I. Краткие сведения из физической и физиологической акустики

        1. Свойства звука.
        2. Звуки речи.

             Адекватным раздражителем органа слуха, или слухового ана­лизатора, является звук. Звук представляет собой колеба­тельные движения среды (воздуха, воды, почвы и пр.). Речь возникает при колебании голосовых складок у нас в гортани. Эти звуковые колебания распространяются по воздуху и попадают в наше ухо.
            В звуке, как и во всяком колебательном движении, разли­чают амплитуду, или размах, колебаний, период, или время, в течение которого совершается полное колебательное движение, и частоту, или число полных колебаний в 1 се­кунду.


                                         Рис. 1. Распространение звуковой волны.


                                        

             Источником звука является колеблющееся тело. В силу упру­гости, присущей любому веществу, любой среде, колебания, возникающие в одном месте, передаются на соседние участки, причем возникают уплотнения и разрежения среды. Эти уплот­нения и разрежения распространяются во все стороны с опре­деленной скоростью, зависящей от величины упругости и плот­ности среды. Так возникают звуковые волны, состоящие из чередующихся друг с другом уплотнений и разрежений сре­ды (рис. 1).

                   

            По характеру колебательных движений звуки делятся на две группы — тоны и шумы.
В звуках различают три характерных свойства: силу, высоту и тембр.

                                                     1. Свойства звука

           · Сила.

           Сила звука зависит от величины амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда, т. е. чем шире размах колебаний, тем звук сильнее, и, наоборот, чем меньше размах, тем меньше сила звука.

           Звучащее тело приводит в состояние колебания окружающие частицы воздуха и отдает им при этом часть своей энергии; при отсутствии по­полнения энергии ее запас в звучащем теле убывает, амплитуда уменьшается, звук ослабевает.

           Сила (интенсивность) звука измеряться в децибелах (дб). Чем громче звук, тем больше число децибел.

( Л.В. Нейман « Анатомия, физиология и патология органов слуха и речи» 1970 г.)

Таблица 1

                               Уровень интенсивности разных звуков
              

Звук	Уровень интен­сивности (дб)
Едва слышимый звук (порог слышимости) Шелест листьев при ветре Обычный шепот (около уха) Шумовой фон в городе ночью Шум спокойной улицы днем Речь средней громкости Оркестр, громкая музыка по радио Шум в поезде метро Очень громкая речь (крик) Удары молотка по стальной плите Шум авиационного мотора	0 10 25—30 40 50—60 60—70 80 90 90 100 120

            · Громкость.

            В то время как сила звука является его фи­зическим свойством, громкостью звука обозначают интенсив­ность слухового ощущения.

            Являясь, как и всякое ощущение, отражением внешней реаль­ности, в данном случае отражением объективной силы звука, громкость нарастает с увеличением силы звука и, наоборот, убы­вает с ее уменьшением.

            Нужно учитывать некоторые важные особенности, характеризующие соотношение силы и громкости звуков.

           А) Ощущение громкости, как и всякое другое ощу­щение, нарастает и падает значительно слабее, чем интенсив­ность раздражителя, т. е. в данном случае слабее, чем интенсив­ность звука.

Так, например, установлено (Л.В. Нейман), что увеличение интенсивности звука определенной высоты на 10 дб, т. е. в 10 раз, сопровожда­ется увеличением громкости лишь в 2 раза; следующая прибав­ка интенсивности на 10 дб, т. е. новое увеличение ее в 10 раз, а по отношению к первоначальной интенсивности — в 100 раз, дает новое удвоение громкости, а по отношению к первоначальной громкости — увеличение всего лишь в 4 раза.

          Б) Чувствительность нашего слуха к звукам разной высоты не одинакова, вследствие чего звуки - одинаковой интенсивности, но разной высоты ощущаются нами с разной громкостью.

          В) Ощущение гром­кости зависит от состояния слухового анализатора и от общего состояния нервной системы. Звуки, которые в нормальных усло­виях воспринимаются как средние по громкости, при повышен­ной возбудимости нервной системы могут стать чрезвычайно громкими.

         · Высота.

          Высота звука зависит от частоты колебаний звучащего тела и измеряется количеством полных колебаний в секунду. Это количество обозначается сокращенно — к/с (коле­баний в секунду) или гц. (герц — по имени известного физика Герца), например: 1000 к/с или 1000 гц. Звуки с малым числом (до 200—300) колебаний в секунду называют низкими, с боль­шим числом колебаний (выше 2000)—высокими. Основная часть звуков речи имеет частоты от 100 до 6000 герц.

         · Тембр.

