Языкознание

Скорость звуковых волн. Скорость звука - это характеристика среды, в которой распространяется волна. Она определяется двумя факторами: упругостью и плотностью материала. Упругие свойства твердых тел  зависят от типа деформации. Так, упругие  свойства металлического стержня неодинаковы  при кручении, сжатии и изгибе. И  соответствующие волновые колебания  распространяются с разной скоростью. Упругой называется среда, в которой  деформация, будь то кручение, сжатие или  изгиб, пропорциональна силе, вызывающей деформацию. Такие материалы подчиняются  закону Гука: Напряжение = C * Относительная  деформация, где С - модуль упругости, зависящий от материала и типа деформации. Скорость звука v для данного  типа упругой деформации дается выражением

<="" div="">

где r - плотность материала (масса единицы объема). Скорость звука в твердом стержне. Длинный  стержень можно растянуть или  сжать силой, приложенной к концу. Пусть длина стержня равна L, прикладываемая растягивающая сила - F, а увеличение длины - DL. Величину DL/L будем называть относительной деформацией, а силу, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения стержня, - напряжением. Таким образом, напряжение равно F/A , где А - площадь сечения стержня. В применении к такому стержню закон Гука имеет вид <="" div="">

где Y - модуль Юнга, т.е. модуль упругости стержня для растяжения или сжатия, характеризующий материал стержня. Модуль Юнга мал для легко  растяжимых материалов, таких, как резина, и велик для жестких материалов, например для стали. Если теперь ударом молотка по торцу стержня возбудить  в нем волну сжатия, то она будет  распространяться со скоростью , где r, как и прежде, - плотность материала, из которого изготовлен стержень. Рассмотренная  волна в стержне является волной сжатия. Но ее нельзя считать строго продольной, так как со сжатием  связано движение боковой поверхности  стержня. В газах возможен только один тип деформации: сжатие - разрежение. Соответствующий модуль упругости  В называется модулем объемной деформации. Он определяется соотношением -DP = B(DV/V). Здесь DP - изменение давления, DV/V - относительное  изменение объема. Знак "минус" показывает, что при увеличении давления объем уменьшается. Величина В зависит  от того, изменяется или нет температура  газа при сжатии. В случае звуковой волны можно показать, что давление изменяется очень быстро и теплота, выделяющаяся при сжатии, не успевает уходить из системы. Таким образом, изменение давления в звуковой волне  происходит без теплообмена с  окружающими частицами. Такое изменение  называется адиабатическим. Установлено, что скорость звука в газе зависит  только от температуры. При данной температуре  скорость звука примерно одинакова  для всех газов. При температуре 21,1° С скорость звука в сухом  воздухе составляет 344,4 м/с и возрастает с повышением температуры.

Громкость звука может  быть различной. Нетрудно сообразить, что это связано с энергией, переносимой звуковой волной. Для  количественных сравнений громкости нужно ввести понятие интенсивности звука. Интенсивность звуковой волны определяется как средний поток энергии через единицу площади волнового фронта в единицу времени. Иначе говоря, если взять единичную площадку (например, 1 см2), которая полностью поглощала бы звук, и расположить ее перпендикулярно направлению распространения волны, то интенсивность звука равна акустической энергии, поглощаемой за одну секунду. Интенсивность обычно выражается в Вт/см2 (или в Вт/м2). Приведем значение этой величины для некоторых привычных звуков. Амплитуда избыточного давления, возникающего при обычном разговоре, составляет примерно одну миллионную атмосферного давления, что соответствует акустической интенсивности звука порядка 10-9 Вт/см2. Полная же мощность звука, издаваемого при обычном разговоре, - порядка всего лишь 0,00001 Вт. Способность человеческого уха воспринимать столь малые энергии свидетельствует о его поразительной чувствительности. Диапазон интенсивностей звука, воспринимаемых нашим ухом, очень широк. Интенсивность самого громкого звука, который может вынести ухо, примерно в 1014 раз больше минимальной, которую оно способно услышать. Полная мощность источников звука охватывает столь же широкий диапазон. Так, мощность, излучаемая при очень тихом шепоте, может быть порядка 10-9 Вт, тогда как мощность, излучаемая реактивным двигателем, достигает 105 Вт. Опять-таки интенсивности различаются в 10 14 раз.

