Акустика речи и пения

Идиофоны. Колокола

КОЛОКОЛ

Тембр звучания колокола (а значит, и временная и спектральная структура создаваемых им звуковых сигналов) зависит от выбора формы и распределения толщины оболочки, материала и технологии ее изготовления, конструктивных параметров языка, выбора места и силы удара и др., а также от акустических характеристик помещения, где колокол установлен (например, звонницы или др.).

Основные параметры, определяющие механизм звукообразования в колоколах, следующие.

Частоты и формы колебаний вибратора: при ударе тяжелым языком по нижней части колокола в его оболочке возбуждаются колебательные процессы сложной структуры, которые складываются из поперечных, продольных и сдвиговых форм колебаний.

АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон воспроизводимых частот зависит от размеров и назначения колокола. Для колоколов Ростовского собора нижняя граничная частота для колокола «Сысой» (вес 32,7 т) равна 58 Гц; для колокола «Полиелейный» (16,3 т) — 74 Гц; для колокола «Лебедь» (вес 8,2 т) — 91 Гц и т. д. (частота увеличивается пропорционально уменьшению веса). Основная энергия самого большого колокола сосредоточена в диапазоне 60-600 Гц, для колоколов меньших размеров в диапазоне 100-1500 Гц.

Динамический диапазон достигает 90 дБ. Колокол — это один из самых громких музыкальных инструментов: в момент удара уровни звукового давления могут достигать 120 дБ-С/м.

Переходные процессы: время атаки 10-40 мс, время спада для низших обертонов составляет 52-16 с (для низшего тона «hum», например, колокола «Сысой» время спада на 60 дБ достигает 165 с), для высших обертонов 8-2 с.

Характеристика направленности имеет вид объемного креста (квадруполя) с минимальным уровнем звукового давления в центре.

Тембр: в момент удара тембр шумовой с металлическим оттенком, через несколько секунд после удара прослушивается печальный, плывущий звук (минорное трезвучие с отчетливо идентифицируемой высотой тона и амплитудной модуляцией).

Строение голосового аппарата, фонация, форманты, регистры, разборчивость. АЧХ речи и вокала, переходные процессы, динамический диапазон, направленность.

Структура голосового аппарата:

Подобно духовому музыкальному инструменту, он состоит из следующих основных:— генератора — дыхательной системы, состоящей из воздушного резервуара (легких), где запасается энергия избыточного давления, мускульной системы и выводного канала (трахеи) со специальным аппаратом (гортанью), где воздушная струя прерывается и модулируется;

— вибраторов — голосовых связок, воздушных турбулентных струй, импульсных источников (взрывов);

— резонаторов — разветвленных и перестраиваемых резонансных полостей сложной геометрической формы (глотки, ротовой и носовой полости и др.), называемых артикуляционной системой.

Гэнерация энергии происходит в легких, которые представляют собой своеобразные меха, создающие поток воздуха при вдохе и выдохе за счет разницы атмосферного и внутрилегочного давления (рис. 4.6.2). Процесс вдоха и выдоха происходит за счет сжатия и расширения грудной клетки, который осуществляется с помощью двух групп мышц: межреберных (используются в основном при речи) и верхнебрюшных вместе с диафрагмой — мускульной тканью в форме двойного купола, которая напрягается и опускается при вдохе, расширяя грудную клетку, (используются в основном при пении). Увеличение грудной клетки растягивает легкие. Это приводит к падению внутрилегочного давления по отношению к атмосферному, за счет чего в легкие устремляется воздух. При вдохе мускулы расслабляются, диафрагма поднимается и выталкивает воздух. Таким образом, вдох — процесс активный, требующий затрат энергии, выдох — процесс пассивный. При обычном дыхании этот процесс происходит примерно 17 раз/мин; управление им как при обычном дыхании, так и при речи происходит бессознательно; при пении процесс постановки дыхания происходит сознательно и требует длительного обучения.

Процесс образования звуков речи (гласных и звонких согласных) определяется колебаниями связок, что приводит к модуляции потока воздуха, выдыхаемого из легких. Такой процесс называется фонацией.

Воздух, который выталкивается легкими из трахеи, накапливается в подсвязочном пространстве и начинает давить на них; когда избыточное давление повышается до определенной величины, связки размыкаются и воздух устремляется в голосовую щель; в момент максимального открытия щели скорость потока воздуха становится максимальной, давление внутри щели падает. Внутри голосовой щели образуется зона пониженного давления, поэтому более высокое окружающее давление, а также собственная упругость заставляют связки сомкнуться.

Основная частота колебаний связок определяет высоту голоса. У мужских голосов при речи частота равна в среднем 110 Гц, у женских — 220 Гц, у детских — 300 Гц.

Возможности перестройки параметров вокального тракта огромны, что позволяет человеку произносить все многообразие звуков речи. Этот процесс перестройки называется артикуляцией. Каждому звуку речи соответствует либо определенное статическое положение, либо определенная динамика изменения положения языка, челюстей, губ, нёбной занавески, т. е. определенная артикуляция.

Области спектральных максимумов, соответствующие резонансным частотам вокального тракта, называются формантами (иногда их просто называют резонансами вокального тракта). Каждому звуку речи (простейший звук речи называется фонемой) соответствует своя форма вокального тракта, которая варьируется за счет изменения положения языка, губ, зубов и т. д., и свое положение формант на частотной шкале (F-картина).

При беглой речи происходит настолько быстрая перестройка позиции артикуляционных органов (языка, губ и др.), что часто имеет место наложение позиции, соответствующей одному звуку, на позицию другого, обычно гласного на соседний согласный, — такое явление называется коартикуляцией и очень осложняет восприятие и распознавание речи.

Фонема — это лингвистическая единица речи.

Под разборчивостью понимается «степень, в которой речь может быть понята (расшифрована) слушателями», т. е. в которой слушатели могут идентифицировать фразы, слова, слоги и фонемы (понять их смысл). В соответствии с этим различаются различные виды разборчивости: фонемная, слоговая, словесная и фразовая, которые связаны друг с другом и могут быть пересчитаны одна в другую.