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Espectrograma de vocales del inglés americano [i, u, ɑ] que muestra los formantes F 1 y F 2

En ciencias del habla y fonética , un formante es el máximo espectral amplio que resulta de una resonancia acústica del tracto vocal humano. [1] [2] En acústica , un formante generalmente se define como un pico amplio, o máximo local, en el espectro. [3] [4] Para sonidos armónicos, con esta definición, la frecuencia formante a veces se toma como la del armónicoparcial que es más aumentado por una resonancia. La diferencia entre estas dos definiciones reside en si los "formantes" caracterizan los mecanismos de producción de un sonido o el sonido producido en sí. En la práctica, la frecuencia de un pico espectral difiere de la frecuencia de resonancia asociada, excepto cuando, por suerte, los armónicos están alineados con la frecuencia de resonancia.

Se puede decir que una habitación tiene formantes característicos de esa habitación en particular, debido a la forma en que el sonido se refleja en sus paredes y objetos. Los formadores de habitación de esta naturaleza se refuerzan enfatizando frecuencias específicas y absorbiendo otras, como explota, por ejemplo, Alvin Lucier en su pieza I Am Sitting in a Room .

Historia [ editar ]

Desde un punto de vista acústico, la fonética tenía un serio problema con la idea de que la longitud efectiva del tracto vocal cambiaba las vocales. [ cita requerida ] De hecho, cuando cambia la longitud del tracto vocal, todos los resonadores acústicos formados por las cavidades bucales se escalan, al igual que sus frecuencias de resonancia. Por lo tanto, no estaba claro cómo las vocales podrían depender de las frecuencias cuando los hablantes con diferentes longitudes de tracto vocal, por ejemplo , los cantantes de bajo y soprano , pueden producir sonidos que se perciben como pertenecientes a la misma categoría fonética. Tenía que haber alguna forma de normalizar la información espectral que sustenta la identidad vocal. Hermannsugirió una solución a este problema en 1894, acuñando el término “formante”. Una vocal, según él, es un fenómeno acústico especial, que depende de la producción intermitente de un parcial especial, o "formante", o "característico". La frecuencia del "formante" puede variar un poco sin alterar el carácter de la vocal. Para a , por ejemplo, el "formante" puede variar de 350 a 440 Hz incluso en la misma persona. [5]

Fonética [ editar ]

Formantes de vocales promedio para una voz masculina [6]
Vocal
( IPA )		Formante F 1
(Hz)		Formante F 2
(Hz)		Diferencia
F 1 - F 2
(Hz)
I24024002160
y23521001865
mi39023001910
ø37019001530
ɛ61019001290
œ58517101125
a8501610760
ɶ8201530710
ɑ750940190
ɒ70076060
ʌ6001170570
ɔ500700200
ɤ4601310850
o360640280
ɯ30013901090
tu250595345
Formantes de vocales promedio en un diagrama

Los formantes son componentes de frecuencia distintivos de la señal acústica producida por el habla, los instrumentos musicales [7] o el canto . La información que los seres humanos necesitan para distinguir entre los sonidos del habla se puede representar de forma puramente cuantitativa especificando picos en el espectro de amplitud o frecuencia. La mayoría de estos formantes son producidos por resonancia de cámara y tubo , pero algunos tonos de silbido se derivan del colapso periódico de las zonas de baja presión del efecto Venturi [ cita requerida ] . El formante con la frecuencia más baja se llama F 1 , el segundo F 2 y el tercero F 3. La mayoría de las veces, los dos primeros formantes, F 1 y F 2 , son suficientes para identificar la vocal. La relación entre la calidad vocal percibida y las dos primeras frecuencias formantes se puede apreciar escuchando "vocales artificiales" que se generan al pasar un tren de clics (para simular el tren de pulsos glotal) a través de un par de filtros de paso de banda (para simular el tracto vocal resonancias).

Las consonantes nasales suelen tener un formante adicional alrededor de los 2500 Hz. El líquido [l] por lo general tiene un formante extra en 1500 Hz, mientras que el Inglés sonido "r" ( [ɹ] ) se distingue por una muy baja tercio de formantes (muy por debajo de 2000 Hz).

Las oclusivas (y, hasta cierto punto, las fricativas ) modifican la ubicación de los formantes en las vocales circundantes. Los sonidos bilabiales (como / b / y / p / en "bola" o "savia") provocan una disminución de los formantes; los sonidos velares ( / k / y / ɡ / en inglés) casi siempre muestran que F 2 y F 3 se unen en un 'pellizco velar' antes de que el velar y se separen del mismo 'pellizco' cuando se suelta el velar; sonidos alveolares (inglés / t / y / d /) provocan menos cambios sistemáticos en los formantes vocales vecinos, dependiendo parcialmente de exactamente qué vocal está presente. El curso temporal de estos cambios en las frecuencias de formantes de vocales se conoce como "transiciones de formantes".

