Приборы, позволяющие видеть голос

Как, однако, узнать, какие акустические особенности звука голоса животных несут для их слуха полезную информацию: сила ли, высота ли голоса, продолжительность звуков или, может быть, их тембр? Чтобы это установить необходимо произвести акустический анализ интересующих нас звуков, то есть разложить их на составные части.

Для этой цели наука располагает рядом приборов, позволяющих видеть звук и всю его акустическую структуру. Простейший способ увидеть звук - это подать его электрический сигнал, записанный на магнитофон, на вход катодного осциллографа. На экране мы увидим колебания луча электронного осциллографа, которые повторяют колебания звуковой волны, изменения звукового давления в точке его приема. При необходимости мы можем записать эти колебания на киноленту, назвав их осциллограммой звука.

Осцилограммы, однако, не дают представления о тембре звука, который, как известно, зависит от обертонов. Чтобы увидеть обертоны звука, надо воспользоваться анализаторами спектра. Такие приборы широко применяются для изучения не только голосов животных, но и звуков речи человека.

Рис 8. Схема процедуры разложения звука голоса на составляющие его обертоны при помощи отечественного спектроанализатора СЗЧ: М - микрофон; МАГ - магнитофон; ЛВ1 и ЛВ2 - контрольные ламповые вольтметры; СЗЧ - спектроанализатор; Ф1, Ф2, …, Фn - электрические фильтры спектроанализатора (по В. П. Морозову, 1977)

Основу спектроанализатора составляет система полосовых электрических фильтров, каждый из которых пропускает через себя электрические колебания лишь определенной частоты (Ф1, Ф2, Ф3, … Фn на рис. 8). Если на “гребенку” этих фильтров подать сложный звуковой сигнал голоса человека или животного 9записанный на магнитофоне), то на экране спектроанализатора мы увидим все составляющие звука голоса обертоны в виде светящихся столбиков разной высоты: чем сильнее обертон, тем выше столбик. частота же разных обертонов указана на шкале внизу экрана. Таким образом, подобно тому как стеклянная призма разлагает луч света на составляющие его цвета радуги, так и спектроанализатор разлагает сложный звук голоса (или любой другой) на составляющие его обертоны. Физические принципы действия этих приборов, разумеется, разные.

Рис 9. Сравнительный анализ голосов двух людей, произведенный при помощи спектроанализатора типа СЗЧ, позволяет обнаружить между ними существенную разницу: голос выдающегося певца Н. Гуярова (слева - гласная “о” в слове amor из арии короля Филиппа) значительно богаче обертонами, чем голос непрофессионала, поющего ту же арию (справа). На каждом рисунке внизу по горизонтали указана частота спектральных составляющих в килогерцах (кГц), а по вертикали справа - их сила в децибелах (дБ) (по В. П. Морозову, 1977)

Для изучения звуков, обертоновый состав которых быстро изменяется во времени, что, кстати, мы наблюдаем в голосах многих животных, применяются спектроанализаторы несколько иного типа. Наибольшее распространение среди них в последние годы получил так называемый сонограф (англ. sound - звук и graph - черта, график), выпускаемый одной из американских фирм и известный там же под названием “Динамический спектрограф” или “Видимая речь”. Этот прибор, помимо силы и частоты обертонов, позволяет регистрировать также и изменения этих параметров звука во времени. Частота обертонов определяется по вертикальной шкале слева, сила - по степени зачернения соответствующих линий на сонограмме, а их их изменение во времени - по горизонтали.

Рис 10. Графическое изображение звуков голоса зяблика, полученное при помощи сонографа. По вертикальной оси обозначена частота звуковых колебаний в килогерцах (кГц), а по горизонтали - время звучания звуков в секундах. Сила звука на сонограмме изображается степенью зачернения линии: чем сильнее звук, тем чернее линия: А - индивидуальные варианты песни; Б - сигнал взлета (”тюп”); В - социальный сигнал (”чиньк”); Г - агрессивный (”бьюз”); Д - сигнал ухаживания (”ксип”); Е - сигнал ухаживания (”чирп”); Ж - сигнал ухаживания (”сиип”); З - сигнал попрошайничества голодного птенца (”сиип”); И - сигнал попрошайничества у слетка (”чирруп”); К - сигнал тревоги молодой птицы (”тью”); Л - сигнал тревоги (вверху “сии” внизу - “хьют”); М - подпесня (по П. Марлеру и В. Гамильтону, 1966)

На рис. 7, кроме осцилограмм птичьих голосов, внизу каждой осциллограммы приведены также и сонограммы голосовых сигналов. Применение этих двух способов регистрации звука дает биоакустику достаточно полное представление о характере звуков.

Таким образом, мы познакомились с некоторыми из самых основных научных методов, применяемых в биоакустике. Посмотрим теперь, что же они дают для изучения языка различных представителей животного мира.

В. П. Морозов Занимательная биоакустика (”Знание”, 1987)