Механизмы речи

Таким образом, если двигательный слоговой стереотип словопроизнесения однороден по динамической конструкции и неизменен, то он может повторяться в этой форме длительное время без нарушения. При этом способность слогообразования у заикающегося сохраняется. Если же двигательные слоговые стереотипы произносимых слов неоднородны по динамической конструкции и происходит перемена мест сильных позиций от слова к слову и от синтагмы к синтагме, то слогообразование у заикающегося нарушается. Он останавливается на одном из слогов или повторяет его несколько раз. Происходит разрушение динамической конструкции нормализованного во времени слогового стереотипа. В этом и состоит сущность заикания.

Так как каждое из отобранных во фразу слов имеет особую динамическую конструкцию, то для произнесения каждого слова должен даваться всякий раз особый импульс для его запуска. При этом должно учитываться все слово в целом -- его начало, середина и конец, так как только в этом случае будет определена полностью его динамическая, акцентно-выделительная структура. Иначе говоря, при запуске слова, равно как и всей фразы в устной речи, необходимо упреждение предстоящих к произнесению элементов и удержание произнесенных. Если схема упреждения все время остается постоянной, как это бывает при скандированном произнесении, то импульсы для произнесения слов следуют друг за другом без нарушения. Верно и обратное положение -- если импульс на произнесение слова прервался, то это значит, что нарушен переход от одной упреждающей схемы к другой. При этом он нарушен не в самом сложившемся двигательном стереотипе, так как иногда каждое из слов произносится вполне правильно, а в проведении импульсов от ядра речедвигательного анализатора к эффекторам. Импульс на произнесение последующего слога как бы не может пробить себе дорогу через временно возникшую тормозную преграду.

Вывод, к которому мы пришли, может быть сделан на основе внешних наблюдений за процессом заикания. Уже при этом обнаруживаются весьма существенные элементы механизма речи. С новой стороны возникает проблема двигательного слогового стереотипа и его синтезирование при помощи удерживающих и упреждающих импульсов. Однако полученный вывод мало конкретен, так как не учтена вся система речевого механизма. Отсутствуют наблюдения даже за самими эффекторами в момент заикания. На это обстоятельство следует обратить внимание, так как оно имеет принципиальное значение. Сложилось убеждение, что основными органами речи являются те, которые производят активные артикуляционные движения (язык, губы, нёбная занавеска, нижняя челюсть). Движения этих органов можно определять простым наблюдением без применения инструментов. Другим органам речи не придавалось значения. Так, глотка рассматривается просто как проходная для воздуха трубка. Иногда ей отводятся не вполне .определенные резонаторные функции. В связи с этим лишь в очень редких случаях интересуются тем, как в процессе заикания ведет себя вся система речевых эффекторов. В специальных клиниках по лечению заикания производят всестороннее исследование заик, в том числе и рентгенологическое. Исследуются легкие, пищеварительная система и т. п. Но рентгеновская методика не применяется для наблюдения за движением речевых органов, исходя из того предположения, что ничего нового таким способом получить невозможно. В действительности же оказывается, что первое же инструментальное наблюдение за органами, скрытыми в полостях тела, разрушаются укоренившиеся теоретические предрассудки и шаткие гипотезы по вопросу о заикании.

Так существует мнение, что заикание возникает на почве неправильного дыхания. Полагают, что нарушение дыхания и приводит к заиканию. Б связи с этим особым разделом работы с заикающимися является постановка правильного дыхания. Однако практически все усилия, направленные в эту сторону, не приводят к ожидаемым результатам, так же как и методика скандированного произнесения.

В. Шокина провела наблюдения за движением диафрагмы у заикающихся, применив для этого пневмографическую методику и рентгенокимограф. Когда были получены достаточно точные данные о движениях диафрагмы, обнаружилось, что при эволюционном или функциональном заикании дыхание в покое совершенно нормально и ритмично, дыхание же во время речи резко меняется. При заикании после контузии -- картина иная. В этом случае дыхание в покое нарушено так же, как при речи. Таким образом, механизм заикания различен в разных случаях. Постановка свободного дыхания при функциональном заикании не может исправить нарушенного речевого дыхания. Последнее само является результатом расстройства функций речевого механизма или какого-то звена, участвующего в регулировке собственно речевого дыхания. Вот почему построение теории заикания возможно лишь после того, как будет выяснен механизм речи.

Недостаток сведений о функциях речевых органов сказывается еще на одном, центральном для проблемы заикания, понятии. Уже в глубокой древности обратили внимание на наличие судорог в момент заикания. Однако в описании этих явлений с конца XIX в. после работ Сикорского, Гуцмана, Фрёшельса и др. не добавилось ничего нового. Эти авторы, так же как и современные, основываются на наблюдениях за движениями внешне видимых органов речи. Установлено два вида судорог: клонические, т. е. быстро следующие друг за другом кратковременные сокращения и расслабления мышц, и тонические судороги, т. е. длительное сокращение мышц и связанное с этим вынужденное напряженное положение данного органа. Одни из авторов, например Фрёшельс, считают, что заикание всегда начинается с клонуса и в более поздней стадии переходит к тоническим судорогам. Другие, как, например, Орфинская, Рейнгардт и Налетова, разделяют заик на два типа -- клоники и тоники. Однако ни одна из этих концепций не является убедительной, так как само явление судорог изучено поверхностно.

