Как возникают звуки в гортани

К началу раздела

Речь — один из самых сложных и тонких процессов, которые приходится осуществлять организму человека. В конечном счете весь процесс речи — и разговор, и понимание — контролируется и координируется головным мозгом. В коре головного мозга расположены участки, называемые речевыми центрами, в них расшифровываются слова, и из них рассылаются сигналы и команды сотням мышц в легких, в горле и во рту, которые участвуют в воспроизведении речи.
Вся система органов дыхания и вся мышечная структура от живота до носа играют свою роль в воспроизведении звуков речи, но самые важные из них — гортань, язык, губы и мягкое нёбо.

Гортань

В гортани находятся голосовые связки, колебание которых рождает речь. В этом качестве связки — весьма тонкий инструмент, но у них есть еще и менее сложная функция — служить клапаном, охраняющим вход в легкие.
Когда человек ест или пьет, гортань плотно закрывается, заставляя еду или жидкость скользить над ней в пищевод, ведущий в желудок. Когда человеку нужно вдохнуть или выдохнуть, гортань, конечно, открыта.
Гортань расположена приблизительно в центре шеи, в верхней части воздушной трубки или трахеи, ее не видно под задней стенкой горла. Это явно специализированная часть трахеи, заключенная в хрящевую оболочку. Над гортанью находится надгортанник — откидной клапан, который опускается и закрывает проход из задней части горла в гортань; это отверстие называется голосовой щелью.

Действие надгортанника автоматически контролируется головным мозгом, но иногда происходит сбой, и тогда жидкость или кусочки пищи идут «не в то горло». Вес это обычно удаляется кашлем, если только кусок пищи не оказывается настолько большим, что застревает в проходе под гортанью.
Голосовые связки выполняют функцию, сходную с той, какую выполняет язычок в духовом музыкальном инструменте, например, в кларнете. Когда музыкант выдувает воздух над язычком, тонкое дерево или пластик вибрирует, производя основной звук, который затем модифицируется трубками и отверстиями инструмента. Подобным же образом голосовые связки вибрируют, когда кто-нибудь артикулирует звук; затем звуки модифицируются горлом, носом и ртом.
Голосовые связки состоят из двух тонких связок, имеющих форму губ; они открываются и закрываются, когда через них проходит воздух. Один их конец прикреплен к паре двигающихся хрящей, называемых черпаловидными хрящами, другой — закреплен неподвижно на щитовидном хряще, являющимся частью адамова яблока. Черпаловидные хрящи меняют положение так, что расстояние между связками (щель) изменяется по конфигурации от широкого V в момент речи до закрытой щели в момент глотания.

Колебания голосовых связок в момент речи возникают, когда щель сужается и воздух из легких выталкивается через связки и гортань. Этот процесс называется фонацией, или голосообразованием. Громкость голоса контролируется силой, с которой воздух выталкивается, а высота голоса — длиной и натяжением связок. Естественная глубина и тембр голоса зависят от конфигурации и размера горла, носа и рта; вот почему у мужчин, которые отличными друг от друга движениями губ, языка и зубов. Способность глухих людей читать по губам доказывает, какую роль играет рот в формировании речи.имеют большие гортани и длинные, слабо натянутые связки, голоса обычно ниже, чем у женщин, обладающих, как правило, гортанями поменьше.
Рот очень тесно связан с процессом речи, потому что в нем придается форма звукам, исходящим из гортани. Например, при создании гласных, согласных «к» и «т» нужно, чтобы воздух, выходящий из гортани, был резко «отрублен» языком и нёбом, в то время как такие гласные звуки, как «а» и «е», не нуждаются в усечении, но требуют определенного положения языка и зубов. Каждый звук в любом языке определен слегка

Образование звуков речи

Превращение простых звуков, возникающих в голосовых связках, в понятные слова происходит с помощью губ, языка, мягкого нёба и полостей, дающих голосу резонанс. Резонирующие полости включают всю ротовую полость, нос, глотку (часть горла между ртом и пищеводом) и, в меньшей степени, грудную полость.
Контроль за этими структурами достигается с помощью сотен мелких мышц, которые работают в тесном взаимодействии и с невероятной скоростью. Короче говоря, речь состоит из гласных и согласных звуков.
Резонирующие качества разных полостей рта и дыхательной системы обуславливают индивидуальность голосов. Например, так называемые «носовые (сонорные) звуки» «m», «n» и «ng» требуют для своего правильного озвучивания свободного резонанса в носу. Если попробовать зажать свой нос, когда говоришь что-то, то полученный комический эффект докажет, что воздушное пространство в носу обеспечивает речи плавность и ясность. Разные люди имеют различной формы носы, грудь и рот, отсюда и разное звучание человеческих голосов.
Череп тоже резонирует, когда человек говорит, и человек слышит часть того, что говорит, переданную через кости черепа, а также через уши. Это не только дает ему «обратную связь» с тем, что он говорит, но и объясняет, почему голоса звучат так странно, когда их слушают в записи на пленку — звуки, которые человек при этом слышит, передаются только через воздух.