Si la frecuencia fundamental de la vibración subyacente es más alta que una frecuencia de resonancia del sistema, entonces el formante que normalmente imparte esa resonancia se perderá en su mayor parte. Esto es más evidente en el ejemplo de los cantantes de ópera soprano , que cantan lo suficientemente alto que sus vocales se vuelven muy difíciles de distinguir.

El control de las resonancias es un componente esencial de la técnica vocal conocida como canto armónico , en el que el intérprete canta un tono fundamental bajo y crea resonancias agudas para seleccionar armónicos superiores , dando la impresión de que se cantan varios tonos a la vez.

Se pueden usar espectrogramas para visualizar formantes. En los espectrogramas, puede ser difícil distinguir los formantes de los armónicos que ocurren naturalmente cuando se canta. Sin embargo, se pueden escuchar los formantes naturales en forma de vocal a través de técnicas atonales como el fry vocal .

Estimación de formantes [ editar ]

Los formantes, ya sean vistos como resonancias acústicas del tracto vocal o como máximos locales en el espectro del habla, como filtros de paso de banda , se definen por su frecuencia y por su amplitud espectral.

Existen diferentes métodos para obtener esta información. Las frecuencias de los formantes, en su definición acústica, se pueden estimar a partir del espectro de frecuencias del sonido, utilizando un espectrograma (en la figura) o un analizador de espectro. Sin embargo, para estimar las resonancias acústicas del tracto vocal (es decir, la definición de voz de los formantes) a partir de una grabación de voz, se puede utilizar la codificación predictiva lineal . Un enfoque intermedio consiste en extraer la envolvente espectral neutralizando la frecuencia fundamental, [8] y solo entonces buscando máximos locales en la envolvente espectral.

Tramas formantes [ editar ]

Los dos primeros formantes son importantes para determinar la calidad de las vocales, y con frecuencia se dice que corresponden a las dimensiones abierta / cerrada y anverso / reverso (que tradicionalmente, aunque no del todo exactamente, se han asociado con la forma y posición de la lengua ). . Así, el primer formante F 1 tiene una frecuencia más alta para una vocal abierta (como [a] ) y una frecuencia más baja para una vocal cerrada (como [i] o [u] ); y el segundo formante F 2 tiene una frecuencia más alta para una vocal anterior (como [i] ) y una frecuencia más baja para una vocal posterior (como [u] ). [9] [10] como puede verse en la Fig.1.

Fig.1 Diagrama esquemático del diagrama de formantes

Las vocales casi siempre tendrán cuatro o más formantes distinguibles; a veces hay más de seis. Sin embargo, los dos primeros formantes son los más importantes para determinar la calidad de la vocal, y esto a menudo se muestra en términos de una gráfica del primer formante contra el segundo formante, [11] aunque esto no es suficiente para capturar algunos aspectos de la calidad de la vocal, como como redondeo. [12] Un ejemplo de cómo las vocales de un idioma o dialecto pueden trazarse en una tabla de vocales auditivas tradicionales y también en una trama de formantes puede verse en el caso del noruego .

Si bien los intentos de Daniel Jones de capturar la articulación de las vocales dieron como resultado que la Asociación Fonética Internacional trazara las vocales en un trapezoide, el espacio formante real puede ser más triangular. Se muestra una trama idealizada de los formantes de Jones y John Wells pronunciando las vocales cardinales de la IPA. [13]

Muchos escritores han abordado el problema de encontrar una alineación óptima de las posiciones de las vocales en los diagramas de formantes con las del cuadrilátero de vocales convencional. El trabajo pionero de Ladefoged [14] utilizó la escala Mel porque se afirmó que esta escala se correspondía más estrechamente con la escala auditiva de tono que con la medida acústica de la frecuencia fundamental expresada en Hertz como en la Fig. 1. Dos alternativas a la escala Mel son la escala de Bark y la escala de tasa de ERB . Hayward, pág. 141, y las gráficas de formantes basadas en la escala de Hertz y en la escala de Bark se comparan en la p. 153. [15] Otra estrategia para mejorar los diagramas de formantes que se ha adoptado ampliamente es trazar en el eje horizontal no el valor de F2 sino la diferencia entre F1 y F2 para una vocal determinada.