Анализ судорожных явлений в общей системе речевого процесса, даже без дополнительных фактов, позволяет «сделать некоторые выводы для руководства дальнейшим исследованием. Систему речевых эффекторов можно рассматривать как прибор, состоящий из трех звеньев: звено звукогенераторов, резонаторов и энергетическое звено. К звукогенераторам относятся: а) голосовые связки для образования гласных и б) язык и губы при артикуляции согласных, когда в полости рта образуются или прорываемые воздухом затворы, или узкие щели, в которых в турбулентном воздушном потоке возникает шумовой звук. Генерация звука возможна лишь при определенных энергетических условиях, т. е. при определенном аэродинамическом режиме. При клинической судороге языка или губ или тех и других вместе воздушный поток в надставной трубке будет прерываться. Звукообразование сохранится, т. е. будет слышно произнесение п, п, п, п, или /с, /с, к, к, но аэродинамические условия останутся постоянными, тогда как они должны были бы измениться при переходе к артикуляции следующего звука, например а (па, ко) или при переходе к следующему слогу ра. Смена артикуляции автоматически вызывает смену воздушных давлений. Регулировка речевого дыхания производится движениями самих речевых органов. Это авторегулирующийся механизм. Если не произошла смена артикуляции, то не произойдет и изменения аэродинамических условий в надставной трубке.

То же самое происходит и при тонической судороге. При заикании на n крепко сожмутся губы, при заикании на /с шинка языка прижмется к твердому нёбу. Так как надставная трубка перекрыта, то« и нет условий для генерации звука. Начнется только первая фаза -- приступ. То же относится и к работе голосовых связок. У заикающегося вибрация голосовых связок находится в норме. Он не является афоником. Клоническая и тоническая судороги захватывают лишь функцию приведения голосовых связок, т. е. сужение и расширение голосовой щели. Но изменение просвета голосовой щели изменит подсвязочное давление и, следовательно, снова нарушится одно из звеньев авторегулировки аэродинамических условий образования звука. К такому же выводу следует прийти в части резонаторной системы. У заикающегося оба резонатора--ротовой и глоточный, как резонаторы, работают нормально, так как произносимые звуки содержат узнаваемые слухом характерные форманты. Но судорога в любом из резонаторов будет снова разрушать механизм авторегулировки подачи энергии для звукообразования.

Итак, в каком бы месте ни происходила судорога, при этом всегда будет нарушаться саморегулировка механизма речи, ибо открывание и закрывание проходов для воздуха производится движениями речевых, органов. Однако нарушение в подаче энергии возникает только в том случае, если произойдет остановка движения одного из органов. В любой момент движения органов все равно автоматически будет происходить регулировка подачи энергии и лишь в тот момент, когда какой-нибудь из них застынет в неподвижности, тогда весь процесс остановится.

Это значит, что какой-то из речевых органов в момент заикания всегда будет находиться или в заторможенном состоянии, или в состоянии инертного, затяжного возбуждения. Тоническая судорога в обоих случаях должна войти как неизбежный компонент в каждый акт заикания. Другие органы могут находиться в клонусе, но остановка процесса произойдет только от того, что в каком-либо месте создались невозможные условия для смены речевых движений.

Как же понять клоническую судорогу? Если человек произносит подряд слоги па, па, па, па, то такое произнесение следует назвать нормальным. Судорога появится только тогда, когда на n произойдет задержка, остановка: пппа, ппа, пппа. Если произносится простой слог а, то и здесь заикание будет при задержке а. Вначале будет задержка, потом отступ. В этих случаях клоническая судорога содержит в себе, как начальный компонент, тоническую задержку. В других случаях тонический компонент может быть только на глотке, а клонус на языке и губах, что будет выражаться в их дрожании. Заикание в клонической форме не имеет ничего общего с персеверацией (повтором) слогов. Персеверация -- результат инертности центрального возбудительного процесса, само же произнесение слогов вполне нормально. У заикающегося же происходит поломка ранее крепко сложившегося нормативного слогового стереотипа слова в момент его запуска. Стереотип ломается в основной его части -- в произносительной единице, в слоге. Вследствие задержки в синтезе слога речь прекращается, хотя клоничеекие движения не только некоторых речевых органов, но и других мышц, например крыльев носа, могут сопровождать тоническую задержку.

Анализ судорожных явлений привел нас к тому же выводу, как и рассмотрение запуска слоговых стереотипов разной динамической конструкции. При заикании переход от слогового стереотипа одной конструкции к стереотипу другой конструкции вызывает тоническую задержку и?

Поломку слогообразования. Следовательно, в этот момент нарушается связь между центральным управлением и эффекторами. Но связь нарушается только в каком-то одном звене, а именно -- синтезе слога. Следует допустить, что в системе органов речи есть специальное слогообразующее звено. Этот вывод подводит нас к одной из центральных проблем механизма речи, так как слог является произносительной единицей.

Более точное рентгенологическое наблюдение за движениями органов речи в процессе заикания доставляет богатый материал не только для того, чтобы подтвердить выставленную здесь концепцию и вскрыть последовательные этапы развития процесса поломки слогового стереотипа, но и для того, чтобы на случае патологии обнаружить взаимоотношения и связь разных систем речевых органов в норме. Изложение этих фактических материалов и их обсуждение отнесено в последнюю главу нашей работы, так как разобраться во всех этих довольно сложных явлениях можно лучше после определения функций разных звеньев речевого механизма в целом и их совместной работы.

Подводя итоги этой главы, можно кратко сформулировать следующие общие положения. Объединение и систематизация фактов, -полученных при изолированном изучении разных патологических явлений речевого процесса, дают в руки ценный материал и являются одним из важнейших методов исследования механизма речи. Здесь мы с новой стороны встречаемся с теми же центральными проблемами, которые неизбежно возникают при изучении речи разными другими способами и в разных дисциплинах. Эти проблемы группируются вокруг двух основных вопросов -- приема и выдачи сообщения. Для решения этих вопросов возникает необходимость выяснить состав элементов сообщения. Из материалов по изучению афазий вытекает, что в состав сообщения входят разнообразные единицы, каждая из которых анализируется и синтезируется в разных системах. Речевой тембр входит в статическую систему речи и является устойчивой нормативной единицей, выполняющей сигнальную функцию различения звуковых комплексов, составляющих слово. Нарушения в этой системе приводят к десемантизации звуковых комплексов и невозможности приема и выдачи сообщения.

