Основными носителями информации для человека являются сигналы, которые формируются органами чувств, доставляются в мозг и там обрабатываются. В первую очередь, это акустические речевые сигналы голоса. В этой статье мы подробно рассмотрим механизмы звуковой речи, голоса и голосообразования, а также выясним, почему попугаи могут говорить почти так же, как и человек.
Втечение многих миллионов лет эволюции звуки, издаваемые человеком, превратились в членораздельную речь. Это существенно отличает нас от других живых существ на планете. Результатом осмысленного использования звуков речи становятся слова и предложения, которые делают возможным обмен информацией между людьми посредством языка. Сегодня люди изъясняются на 7111 различных языках, в то время как ни одному животному это не подвластно. Кора больших полушарий головного мозга человека содержит множество зон, которые отвечают за речевую функцию.
Речевой аппарат и речь
Речевой аппарат человека состоит из гортани, языка, губ, а также полостей рта, носа и глотки. Во время говорения воздух движется и вибрирует благодаря направленному взаимодействию мышц, участвующих в этом процессе. Если бы у нас не было гортани, мы могли бы говорить только шёпотом. Если вы положите ваш палец на гортань во время говорения, почувствуете вибрацию, которая не ощущается, когда мы говорим шёпотом. Эта вибрация создаётся благодаря голосовым связкам или складкам, как их ещё иногда называют. Голосовые связки находятся в средней части гортани. При проникновении вдыхаемого воздуха они работают, как органная труба с пружинными язычками.
Голосовые связки — парный орган, они натянуты поперёк трахеи (дыхательного горла) и вместе с тем закрывают её. (Рисунок 1) Таким образом, находящаяся между ними голосовая щель оказывается плотно закрытой.
Рисунок 1: Степень открытия голосовой щели, в зависимости от осуществляемых действий.
При воспроизведении гласных звуков положение языка его форма создают состояние резонанса формантов.
В процессе говорения голосовая щель открывается под давлением воздуха, поступающего из лёгких. Когда голосовая щель открывается, происходит падение давления воздуха, и таким образом щель закрывается (закон Бернулли). И снова под голосовыми складками создаётся воздушное давление. Этот процесс беспрерывно повторяется во время говорения. Голосовые связки испытывают при этом механические колебания.
Существует огромное количество резонансных частот с основным первоначальным тоном и обертонами. Благодаря голосовым мышцам изменяется сила натяжения и толщина голосовых складок. Как следствие — изменение основных резонансных частот. Когда голосовые связки напряжены, воспроизводятся высокие звуки; при расслабленных, напротив, образуются низкие звуки. При воспроизведении низких звуков голосовые складки колеблются медленно, высокие звуки вызывают быстрые колебания.
Мужская гортань значительно больше, и голосовые связки примерно в два раза длиннее, чем у женщин. Поэтому мужской голос звучит где-то на одну октаву ниже. Осиплость голоса, вирусные инфекции, а также курение могут навредить голосовым связкам. Голос простывшего человека похож на низкое карканье. Взрослые курящие мужчины часто говорят низким невнятым голосом, похожим по звуку на хрип.
Звонкие и глухие звуки
Над голосовыми связками находится надставная труба (над гортанью надгортанная). Надставная труба состоит из глоточной полости и полостей рта и носа. Если не брать во внимание полости носа, то надставная труба будет похожа на открытую с одной стороны трубу.
В этой надставной трубе формируется из хриплого, резонансного шума, который проходит через голосовую щель, звуковая окраска гласных звуков. Активное изменение положения языка и губ меняет форму резонансной полости, а также длину надставной трубы. Таким образом, во время говорения появляются типичные резонансные частоты тракта, или форманты. Частоты и амплитуды этих формантов являются определяющими показателями при произнесении гласных звуков. Понаблюдайте когда-нибудь внимательно за движениями губ ведущего новостей. Вы помёте, опираясь на положение рта, как функционирует считывание с губ. При произнесении [а] рот слегка приоткрыт, [о] и [у] произносятся с вытянутыми губами. Согласные формируются благодаря определённому положению губ. В фонетике различают звонкие и глухие звуки. (Рисунок 2)
Рисунок 2: В голосовых связках формируется первоначальный сигнал, который преобразуется благодаря резонансам в надставной трубе, так что в конце концов превращается в языковой сигнал.
Глухие звуки возникают при широко раскрытой голосовой щели, так что воздух беспрепятственно может проникнуть до конца голосового тракта.
Разницу между звонкими и глухими звуками можно наглядно увидеть, проведя два опыта: держите свою руку во время говорения на гортани. Если вы почувствуете вибрацию, то звук звонкий; если вибрации нет, то звук считается глухим. Второй опыт заключается в том, чтобы закрыть уши и надавливать на козелок с двух сторон и при этом медленно говорить: «Один, два, три, четыре, пять…». Во время акустической изолированности при закрытом слуховом проходе вы заметите разницу между глухими и звонкими звуками: мягкие шумы и дребезжащие вибрации.
Глухие звуки — шипящие (свистящие) или фрикативные согласные и смычные. Во время шёпота голосовые связки задействованы только косвенно. Поток воздуха, выпускаемый во время шёпота, слабый, и он образует в слегка приоткрытой, находящейся в спокойном состоянии голосовой щели небольшие вибрации. Эти вибрации акустически воспринимаются как тихий шум, полностью лишённый звукового оформления. Силовое и звуковое резонансное усиление голосовых связок в этом случае отсутствует. В надставной трубе точно так же, как при звуковом голосообразовании, формируются те же самые резонансы, только они намного тише.
