Образование гласных звуков

§ 60. Как происходит образование гласных с точки зрения акустики? Колеблющиеся частицы воздуха создают волны (сжатия и разрежения среды), которые распространяются со скоростью с = 350 м/с. Частота их колебаний зависит от длины волны: f = с/Х.

Речевой тракт при произнесении некоторых звуков (например, самого простого гласного [ъ]) можно представить в виде трубки, открытой со стороны губ и закрытой с другой стороны голосовыми связками. Длина этой трубки (L) составляет около 17,5 см, а диаметр — около 1 см^[1] (рис. 24). Как будет воздух вибрировать в этой трубке в ответ на колебания источника (голосовых связок)? Можно ли попытаться предсказать, какие именно частоты источника будут усиливаться?

Вибрация резонатора похожа на вибрацию динамика или пружины в трубке (рис. 25). При этом частицы воздуха у закрытого конца трубки имеют гораздо худшие условия для колебаний, так как находятся в ограниченном пространстве, поэтому амплитуда их колебаний будет меньше (а давление больше), чем у открытого конца трубки, где может происхо

дить обмен с окружающим пространством. Если сопоставить эти вариации давления со звуковой волной (представить их как часть звуковой волны), то можно увидеть, какие частоты будут резонировать — совпадать с кривой скорости частиц или звукового давления в данной трубке.

Рис. 24. Схематическое изображение речевого тракта в позиции для произнесения гласного [ъ] и упрощенное изображение соответствующей ему формы трубки

Рис. 25. Воздух в трубке, вибрирующий как пружина (вверху):

внизу слева — график скорости воздушного потока в каждой части трубки; внизу справа — давление воздуха в каждой ее части (но горизонтали на обоих графиках — длина трубки) Напомним, что частота колебаний определяется длиной волны (f=с/Х), так как скорость распространения звука — величина постоянная. На рис. 26 кривая скорости частиц продолжена до полного цикла. Каквидно из рисунка, длина этой волны (X) в 4 раза больше длины трубки (L): X = 4L = 4×17,5 см = 70 см), следовательно, частота первого резонанса и первой форманты составит f = с/Х = 35 000 см/с: 70 см = 500 Гц. Но эго только один из возможных резонансов и далеко не единственный. Кривые, представляющие другие частоты, тоже могут вызывать резонанс при условии, что амплитуда колебаний частиц будет минимальной (равной нулю) у закрытого конца и максимальной у открытого, пусть и с более сложными вариациями в середине.

Из рис. 27—28 видно, что этому условию удовлетворяют волны с длиной волны 4/3 L (f = c/A, = 35 000×3: 70 = 1500 Гц), 4/5 L (f = 2500 Гц), 4/7 L (f = 3500 Гц) и т. д., но другие резонансы будут гораздо слабее, поскольку амплитуда колебаний сильно уменьшается с увеличением частоты. Таким образом, f = c (2n — 1)/4L.

Рис. 26. График скорости воздушного потока из рис. 25, продолженный до полного цикла

Рис. 27. Изменения скорости воздушного потока внутри трубки

в ¾ полного цикла

Рис. 28. Изменения скорости воздушного потока внутри трубки

в 5/4 полного цикла

Так же можно вычислить и резонансы для других гласных, например [а]. Здесь уже речевой тракт можно условно представить в виде двух трубок, одна из которых (от места сужения в речевом тракте^[2] до губ) шире другой (от гортани до места сужения в речевом тракте). Поскольку каждая из этих трубок в 2 раза короче одной, то резонансы будут в области 1000 Гц, 3000 Гц и т. д. Но поскольку в этом случае вторая трубка не совсем закрыта с одного конца, то первый резонанс первой трубки будет чуть меньше (900 Гц), а первый резонанс второй — чуть больше (1100 Гц). Для лабиализованных гласных нужно будет еще учитывать увеличение длины резонатора за счет вытягивания губ, что будет понижать частоты резонатора.

• [1] Заметим, что диаметр практически не имеет значения в том случае, если онзначительно меньше длины.
• [2] При артикуляции [а] сужение имеет место в полости глотки.