Роль головного мозга

Речь и ассоциированные с ней функции сконцентрированы в одном полушарии. Для человека-правши это обычно левое полушарие, а для человека-левши — правое полушарие. Этот участок головного мозга разделен надвое — на двигательный речевой центр, контролирующий мышцы рта и горла, и на чувствительный речевой центр, который расшифровывает входящие по нервам звуковые сигналы из ушей. Рядом с этими центрами расположены участки мозга, которые координируют слух (с его помощью человек понимает, что говорят другие люди), зрение (с его помощью человек расшифровывает написанное слово) и сложные движения кистей рук при письме, игре на инструментах и т.п.

Разговор — очень сложный процесс: первое, что происходит, когда человек слышит речь,— это распознавание в слуховых центрах коры головного мозга смеси входящих слуховых сигналов от ушей. Чувствительный речевой центр расшифровывает слова, чтобы другие участки мозга, участвующие в процессе, смогли их распознать и сформулировать ответ. Как только ответное послание составлено, в дело вступают двигательный речевой центр и ствол головного мозга. Ствол мозга контролирует как межреберные мышцы, которые расширяют легкие, так и мышцы живота, определяющие давление входящего и выходящего воздуха. Когда воздух выталкивается из легких, двигательный речевой центр посылает сигнал к голосовым связкам, чтобы они одновременно выдвинулись в поток воздуха в горле; вибрация связок создает простой звук.

Величина давления, оказываемого на легкие в момент выдоха, определяет скорость, с которой воздух проходит через голосовые связки, и чем больше скорость воздуха, тем громче производимый звук. Когда человек шепчет, голосовые связки широко раскрыты, они почти не двигаются под влиянием проходящего воздуха и играют роль поверхностей трения. Но формирование слов происходит главным образом в результате движений губ, языка и мягкого нёба — все это под контролем коры головного мозга.

10.12.2019

Основными носителями информации для человека являются сигналы, которые формируются органами чувств, доставляются в мозг и там обрабатываются. В первую очередь, это акустические речевые сигналы голоса. В этой статье мы подробно рассмотрим механизмы звуковой речи, голоса и голосообразования, а также выясним, почему попугаи могут говорить почти так же, как и человек.

Втечение многих миллионов лет эволюции звуки, издаваемые человеком, превратились в членораздельную речь. Это существенно отличает нас от других живых существ на планете. Результатом осмысленного использования звуков речи становятся слова и предложения, которые делают возможным обмен информацией между людьми посредством языка. Сегодня люди изъясняются на 7111 различных языках, в то время как ни одному животному это не подвластно. Кора больших полушарий головного мозга человека содержит множество зон, которые отвечают за речевую функцию.

Речевой аппарат и речь

Речевой аппарат человека состоит из гортани, языка, губ, а также полостей рта, носа и глотки. Во время говорения воздух движется и вибрирует благодаря направленному взаимодействию мышц, участвующих в этом процессе. Если бы у нас не было гортани, мы могли бы говорить только шёпотом. Если вы положите ваш палец на гортань во время говорения, почувствуете вибрацию, которая не ощущается, когда мы говорим шёпотом. Эта вибрация создаётся благодаря голосовым связкам или складкам, как их ещё иногда называют. Голосовые связки находятся в средней части гортани. При проникновении вдыхаемого воздуха они работают, как органная труба с пружинными язычками.

Голосовые связки — парный орган, они натянуты поперёк трахеи (дыхательного горла) и вместе с тем закрывают её. (Рисунок 1) Таким образом, находящаяся между ними голосовая щель оказывается плотно закрытой.

Рисунок 1: Степень открытия голосовой щели, в зависимости от осуществляемых действий.

При воспроизведении гласных звуков положение языка его форма создают состояние резонанса формантов.