На выходе речевых эффекторов формируется новая речевая единица, произносительная, -- это слог. Тембры входят в состав слога, но сами изолированно, вне состава слога, непроизносимы, так как являются лишь признаками речевого звука. В момент нарушения слогообразования, как при заикании, прекращается и речь. Набор слогов, составленных по определенным, регулируемым нормой, правилам, образует слово, которое следует рассматривать в составе механизма речи как двигательный стереотип. Слово является основной единицей сообщения, так как только оно обладает предметным значением. Накопление словаря для составления из его элементов сообщения происходит извне, через посредство приема речи слухом. Нарушение слухового приема приводит к невозможности образования двигательного стереотипа слова, так как обратная кинестезическая связь лишается контроля. Слогообразование и слогоделение составляют динамическую систему речи.

Отбор слов по определенным правилам составляет сообщение. Как для слова, так и для сообщения в целом, необходимо удержание предшествующих элементов и упреждение предстоящих реализации. Нарушение этого приводит к невозможности приема и составления сообщения, что наблюдается при амнестической и премоторной афазиях. Указанные вопросы во многом совпадают с теми, которые поставлены в предшествующих главах этой работы. Они и составляют ту проблематику, которая является общей для разных дисциплин, изучающих речевой процесс и нуждающихся в исследовании механизма речи. В новой постановке те же вопросы возникают и в других направлениях, изучающих Речь, которые будут рассмотрены в двух следующих главах.

9 ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Среди дисциплин, занимающихся исследованием речевого процесса, пожалуй, наиболее точным фактическим материалом располагает инженерная акустика. Она установила ряд бесшорных фактов, которым дано количественное математическое выражение. Успех в этой области обусловлен не только высоким уровнем развития физико-математических дисциплин, но и очень отчетливыми практическими задачами, которые возникают перед техникой звукопередачи.

Речь можно рассматривать как чисто акустическое явление, просто как звукоряд, независимо от функции обозначения. Какой бы звук ни возникал -- природный, речевой, или искусственный, -- он обладает достаточно точно определенными признаками, учет которых позволяет сохранить эти признаки при переводе одного вида энергии в другую. Звуковая энергия может быть переведена в электрическую, электромагнитную, механическую и т. п.; ее можно трансформировать. Меняющийся поток звуков возможно фиксировать, звуки можно сохранять и многократно воспроизводить в первоначальном виде. Отдельные элементы звука или звукокомплекса могут усиливаться, ослабляться, исключаться, заменяться другими и т. п. Все это позволяет выяснить звуковой состав акустического явления в его элементах и учесть роль каждого из признаков. Для физики безразлично, транспортируется ли по линии передачи мычание коровы, шелест листьев, пение соловья или речь человека. Любые из этих звуков могут быть исследованы в их элементах одними и теми же методическими средствами. Но так как сами звуки в составе элементов, их последовательность и соотношение будут разными, то возникает задача узнать специфические особенности данного вида звуков.

Очевидная особенность речевых звуков состоит в том, что они имеют специфическое сигнальное значение, являются средствами предметного обозначения. Признаки речевого звука, их группировка и последовательность являются носителями предметных значений или, что то же,-- переносчиками предметных значений. Звук, образовавшийся на выходе речевых эффекторов, транспортируется <по упругой воздушной среде, по линии электропередачи или по радиоволне к уху слушателя. Во всех этих случаях переносчики должны без потерь доставить переносимые ими сигнальные значения к месту приема. Возникает необходимость узнать, какие же именно предметные значения переносятся теми или другими элементами речевого звука и какие помехи могут повлиять на переносчиков и исказить сами сигнальные значения. Совершенно очевидно, что решение этого вопроса уже невозможно чисто физическими средствами. Необходимо учесть весь приемный механизм речи, узнать, какие, теперь уже новые, переносчики вместо звуковой энергии транспортируют полученные сигнальные значения по нервам в, мозг и как мозг синтезирует эти эквивалентные признакам сигналы в предметные значения и тем самым принимает речь.

Никакой учет акустических особенностей речи и расчет аппаратуры для ее передачи не имеет смысла, если этот учет и расчет не проверены в практике приема слушателем. Вот почему все акустические измерения во всяком случае исходят из некоторых элементарных для приема звука фактов, например, учета порога слуховых ощущений.

Но проблема должна быть значительно расширена. Следует учесть не только принимающего речь, но и передающего ее, так как именно им создается самый акустический эффект. Так возникает особая дисциплина -- физиологическая акустика. Основоположником этого направления является Гельмгольц, который, применив акустические измерения, построил концепцию речевых резонаторов и теорию слуха. Накопившиеся факты, развитие техники и новые, более глубокие задачи заставляют в наше время расширить еще больше круг проблем. Акустические измерения могут стать и становятся методом исследования таких процессов, как узнавание речевых звуков и слов, понимание речи, усвоение языка, коммуникативные средства общения, особенности разных языков и т. п. Так возникает новая проблематика психологической акустики речи. В основе этой проблематики лежит изучение механизма речи. Надо знать не только самый акустический эффект, но, через его изучение, и способ формирования речевых звуков и их комплексов, а также условия их приема.

