются как при улыбке, а глоточный резонатор, наоборот, значительно раздается вширь. Объем его максимально увеличивается, надгортанник отходит далеко кпереди, значительно увеличивается валлекула (на рентгенограмме — пространство между надгортанником и корнем языка).

При произнесении ы резкого отличия от и не наблюдается. Однако формы резонаторов на этих звуках все же различны. При произнесении ы ротовой резонатор несколько расширяется в задней части, по сравнению с положением при произнесении и. Изменяется и форма глоточного резонатора. При произнесении и надгортанник приподнят более высоко, чем при ы. Кроме того, различно положение корня языка. При и тень корня языка, т. е. передний край валлекулы, идет прямо вниз, в то время как при ы тень корня языка на рентгенограмме идет наклонно, образуя с 'конгуром надгортанника валлекулу округлой формы. Наибольшие различия при произнесении этих звуков наблюдаются в нижней части глоточной трубки. При произнесении и нижний поперечник измерения меньше. Таким образом, при произнесении ы объемы ротового и глоточного резонаторов как бы уравниваются.

Если ротовой резонатор обозначить буквой Р, глоточный — буквой Г, а степень уменьшения объема резонаторов — 1 с; 2 с, то получится следующий ряд:

		\			\
	a	0	э	у	a	ы
	P • 2с > Г	Р- \с>Г	Р= Г	P > 1 с<Г	Р'2с<Г	Р=Г

В случаях равенства (Р=Г) можно говорить лишь об относительном приравнивании, так как при произнесении ы глоточный резонатор значительно больше, чем при произнесении з. В дальнейшем целесообразно говорить о ряде гласных от a до и, так как в русском языке ы — это своеобразный вариант и. В этом ряде от a до и видно постепенное уменьшение объема ротового резонатора и такое же посте-

пенное увеличение объема глоточного резонатора. Самым существенным является то, что ряд изменения объемов ротоглоточнгто резонатора, полученный на рентгенограммах независимо от акустических измерений, в полной мере совпадает с рядом акустической раз но мощности (или разногромкости) речевых звуков, установленных нами и целым рядом других исследователей и рассмотренных в § 16 предшествующей главы. Совпадение этих рядов дает возможность понять, каким образом создается разномощность звуков речи, являющаяся основой динамического квантования.

Выходя на сетку квантования, речевой звук не должен терять своего качества. Но вместе с тем он квантуется в той же резонаторной системе, в которой и образуется. Поэтому для каждого звука должна быть своя особая область образования и такая же особая область квантования. Это и обнаруживается в представленных рентгеносхемах. Речевой звук образуется в ротовом резонаторе при разных положениях (+;—) языка и губ, что было показано в схеме кодирования речевых звуков (§ 16), а квантуется он в глоточной трубке. При этом, как видно, глоточная трубка разделена на отсеки, разные по объему для каждого речевого звука. Эти наблюдения прямо доказывают наличие особых шкал квантования для каждого звука речи, что совпадает с ранее приведенными акустическими измерениями и объясняет их. Каждый из звуков речи по своей акустической мощности колеблется в определенной зоне, определяемой объемом глоточной трубки, который изменяется в соответствии со способом образования данного звука. Чем меньше объем глоточной трубки, тем больше возрастает мощность звука. Это объясняется целым рядом причин.

В акустике известно соотношение, применяемое для плоской звуко-

Р

вой волны и выражаемое формулой -=р с, где P — звуковое давление

на единицу площади, т. е. величина, пропорционально связанная с силой звука в единицу времени; v — акустическая скорость, т. е. скорость колебания частиц воздуха в звуковой волне. Величина с — акустическое сопротивление, где p — плотность воздуха и с — скорость звука в нем.

При сжимании глоточной трубки в момент произнесения а произойдет уплотнение воздуха, вследствие чего, как вытекает из приведенной формулы, звуковое давление увеличится. При расширении глоточной трубки произойдет ослабление звукового давления. Этот процесс является двойным, так как, во-первых, каждый звук речи, в отличие от другого, будет обладать разной звуковой мощностью, резонируя в разных объемах, во-вторых, в пределах каждого отдельного звука при сжимании и расширении глоточной трубки возникнет нарастание и падение силы звука. В этот момент и будет образовываться слоговой квант. Однако все эти явления остаются только в пределах чисто спектральных изменений, так как процесс происходит в резонаторной, а не генераторной системе. В момент смены объема трубки на данном звуке произойдет лишь сдвиг спектров, т. е. формантная модуляция, сила же звука будет меняться от изменения подачи энергии на звуковой генератор (в случае гласных — на голосовые связки).

Вопрос о том, в чем конкретно выражается формантная модуляция при слоговых переменах объема глоточной трубки, будет рассмотрен в дальнейшем особо. Сейчас следует только заметить, что любая спектрограмма, снятая в микроинтервалах времени, показывает нарастание амплитуд составляющих частот спектра от начала звучания гласного до середины и падение амплитуд к концу звучания.