          Тембром, или окраской, звука называют то его свойство, благодаря которому можно отличить друг от друга одинаковые по интенсивности и по высоте звуки, издаваемые разными источниками.

           Если взять одну и ту же ноту с одной и той же силой на скрип­ке, на рояле, на трубе, в каждом случае получается свой харак­терный звук. Ни по высоте, ни по силе эти звуки не отличаются друг от друга, но они разнятся своим оттенком, своей окраской, или, как говорят, своим тембром.

           Как уже было отмечено, в природе чистые тоны почти не встречаются. Все звуки, в том числе и музыкальные, состоят из ряда простых звуков. В музыкальных звуках наибольшее значе­ние имеют гармоники, т. е. такие частичные тоны. Самую низкую из этих гармоник принимают за основную, а все более высокие называют обертонами (верхними призвуками). Обертоны и придают звукам тембровую окраску.

           Количество и относительная сила входящих в состав того или иного звука обертонов зависят в основном от величины и формы резонаторов, участвующих в образовании данного звука. Имен­но поэтому мы различаем по тембру звуки, издаваемые различ­ными музыкальными инструментами, и голоса людей.

                                                         2. Звуки речи

           Их всех звуков окружающего мира наибольшее значение для человека имеют звуки речи.

           С акустической точки зрения речь представляет собой поток различных звуков, прерывающийся время от времени паузами разной длительности. Особенности звуков речи определяются различием их акустических свойств: высоты, силы, тембра и дли­тельности. Разнообразное сочетание этих свойств звуков речи является той материальной основой, которая служит для выра­жения мысли.

           Звуки речи делятся на две основные группы — гласные и согласные. Гласные являются тоновыми звуками, соглас­ные — преимущественно шумовыми.

· Гласные звуки.

           Различие между отдельными гласными опре­деляется характерными для каждого гласного частичными тона­ми, или формантами. Форманты представляют собой отдельные усиленные области ча­стот, составляющих сложный спектр звуков речи. Так, например, гласный [а] независимо от своего основного тона, т. е. независи­мо от того, на какой высоте голоса он произнесен, имеет харак­терную для этого звука форманту, охватывающую область от 1000 до 1400 колебаний в секунду.

Таблица 2

                                   Формантный состав гласных звуков

     

		Форманты
Звуки	Основная (гц)	Добавочная (гц)
У ы о а э и	200— 600 200— 600 400— 800 1000—1400 1500—2300 2800—4200	1500—2300 600—1000

              Из приведенной таблицы видно, что гласные [у],[ы],[о] харак­теризуются низкими формантами (от 200 до 800), а гласные [и],[э]—высокими (от 1500 до 4200), для гласного же [а] харак­терны форманты средней частоты (от 1000 до 1400),так что звуки [у],[ы],[о] можно условно считать «низкими», в то время как [и] и [э] являются «высокими» звуками.

             Из этой же таблицы видно, что гласные [ы] и [э] имеют, кроме основных формант, добавочные формантные области, отличаю­щиеся от основных меньшей интенсивностью.

· Согласные звуки.

             Согласные звуки также обладают опреде­ленными акустическими характеристиками, но значительно бо­лее сложными. Звуковой анализ звонких согласных, например [б], [в], [з], [ж] и др., показывает наряду с периодическими колебани­ями, соответствующими тону голосовых связок, наличие в со­ставе этих звуков непериодических колебаний высокой частоты, не гармоничных по отношению к основному тону. Что касается глухих согласных, например [п], [ш], [ц] и др., то в их состав входят только непериодические колебания разной частоты. Согласные [л], [м] и [н] обладают почти правильной периодичностью. Для [р] ха­рактерны биения звука с частотой около 20 колебаний в секунду (соответственно частоте вибраций языка) и форманта в области от 200 до 1500 гц. Согласный [ш] имеет высокую форманту в об­ласти от 1200 до 6300 гц, а согласный [с] — еще более высокую характеристическую область — от 4200 до 8600 гц. Нужно отме­тить, что звуковой спектр согласных настолько сложен, что во­прос о физической природе этих звуков не может считаться окончательно разрешенным.

             Если в силу каких-либо причин устраняются или ослабляют­ся форманты, характеризующие речевые звуки, то речь стано­вится неразборчивой, даже если она обладает достаточной гром­костью. Такое устранение и ослабление формант служит причи­ной неразборчивости речи при несовершенной радиопередаче и при пользовании низкокачественной звукоусиливающей аппа­ратурой.

             Снижение разборчивости речи за счет устранения высоких формант отмечается также при некоторых формах тугоухости, когда нарушается восприятие высоких тонов.