formante

In fonetica e acustica, le formanti (dal latino formare 'form' [a vocale ]) sono la concentrazione di energia acustica in un intervallo di frequenze (fisso) immutabile , indipendentemente dalla frequenza del tono fondamentale generato . A causa delle proprietà di risonanza e di interferenza dello spazio di articolazione o corpo di risonanza, queste gamme di frequenza vengono amplificate rispetto alle altre gamme di frequenza e le altre vengono attenuate, dopodiché le formanti rimangono come picchi di energia. Questo processo svolge un ruolo nel linguaggio umano e negli strumenti musicali.

Definizione dei termini

Un armonico (parziale) o un insieme coerente di armonici (parziali), che vengono innalzati di livello a frequenze naturali caratteristiche attraverso l'amplificazione della risonanza, sono chiamati formanti.

D'altra parte si riferisce alla frequenza gamma , che è caratteristica di una vocale, come formante regione (anche: Formant stirata ).

Osservazione e descrizione

Come fenomeno, un phon (in senso fonetico ) o “single tone ” in termini musicali sono le unità acustiche più piccole.

Al fine di evitare un equivoco, è necessario operare una distinzione fondamentale tra quantità misurabili e quantità percepite .

Le sorgenti sonore possono essere prima scomposte in tre sottocomponenti :

• l' oscillatore vero e proprio (come una corda , una membrana o le corde vocali ( plica vocalis ), che periodicamente interrompono il soffio d'aria in uscita) (che inizialmente è solo lì senza suonare),
• stimolazione (per spiumatura, soffiaggio, il flusso d'aria periodicamente interrotto dell'apparato respiratorio respiratorius ) e
• il corpo di risonanza ( cioè il corpo dello strumento musicale, gli spazi di risonanza ( tratto vocale ) del corpo umano).

Il cambiamento più importante nelle proprietà di risonanza avviene, come variabile variabile, cambiando la posizione della lingua. La frequenza del parlato di base è di circa 100-150 Hz per gli uomini e di circa 200-300 Hz per le donne. In senso fisico, un tale “tono unico” può essere ulteriormente scomposto in diversi parziali o parziali o armonici , cioè in diverse bande di frequenza. Il parziale più basso è decisivo per il tiro percepito . È anche conosciuta come frequenza fondamentale o tono fondamentale . Nel complesso, i toni parziali possono essere utilizzati per descrivere tutti i suoni nella musica, nonché la produzione del parlato acustico o, più in generale, qualsiasi altro evento acustico. Quasi tutti i toni, suoni e rumori così come la lingua parlata ( lingua parlata ) sono composti da tutta una serie di toni parziali. Tutti questi parziali sono sotto forma di onde sinusoidali . Un tono generale consiste ad es. B. da dieci toni parziali, che sono poi nove armonici e un fondamentale. Quali frequenze appaiono come sfumature dipende dalle proprietà fisiche del rispettivo generatore di suoni, cioè dalle sue "frequenze naturali". I suoni con "armonico" sono differenziati da quelli che appartengono alla "serie di armonici non armonici". Nell'area delle serie armoniche armoniche, le frequenze degli armonici sono multipli interi della frequenza della fondamentale ( serie tonale naturale ). Nel campo degli strumenti musicali, questi includono strumenti a corda e a fiato .

Nel caso delle “serie non armoniche di armonici”, le frequenze dei toni parziali formano tra loro relazioni complicate e non intere . Tali suoni si verificano nella musica con strumenti con toni rumorosi, ad esempio con strumenti a percussione come tamburi o con idiofoni come campane con timbri metallici. Il numero di armonici e la loro relazione tra loro descrive solo una parte di un evento acustico che viene percepito come un suono complessivo. Anche il volume dei singoli armonici è importante.

Il linguaggio umano suona in modo diverso a seconda dei diversi parlanti. La ragione di ciò è essenzialmente il suono vocale, che può essere diverso per lo stesso tono. Perché lo stesso suono dovrebbe effettivamente sorgere se due persone cantassero la stessa nota. A causa della forma anatomica individuale, cioè delle dimensioni e della forma della cavità orale , dei seni paranasali , della gola, ecc., che costituiscono i principali spazi di risonanza nell'uomo, alcune frequenze vengono amplificate, altre si indeboliscono. Gli armonici sono responsabili di tali curve di risonanza legate alla lingua. Quindi la stessa vocale produrrà risonanze diverse in persone diverse. Ma oltre alle vocali, le lingue umane fanno uso anche delle consonanti  - i rumori in cui il flusso d'aria è inibito durante la pronuncia e che quindi hanno una piccola gamma acustica. È diverso con le vocali, che vengono pronunciate senza inibire il flusso del respiro e possono quindi essere ascoltate più chiaramente.