Мощность звука представляет собой поток энергии, имеющий определенное направление, совпадающее с направлением движения звуковой волны. Как видно из рентгенографических схем, при произнесе-

r

«ии а направление звукового луча идет прямо по узкой глоточной трубке в широкий ротовой излучатель. При произнесении же и звук поглощается стенками в расширенной глоточной трубке и задерживается на многих неровностях в области ниже корня языка и валлекулах, которые при этом расширены. Эти обстоятельства являются второй существенной причиной, влияющей на разномощность звуков речи на выходе изо рта.

Глоточная трубка снабжена только сжимателями, расширяется она вследствие тонического расслабления, поэтому стенки глотки являются более плотными и напряженными при произнесении а, чем при произнесении и. Замечание Л. В. Щербы о том, что напряженность звука зависит от степени твердости или мягкости стенок надставной трубки, вполне подтверждаемся и приобретает реальный смысл. Так как мышцы глоточной трубки не имеют антагонистов, то мера сужения трубки определяет меру напряженности, и наоборот, расслабление-соответствует расширению трубки и переходу к менее плотной поверхности ее. Указанные раньше данные наблюдений Рессела о роли поверхности резонаторов также вполне основательны. Следует только добавить, что изменение поверхности глоточной трубки является прямым следствием изменения ее объема и формы.

При изменении объема и формы глоточной трубки происходят изменения также в аэродинамических условиях фонации. Напомним, что турбулентность воздушного потока определяется числом Рейнольдса,

.# = —, где v — скорость потока, а — радиус трубы и v — кинематическая вязкость среды. При произнесении звука а радиус глоточной трубки мал, скорость течения воздуха, как увидим дальше, значительно снижена, поэтому поток остается ламинарным. При произнесении же и радиус глоточной трубки увеличивается, увеличивается и скорость подачи воздуха, что видно хотя бы из того, что за тот же промежуток времени должен быть заполнен.воздухом относительно больший объем трубки. Вследствие этого при произнесении и нарастает турбулентность. Однако турбулентность не переходит того критического предела, при котором она может стать источником звука, как при образованиях согласных. Но возникшие турбулентные завихрения забирают часть звуковой энергии и передают ее на мягкие стенки глоточной трубки, которая не только отражает энергию звука, но и принимает ее, передавая дальше по мышечной и костной проводимости.

Величина энергии отраженной волны зависит от того, как сильно разнятся между собой акустические сопротивления двух сред, на границу которых попадают звуковые волны. В то время как плотная стенка суженной при произнесении а глоточной трубки отразит большую часть энергии, расслабленные стенки расширившейся при произнесении и глоточной трубки заберут значительно большую долю звуковой энергии и передадут ее дальше по костно-мышечной проводимости. В результате звуковая энергия при произнесении а в большей мере будет сохранена на выходе изо рта, в то время как при произнесении и значительная доля звуковой энергии будет рассеяна внутри тела.

Это положение подтверждается прямыми наблюдениями. При помощи электромагнитного рекордера была проведена на кимографе запись интенсивности (в линейном масштабе) а и и. Диктор произносил перед микрофоном слова маки — мйка; пали — пила. На рисунке 26 представлены кривые этих произнесений. Во всех случаях, кроме одного (мйка), как и следовало ожидать, и в ударном и неударном положениях записалось с меньшей интенсивностью, чем а. В слове мака амплитуды равны. Запись производилась через микрофон, имеющий плотный резиновый раструб. От краев раструба до мембраны микрофона 2 см. При прижимании раструба к поверхности какого-либо плоского предмета, напри-

. ¹⁴ Н. И. Жинкин 209

мер стола, микрофон изолируется от звуковых волн в свободном поле. Представленная ниже запись (рис. 26) производилась на расстоянии 40 см ото рта диктора, т. е. регистрировалась интенсивность на выходе изо рта в свободное поле.

На рисунке 27 представлена запись тех же слов, тем же диктором^, на том же микрофоне и тотчас же после первой записи, но условия о<пы-та были другие. Раструб микрофона плотно прижимался к шее диктора

Рис. 26. Прием через микрофон в свободном поле

в облас'ти глотки и близко к гортани. В микрофон звуки могли попадать только через тканевую проводимость. Из записей видно, что мощность а во всех случаях стала значительно меньшей, чем мощность и. В этом: опыте пришлось уменьшить выходное напряжение усилителя. Если при записи в свободном поле при расстоянии 40 см ото рта усиление было 1,, то при записи в области глотки оно было уменьшено до 0,4.