Существует три ряда разных материальных явлений: а) средства образования признаков речевого звука, б) сами эти акустические признаки, в) средства их приема. Все три ряда эквивалентны потому, что в каждом из них сохраняется тождество сигнальных значений. Задача состоит в TOM, чтобы узнать, при каких условиях сохраняется эквивалентность этих рядов, т. е. как должен быть сделан звук, чтобы в акустическом эффекте слушающим принимались сигналы, равнозначные с сигналами говорящего. Так как во всяком звуке, а не только в речевом, неразрывно слиты разные признаки, k тому же меняющиеся в разных условиях образования, передачи и приема, спрашивается, как в изменяющемся звуковом потоке сохраняется неизменность признаков и их сигнальных значений. Иначе говоря, этот вопрос приводит нас к тому же делению речевого процесса на статику и динамику, с которым мы уже встречались в предшествующих главах. Решение его имеет первостепенное значение для понимания механизма речи в целом. Первое, что здесь необходимо, *-- это установление акустических единиц измерения статики и динамики и выяснение соотношения этих явлений.

10. АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ СТАТИКИ РЕЧИ

Единицей измерения статических элементов речи является звуковой спектр. Как известно, всякий сложный звук может быть разложен на ряд Фурье, т. е. на ряд простых синусоидальных колебаний, состав которых и образует звуковой спектр. Измерение состоит в том, что устанавливается: а) набор номеров тех простых звуковых частот, которые входят в состав сложного звука, считая, что номера низких частот расположены слева, а высоких--справа, и б) амплитуда каждой из встретившихся частот. Если каждая из частот по числу колебаний является кратной к самой низкой частоте, то такой спектр образует гармонический ряд, входящие в него частоты называются гармониками, а самый спектр является ограниченным или выборочным. Таким спектром обладают звуки гласных. Если частоты спектра имеют случайную амплитуду и через случайные промежутки времени могут появиться в любом месте спектра, то такой спектр является негармоническим и неограниченным однородным спектром. Такой звук, по аналогии с белым светом, называется белым шумом. Накладываясь на выборочный спектр, белый шум образует помеху, при которой не могут быть выделены признаки выборочного спектра. Если амплитуды частот спектра распределяются по определенной кривой вероятности, но сами частоты негармоничны и могут встретиться в любой полосе спектра, то такой спектр является сплошным и неоднородным, но характеризует звук в определенном качестве. Таким спектром обладают согласные.

Звуковой спектр представляет некоторую картину амплитуд частотных составляющих сложного звука. Теоретически, звук должен длиться бесконечно для того, чтобы имело смысл говорить о его спектре. Если период звука изменился, следует признать наличие другого, нового, бесконечно длящегося звука, обладающего своим особым спектром. Таким образом, спектр есть не что иное, как аналитический состав данного звука, представленный в статике. В действительности один звук может переходить в другой. Для учета статики необходимо знать минимальное время, в течение которого данный звук сохраняет свой спектр. Получение таких статических срезов и составляет задачу акустических спектральных измерений. Измерения показывают, что порог времени восприятия различен для разных частот. Так, частота в 50 герц узнается как тон за время его длительности в 0,08 секунды, за которое проходит 4 полных колебания. Частота в 1000 герц требует время 0,015 сек. -- 15 колебаний в секунду. Тон в 10000 герц требует время 0,030 секунды (300 колебаний) 1. Однако стоит только звук гласного растянуть на время, которое больше, нормы обычного речевого произнесения, т. е. пропеть, как этот гласный перестает узнаваться. Это значит, что спектр гласного изменился за время его произнесения. Мы проводили запись на магнитофоне пропетых от 1 до 2 секунд гласных а,-о, э, у, и, ы. Эти гласные продолжают узнаваться, если их слушать с начала звучания до конца. Но если из той же записи вырезать кусочки магнитофонной ленты IB 2 см, взятые: а) из начала звучания и б) из середины звучания, то склеенные кусочки ленты начала звука (а) узнаются как а, о, з, и т. д., кусочки же, где была записана середина звука (б), воспринимаются почти как одинаковые и похожие на ы (нечто вроде гудка автомобиля). Это значит, что удлинение произнесения речевого звука сверх определенной речевой нормы приводит к изменению спектра звука.

Таким образом, есть оптимальное время и определенные условия образования речевого звука, при которых его спектр будет сохранять характерные признаки, узнаваемые слухом, и принимать данное качество звука как всегда тождественное. Такие характерные признаки спектра называются формантами речевого звука.

Если в звуковом спектре есть речевая форманта и слух способен отделить ее от других неформатных признаков спектра, а также от других признаков звука -- его силы и основной частоты,--то выделяемая таким образом статическая единица приобретает сигнальное значение как элемент звука. В каждом языке есть всегда точно определенное число этих элементов (т. е. звуков речи -- а, о, и, п, с, ж и т. п.), например в русском языке 39, из которых составляются по известному правилу звуковые комплексы слов.

Сигнальное значение слов определяется их соотнесенностью с обозначаемыми ими явлениями действительности, а сигнальное значение элементов словесного звукокомплекса (звуков языка) определяется различием выделяемых речевых формант. Поэтому при помощи слов различают явления действительности, а по звукам речи различаются самые слова. Слово прут (пишется «пруд»), как обозначение водоема, отличается ло предметному значению от слова прут, как обозначения тонкой, определенной длины палочки, сделанной из какого-либо материала, но по составу звуковых элементов эти два звукокомплекса ничем не отличаются. Наоборот, например, слово он может обозначать то же, что слова Иван Петрович, если сообщение Он пришел и Пришел Иван Петрович эквивалентны по содержанию предметных отношений. В то же время состав элементов заменяемых слов различен.

По сигнальному значению форманты спектра могут быть различными. Кроме собственно речевых формант, определяющих различие элементов звукового состава слова, в речи людей могут быть выделены индивидуальные, голосовые форманты, характерные для голоса данного человека. По этим формантам опознается источник речи. В звуковом кино, вследствие срезания высоких частот, эти форманты теряют часть признаков, поэтому голоса людей хуже узнаются, чем в естественной речи. Для устранения этого недостатка прибегают к демонстрации изображения говорящего на крупном или среднем плане.