В процессе говорения голосовая щель открывается под давлением воздуха, поступающего из лёгких. Когда голосовая щель открывается, происходит падение давления воздуха, и таким образом щель закрывается (закон Бернулли). И снова под голосовыми складками создаётся воздушное давление. Этот процесс беспрерывно повторяется во время говорения. Голосовые связки испытывают при этом механические колебания.

Существует огромное количество резонансных частот с основным первоначальным тоном и обертонами. Благодаря голосовым мышцам изменяется сила натяжения и толщина голосовых складок. Как следствие — изменение основных резонансных частот. Когда голосовые связки напряжены, воспроизводятся высокие звуки; при расслабленных, напротив, образуются низкие звуки. При воспроизведении низких звуков голосовые складки колеблются медленно, высокие звуки вызывают быстрые колебания.

Мужская гортань значительно больше, и голосовые связки примерно в два раза длиннее, чем у женщин. Поэтому мужской голос звучит где-то на одну октаву ниже. Осиплость голоса, вирусные инфекции, а также курение могут навредить голосовым связкам. Голос простывшего человека похож на низкое карканье. Взрослые курящие мужчины часто говорят низким невнятым голосом, похожим по звуку на хрип.

Звонкие и глухие звуки

Над голосовыми связками находится надставная труба (над гортанью надгортанная). Надставная труба состоит из глоточной полости и полостей рта и носа. Если не брать во внимание полости носа, то надставная труба будет похожа на открытую с одной стороны трубу.

В этой надставной трубе формируется из хриплого, резонансного шума, который проходит через голосовую щель, звуковая окраска гласных звуков. Активное изменение положения языка и губ меняет форму резонансной полости, а также длину надставной трубы. Таким образом, во время говорения появляются типичные резонансные частоты тракта, или форманты. Частоты и амплитуды этих формантов являются определяющими показателями при произнесении гласных звуков. Понаблюдайте ­когда-­нибудь внимательно за движениями губ ведущего новостей. Вы помёте, опираясь на положение рта, как функционирует считывание с губ. При произнесении [а] рот слегка приоткрыт, [о] и [у] произносятся с вытянутыми губами. Согласные формируются благодаря определённому положению губ. В фонетике различают звонкие и глухие звуки. (Рисунок 2)

Рисунок 2: В голосовых связках формируется первоначальный сигнал, который преобразуется благодаря резонансам в надставной трубе, так что в конце концов превращается в языковой сигнал.

Глухие звуки возникают при широко раскрытой голосовой щели, так что воздух беспрепятственно может проникнуть до конца голосового тракта.

Разницу между звонкими и глухими звуками можно наглядно увидеть, проведя два опыта: держите свою руку во время говорения на гортани. Если вы почувствуете вибрацию, то звук звонкий; если вибрации нет, то звук считается глухим. Второй опыт заключается в том, чтобы закрыть уши и надавливать на козелок с двух сторон и при этом медленно говорить: «Один, два, три, четыре, пять…». Во время акустической изолированности при закрытом слуховом проходе вы заметите разницу между глухими и звонкими звуками: мягкие шумы и дребезжащие вибрации.

Глухие звуки — шипящие (свистящие) или фрикативные согласные и смычные. Во время шёпота голосовые связки задействованы только косвенно. Поток воздуха, выпускаемый во время шёпота, слабый, и он образует в слегка приоткрытой, находящейся в спокойном состоянии голосовой щели небольшие вибрации. Эти вибрации акустически воспринимаются как тихий шум, полностью лишённый звукового оформления. Силовое и звуковое резонансное усиление голосовых связок в этом случае отсутствует. В надставной трубе точно так же, как при звуковом голосообразовании, формируются те же самые резонансы, только они намного тише.

Спектрограмма

Спектрограмма (сонограмма) или визуализированная речь — трёхмерное, наглядное изображение звуков в двумерном графике. Последовательность сигналов представлена временным показателем (осью абсцисс и ординат) и частотой (осью абсцисс или продольной осью). Интенсивность звука представлена в виде относительного потемнения или масштабирования интенсивности цвета (третье измерение) временного и частотного изображений.

Чтению и интерпретации спектрограммы нужно учиться, поскольку при определённых обстоятельствах появляется переизбыток информации. Таким образом можно распознать процессы установления и затухания колебаний, помехи и уж тем более патологические изменения в работе речевого аппарата (рисунок 3). Сонограмма даёт представление о звуковом исследовании, поле исследования размечено осями абсцисс и ординат. Уровни отражения звука измеряются с помощью акустического зонда, сопряжены с определённым местом в поле исследования, и эти участки в зависимости от интенсивности окрашены в чёрный цвет.