Децибел. Поскольку звуки  столь сильно различаются по интенсивности, удобнее рассматривать ее как  логарифмическую величину и измерять в децибелах. Логарифмическая величина интенсивности представляет собой  логарифм отношения рассматриваемого значения величины к ее значению, принимаемому за исходное. Уровень интенсивности J по отношению к некоторой условно  выбранной интенсивности J0 равен  Уровень интенсивности звука = 10 lg (J/J0) дБ. Такием образом, один звук, превышающий  другой по уровню интенсивности на 20 дБ, превышает его в 100 раз по интенсивности. В практике акустических измерений принято выражать интенсивность звука через соответствующую амплитуду избыточного давления Ре. Когда давление измеряется в децибелах относительно некоторого условно выбранного давления Р0, получают так называемый уровень звукового давления. Поскольку интенсивность звука пропорциональна величине Pe2, а lg(Pe2) = 2lgPe, уровень звукового давления определяется следующим образом: Уровень звукового давления = 20 lg (Pe/P0) дБ. Условное давление Р0 = 2*10-5 Па соответствует стандартному порогу слышимости для звука с частотой 1 кГц. В табл. 2 приводятся уровни звукового давления для некоторых обычных источников звука. Это интегральные значения, полученные усреднением по всему слышимому диапазону частот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. СУЩНОСТЬ АКУСТИЧЕСКИХ КЛАССИФИКАЦИЙ ГЛАСНЫХ И СОГЛАСНЫХ

 

2.1. Принципы акустической деятельности при образовании звуков

 

Акустика – наука, изучающая  теорию звука. Звук – это результат  колебательных движений какого-либо тела в какой-либо среде, осуществляемый действием какой-либо движущей силы и доступный для слухового  восприятия. К акустическим признакам  звука относятся: высота, которая  зависит от частоты колебаний: чем  выше частота, тем выше звук; сила, которая  зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем сильнее  звук; длительность (или долгота), которая  связана с количеством колебаний  во времени, тембр – индивидуальное качество его акустических признаков.

Колебаниямогут быть периодическими и непериодическими. В результате периодических колебаний возникают  тоны, а в результате непериодических  – шумы. Тоны имеют абсолютную высоту, а шумы – относительную.

В образовании звуков важна  роль резонатора – замкнутой воздушной  среды, где производится звук. Это  ротовая, носовая и глоточная  полости речевого аппарата. Благодаря  резонатору основной тон обогащается  наслаивающимися на него обертонами - более высокими тонами, число колебаний  которых является кратным по отношению  к числу колебаний основного  тона. Это гармонические обертоны.Тоны в резонаторе могут возникать  и самостоятельно. Это резонаторные тоны. В этом случае резонаторы резонируют задней и передней частью отдельно. Удлинение и укорочение резонатора меняют его тоновую окраску. Область  резонирования и его результат  называются формантой.

Таким образом, тембр звука  – сложное явление, содержит основной тон, шум, гармонические обертоны и  резонаторные тоны. Для определения  и различения звуков речи опираются не только на их артикуляционные, но и на акустические признаки. Без опоры на эти признаки невозможно проводить работу по противопоставлению звуков на слух, необходимую для успешного усвоения детьми правильного звукопроизношения.

Тональные звуки - образующиеся голосом при почти полном отсутствии шума, что обеспечивает хорошую слышимость звука: гласные а, э, и, о, у, ы.

Сонорные (звучные) - их качество определяется характером звучания голоса, который играет главную роль в  их образовании, а шум участвует  в минимальной степени: согласные  м, м', н, н', л, л', р, р', j.

Шумные - их качество определяется характером шума - акустического эффекта  от трения воздуха при сближенных или взрыве при сомкнутых органах  речи:

звонкие шумные длительные в, в', з, з', ж;

звонкие шумные мгновенные б, б', д, д', г, г';

глухие шумные длительные ф, ф', с, с', ш, х, х';

глухие шумные мгновенные п, п', т, т', к, к'.

По производимому звуками  акустическому впечатлению выделяют следующие подгруппы звуков:

свистящие с, с', з, з', ц;

шипящие ш, ж, ч, щ;

твердые п, в, ш, ж, ц и др.;мягкие п', в', ч, щ и др.

