Акустическая классификация фонем

Акустическая классификация строится на основе изучения физических свойств звуков речи, которые выступают в качестве манифестаций тех или иных фонем.

Как физическое явление звук представляет собой результат колебательных движений какого-либо тела в какой-либо среде. Звуки человеческой речи – это колебания речевых органов в воздушной среде.

Как языковое явление звук – это физический способ передачи смыслоразличительных единиц языка – фонем.

Акустика изучает свойства звука как физического явления.

Фонология, опираясь на результаты акустических исследований, обращает особое внимание на те акустические свойства звуков, которые связаны с различением фонем, их вариаций и вариантов в языке.

Сопоставительная фонология имеет возможность выяснить, какие акустические свойства различают звуковой строй сопоставляемых языков.

Типологическая фонология обобщает результаты сопоставительных исследований и устанавливает закономерности в соотношении различных свойств звуков в системе языка.

Рассмотрим акустические признаки звука.

Звуковое колебание имеет амплитуду (размах). В восприятии человеком амплитуде соответствует сила (громкость) звука.

Другая характеристика звука – частота колебаний в единицу времени, которая воспринимается как высота звука. Человек может различать звуки частотой от 16 герц до 20000 герц. 1 герц – это одно колебание в секунду.

Тембр звука – это индивидуальное качество его акустических признаков.

Для выяснения природы звука необходимо рассмотреть типы колебаний. Колебания могут быть периодическими (равномерными), когда количество колебаний в единицу времени не изменяется на протяжении некоторого временного отрезка, и непериодическими (неравномерными).

В результате периодических колебаний возникают тоны, непериодические колебания создают шумы. Тоны имеют абсолютную высоту, шумы обладают лишь относительной высотой.

В замкнутой воздушной среде, а именно такой средой является ротовая полость, колебания голосовых связок сопровождаются колебаниями других тел (стенок гортани, неба). Когда частота колебаний двух тел совпадает, она усиливается. Это явление называется резонансом. При резонансе звук определенной частоты – основной тон – дополняется наслаивающимися на него гармоническими обертонами, в кратное число раз превышающими частоту основного тона.

Резонаторы человеческого речевого аппарата могут быстро менять свою форму благодаря подвижности языка, губ, мягкого неба. Каждый раз они отбирают какие-то определенные обертоны и усиливают их. Этим создается область резонирования. Область резонирования и результат резонирования называются формантой. Общий собственный тон резонатора – результат наложения формант друг на друга с преобладанием какой-нибудь из них.

Таким образом, тембр содержит основной тон и шум, гармонические обертоны (если есть основной тон) и резонаторные тоны.

Первый опыт описания акустических признаков фонем был осуществлен Р.Якобсоном, Г.Фантом и М.Халле в работе «Введение в анализ речи», вышедшей в свет в 1955 г.

В этой работе выделяются 12 универсальных дифференциальных признаков фонем:

1. 1)    гласный – негласный;
2. 2)    согласный – несогласный;
3. 3)    звонкий – незвонкий;
4. 4)    резкий – нерезкий;
5. 5)    прерванный – непрерванный;
6. 6)    глоттализованный – неглоттализованный;
7. 7)    компактный – некомпактный;
8. 8)    высокий – невысокий;
9. 9)    бемольный – небемольный;
10. 10)           диезный – недиезный;
11. 11)           носовой – неносовой;
12. 12)           напряженный – ненапряженный.

Отношения между признаками, обусловленные их физической сущностью можно представить следующей схемой:

В верхней части схемы показаны классы и подклассы признаков, в нижней части – сами признаки.

Гласные – фонемы с одним периодическим источником, не имеющим резкого включения.

Согласные – фонемы, которые характеризуются преобладанием непериодических колебаний – шумов. Согласные характеризуются наличием нулей, распространяющихся на весь спектр. Нули – это отсутствие выхода в некоторых полосах частот. Спектр – совокупность всех значений какой-либо величины, в акустике – совокупность амплитуд гармонических колебаний, на которые можно разложить данное сложное колебание.

Промежуточное положение между гласными и согласными занимают сонорные (плавные) и глайды.

Сонорные (типа [r, l]) подобно гласным имеют только гармонический источник колебаний, подобно согласным имеют в спектре значимые нули. Формантная структура аналогична структуре гласных, начало сонорной характеризуется резким сдвигом формант вниз.

