Сведения из акустики

Общей теорией звука занимается раздел физики –аку2стика¹. С точки зрения акустики, звук – это результат колебательных движений какого-либо тела в какой-либо среде, осуществляемый действием какой-либо движущей силы и доступный для слухового восприятия. Тело может быть любого вида (твердое – хлопанье в ладоши, жидкое – всплеск воды, газообразное – звук выстрела). Среда должна быть проводником звука до органа восприятия; в безвоздушном пространстве, как известно, звук образоваться не может.

¹ Аку2стика – от греческого akustikos – «слуховой».

Акустика различает в звуке следующие признаки:

1. Высоту, что зависит от частоты колебаний, причем, чем выше частота колебаний, т. е. чем больше колебаний приходится на единицу времени, тем выше звук; чем ниже частота колебаний, т. е. чем меньше их приходится на единицу времени, тем ниже звук.

Человеческое ухо может различать высоту звуков в пределах от 16 до 20 000 Гц².

Так называемые инфразвуки (ниже указанных пределов) и ультразвуки (выше указанных пределов) человеческое ухо не воспринимает, тогда как, например, для восприятия собак, лис, летучих мышей и особенно дельфинов ультразвуки вполне доступны.

² Герц – от собственного имени немецкого физика – единица звуковых колебательных движений, равная одному колебанию в секунду.

2. Силу, что зависит от амплитуды¹ (размаха) колебаний, т. е. от расстояния высшей точки подъема и низшей точки падения звуковой волны; чем больше амплитуда колебания (т. е. чем сильнее размах), тем сильнее звук.

¹ Амплиту2да – от латинского amplitũdo – «пространность», «обширность».

3. Длительность или долготу, т. е. продолжительность данного звука с его количеством колебаний во времени; для языка важна главным образом соотносительная длительность звуков. Так, в русском языке ударные гласные длительнее безударных, но во многих языках под ударением бывают и долгие, и краткие гласные (в немецком, английском, французском, киргизском, туркменском и др. языках).

4. Тембр¹ звука, т. е. индивидуальное качество его акустических признаков.

¹ Тембр – от французского timbre – «колокольчик».

Для уяснения этого следует рассмотреть, прежде всего, типы звуковых колебаний.

Колебания могут быть периодическими (иначе: равномерными), когда количество колебаний на единицу времени не изменяется, а остается постоянным, и непериодическими (иначе: неравномерными), когда количество колебаний на единицу времени меняется. В результате периодических колебаний возникают тоны (таковы в процессе речи колебания голосовых связок и воздуха, заполняющего полости рта и носа); в результате же непериодических колебаний возникают шумы (таковы колебания губ, языка, маленького язычка, звуки трения и взрыва у сближенных или сомкнутых органов речи). Тоны имеют абсолютную высоту, шумы обладают лишь относительной высотой, поэтому можно говорить о более высоких и низких шумах, но определить абсолютную высоту шума нельзя. Для образования звуков, и в частности звуков речи, очень важную роль играет резонáнс¹. Резонанс возникает в замкнутой воздушной среде (дека струнных инструментов, полое пространство в духовых инструментах, помещение, где производится звук, ротовая, носовая и глоточная полости речевого аппарата).

¹Резонанс – от французского resonance – «отзвук».

Благодаря наличию резонатора основной первоначальный тон усиливается и обогащается наслаивающимися на него гармоническими обертóнами¹, более высокими тонами, число колебаний которых является кратным по отношению к числу колебаний основного тона².

¹ Обертон – от немецкого Оbertoп – «верхний тон»,

² См.: Не1mhо1tz W. Die Lehre der Tonempfindungen, 1872 [Русский пер. Гельмгольц В. Учение о звуковых впечатлениях, 1879].

Однако тоны в резонаторе могут возникать и без наличия основного тона. Это резонаторные тоны (или собственные тоны резонатора), возникающие от колебательных движений содержащегося в резонаторе воздуха, возбуждаемых движущей силой (например, дуновением, силой дыхания). Каждый резонатор имеет собственную тоновую настройку, которая будет различной в зависимости от объема и формы резонатора, его перегораживания и от состояния стенок резонатора.

Новейшими экспериментальными исследованиями доказано, что резонаторы, через которые проходит воздушная волна (например, полые духовые инструменты, а также ротовая полость человека), резонируют задней и передней частью отдельно, удлинение и укорочение резонатора также меняет его тоновую настройку. Область резонирования (задняя, передняя), а также (метонимически) и результат резонирования (низкие, высокие тоны) называются форма2нтой¹. Общий собственный тон резонатора – результат наложения формант друг на друга с преобладанием какой-нибудь из них.

¹ Форма2нта – от латинского formans, formantis – «образующий»; см. в § 42 спектрографическую методику.

Роль стенок резонатора основана на известном физическом законе: гладкая поверхность отражает, а рыхлая поглощает. Поэтому напряженная мускулатура языка содействует излучению резонаторных тонов, рыхлая же поверхность ненапряженного языка впитывает тоны и смазывает характерные резонаторные тоны.

Таким образом, тембр звука – явление сложное, содержащее в себе основной тон и шум (или их комбинацию), гармонические обертоны (если есть основной тон) и резонаторные тоны.