Рисунок 3: Спектрограмма (сонограмма) с положением формантов гласных i, u, a.

Говорливый попугай

После этого научного экскурса в звуковую систему языка и её анализа я хотела бы рассказать вам еще одну историю. Мой хороший друг очень гордился тем, что был владельцем попугая. Птицу из африканских серых попугаев (попугай жако) звали Вальтер и ей было уже больше 30 лет. Вальтер был умный малый. Он мог повторять не только своё собственное имя и имя моего друга, но и ещё достаточно бойко воспроизводил полностью адреса людей. К тому же он мог произносить небольшие предложения, например: «Ты мне нравишься» или «Ты — трус». Наклонив набок голову, смотря своим пленительным взглядом снизу-­вверх, он презентовал избранным посетителям свой репертуар.

Своим очень громким и чётким голосом он умел свистеть, так что начинали болеть уши. Он воспроизводил всевозможные звуки, например, пылесоса или бритвенной машинки. Человек и животное способны стать близкими друзьями, и, конечно, Вальтеру это удалось сделать. Он был очень ласковый и прижимался к щеке моего друга, когда они «болтали». Но при этом он был пугливый и создавал адский шум, когда был взволнован. Вальтер жил в очень красивом большом вольере с игрушечным хламом разного рода, иногда вылетал оттуда и качался на люстре.

Однажды в непогожий весенний день Вальтер сидел на люстре, и вдруг от сильного порыва ветра распахнулось неплотно закрытая дверь террасы. Вальтер, конечно, запаниковал: он кричал и хрипел, а потом вылетел через открытую дверь террасы. Мой друг, конечно услышал шум, но, к сожалению, пришёл в комнату слишком поздно. Вальтера уже и след простыл…

Попугаи умеют имитировать звуки речи. В дикой природе птицы узнают друг друга по характерным звукам, присущим их виду. Многие птицы умеют не только свистеть и прекрасно петь, но и удивительно достоверно имитировать всевозможные шумы.

Как это возможно?

И у птиц есть гортань, только без голосовых связок и надгортанника. Птицы издают звуки так называемой нижней гортанью (сиринксом), расположенной глубоко в грудной клетке, около того места, где перед входом в лёгкие разделяется дыхательное горло. Здесь находятся колебательные мембраны, которые так же, как голосовые связки, могут менять своё напряжение благодаря мышцам. Поскольку органы голосового аппарата у птиц находятся в двух ветвях дыхательного горла, некоторые певчие птицы могут петь на два голоса. Послушайте, ­как-нибудь тихим летним вечером, как поёт соловей — вы получите огромное акустическое наслаждение! (Рисунки 4 и 5).

Рисунок 4: Гортань птиц (сиринкс) содержит две голосовых щели. Поэтому некоторые певчие птицы могут петь на два голоса.

Рисунок 5: Серый попугай Вальтер мог превосходно «произносить» не только своё имя.

Попугаи, к примеру, имеют толстый клюв и толстый язык, благодаря этому (меняя положение языка), они могут, как и человек, артикулировать большое количество звуков. Эта особенность помогла Вальтеру. Его нашёл очень милый человек и принёс в полицейский участок. Вальтер сообщил там имя своего хозяина и его адрес. Радость от встречи с хозяином Вальтер выразил очень громко — имитируя звуки сирены.

Подведение итогов

• Люди и многие животные могут образовывать звуки речи.
• Развитие звуковой речи возможно только у человека благодаря его умственным способностям.
• Речевой аппарат человека состоит из гортани, языка, губ, а также сюда относятся полости рта, носа и глотки.
• Звонкие звуки (гласные, умлауты, назальные звуки, плавные согласные, щелевые сонорные и шумные согласные) изначально возникают из колебаний голосовых связок, а потом в надставной трубе оформляется звук (форманты звука).
• Глухие звуки (согласные, шипящие и фрикативные согласные, а также смычные) возникают без участия голосовых связок.
• Спектрограмма (сонограмма, визуализированная речь) — это графическое изображение сигналов, зависящих от частоты колебаний, протекания процесса во времени и интенсивности.

Улла Вогдт
Материал взят из журнала Hörakustik, №1 2019 г.

Читайте ещё по теме “Полезная информация о слухе”