Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Кок У.Е. Видимый звук

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.71 Mб
Скачать

t . 3*.._.

. i .i J . jfö ? *

Рис. 40. Анализ звука ружейного выстрела, произведенного в комнате с сильно поглощающими звук стенамп.

Поскольку выстрел был произведен в комнате без реверберации, получи­ лась спектрограмма очень малой длительности.

Звук, представленный на рис. 40, похож на произведенный в поле ружейный выстрел холостым патроном. Но на са­ мом деле это звуковая картина выстрела, произведенного из детского ружья в комнате, в которой нет эха, то есть стены комнаты сильно поглощают звук, предотвращая тем самым его отражение. Из спектрограммы видно, что звук имеет очень широкую полосу частот (звуковой сигнал за­ полняет всю вертикальную ось), но весьма малую продол­ жительность (мала ширина по оси времени).

На рис. 41 вы видите запись выстрела, сделанного из того же самого ружья, но в обычном помещении. Запись свидетельствует о реверберации звука в течение некоторо­ го времени. Хотя звук и охватывает широкую область час-

49

Рис. 41. Анализ звука ружейного выстрела, произведенного в обычном помещении.

Из-за реверберации в помещении продолжительность звучания увеличи­ лась. Как видно из спектрограммы, время реверберации существенно за­ висит от частоты.

тот, но не на всех частотах реверберация длится одинако­ во долго. Время, в течеппе которого громкость звука при реверберации в помещении упадет до одной тысячной первоначальной громкости, называется временем ревербе­ рации помещения для данного звука.

Время реверберации есть важная мера акустического качества помещений и залов, предназначенных для кон­ цертов и спектаклей. Поначалу время реверберации опре­ деляли, используя монохроматический звук, и стандартной считалась частота 512 Гц (она приблизительно соответст­ вует ноте до второй октавы). Иногда этот стандарт ис­ пользуется п сейчас; когда говорят «время реверберации», не указывая частоты, имеют в виду, что время ревербера­ ции было определено для частоты 512 Гц.

Такое определение времени реверберации в терминах одной частоты было бы совершенно правильным, если бы стены помещения одинаково поглощали звук в области всех интересующих нас частот. Однако па самом деле так не бывает. Например, комната со стенами, покрытыми гип­ совой штукатуркой, могла бы иметь для частоты 512 Гц весьма удовлетворительное время реверберации, равное 1,2 с, но для частоты 128 Гц оно равнялось бы 7,2 с, а для частоты 2048 Гц — 0,6 с. Стены такой комнаты очень хо­ рошо поглащали бы высокочастотные звуки речи, но пло­ хо — басовые музыкальные звуки, от которых в комнате стоял бы неприятный гул. На рис. 41 мы видим, что в од-

60

Рис. 42. Анализ звука ружейного выстрела, произведенного о коридоре с очень сильной реверберацией.

них областях частот звуки реверберируют гораздо продол­ жительнее, чем в других. Следовательно, время ревербера­ ции помещения существенно зависит от частоты звука. Таким образом, с помощью звуковой спектрограммы мы можем определить реверберационные характеристики по­ мещения в области всех интересующих нас частот.

Если выстрелить из того же, что и в предыдущих слу­ чаях, ружья в сильно реверберирующем коридоре (стены коридора слабо поглощают звук), то звук будет ревербе­ рировать очень продолжительное время (рис. 42). Как и на рис. 41, на рис. 42 отчетливо видно, что время ревербе­ рации зависпт от частоты звука.

Мы уже говорили, что первоначально звуковой спект­ рограф был предназначен для анализа речи. С его помо­ щью визуализировали важные звуковые характеристики речи. Однако в анализе речи часто важнее знать положе­ ние весьма широкополосных областей, а не положение и амплитуды индивидуальных гармоник в узкой полосе частот (узкочастотпый анализ). С этой целью в спектро­ скопии звуков речи используется фильтр, полосу пропуска­ ния которого можно расширять или сужать. Широкополос­ ный фильтр подавляет информацию о положении и ампли­ тудах индивидуальных гармоник речи, но зато хорошо об­ рисовывает широкополосные области, столь важные в ана­ лизе речи. По сравнению с узкополосным широкополосный фильтр гораздо быстрее реагирует на внезапные измене­ ния речи, такие, как мгновенное затухание или мгновенное

51

возникновение звука. Ис­ пользуя широкополосный фильтр, можно более точно проследить динамику речи.