Сигнальное значение голосовой форманты резко отличается от сигнального значения собственно речевой. Речевая форманта определена условной нормой данного языка и служит средством различения значащих слов, голосовая же форманта определена устройством речевого прибора данного человека и не имеет значения для различения звукового состава слов, если все звуки артикулированы правильно, и служит средством узнавания человека по голосу. Голосовая форманта является опознавательным признаком, речевая форманта -- сигналом различия звуковых элементов слова, а слово--знаком предметных отношений. Голосовые форманты могут различаться и слухом животного. Так, собака узнает голос хозяина. Может быть построен акустический приемник, который будет принимать лишь определенные голосовые форманты *и транспортировать эти сигналы на соответствующее исполнительное устройство. На сигналы с другими голосовыми формантами такое устройство реагировать не будет.

Кроме указанных двух видов формант, существует третий вид -- специально выработанные форманты. В исследовании С.Н. Ржевкина была найдена специальная певческая форманта, которая образуется при определенном положении певческих органов. Это положение в недавнее время было хорошо подтверждено рентгенологическим исследованием Л.Б. Дмитриева, который показал, что при пении в значительной степени сглаживаются те различия в объемах резонаторов, которые характерны для речи, вследствие чего и появляется специально выработанная певческая форманта. Специально выработанная форманта является признаком культуры голоса и определяется условиями его воспитания. Так, известно, что в сельских местностях часто можно встретить пение на так называемом открытом звуке, при котором в голосе появляется крикливость вследствие усиления в составе спектра высоких гармоник. Эти свойства голоса приобретаются, как манера петь, от старшего поколения.

1 От предметных значений слов следует отличать коммуникативные значения, применение которых определяется другими правилами. Так иногда может быть «неудобно» или «невежливо» про Ивана Петровича сказать: «Он пришел».

2 В.С. Казанский журнал «Прикладная физика», 1928, № 5.

3 Л.Б. Дмитриев, Об акустической природе некоторых физиологических *приспособлений голосового аппарата при пении, Проблемы физиологической акустики», т. П, изд-во АН СССР, 1955, стр. 34.

Аналогично этому в каждом из языков складывается определенная манера или произносительные привычки при производстве звуков речи. Так, в немецком языке, в отличие от русского, гласные произносятся с твердым приступом, т. е. с твердой атакой звука, что вносит в спектр звука определенные изменения. Этого вида форманта не играет никакой роли для различения элементов звукового состава, но является постоянным признаком некоторых из этих элементов (гласных). Такие признаки речевого звука иногда называют термином, введенным Бодуэном де Куртене, -- антропофоническими.

Так как сигнальная функция собственно речевых формант и сигнальная функция слова, в которое входят эти форманты, различны, то различен и механизм анализа и синтеза этих речевых образований. Из лексикона по известным правилам, путем отбора слов, может быть составлено сообщение; из состава же речевых формант, помимо слова, сообщение не может быть составлено. Слова составляются из звуков только по определенному правилу. Механизм отбора слов и механизм набора формант различны. Отбор слов определяется самим говорящим, он происходит в источнике сообщения, тогда как отбор формант определяется нормой языка. В каждое слово входит только определенный набор формант, который не может быть изменен ни в источнике сообщения, ни на приеме слушающего. Этим обеспечивается анализ и синтез вполне тождественных элементов, сохраняющих статическое постоянство за все время речевого процесса. Тождество должно сохраняться от момента начала отбора слов для сообщения, соблюдаться при передаче импульсов на речевые эффекторы и в период формирования речедвижений во всех произносительных системах. Оно должно сохраняться при любых видах транспортировки сообщения по воздушной среде или по линиям передач. Наконец, оно должно сохраняться на всех стадиях приема -- от момента поступления на слуховые рецепторы до момента усвоения сообщения корковым ядром слухового анализатора. Очевидно, что речедвижения-- это явления одного порядка, формантные признаки звука -- явления другого порядка, электрические импульсы в линиях передач -- явления третьего порядка и, наконец, нервные импульсы -- явления нового порядка. Спрашивается, каким образом может сохраняться тождественность при переходе статических элементов речи через все эти совершенно различные по материальной природе ряды явлений?

Для сохранения тождественности достаточно, чтобы тождественными были звенья начального и конечного ряда, промежуточные звенья могут быть только эквивалентными. Человек воспринимает речевые форманты как тембр, т. е. как специфическое качество того или другого речевого звука. Следовательно, при отборе слов говорящим будет в начальном звене процесса восстанавливаться нормативный набор тембров. В конечном же звене процесса слушающим должен быть принят тот же набор речевых тембров. Во всех промежуточных звеньях процесса тембры могут быть заменены любым сигналом, если он способен модулировать или изменяться так же, как и самые тембры. Такой сигнал будет сигналом, несущим тембры, или переносчиком тембров.

Для того чтобы тембры были заменены каким-либо сигналом, необходим преобразователь. Таким преобразователем является, например, микрофон, который звуковые признаки, в том числе и спектр формант, преобразует в электрические импульсы. Таким же преобразователем будет и резонаторная надставная трубка. Преобразователь только тогда выполнит свою роль, когда преобразования будут линейными, т. е. будет сохраняться пропорциональность между воздействием и откликом несущего сигнала. Таким образом, всякий набор тембров или всякое модулирующее воздействие на преобразователь будет изменять какой-либо параметр нового сигнала, например электрического, звукового или нервного.

Передаваемым тембрам соответствуют определенные модуляции резонирующей надставной трубки, а этим модуляциям соответствуют номера частот звукового спектра и величина амплитуд этих частот. Измеряя спектры, мы измеряем одну из величин в одном из промежуточных звеньев речевого процесса, которое является эквивалентным другим звеньям. Вследствие эквивалентности звеньев весь процесс может быть сведен к передаче номеров или чисел.