Рис. 27. Прием через микрофон у глоточной трубки

На следующих записях, производившихся непосредственно вслед за первыми, усиление было восстановлено до 1 и прием звуков производился: а) со слухового отрос'тка височной кости (рис. 28); б) с мышц затылка (рис. 29); в) с ушной раковины (рис. 30). В последнем случае раструб микрофона плотно прижимался к ушной раковине и таким образов проникал в микрофон через мышечно-костную проводимость и через слой воздуха в раковине уха. Как видно, и в этих записях во всех случаях мощность и значительно превышает мощность а.

Аналогичные результаты получились при записи изолированных: звуков (рис. 31). Кроме того, производилась запись тех же слов при положении раструба микрофона в области поясницы и на теменной кости черепа. Оказалось, что и с этих, значительно отдаленных от гортани, глотки и рта областей звук передается с обратным соотношением мощностей, т. е. и записывается с большей амплитудой, чем а.

Я '#" Л в'

Рис. 28. Прием через микрофон со слухового отростка височной кости

Из этих наблюдений прежде всего выт.екает, что акустическая мощность, измеряемая на выходе звука изо рта, иная, чем мощность звука в процессе его образования. Несоответствие возникает вследствие разницы в поглощении энергии звуков разных способов образования. Полная энергия гласного приобретается при колебании голосовых связок. Она тотчас же начинает расходоваться. В зависимости от артикуляционных

_: ^ _; Я И.fl ff

Рис. 29. Прием через микрофон с мышц затылка

позиций, т. е. больших или меньших перекрытий в надставной трубке, будет то возрастать, то падать коэффициент полезной выходной мощности звука. Очевидно, что расположение ряда звуков в их полной энергии будет обратным приведенному выше ряду спадания акустической мощности на выходе: г/, у, э, о, а. В дальнейшем мы увидим, что этот новый теоретический ряд подтверждается фактически. Если бы начальная энергия произнесения а и и была одинаковой, то возможны два случая: 1) звук а слышится нормально, *гогда звук и не слышится, так как вся его энергия поглощается тканями; 2) звук и слышится нормально, тогда

14*

звук а превращается.в крик и маскирует и. Этого в действительности не происходит, так как существует механизм сжатия динамического диапазона речи. Подача энергии ослабляется на звуках с большой акустической мощностью на выходе изо рта и усиливается ⁽на звуках с малой мощностью.

Рис. 30. Прием через микрофон с ушной[ раковины

Самым замечательным и удивительным в устройстве этого механизма сжатия динамического диапазона является то, что оба противоположных ряда образуются одним и тем же органом — глоточной трубкой. Именно потому, что глоточная 'трубка при произнесении а сужается до предела, потери энергии минимальны. Но в результате того же сужения отмеряется как раз та порция воздуха, которая необходима для

Рис. 31. Прием через микрофон отдельных звуков со слухового отростка височной кости

поддержания аэродинамических условий нормальной фонации. При этом особенно важно подчеркнуть, что модуляции глоточной трубки являются распределителями энергии не только отдельных звуков, но и динамических нарастаний в пределах данного звука. Через' модуляции глоточной трубки происходит учет той работы, которую надо затратить для того, чтобы получить в данный момент времени звук определенной силы, контролируемый слухом.

Из того факта, что произносимый звук может быть принят через микрофон, приложенный k пояснице, спине и к разным местам головы, также вытекают некоторые выводы. Как-видно, большая часть энергии произносимого звука принимается слухом говорящего не из свободного

поля а по костно-мышечной проводимости. В этом и состоит различие контрольных функций своего и чужого уха. Широко известно, что голосовой тембр речи, записанной на магнитофоне, хуже узнается самим говорящим, чем посторонним слушателем. Так как конечным контролером управления речедвижениями является чужое ухо, а действительным контролером всегда остается только свое ухо, то должны быть установлены как соответствие, так и разница, возникающие в этих двух разных каналах приема речи. Это особенно относится к обучению произношению на иностранном языке и к оценке тонких вариаций интонации сценической речи.

Современная техника предоставляет широкие возможности для отчуждения своей речи, да и само разбираемое явление достаточно известно, однако практически вся эта проблема недооценивается. Недостаточно раз или два прослушать звукозапись собственной речи на иностранном языке. В определенный период обучения необходимо путем систематического прослушивания произвести учет tex ошибок, которые могут иметь коммуникативное значение. Такого рода работа является одним из способов воспитания речевого слуха. Наконец, в дополнение следует заметить, что факт приема микрофоном звуков с разных мест черепа свидетельствует о том, что колебания звуковой частоты проходят через вещество мозга, однако корковая часть анализатора не может принять этой частоты без посредства слухового рецептора. Глухонемой услышит звук по костно-мышечной проводимости лишь в меру сохранности слухового рецептора. Это значит, что два разных канала распространенш! звуков сходятся в слуховом рецепторе в один, в котором звуковые частоты закодированы на нервные импульсы, идущие на других-частотах.