О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Модуляция звуков, производимых гортанью
Самая низкая частота Fo, производимая в данный момент гортанью, называется “основной” и имеет наибольшую амплитуду, т. е. дает самый громкий звук. У взрослых он соответствует частоте 50-100 Гц (герц, или вибраций в секунду). Гортань производит также обертоны, частоты которых кратны частоте основного тона; например, при Fo 100 Гц Fi составит 200 Гц, F? — 300 Гц и т. д. (рис. 31-3, В). В ряду обертонов их амплитуда уменьшается. Обертоны возникают потому, что воздушный столб может вибрировать не только как целое, но и как независимые сегменты, а также как части внутри этих сегментов.
Таким образом, гортань служит источником акустической энергии, но звук, производимый гортанью, — это всегда основной тон с его обертонами. Для превращения в звук речи он должен модифицироваться в расположенных выше полостях носа и рта. Именно эта модификация делает один звук отличным от другого.
Как происходят такого рода модификации, впервые показал в 1780 г. К. К. Кратценштейн. Он поместил трубки различной длины и формы над язычками механической гортани и продемонстрировал, что с помощью подходящих полостей можно воспроизвести все гласные русского языка. В наши дни механические язычки и трубки можно заменить электронными устройствами, так называемыми синтезаторами речи. Эти электронные приборы намного более универсальны и легки в управлении, чем механические, и они позволили получить ряд замечательных результатов.
Форманты
Когда звук, издаваемый гортанью, проходит через полости носа и рта, эти последние действуют как фильтры — поглощают одни частоты больше других. Какие частоты будут поглощаться больше, а какие меньше, зависит от размеров и формы полостей в каждый
Частота —**-Форманта
Рис. 31-4. Схематическое изображение пространства гласных. Гласный звук характеризуется главном образом частотами первых двух формант, Fi и Fi. Три основных гласных: [i] — F\ низкая, F% высокая; [и] — обе форманты низкие; [а] — обе промежуточные. В некоторых языках имеются гласные только этих трех типов, но в большинстве языков есть другие, такие, как [е], [о], [й]. Их частоты относительны: они зависят от основных частотных характеристик речи, которые различны у мужчин, женщин и детей. Пунктиром очерчено пространство гласных у низших и человекообразных обезьян. Оно гораздо уже, чем у человека, так как в глотке у них мало места для перемещения языка. Но это не обязательно означает, что они не способны распознать тонкие различия в пределах этой более ограниченной области.
данный момент. Это фильтрующее действие можно описать с помощью передаточной функции, которая показывает, какая часть акустической энергии, идущей от голосовых связок, поглощается при различных частотах (рис. 31-3, Г). Умножая амплитуды (громкости) частот, производимых гортанью, на соответствующие значения передаточной функции, можно получить спектр звуков, которые мы в действительности слышим (рис. 31-3, Д). Этот спектр теперь имеет пики, называемые формантами, при частотах jF\, F%,
и звуки речи, которые мы слышим, зависят от положения этих пиков,
На практике для распознавания гласных наиболее важны пер-
вые две форманты; поэтому, отложив на осях координат частоты первых двух формант, можно представить гласные в двумерном “пространстве гласных”, как это показано на рис. 31-4. Гласные в разных языках различны, но пространство гласных, хотя оно и не совсем одинаково, подразделяется сходным образом. Поскольку гласным на графике соответствуют не точки, а области, в каждом данном языке может быть лишь ограниченный набор хорошо различаемых гласных.
Распознавание звуков речи
Мы слышим потому, что вибрации воздуха воздействуют на ухо. Эти вибрации сначала достигают барабанной перепонки, потом три маленькие косточки передают их спиральному образованию — “улитке”, в которой находится кортиев орган. Здесь они преобразуются в нервные импульсы. Кортиев орган несколько напоминает арфу; он представляет собой систему волосковых клеток — “струн”, избирательно реагирующих на различные частоты (рис. 31-5).
Как глаз анализирует свет, разделяя его на различные цвета, так и кортиев орган разлагает звук на составляющие его частоты. Но для понимания того, как мы слышим, это объяснение дает не больше, чем утверждение, что гла!з подобен камере, проецирующей изображение на сетчатку. Изображение не имеет смысла, покуда сигналы, идущие от сетчатки, не будут проанализированы и преобразованы в специальный код, выражающий соотношения между ними. Это относится и к сигналам, посылаемым кортиевым органом; требуется очень основательная переработка нервных импульсов, прежде чем они станут значимыми. Сходство переработки слуховых и зрительных сигналов не случайно. После того как внешний сигнал преобразовался в нервные импульсы, его первичная модальность теряет свое значение. Независимо от того, было ли источником сигналов зрение, слух, обоняние или осязание, переработка их может осуществляться сходным образом. Благодаря этому различные модальности имеют между собой много общего.