Так и поступают в инженерной акустике. Набор цифр, соответствующих элементарным сигналам, составляет код. Из двух чисел 1 и 0 может быть составлен код, если определено постоянное количество мест, по которым могут размещаться эти два числа. Такой код называется двоичным. Так, например, в телеграфном коде Бодо2 подается два элементарных сигнала -- включение тока, что соответствует числу 1, и выключение тока (отсутствие посыла), что соответствует числу 0. Числа 1 и 0, комбинируясь по пяти местам, могут передать 32 комбинации, которые можно соотнести с буквами алфавита. Такой код будет двоичным и пятизначным:

А Б В Г Д E Ж

1СОЭО 00110 01101 01010 11110 01000 00011 и т.д.

Аналогичным образом может быть кодирована и передача речевых тембров. Однако для инженерной акустики этот вопрос не возникает. Для -передачи сообщений по линии связи нет необходимости отличать речевые тембры от других видов тембра. Наоборот, в задачу входит по возможности передать все виды тембровых оттенков. Для этого достаточно учесть модуляцию спектров по частоте и амплитуде и влияние разного вида помех. Инженерная акустика не ставит проблемы отбора слов и не рассматривает вопроса о разных видах сигнальных значений. По линии передачи могут быть переданы осмысленные или бессмысленные сообщения, верные или неверные, эмоциональные или неэмоциональные -- во всех случаях будет передаваться комбинация сигналов, которая рассматривается как сообщение.

При изучении же механизма речи нельзя отвлечься от сигнальных значений тех или других словесных элементов и образований. Сама речь есть не что иное, как сигнализация. Это сигнал сигналов- При изучении механизма речи необходимо узнать весь состав элементов, их роль и связь звеньев в процессе сигнализации. Акустические измерения помогают изучить лишь одно звено этой системы. Но и здесь необходимо отделить то, что относится к собственно речевым явлениям , от других, а в самих речевых -- элементы и составляемые из них комплексы с учетом сигнальной функции тех и других. Такое изучение ставит перед собой задачу определения анализа и синтеза элементов как средств речевого общения.

Основной вопрос, который возникает при изучении статики речи, состоит в том, чтобы конкретно определить, в чем же состоит эквивалентность между речевыми тембрами и спектрами, т. е. каким видам спектра соответствует слышимое качество речевых звуков -- а, о, п, т и т. д. Современная техника располагает достаточно точными средствами для того, чтобы определить спектры звуков речи как при их отдельном произнесении, так и в потоке речи. Кроме специальных спектрометров, может быть применена методика срезания частот сверху или снизу при помощи электрических фильтров. Таким способом, произнося тот или другой звук, можно записать на магнитофонной ленте акустический эффект, в Котором устранены все частоты, кроме определенных. Если при наличии только этих частот данный звук узнается как себе подобный, следует признать, что эти частоты являются характеристическими формантами данного речевого звука. Однако до сегодняшнего дня -вопрос о формантном составе речевых звуков нельзя считать решенным. Разные исследователи приходят к разным выводам. Некоторые, например признают наличие четырех формант, другие для разных речевых звуков -- от одной до четырех формант, например Ю.С. Быков, М.С. Литвак считает достаточным для узнавания одних гласных одной форманты, для узнавания других гласных -- двух. Спрашивается, чем .можно объяснить эти разногласия?

Наблюдения показывают, что сходные по звучанию гласные в одном слове, например ана (она] или Анна, если удалены соответствующие характеристические форманты, в ударном положении не узнаются -или переходят в другой звук (например э). Вместе с тем при той же фильтрации неударное а узнается. Кроме того, обнаруживается, что в зависимости от предшествующего согласного в слоге вырезка формант влияет на узнавание гласного то в большей, то в меньшей степени. С другой стороны, и согласный приобретает разные оттенки, в зависимости от того, какие фильтры поставлены при узнавании гласного, окруженного согласными.

Эти наблюдения подтверждают давно известное в фонетике положение, установленное по слуховому восприятию, о том, что звуки речи в условиях разного фонетического окружения слышатся по-разному. Так, мягкие согласные влияют иначе на гласные, чем твердые, например у в -словах лук, и люк (л у к) или э в словах смертный (твердое т) и смерть (мягкие т, р). Это так называемое явление аккомодации. К комбинаторным изменениям звуков относится и ассимиляция, т. е. уподобление одного звука другому в каком-либо признаке, например озвончение глухого согласного перед звонким -- збить вместо сбить. В последнем случае на б включаются голосовые связки, которые должны быть раньше выключены на с. Такая очень быстрая смена импульсов посыла из центра может быть достигнута лишь при учете инертности произносительного аппарата, сообщаемой по обратной связи от органов речи. Как было отмечено выше, колебания голосовых связок должны продолжаться некоторое минимальное количество периодов для того, чтобы слухом был уловлен тон. Сочетание зб (збить) удлиняет время колебания голосовых связок и в большей мере удовлетворяет этому требованию, чем сочетание сб (сбить). Замена звонкого б на глухое n устраняет необходимость смены импульсов на голосовые связки, поэтому с в слове испить не меняется. Оно не будет меняться и в том случае, если слово произнести с удлинением с -- сбить, т. е. если перед звонким б сделать как бы особый слог съ. Только в том случае, когда с встречается с б в законченно сложившемся стереотипе разговорного произнесения, оно испытывает влияние предшествующих и последующих звуков, входящих в данный словесный стереотип.