Спектрограмма
Спектрограмма (сонограмма) или визуализированная речь — трёхмерное, наглядное изображение звуков в двумерном графике. Последовательность сигналов представлена временным показателем (осью абсцисс и ординат) и частотой (осью абсцисс или продольной осью). Интенсивность звука представлена в виде относительного потемнения или масштабирования интенсивности цвета (третье измерение) временного и частотного изображений.
Чтению и интерпретации спектрограммы нужно учиться, поскольку при определённых обстоятельствах появляется переизбыток информации. Таким образом можно распознать процессы установления и затухания колебаний, помехи и уж тем более патологические изменения в работе речевого аппарата (рисунок 3). Сонограмма даёт представление о звуковом исследовании, поле исследования размечено осями абсцисс и ординат. Уровни отражения звука измеряются с помощью акустического зонда, сопряжены с определённым местом в поле исследования, и эти участки в зависимости от интенсивности окрашены в чёрный цвет.
Рисунок 3: Спектрограмма (сонограмма) с положением формантов гласных i, u, a.
Говорливый попугай
После этого научного экскурса в звуковую систему языка и её анализа я хотела бы рассказать вам еще одну историю. Мой хороший друг очень гордился тем, что был владельцем попугая. Птицу из африканских серых попугаев (попугай жако) звали Вальтер и ей было уже больше 30 лет. Вальтер был умный малый. Он мог повторять не только своё собственное имя и имя моего друга, но и ещё достаточно бойко воспроизводил полностью адреса людей. К тому же он мог произносить небольшие предложения, например: «Ты мне нравишься» или «Ты — трус». Наклонив набок голову, смотря своим пленительным взглядом снизу-вверх, он презентовал избранным посетителям свой репертуар.
Своим очень громким и чётким голосом он умел свистеть, так что начинали болеть уши. Он воспроизводил всевозможные звуки, например, пылесоса или бритвенной машинки. Человек и животное способны стать близкими друзьями, и, конечно, Вальтеру это удалось сделать. Он был очень ласковый и прижимался к щеке моего друга, когда они «болтали». Но при этом он был пугливый и создавал адский шум, когда был взволнован. Вальтер жил в очень красивом большом вольере с игрушечным хламом разного рода, иногда вылетал оттуда и качался на люстре.
Однажды в непогожий весенний день Вальтер сидел на люстре, и вдруг от сильного порыва ветра распахнулось неплотно закрытая дверь террасы. Вальтер, конечно, запаниковал: он кричал и хрипел, а потом вылетел через открытую дверь террасы. Мой друг, конечно услышал шум, но, к сожалению, пришёл в комнату слишком поздно. Вальтера уже и след простыл…
Попугаи умеют имитировать звуки речи. В дикой природе птицы узнают друг друга по характерным звукам, присущим их виду. Многие птицы умеют не только свистеть и прекрасно петь, но и удивительно достоверно имитировать всевозможные шумы.
Как это возможно?
И у птиц есть гортань, только без голосовых связок и надгортанника. Птицы издают звуки так называемой нижней гортанью (сиринксом), расположенной глубоко в грудной клетке, около того места, где перед входом в лёгкие разделяется дыхательное горло. Здесь находятся колебательные мембраны, которые так же, как голосовые связки, могут менять своё напряжение благодаря мышцам. Поскольку органы голосового аппарата у птиц находятся в двух ветвях дыхательного горла, некоторые певчие птицы могут петь на два голоса. Послушайте, как-нибудь тихим летним вечером, как поёт соловей — вы получите огромное акустическое наслаждение! (Рисунки 4 и 5).
Рисунок 4: Гортань птиц (сиринкс) содержит две голосовых щели. Поэтому некоторые певчие птицы могут петь на два голоса.
Рисунок 5: Серый попугай Вальтер мог превосходно «произносить» не только своё имя.
Попугаи, к примеру, имеют толстый клюв и толстый язык, благодаря этому (меняя положение языка), они могут, как и человек, артикулировать большое количество звуков. Эта особенность помогла Вальтеру. Его нашёл очень милый человек и принёс в полицейский участок. Вальтер сообщил там имя своего хозяина и его адрес. Радость от встречи с хозяином Вальтер выразил очень громко — имитируя звуки сирены.
Подведение итогов
- Люди и многие животные могут образовывать звуки речи.
- Развитие звуковой речи возможно только у человека благодаря его умственным способностям.
- Речевой аппарат человека состоит из гортани, языка, губ, а также сюда относятся полости рта, носа и глотки.
- Звонкие звуки (гласные, умлауты, назальные звуки, плавные согласные, щелевые сонорные и шумные согласные) изначально возникают из колебаний голосовых связок, а потом в надставной трубе оформляется звук (форманты звука).
- Глухие звуки (согласные, шипящие и фрикативные согласные, а также смычные) возникают без участия голосовых связок.
- Спектрограмма (сонограмма, визуализированная речь) — это графическое изображение сигналов, зависящих от частоты колебаний, протекания процесса во времени и интенсивности.
Улла Вогдт
Материал взят из журнала Hörakustik, №1 2019 г.