Spiegazioni per la definizione

Nella laringe o z. B. Nel bocchino di uno strumento a fiato si produce dapprima un tono fondamentale con numerosi armonici . Solo nel corpo sonoro di uno strumento musicale o sulla via tra la laringe e l'apertura della bocca fa parte degli armonici , cioè toni parziali o parziali o armonici e componenti di rumore , attenuati, mentre un'altra parte viene amplificata dalla risonanza relativa alla fondamentale frequenza e altri armonici. Le aree dove c'è il massimo guadagno relativo sono le formanti. Le voci e gli strumenti hanno spesso più regioni formanti che non sono direttamente adiacenti l'una all'altra.

La posizione e le caratteristiche delle formanti hanno un impatto significativo sul timbro di uno strumento musicale o di una voce . Possono essere usati per distinguere tra voci e strumenti musicali, ad esempio le voci di due donne o un violino dall'altro.

La posizione delle formanti dipende

• generalmente dalle frequenze naturali caratteristiche dello strumento o generatore di suoni,
• Nel caso degli strumenti musicali meccanici, il design e i materiali utilizzati, in particolare il design della cassa armonica,
• nella voce umana dalla forma arbitrariamente modificata del tratto vocale , poiché è regolato per articolare un certo suono mediante movimenti muscolari,
• nel caso di strumenti musicali elettronici, dei bandpasses e bandstops utilizzato .

linguaggio

Spettrogramma dei suoni [i, u, ɑ] in inglese americano, formanti F1, F2 contrassegnati in rosso. Le formanti sono le bande di frequenza orizzontali.

Il parlato e quindi i suoni del parlato sono costituiti da onde di pressione dell'aria che vengono espulse dalle cavità orale e nasale . L' aria che viene forzata attraverso le corde vocali fa sì che inizino a vibrare. Le vibrazioni diventano una nota fondamentale che viene modellata e amplificata dai canali orali e nasali o da altre caratteristiche anatomiche. Più aria viene forzata attraverso le corde vocali, più forte è il suono. Le diverse posizioni della lingua e delle labbra consentono di formare suoni diversi. L'apertura e la chiusura delle corde vocali creano un'oscillazione periodica. La durata di un ciclo dipende dalla lunghezza, dalla massa e dalla tensione delle corde vocali, nonché dalla pressione dell'aria creata dai muscoli respiratori e dai polmoni.

L'articolazione vocale è solitamente sonora, le variazioni rilevanti sono i cambiamenti nelle dimensioni della gola e della bocca. Questi sono causati dalla lingua e dalle labbra, ma l' altezza della laringe , la rigidità della gola, la posizione e l'altezza della lingua , nonché la posizione delle labbra, modificano le proprietà di risonanza del tubo di prolunga e quindi anche le frequenze di risonanza della vocale risultante. In questo modo ogni vocale riceve la sua tipica composizione spettrale con concentrazioni di energia nelle rispettive frequenze di risonanza. Queste concentrazioni di energia, che possono essere riconosciute nel sonagramma come bande di frequenza orizzontali, sono chiamate formanti F1, F2, F3 e F4 ecc. Nel linguaggio umano, la posizione delle formanti caratterizza il significato di certi suoni . Nel sonagramma, le vocali differiscono dalle consonanti principalmente nella loro chiara struttura formante. Questo perché il suono, la cui articolazione porta a una consonante, è creato da un restringimento del tratto vocale, per cui il flusso dell'aria respirabile è parzialmente o completamente bloccato e si verificano turbolenze udibili (vortici d'aria). Le consonanti sono suoni che superano gli ostacoli; possono essere generate senza l'uso della voce ( senza voce ) o con vocalizzazione ( sonora ). La tendenza mostra quanto segue: è più probabile che le vocali si trovino in una gamma di frequenze più basse, le consonanti in una gamma di frequenze più alte. Mentre le vocali producono principalmente il volume del discorso, le differenziazioni delle parole ( sillabe ) vengono trasmesse tramite le consonanti . Una vocale può essere articolata in diverse altezze cambiando il periodo del movimento delle corde vocali senza cambiare la bocca e la gola.

In acustica e fonetica, la formante è la concentrazione di energia acustica in una specifica gamma di frequenze. Mentre le formanti F1, F2 e F3 sono specifiche per vocale, il che significa che assumono sempre approssimativamente gli stessi valori di frequenza relativamente indipendentemente dall'altoparlante, i valori di frequenza della formante F4 sono principalmente responsabili del timbro e delle caratteristiche di la voce di chi parla. Sono principalmente usati per identificare un parlante e non una vocale. Nel sonagramma, le vocali differiscono dalle consonanti principalmente nella loro chiara struttura formante.