Этих кратких напоминаний достаточно для того, чтобы заметить, что набор спектров в акустическом составе слова зависит от деятельности речевого прибора в целом. Интерпретация акустических измерений значительно облегчается при учете работы речедвигательного анализатора. Становится ясным, что статические элементы речи (спектры) испытывают довольно сложную перестройку, включаясь в состав того или другого слова. Нельзя представлять дело так, что существует определенный состав статических элементов, из которых при постановке их друг за другом может быть составлено слово. В действительности, включаясь в слово, спектры перестраиваются. Однако и при этом сохраняется или формантное тождество, или регулируемая нормой языка замена звука. Таким образом, во всяком случае тождественным остается в известных пределах состав спектров данного слова. Но нет и не может быть спектрального тождества сходных звуков в разных позициях слова. Так, спектры а в ударной и неударной позициях, будут разными. Формантные же признаки звуков в ударных позициях, как показало исследование Б.А. Шварц, определяются не столько номером полосы частот, сколько контуром сгибающей спектра. Аналогичные выводы получились и в наших наблюдениях. Характерным для спектра данного звука является не только абсолютная амплитуда в той или другой полосе частот, но и соотношение амплитуд. Как будет показано в третьей части этой работы, соотношение амплитуд меняется при определенных изменениях резонансных полостей произносительного аппарата.

Нетрудно понять, с чем связана перестройка спектров входящих в слово звуков, при сохранении их формантных признаков. Здесь мы встречаемся все с тем же явлением удержания и упреждения элементов, «составляющих слово. Произнесенный элемент не может быть полностью отторможен, так как тогда бы он отключился от словесного стереотипа как особая раздельность. С другой стороны, предстоящий к произнесению элемент должен получить подготовительное возбуждение раньше чем начнется его произнесение, иначе он запоздает и тоже превратится в особую раздельность. Такое упреждение и удержание необходимо для преодоления инертности произносительного прибора, требующего времени на запуск и отпуск. Однако удержание и упреждение были бы невозможны и вызвали бы резкое столкновение возбудительных и тормозных процессов, если бы весь процесс не регулировался особым механизмом. Такой механизм и существует. Это слогоделение. Слова произносятся по порциям, каждая из которых составляет звено. Упреждение и удержание, т. е. слияние звуков, происходят в каждом из звеньев, чем облегчается сцепление и самих звеньев. Так, наряду со статикой речи возникает слоговая динамика.

11. АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИКИ РЕЧИ

Так как статические элементы слова являются лишь соотношением спектральных признаков звука, то они входят в аналитический состав конкретного речевого звука всегда наряду с другими признаками. Поэтому сами статические элементы отдельно от этих других признаков непроизносимые. Слог является тем материальным средством, через посредство которого только и может осуществиться всякое произнесение. Это пункт связи между дискретностью постоянных статических элементов и непрерывной сплошностью реального, конкретного произнесения. Механизм слога состоит в том, что в нем действуют две противостоящие силы. Одна из них статическая, обеспечивающая тождество сигнальных значений, другая непрерывно изменчивая, регулирующая перестройку значений. Так, в слове город последний статический элемент д в устной речи переходит в т -- горот. Казалось бы, что нарушилось тождество, так как один статический элемент заменен совершенно другим. Однако в действительности эта слоговая динамическая перестройка, прортзведенная заменой звука, усилила и расширила тождество обозначений. Замена показала, что т в слове горот и д в слове города это по функции один и тот же элемент. Несмотря на перестройку или, вернее, именно вследствие перестройки, две формы слова -- горот и города стали объединяться как разные формы) одного и того же, тождественного себе слова. Слово приобрело -расширенное, обобщенное тождество, дифференцируясь на две формы (единственного множественного числа) путем замены статического элемента или путем его динамической слоговой перестройки.

Обычно полагают, что слог не выполняет никаких семантических; функций. И действительно, различие слогов не определяет различия значений. Слоги--простой, сложный, открытый или закрытый, как виды слогов, не содержат в себе никаких указаний на различие значений. Но так как произносительной единицей является слог и только слог, то все обозначения и перестройки обозначений могут совершаться только материальными слоговыми средствами. Если есть способность производить слоги, то возможна речь. И наоборот, речь невозможна, если нет способности слогообразования и слогоделения. Спектры включаются в состав слогов, слова составляются из слогов, фразы членятся по слоговым разделам слов. Вот почему основной и первой задачей изучения механизма речи является исследование образования слогов, слогоразделов, набора слогов и слоговых перестроек.

Спрашивается, какие сигналы становятся носителями слоговой динамики? Такими сигналами являются три отдельных (кроме спектра) признака звука -- частота основного тона, сила (интенсивность) и длительность. Встречаясь на арене слога, эти сигналы сложно сочетаются и могут передавать друг другу сигнальные значения и замещаться. Физической особенностью частоты, силы и длительности является то, что, в отличие от дискретных спектров (определяемых по составу номеров), они образуют непрерывность. Каждая последующая ступень прироста частоты, силы и длительности является величиной бесконечно малой. Это вызвало бы не только значительные затруднения при акустических измерениях и при передаче звука, но и при приеме его слушателем, если бы непрерывная сплошность не разлагалась на дискретные величины. Действительно, малейшее случайное изменение частоты, силы и длительности звука в произносительном аппарате изменило бы величину сигнала, а поэтому нарушило бы и сигнальное значение, уничтожая эквивалентность рядов. Эти случайные или посторонние изменения, которые могут возникнуть в самом речевом приборе, в линии передачи или в воздушной среде, разделяющей говорящих (шум в помещении), можно рассматривать как помеху, которая искажает передаваемые модуляции признаков звука. Слушающий может принять за динамическое усиление или ослабление то, что не входило в намерение говорящего.

В инженерной акустике для устранения влияния помех учитывают их и непрерывные величины переводят в дискретную шкалу. Если помеха не превосходит половины интервала между двумя соседними уровнями, то сигнал определенной величины может быть отнесен к ближайшему дискретному уровню установленной шкалы. Таким образом, в данной найденной дискретной шкале вся динамика сигналов будет воспроизведена в полной соотносительной точности. Помеха останется за шкалой, она не будет влиять на учет ступеней роста сигналов. Замена непрерывной шкалы уровней дискретной называется квантованием. Сигнал, представленный последовательностью дискретных значений, называется квантованным.

