Лабораторна робота №1 Дослідження частотного діапазону голосу людини.
Мета: визначити частотний діапазон голосу людини (свого голосу). Дослідити його на наявність обертонів. Визначити форманти для голосних звуків.
Програмне забезпечення та обладнання: програма осцилографа, комп'ютер, мікрофон.
Короткі теоретичні відомості
Голос — звук, який видає людина, використовуючи голосові зв'язки. Людина використовує голос при розмові, співі, криці, сміху, плачі. Голосоутворення відбувається шляхом видихання повітря з легень через рот та ніс, при чому голосові зв'язки вібрують і створюють у повітрі звукові хвилі.
До голосового апарату людини входять ротова і носова порожнини з додатковими порожнинами, пелька, гортань з голосовими зв'язками, трахея, бронхи, легені, грудна клітка з дихальними м'язами і діафрагмою, м'язи черевної порожнини.
Центральна нервова система організовує їх функції в єдиний, цілісний процес звукотворення, що є складним психофізичним актом.
Голосом людина здатна відтворювати багато різноманітних звуків, часто досить складних. У голосі виражається емоційний стан людини: сердитість, здивування, радість і тому подібне.
У фізичному аспекті кожному звукові людської мови властиві такі п'ять ознак: висота, сила, довгота, чистота, тембр.
Висота звука залежить від частоти коливань пружного тіла, тобто від кількості стисків-розріджень повітря за одну секунду (один стиск-розрідження за секунду – це герц). Людське вухо сприймає звук частотою від 16 (найнижчий звук) до 20 000 Гц. Діапазон коливань у людській мові значно менший: у чоловіків – 85¸200 Гц, у жінок – 160¸340 Гц (у жінок голосові зв'язки коротші, і тому звук вищий), у співаків – від 80 (найнижчий бас) до 1300 Гц (найвище сопрано). Висота звука в мові використовується для формування інтонації висловлювання, а також частково наголосу.
Сила звука залежить від амплітуди (розмаху) коливань: чим більший розмах коливань, тим сильніший звук. За допомогою сили звука виділяють наголошені склади, домагаються доброї чутності тощо. Сила звука виражається в децибелах. Голосна розмова дорівнює приблизно 70 дБ.
Довгота залежить від часу звучання. Тривалість звука в слові виражається в мілісекундах: наприклад, голосний є в українській мові триває 240¸260 мс, голосний и – 245¸265 мс. Українська мова розрізняє звичайні й подовжені приголосні (стіна і стінна, в житі і в житті), трохи довше звучать у ній наголошені голосні.
Чистота звука залежить від ритмічності коливань: якщо коливання ритмічні, рівномірні, виникають чисті тони; якщо коливання неритмічні, чуються шуми. Джерелом тонів є коливання голосових зв'язок, а джерелом шумів – тертя повітря об губи, зуби, піднебіння, язик тощо. Чисто тональними звуками є голосні, шум бере участь у формуванні приголосних звуків.
Тембр залежить від додаткових тонів, які накладаються на основний. Додаткові тони виникають унаслідок того, що коливається не тільки все пружне тіло (яке творить основний тон), а і його частини. Частини коротші, ніж усе тіло, тому вони видають тони, вищі від основного, – обертони (нім. ober «вищий, верхній»), але слабкіші. Наприклад, якщо основний тон має висоту 100 Гц, то обертони матимуть висоту 200, 400, 800, 1600 Гц і т. д. Висота деяких обертонів досягає 10000 Гц.
Основний тон і обертони утворюються в гортані за допомогою голосових зв'язок. Ротова порожнина відіграє роль змінного резонатора (його форму змінюємо за допомогою язика, губів, нижньої щелепи тощо). Як резонатори можуть виступати й носова та глоткова порожнини. Резонатор одні обертони підсилює, інші – гасить. Так виникають голосні. Щось подібне, тільки набагато складніше, відбувається й під час творення приголосних.
Отже, звуки мови відрізняються один від одного насамперед набором обертонів. Обертони, з яких складається певний звук мови, називаються формантами. Визначальними в розпізнаванні голосних звуків є перші дві форманти. Наприклад, за деякими даними, для а – це приблизно 700 і 1200 Гц, для о - це 400 і 800 Гц, для у – це 300 і 700 Гц, для і – це 200 і 2200 Гц, для и – це 300 і 1900 Гц, для є – це 400 і 1600 Гц (у вимові різних людей висота формант неоднакова).
Ті звуки, у яких перша і друга форманти досить близькі одна до одної, називаються компактними (наприклад, о). Якщо обидві форманти далекі одна від одної, то маємо справу з дифузним звуком (наприклад, і). Висоту звука визначає друга форманта: з цього погляду до низьких звуків належать о, у, до високих – і. Щодо приголосних, то їхню акустичну природу ще як слід не вивчено.
У різних мовах ті самі на перший погляд звуки різняться деякими своїми формантами (наприклад, звук а в українській, російській, англійській, німецькій, французькій мовах звучить трохи інакше, тому що не всі його форманти в цих мовах однакові).
Тембр є основною акустичною ознакою кожного окремого звука мови. Саме тембр несе інформацію про те, як твориться певний звук, що його чує слухач. Тембр несе також інформацію про особливості будови резонаторів кожної окремої людини (маються на увазі не лише глоткова, ротова й носова порожнини, а й форма язика, випуклість піднебіння, стан зубів тощо). Саме завдяки темброві ми впізнаємо голос людини, навіть не бачачи її. Тембр надає тій чи іншій мові неповторного національного забарвлення.
Хід роботи
Контрольні запитання
Типи голосів людини в залежності від частотного діапазону
Жіночий голос | Чоловічий голос | ||
Контральто | 170-780 Гц | Бас | 80-350 Гц |
Меццо-сопрано | 200-900 Гц | Баритон | 100-400 Гц |
Сопрано | 250-1000 Гц | Тенор | 130-500 Гц |
Колоратурне сопрано | 260-1400 Гц | Дискант (дитячий голос) 260-1000 Гц | |
Хід роботи
- Запустити програму осцилографа.
- Під'єднати до комп'ютера мікрофон.
- Промовляти в мікрофон неспотворений звук "а" якомога нижчим тоном, спостерігаючи при цьому за осцилографічною картиною. При цьому налаштувати чутливість та розгортку осцилографа так, щоб осцилограми не обрізались по висоті і чітко проглядались два-три періоди основного тону. Для миттєвого запам’ятовування осцилографічної картини натисніть на кнопку "Непр" панелі "Развертка".
- Провести аналіз осцилограми: визначити частоту основного тону, виявити обертони і по можливості визначити їх частоту. Результати занести в таблицю.
- Виконати пункти 3 та 5 для неспотвореного звуку "а" якомога вищим тоном.
- По таблиці визначити тип голосу людини (свого голосу).
- Дослідити форманти голосних звуків голосу людини (свого голосу).
- За результатами досліджень зробіть висновок.
Частота низького тону | Частота високого тону | Тип голосу | ||
основного | обертонів | основного | обертонів | |
Контрольні запитання
1. У чому полягає фізична природа звуку?
2. Поясніть явище голосоутворення людини.
3. Чим визначається тембр звуків?
4. Що таке форманти і в чому їх суть?
5. Завдяки чому ми розрізняємо людей по голосу?