Le formanti sorgono, ad esempio, negli spettri di risonanza degli strumenti musicali o nella voce umana . A causa delle proprietà di risonanza di uno strumento o dello spazio di articolazione umana, alcuni intervalli di frequenza vengono amplificati rispetto ad altri intervalli di frequenza. Le formanti sono quelle gamme di frequenza in cui il guadagno relativo è più alto. Le vocali, ad esempio, differiscono in termini di articolazione per tre parametri:

• la posizione verticale del punto più alto della lingua,
• la posizione orizzontale del punto più alto della lingua e
• la rotondità delle labbra

Usando le prime due formanti nel triangolo vocalico o nel trapezio vocale , tutte le vocali di un sistema sonoro possono essere distinte l'una dall'altra. Le formanti vocalici differiscono da persona a persona, specialmente tra uomini, donne e bambini. Segue una tabella delle posizioni formanti mediate dal triangolo vocalico menzionato.

Le prime due formanti F1 e F2 sono importanti per l'intelligibilità delle vocali . La loro posizione caratterizza la vocale parlata, la terza e la quarta formante F3 e F4 non sono più essenziali per comprendere il discorso. Caratterizzano piuttosto l'anatomia dell'oratore e le sue peculiarità di articolazione, nonché il timbro del suo discorso e variano a seconda dell'oratore. Il carattere di una voce è determinato dalla frequenza di base (da 100 a 250 Hz) e dalle caratteristiche di articolazione. L'intervallo vocale medio è compreso tra 100 e 130 Hz per gli uomini e tra 200 e 260 Hz per le donne.

Formanti, che sono da 1500 a 2000 Hz, l'effetto di far emergere Näseleffekts perché sono Näselformanten essere menzionati. Se il velo è aperto, si verifica un secondo formante nasale, spesso anche aggiunto. Sono disponibili vari studi per questo, che hanno mostrato diverse formanti nasali. La prima formante nasale è data con valori tra 200 e 250 Hz, la seconda formante nasale in modo molto diverso con valori ad es. Ad esempio 1000, 1200, 2000 o 2200 Hz.

Particolarità nel canto

Riproduci file multimediale

L'analisi del suono e dello spettro chiarisce le formanti vocalici come gamme di frequenza con maggiore intensità

Fondamentalmente lo stesso vale per il canto quanto per il linguaggio. Quanto sopra Le formanti sono particolarmente adatte per le note basse, ad es. B. spettacolo cantato nel registro ringhiante . Ma anche nella gamma più alta di una voce di soprano, la frequenza fondamentale è al di sopra delle prime frequenze formanti elencate nella Tabella 1. A frequenze di es. Ad esempio a 700 Hz le vocali u, e ed i dovrebbero essere incomprensibili e, a causa del forte smorzamento tra le formanti, formare solo toni deboli, insostenibili. Tuttavia, secondo Sundberg, le formanti non sono indipendenti dal keynote. Questa variazione indipendente delle formanti viene praticata , ad esempio, nel canto armonico . Se il tono fondamentale rientra nell'intervallo del 1° formante o è al di sopra, allora anche il 1° formante sale all'aumentare del tono fondamentale. La cantante ottiene questo aprendo la bocca più largamente. Questo adattamento del primo formante è noto come accordatura formante. Nel caso di i, u, e porta ad un aumento della prima formante, con una frequenza fondamentale di 700 Hz è anch'essa intorno a 700 Hz. Nel caso di a rimane largamente costante. La 2a formante invece decresce con e e i e aumenta con u. Tuttavia l'aumento nella 1a formante non continua "all'infinito", nella zona intorno a h2 e oltre non si può più fare nulla con ulteriore apertura della bocca. Le vocali non sono più distinguibili in note molto acute perché la frequenza fondamentale è ora sempre al di sopra della prima formante e l'impressione sonora di questa formante scompare.

Le frequenze intorno ai 3 kHz giocano un ruolo cruciale nella capacità di carico di una voce. Ecco perché questa gamma di frequenze è chiamata formante cantante . Può anche essere modificato, ad esempio, allenandosi ad alzare o abbassare la laringe mentre si canta. Una formante cantante è ben sviluppata quando le frequenze in una banda larga compresa tra 2800 e 3400 Hz hanno una “forza relativa” in una nota cantata, indipendentemente dal tono fondamentale.

storia

Il termine formante fu usato per la prima volta da Ludimar Hermann nel suo Acoustic Phonetics nel 1890 , ma non fu tecnicamente descritto da Erich Schumann nella sua tesi di abilitazione a Berlino fino al 1929 e oggi costituisce un ampio campo di ricerca in analitica, ingegneria delle comunicazioni e domini sintetici del suono .