Таким образом, динамика будет передаваться по квантам частоты, силы и длительности. Такая дискретная квантованная шкала только тогда приведет к эффективному результату, когда и на приеме те же сигналы при преобразовании их в другие будут распределены по шкале квантования. Следовательно, надо спросить, производит ли слух квантование акустических сигналов, и если производит, то по какой шкале. Ответив на этот вопрос, можно установить ту шкалу, по которой следует производить акустические измерения динамических модуляций речевого звука.

Известно, что слух человека действительно шкалирует непрерывные величины по ступеням прироста, или квантам. Это явление называется разностным, или дифференциальным, порогом различения звуков по высоте, громкости и времени. Установлено, что в отношении высоты слух человека обладает интервальной природой. Это значит, что слух оценивает не каждую частоту по отдельности (измеренную, например, при помощи осциллографа), а прирост высоты одного звука по отношению к другому, т. е. интервал.

Каждый определенный интервал одинаков, как ступень, на всем диапазоне слышимых частот. Поэтому интервалы могут складываться и вычитаться. Эти положения проверены многовековой музыкальной практикой, в теории которой принимается за единицу измерения воспринимаемого слухом интервала цент, или сотая доля темперированного полутона. Так как измеряемые на акустической аппаратуре величины частот растут в геометрической прогрессии, а воспринимаемые интервалы в арифметической, то цент является минимальным логарифмическим шагом шкалы высот. В темперированном строе за исходную величину принимается октава. Исходя из этого, основанием логарифма для вычисления центов является У. Это удобно, так как высоты темперированных интервалов в центах выражаются целыми и сотыми: малая секунда -- 100 центов; большая секунда -- 200 центов; малая терция 300 центов и т. д. Сумма интервалов квинты (500 центов) к кварты (700 центов) составит октаву (1200 центов). Разность между интервалами квинты (700 центов )и большой терции (400 центов) составит малую терцию (300 центов). Физически же измеряемые интервалы образуются путем умножения или деления интервальных коэффициентов измеряемых частот. Так, произведение квинты (3/2) на кварту (4/з) Даст октаву: s/2.*/B = z/L или деление квинты (3/2) на большую терцию (5Д) даст малую терцию: 3/2 : 5/4 = 6/б.

Н.А. Гарбузовым 1 разработана концепция зонной природы слуха. В его исследовании показано, что порог различения высоты между двумя соседними элементами равен приблизительно 6 центам, порог различения между соседними интервалами 24 центам, порог же различения между разными ступенями интервалов 50--60 центам 2. У разных испытуемых зона узнавания тона колеблется в пределах от 50 до 180 центов.

Н.А. Гарбузов, исследуя исполнение скрипачей, нашел, что они применяли интервалы, являющиеся комбинацией из разных систем музыкального строя, но находящихся в пределах тональной зоны. Особенно важно подчеркнуть, что при этом аккомпанемент на фортепьяно не являлся помехой. Это значит, что квантование шкалы по темперированному строю находится в пределах зональной природы слуха. Любые случайные модуляции высоты или помехи внутри зоны данного интервала не будут восприниматься как значимые.

Однако несомненно, что функции звуковысотного слуха в музыке и речи различны. В речи нет мелодии, в которой звуковысотное движение отсчитывается от начального тона и составляет определенную повторяющуюся форму. В речи звуковысотный интервал образует лишь восходящий или нисходящий акцент, как средство выделения слога в фразе. Это сигнал выделения одного из элементов речевого субстрата, тогда как в музыке звуковысотное движение развертывается в субстрате самого звука без каких-либо специфически слоговых образований. Это различие между функцией высоты в музыке и речи позволяет сделать вывод, что квантование шкалы по равномерно темперированному строю в центах для речи более строго, чем для музыки. Тональная зона при восприятии речи шире, чем при восприятии музыки, поэтому применение этой шкалы к речи скорее приуменьшает ступени: квантования, чем увеличивает их. Возможно, что в технических целях при передаче звуковысотных модуляций речи по линиям связи эти ступени могут быть более грубыми. В дальнейшем, при изложении результатов некоторых акустических измерений мы применяем шкалу центов.

Аналогичная шкала квантования имеет место и при восприятии интенсивности. Так как непрерывный рост энергии всяких раздражителей -- световых и звуковых -- распространяется в почти необозримом диапазоне, линейный ряд роста интенсивности принято переводить в легко обозримый логарифмический ряд. Для звука единицей измерения, в таком случае, становится децибел (лдб = 10 Ig -у-, где / -- данная интенсивность, а /0--условно принятая величина абсолютного порога). Однако децибел, как мера акустических измерений, является условной. Воспринимаемая слухом громкость квантуется по другой так называемой шкале нормальной громкости, графическое изображение которой дано Флетчером при исследовании ощущения удвоения громкости в соотнесении со шкалой децибел. Изучение этой кривой 1 показывает, что, начиная с 40 об, она спрямляется, что свидетельствует о прямой пропорциональности между уровнем возбуждения и ступенями нормальной громкости. Громкая речь занимает сжатый динамический диапазон приблизительно от 60 до 90 дб. Если звуковая энергия минимальна, то звуки речи маскируются внешними помехами (шумами) и последействием в слуховом рецепторе (внутренние помехи). При значительном увеличении энергии звука органы речи перенапрягаются и выдают мало узнаваемые, ненормативные звуки, о чем в третьей части этой работы будет представлен специальный фактический материал. Полезный динамический диапазон речи составляет приблизительно 30 дб. Наибольшие пики среднеквадратичного давления превосходят средний уровень на 12 дб, а наиболее слабые звуки лежат приблизительно на 18 об ниже среднего уровня 2.