На рис. 43 показано, чего можно достигнуть в анализе речи с помощью широкопо­ лосного фильтра. На спектро­ граммах рис. 43 изображены шесть различных гласных звуков. Все они являются звуками человеческого голо­ са, то есть воспроизведены голосовыми связками челове­ ка. Наряду с основной часто­ той эти звуки содержат мно­ гочисленные гармоники.

Анализ с помощью узко­ полосного фильтра дал бы нам картину гармонической структуры гласных звуков, показав многочисленные ин­ дивидуальные гармоники как тоны частот, кратных основ­ ной частоте звука, изданного голосовыми связками. Но ши­ рокополосный фильтр, кото­ рый использовался для запи­ си, представленной на рис. 43, не различает индивиду­ альные гармоники. С его по­ мощью можно изображать в частотной шкале только час­ тотные области громкого зву­ ка. Столь сильное звучание происходит из-за резонанс­ ных явлений, возникающих в человеческом горле и по­ лости рта. Резонансные свой­ ства этих областей определя­ ются физической структурой горла и рта. Гармоники, ко­ торые попадают в области ре-

52

зоиансных частот, звучат гораздо сильнее, чем все осталь­ ные.

Эти области резонанса называются формантами. Ана­ лиз речи позволил установить, что именно форманты дают ключ к разгадке произнесенных звуков. Исследуя форман­ ты, можно установить личность человека, поскольку поло­ жение формант на частотной шкале для разных людей со­ вершенно различно, даже если они произносят один и тот же звук. Из рпс. 43 видно, что форманты различных глас­ ных звуков занимают разные положения на частотной (вертикальной) шкале.

На рис. 43, а изображен звук [і:], каким он слышится в слове, еѵе, на рис. 43, б и в представлены гласные звуки [і] в слове U [еі] в слове hate и т. д. Различное положение формант на этих спектрограммах очевидно.

Обратите внимание на перемещение двух наименьших по частоте формант при последовательном рассмотрении спектрограмм слева направо. Нижняя из этих двух фор­ мант движется вверх по частотной шкале, верхняя — вниз. Исключение составляет лишь последняя спектрограмма (крайняя справа), на которой обе эти форманты смести­ лись вниз. Положение этих формант на частотной шка­ ле — своего рода ключ к идентификации некоторых глас­ ных звуков (в частности, представленных на рис. 43). Да­ лее, поскольку место форманты определяется положением языка и челюстей, то форманта не переместится по частот­ ной шкале, даже если изменится частота гласного звука, определяемая голосовыми связками. Таким образом, широ­ кополосный фильтр подавляет нежелательную информа­ цию о положении индивидуальных гармоник и дает отчет­ ливое представление о положении наиболее важной фор­ манты вне зависимости от высоты тона.

ГЛАВА V

Изображение некоторых

звуков речи

На спектрограммах, изображенных на рис. 43, пред­ ставлены картины устойчивых гласных звуков, то есть звуков, которые не изменялись во время записи. Восполь­ зовавшись методом записи звуков речп, описанным в пре­ дыдущей главе, можно визуально наблюдать изменение звука во времени, столь характерное для человеческой ре­ чи. Рассмотрим некоторые из наиболее важных звуков речи.

Изображение звуков речи

Звонкие п глухие фрикативные звуки. Свистящие и ши­ пящие звуки, такие, как [s] в слове sister и [J] в слове she, называются сибилянтными или фрикативными (соответст­ венно от латинских sibilans — свистящий шипящий и fricaге — тереть). Когда мы произносим эти звуки, рот почти закрыт и струя выходящего воздуха испытывает сильное трение, за счет чего и образуются свистящий или шипя­ щий звуки. Звук [J] в слове she произносится без участия голосовых связок, поэтому он и называется глухим фрика­ тивным согласным звуком. Но если этот же фрикативный звук произнести с помощью голосовых связок, он превра­ тится в звонкий согласный фрикативный звук [3], каким он слышится в слове azure. Аналогичное превращение проис­ ходит со звуком [s] (в слове sister это глухой согласный фрикативный звук), когда звучание голосовых связок пре­ образует его в звук [z], каким он слышится, например, в слове zoo. Звук [z] также называется звонким согласным фрикативным звуком.