Guarda anche

• Spettro di frequenza
• Fattore di distorsione
• Pitch shifter
• Sonagramma
• riconoscimento vocale
• Sintesi vocale
• Vocoder

letteratura

• Franz Brandl: L'arte dell'allenamento vocale su base fisiologica. Autopubblicato , Monaco 2001, ISBN 3-00-008593-9 .
• Michael Dickreiter, Volker Dittel, Wolfgang Hoeg, Martin Wöhr (a cura di): Manuale della tecnologia dello studio di registrazione. 8a edizione riveduta e ampliata, Walter de Gruyter, Berlino / Boston 2014, ISBN 978-3-11-028978-7 o e- ISBN 978-3-11-031650-6 (2 volumi).
• Ludimar Hermann : Contributi all'insegnamento della percezione del suono. In: Pflügers Arch . Volume 56, 1894, pp. 467-499.
• Fritz Klingholz: Guida medica per cantanti. Libri Libri su richiesta, Seefeld 2000, ISBN 3-8311-0493-X .
• Paul-Heinrich Mertens: le leggi del colore del suono di Schumann e il loro significato per la trasmissione del linguaggio e della musica. E. Bochinsky, Francoforte / M. 1975, ISBN 3-920112-54-7 .
• Jürgen Meyer: Acustica e pratica esecutiva musicale. E. Bochinsky, Francoforte / M. 2004, ISBN 3-932275-95-0 .
• Christoph Reuter : timbro e strumentazione. Habil. Lang, Francoforte 2002, ISBN 3-631-50272-9 .
• Erich Schumann: Fisica dei timbri. Tesi di abilitazione all'Università di Berlino, 1929.
• Erich Schumann: Fisica dei timbri. Breitkopf & Härtel, Lipsia 1940 (Volume II).
• Johan Sundberg: La scienza della voce che canta. Tradotto da Friedemann Pabst, Orpheus, Bonn 1997, ISBN 3-922626-86-6 .
• Uta Konzelmann: Misurazioni del campo vocale nei coristi prima e dopo l'esercizio con una considerazione speciale del cantante formante. Diss., Erlangen / Norimberga 1989.
• Hannes Raffaseder: Audiodesign. Fachbuchverlag Lipsia, 2002.
• Wolfgang Saus: Corfonetica - quando le vocali controllano l'intonazione. VOX HUMANA 11.1, febbraio 2015, pp. 22–26 (PDF; 170 kB).
• Eglė Alosevičienė: Fondamenti di fonetica e fonologia. Università di Vilnius, Facoltà di scienze umane, Kaunas 2009, ISBN 978-9955-33-413-2 (PDF; 929 kB).

DVD-ROM

• Bernhard Richter, Matthias Echternach, Louisa Traser, Michael Burdumy, Claudia Spahn: The Voice. Approfondimenti sui processi fisiologici coinvolti nel canto e nel parlare. 2017, Helbling, DVD-ROM.

link internet

Wikizionario: formante  - spiegazioni di significati, origini delle parole, sinonimi, traduzioni

• Triangolo vocalico - posizione in frequenza delle prime due formanti. (PDF; 178 kB).
• Le formanti modellano il timbro. (PDF; 22 kB).
• Lettura di sonogrammi - vocali e formanti.
• Sull'importanza delle formanti nel pitch shifting. (Ing.).
• Walter F. Sendlmeier, Julia Seebode: Mappe formanti del sistema vocale tedesco. (PDF; 388 kB). TU Berlin, Istituto di lingua e comunicazione.
• Tanja Schultz , Michael Wand: Biosegnali e interfacce utente. Biosegnale: linguaggio. Produzione, percezione, proprietà. ( Memento dell'8 ottobre 2019 in Internet Archive ). (PDF; 2,3MB). Lezione WS 2012/2013, Università di Karlsruhe.

Evidenze individuali

1. ↑ articolazione. Modifica del flusso d'aria. Parte A. Consonanti, Fonetica. (PDF; 711 kB), Università di Monaco, consultato il 6 maggio 2020.
2. ↑ Vedi ad es. B. Fabian Bross: Fondamenti di fonetica acustica . In: Helkon. Un giornale online multidisciplinare . nastro 1 , 2010, pag. 101 f . ( helikon-online.de [PDF; 1,2 MB ; consultato il 6 maggio 2020]). 
3. ↑ Alexander Berghaus , Gerhard Rettinger, Gerhard Böhme: Medicina dell'orecchio, del naso e della gola . Hippokrates, Stoccarda 1996, ISBN 3-7773-0944-3 , K. Phoniatrie und Pedaudiology, 1.1.2 Metodi di esame, p. 649 ( archive.org [PDF; accesso 28 giugno 2020]). 
4. ^ Dopo Christian Lehmann: Die Sprachlaute I: Vowels. 19 aprile 2019, accesso 6 maggio 2020.
5. ^ Bernhard Richter, Matthias Echternach, Louisa Traser, Michael Burdumy, Claudia Spahn: La voce. Approfondimenti sui processi fisiologici coinvolti nel canto e nel parlare. 2017, Helbling, ROM-DVD.