Глайды, т.е. звуки типа английского [h] и гортанного взрыва отличаются от гласных либо негармоническим источником [h], либо резким включением источника. Глайды отличаются от согласных отсутствием в спектре нулей.

Артикуляция гласных характеризуется отсутствием препятствий на средней линии ротовой полости, тогда как при произнесении согласных имеется барьер.

Плавные сочетают наличие преграды с открытым проходом воздуха.

Глайды образуются при прохождении потока воздуха через голосовую щель либо в момент ее сужения, либо после резкого ее открытия вслед за полным закрытием.

Для восприятия гласные отличаются значительно большей энергией, чем согласные.

Различие гласных и согласных является фонологической универсалией.

Плавные согласные могут отсутствовать в некоторых языках. Во многих языках нет глайдов.

Существует два основных типа огибающих – ровная и резкая. Фонемы с ровной огибающей имеют постепенный приступ и завершение. Фонемы с резкой огибающей характеризуются внезапными изменениями энергии в продолжение своего звучания.

Фонемы с ровным приступом называются непрерванными. К этому типу относятся фрикативные, прерванными являются смычные. В английском резкий приступ прерванной фонемы /p/ - pill (пилюля) противопоставляется плавному приступу фонемы /f/ - fill (наполнять).

Противопоставление прерванных и непрерванных согласных встречается в большинстве языков мира. Как правило, число непрерванных в языках меньше.

В некоторых языках, например, на Дальнем Востоке, сонорные не делятся на прерванные и непрерванные. Сонорная фонема в этих языках может быть представлена либо звуком [l], как в китайском, либо звуком [r], как в японском, либо дополнительной дистрибуцией двух контекстных вариантов, принадлежащих одной и той же плавной фонеме, как в корейском.

Глоттализованные фонемы имеют резкий конец. При образовании глоттализованных поток воздуха резко обрывается вледствие сжатия или смыкания голосовой щели. Противопоставление по признаку глоттализованности есть в некоторых языках Америки, Африки, Кавказа, например, в черкесском.

Резкие отличаются неправильной формой волн. В английском резкой является начальная фонема слова sin (грех) в отличие от thin (тонкий). В немецком различаются резкие и нерезкие смычные фонемы: Zahl (число) – Tal (долина). Резкий смычный называется аффрикатой. Образование резких фонем отличается более сложным препятствием.

В языках возможны следующие сочетания признаков фрикативности – нефрикативности и резкости – нерезкости:

В отдельных языках сочетания этих признаков таковы:

Французский язык

Португальский язык

Немецкий язык

Английский язык

Испанский язык

Русский язык

В некоторых языках возможно применение признака резкости к сонорным. Например, в чешском имеется оппозиция резкой и нерезкой фонем: rada (совет) – řada (ряд).

Звонкие фонемы характеризуются наложением гармонического источника звука на источник шума, что создается сопутствующим колебанием голосовых связок. Это противопоставление широко распространено во многих языках мира.

В языках, где независимое противопоставление звонких и глухих согласных отсутствует, наблюдается одно из двух: либо это противопоставление сопутствует противопоставлению напряженных и ненапряженных, как в английском языке, либо все ртовые согласные являются глухими, как в финских диалектах.

Компактные фонемы характеризуются относительным преобладанием одной локализованной центральной форманты. Они противопоставляются диффузным фонемам, в спектре которых преобладает одна или более нецентральная форманта. Рассмотрим следующие английские примеры:

Основное артикуляционное различие между компактными и диффузными касается отношения между объемами резонирующих полостей перед точкой максимального трения и позади нее.

Отношение объема первой полости к объему последней для компактных фонем больше, чем для соответствующих диффузных.

Поэтому велярные и палатальные согласные более компактны, чем передние.

Среди гласных открытые являются наиболее компактными, закрытые – наиболее диффузными.

Компактными являются те звуки, у которых форманты близки друг к другу, например, /а/, диффузным является /и/.

В то время как согласные могут быть либо компактными, либо диффузными, с гласными положение часто бывает более сложным и требуется дополнительная оппозиция:

• - Компактный – некомпактный,
• - Диффузный – недиффузный.

В русском языке /э, о/ компактны по отношению к диффузным некомпактным /и, у/ и диффузны по отношению к недиффузному компактному /а/.