Характеристики этих звуков представлены на рис. 44. На верхней спектрограмме дан анализ слова sue, содержа-

54

Рпс. 44. Спектрограммы слов sue (вверху) и zoo (внизу).

щего глухой звук [s], за которым сразу следует гласный [и:]. Наиболее типичные области каждого из этих двух звуков указаны стрелками. Весьма отчетливо виден пере­ ход от одного звука к другому. Свистящий звук [s] похож на шум, поэтому он имеет очень широкий спектр частот, сплошь покрывающий всю спектрограмму. Когда же мы переходим к звуку [и:], в спектре появляются характерные для звонкого звука полосы — форманты (о них говорилось в предыдущей главе). В момент перехода, то есть в корот-

55

jtK f »

Л

«ft*» *

» * 4 \

 

P п с. 45. Спектрограмма слова bob.

кий промежуток времени, резонансная картина как бы на­ ложена на картину шума, иначе говоря, в это время звук является комбинированным. Окончательно шумоподобный спектр исчезает, когда мы переходим к чистому гласному звуку [и:] (правая часть спектрограммы).

На нпжнеп спектрограмме дан анализ слова zoo. Здесь резонансные полосы хорошо видны как в обеих частях спектрограммы (звуки [z] и [и:] соответственно), так и в переходной области. На участке спектрограммы, относя­ щемся к звуку [z], наряду с резонансными полосами виден и широкополосный шумоподобный спектр, характерный для глухого согласного звука [s] в слове sue. Когда мы пе­ реходим к чистому гласному звуку [и:], этот «шум» исче­ зает. !

Взрывные зй^ки. Как звонкие, так и глухие звуки, ко­ торые мы только что рассмотрели, являются продолжи­ тельными. Но кроме продолжительных, существуют и дру­ гие звуки — звуки, которые мгновенно возникают и так же мгновенно затухают. Такие звуки называются взрывными. Чтобы их воспроизвести, необходимо приостановить дыха­ ние и задержать поток выдыхаемого воздуха. Причем за­ держать поток воздуха можно либо у самого горла, либо в средней части полости рта, либо губами.

56

Р и с. 46. Спектрограмма слова Ъ о у .

Как выглядит взрывной звук на спектрограмме, видно на примере картины слова bob (рис. 45). Поскольку мы полностью приостанавливаем дыхание в начале и в конце этого слова, данный звук не содержит высокой частоты («чистый» участок в верхней части рис. 45). Аналогичные картины будут и для звука [к] в слове back, [t] в слове hit и [р] в слове up.

Дифтонги. Гласный звук, состоящий из двух элементов и произносимый в пределах одного слова, называется диф­ тонгом. На рис. 46 дан анализ слова boy, в котором диф­ тонгу предшествует взрывной звук [Ь]. Гласный звук в этом слове быстро изменяется от [о] к [і], образуя тем са­

мым созвучие [оі]. Как иа спектрограмме слова

bob

(рис. 45), так и па спектрограмме слова boy (рис. 46)

име­

ется светлая область, характерная для звука [Ь]. За этой областью сразу же появляются резонансные полосы, свой­ ственные гласному звуку. Однако в этом случае резонан­ сные полосы занимают новые положения в частотной шка­ ле достаточно плавно. Именно такие спектрограммы и ха­ рактерны для дифтонгов. Из рис. 46 видно, как резонанс­ ные полосы звука [э] переходят в резонансные полосы звука [і].

Комбинация звуков [и] и [j] может также образовывать дифтонги. На рис. 47 звук [и:] изображен слева, а переход

57

Рис. 47. Спектрограмма звука [и:] в слове you (слева) п спектрограмма полного слова you (справа).

Р п с. 48. Спектрограмма дпфтонга [ju:] в слове new (слева) п спектрограмма полпого слова new (справа).

от звука [j] к звуку [и:], как, например, в слове you, пока­ зан справа. В отличие от картины слова boy (рис. 46) ре­ зонансные частоты слова you (рис. 47) при переходе от од­ ного гласного звука к другому падают.

Тот же дифтонг, что и на рис. 47, показан на рис. 48 слева, а в сочетании со звуком [и] в слове new — справа. Звук [п] является звонким согласным, поэтому в левой час­ ти спектрограммы слова new видны резонансные полосы. Звук [п] мгновенно переходит в чистый гласный звук [j], который в свою очередь постепенно переходит в звук [и:], образуя тем самым дифтонг.

58