Анализ классификации  звуков русского языка показывает, что успешное овладение ребенком фонематической системой языка требует  большой работы по развитию речедвигательного  и речеслухового анализаторов. Поэтому  у него необходимо развивать фонематический слух, т.е. способность различать  и воспроизводить все звуки речи, соотнося их с фонетической системой данного языка; вырабатывать хорошую  дикцию, т.е. подвижность и дифференцированность движений органов артикуляционного аппарата, обеспечивающих четкое, ясное  произношение каждого звука в  отдельности, а также слов и фраз в целом; развивать речевое дыхание, т.е. умение производить короткий вдох и продолжительный ротовой выдох, обеспечивающий длительное и звучное произношение звуков речи, а также плавность и слитность произношения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Акустическая характеристика гласных

 

Гласные — тип звуков, при артикуляции которых потоку воздуха не создаётся существенных препятствий, соответственно, нигде  над гортанью не создаётся сколько-нибудь существенного воздушного давления.

      Артикуляция гласных звуков акустически отражается как периодические колебания по всему спектру, поэтому гласные звуки являются музыкальными звуками[1][2]. Различия в артикуляции гласных достигаются изменением формы резонатора: это может осуществляться изменением в положении тела или корня языка, а также губ. Кроме того, гласные могут иметь дополнительные артикуляции (например, носовую) и фонации.

Подъём определяется вертикальным положением тела языка. Различают четыре подъёма: верхний, средне-верхний, средне-нижний и нижний. Иногда верхние гласные  называются закрытыми (поскольку при  их артикуляции спинка языка ближе  всего подходит к нёбу), а нижние, соответственно, открытыми (редко также  говорят о полуоткрытых и полузакрытых гласных). Не все языки различают  все четыре подъёма: часто встречается  ситуация, когда в языке встречается  лишь один из средних подъёмов (например, в русском или испанском) или  гласные верхне-среднего и нижне-среднего подъёмов являются аллофонами (например, в зулу).

Кроме того, во многих языках (например, в английском, исландском или яванском) встречаются гласные, промежуточные между верхним  и верхне-средним подъёмом [ɪ], [ʏ], [ʊ], но они редко ведут себя как гласные отдельного подъёма, отличного от других (правда, в исландском [ɪ] является отдельной фонемой). Об альтернативном понимании эти гласных см. ниже.

 

Ни один известный язык не различает меньше двух подъёмов. Иногда встречаются утверждения, будто  некоторые языки различают пять разных подъёмов, но на поверку это  не всегда так: так, для многих языков Африки оказывается верным, что предполагаемая система из пяти подъёмов на самом деле является результатом противопоставления гласных не только по подъёму, но и по положению корня языка (см. ниже). Обычно считается, что естественный язык не различает больше четырёх подъёмов.

 

    Ряд определяется горизонтальным положением тела языка: обычно различаются три ряда: передний, средний и задний. Утверждается, что некоторые языки (например, абхазский) не различают гласные разных рядов; однако это верно лишь фонологически, но не фонетически: в абхазском языке есть и звукотип [i] (переднего ряда), и звукотип [a] (среднего ряда), и звукотип [u] (заднего ряда), однако [i] и [u] находятся в дополнительном распределении. Ни один язык не различает более трех рядов.

         Огубленность (лабиализация)

         Кроме изменения положения языка, форму резонатора можно менять с помощью губ. Обычно огубленные (лабиализованные) гласные артикулируются путем вытягивания губ вперед, «в трубочку». Однако есть и языки (например, шведский), различающие два типа лабиализации: так, в шведском противопоставлены обычный [u] и звук [u], при артикуляции которого губы напряжены и находятся довольно близко друг к другу, но не вытянуты.

         Между огубленностью и задним рядом существует корреляция. В некоторых языках эти признаки коррелируют очень четко: так, в русском языке все задние гласные огублены, и наоборот. Конечно, существуют языки и с огубленными передними гласными (немецкий), и с неогубленными задними (вьетнамский), но даже в этом случае огубленные гласные артикулируются чуть ближе к задней части ротовой полости, чем соответствующие им по ряду и подъёму неогубленные, а неогубленные задние — наоборот, ближе к передней части, чем соответствующие огубленные (именно поэтому в таблице МФА огубленные гласные располагаются справа от точки, а неогубленные — слева).

 

Назализация

 

Во многих языках (например, французском) простые (оральные) гласные  могут противопоставляться назализованным, при артикуляции которых нёбная занавеска опущена, и воздух выходит  также через носовую полость.