В восприятии компактные фонемы отличаются большей «звуковой силой», чем диффузные.

Различие диффузных и компактных гласных, очевидно, является универсальным.

В некоторых языках, например, в таитянском, отсутствуют компактные согласные.

Довольно часто компактные встречаются только среди смычных, например, в датском языке.

Тоновые признаки (высота, бемольность, диезность) способны к разного рода взаимодействию друг с другом.

Высота звука означает преобладание одной значимой части спектра над другой.  Гласные фонемы отличаются высотой не голосового тона (одну и ту же гласную можно произносить и петь на разной высоте голоса), а резонаторного, соответствующего данному объему и данной форме резонатора.

В каждом языке бывает самая низкая гласная, для всех языков это /у/, и самая высокая - /и/.

В русском языке гласные по высоте распределяются так:

Низкие звуки образуются в большей по объему и менее расчлененной ротовой полости.

Бемольность проявляется в сдвиге вниз нескольких или даже всех формант спектра. Она создается сокращением переднего отверстия ртового резонатора и сопутствующим увеличением трения в области губ, что происходит при лабиализации гласных и согласных. Тот же эффект бемольности возникает и при сокращении зева в образовании фарингализованных согласных.

Диезность проявляется в незначительном повышении второй форманты, а также в какой-то мере и более высоких формант.

При произнесении диезных ртовая полость сокращается в результате поднятия части языка к небу.

Примером бемольного является /о/ в слове жёг, небемольного - /э/ в слове жэк.

Пример диезного [а] – в словах мять, мать; недиезного[а] – в словах мят, мат.

В системах гласных с одним единственным тоновым признаком возможны три случая:

• - существует лишь противопоставление низкий – высокий;
• - очень редко встречается противопоставление бемольный – простой;
• - частым является соединение двух противопоставлений.

Примерами первой системы являются такие языки, как словацкий, японский.

В русском, который представляет собой пример второй системы, фонемы высокого подъема /у/ и /и/ противопоставлены друг другу как бемольная (лабиализованная) и простая, потому что в некоторых позициях обе эти фонемы представлены передними вариантами, а в некоторых других – задними: чудить - чадить↔ рву – рвы. В этих случаях только один из двух признаков оказывается фонологически существенным, а другой избыточен и появляется лишь в некоторых, вполне определенных фонологических условиях.

Третий тип – полное слияние двух противопоставлений – имеет место в испанском и итальянском языках. Возьмем испанские примеры: puso (положил) – piso (ступаю); poso (осадок) – peso (вес). Здесь низкий всегда бемольный, высокий всегда простой (небемольный).

Напряженные фонемы имеют более значительную длительность и энергию. У напряженной гласной суммарное отклонение формант от нейтрального положения больше, чем у ненапряженной.

У согласных напряженность проявляется в первую очередь в длине, а у смычных дополнительно в большей силе взрыва.

Напряженные фонемы образуются с большей отчетливостью и при большем давлении, чем соответствующие ненапряженные.

Для восприятия напряженные обладают более высокой слышымостью.

В некоторых языках, например, в кантонском диалекте китайского языка, согласные не обладают противопоставлением ни по звонкости, ни по напряженности.

В других языках только одно из этих противопоставлений является существенным. Если различительной силой обладает только противопоставление напряженных и ненапряженных согласных, то либо ни те, ни другие не являются звонкими, как в датском языке, либо наличие и отсутствие голоса являются сопутствующими факторами, как в английском, французском, испанском. В таких языках признак напряженности является более постоянным, чем избыточный признак наличия голоса.

Обратное отношение наблюдается, например, в славянских языках, где наличие голоса является существенным признаком, а напряженность сопутствующим.

В некоторых языках есть оба противопоставления. В этом случае независимым противопоставлением звонкая – глухая обладают только смычные. Реализацией противопоставления по напряженности является придыхание. Так обстоит дело в индийских языках (санскрит, хинди):

Примером противопоставления по напряженности для смычных является оппозиция раскатистой и ударной фонем /r/ в perro (собака) и pero (но).

Противопоставление по напряженности гласных имеется, например, в итальянском: напряженная гласная в слове pésca (рыбная ловля), ненапряженная в слове pèsca (рыбная ловля).

Спектр носовых фонем обнаруживает более значительную плотность формант, чем спектр соответствующих ртовых.