Formante del cantante [ editar ]

Artículo principal: Squillo

Los estudios del espectro de frecuencias de cantantes clásicos entrenados , especialmente cantantes masculinos, indican un formante claro alrededor de 3000 Hz (entre 2800 y 3400 Hz) que está ausente en el habla o en los espectros de cantantes no entrenados. Se cree que está asociado con una o más de las resonancias más altas del tracto vocal. [16] Es este aumento de energía a 3000 Hz lo que permite que los cantantes sean escuchados y comprendidos en una orquesta . Este formante se desarrolla activamente a través del entrenamiento vocal , por ejemplo a través de los llamados ejercicios de voce di strega o "voz de bruja" [17] y es causado por una parte del tracto vocal que actúa como resonador . [18] [19]En música clásica y pedagogía vocal, este fenómeno también se conoce como squillo .

Ver también [ editar ]

  • Síntesis de formantes
  • Voz humana
  • Codificación predictiva lineal
  • Praat
  • Timbre
  • Codificador de voz

Referencias [ editar ]

  1. ^ Titze, IR (1994). Principios de producción de voz, Prentice Hall, ISBN  978-0-13-717893-3 .
  2. ^ Titze, IR, Baken, RJ Bozeman, KW, Granqvist, S. Henrich, N., Herbst, CT, Howard, DM, Hunter, EJ, Kaelin, D., Kent, RD, Löfqvist, A., McCoy, S ., Miller, DG, Noé, H., Scherer, RC, Smith, JR, Story, BH, Švec, JG, Ternström, S. y Wolfe, J. (2015) "Hacia un consenso sobre notación simbólica de armónicos, resonancias y formantes en vocalización ". J. Acoust. Soc. America. 137, 3005–3007.
  3. ^ Jeans, JH (1938) Science & Music, reimpreso por Dover, 1968.
  4. ^ Secretaría de normas, Sociedad de Acústica de América, (1994). ANSI S1.1-1994 (R2004) Terminología acústica estándar nacional estadounidense, (12.41) Sociedad acústica de América, Melville, NY.
  5. ^ McKendrick, JG (1903). Fonética experimental. En Informe anual de la junta de regentes de la institución Smithsonian para el año que finalizó el 30 de junio de 1902 (págs. 241-259). Institución Smithsonian.
  6. ^ Catford, JC (1988) Una introducción práctica a la fonética , Oxford University Press, p. 161. ISBN 978-0198242178 
  7. ^ Reuter, Christoph (2009): El papel de las posiciones de los formantes y las micro-modulaciones en la combinación y enmascaramiento parcial de instrumentos musicales. En: Revista de la Sociedad Americana de Acústica (JASA), vol. 126,4, pág. 2237
  8. ^ Kawahara, Hideki; Masuda-Katsuse, Ikuyo; de Cheveigné, Alain (abril de 1999). "Reestructuración de las representaciones del habla utilizando un suavizado de tiempo-frecuencia adaptable al tono y una extracción F0 basada en frecuencia instantánea: posible papel de una estructura repetitiva en los sonidos". Comunicación de voz . 27 (3–4): 187–207. doi : 10.1016 / S0167-6393 (98) 00085-5 .
  9. ^ Ladefoged, Peter (2006) Un curso de fonética (quinta edición) , Boston, MA: Thomson Wadsworth, p. 188. ISBN 1-4130-2079-8 
  10. ^ Ladefoged, Peter (2001) Vocales y consonantes: una introducción a los sonidos del lenguaje , Maldern, MA: Blackwell, p. 40. ISBN 0-631-21412-7 
  11. ^ Deterding, David (1997) "Los formantes de las vocales monoftonas en la pronunciación estándar del inglés británico del sur", Revista de la Asociación Fonética Internacional , 27, págs. 47-55.
  12. ^ Hayward, Katrina (2000) Fonética experimental , Harlow, Reino Unido: Pearson, p. 149. ISBN 0-582-29137-2 
  13. ^ Geoff Lindsey , 2013. El espacio vocal . [1]
  14. ^ Ladefoged, P. (1967). Tres áreas de fonética experimental . Oxford. pag. 87.
  15. ^ Hayward, K. (2000). Fonética experimental . Longman. ISBN 0-582-29137-2.
  16. ^ Sundberg, J. (1974). "Interpretación articulatoria del 'formante cantante'", Revista de la Sociedad Acústica de América , 55, 838–844.
  17. ^ Frisell, Anthony (2007). Voz de barítono . Boston: Libros de Branden. pag. 84. ISBN 978-0-8283-2181-5.
  18. ^ "Anillo vocal o formante del cantante" . El Centro Nacional de Voz y Habla . Consultado el 7 de abril de 2008 .
  19. ^ Sundberg, Johan (1987). La ciencia de la voz cantada . DeKalb, Ill: Northern Illinois University Press . ISBN 0-87580-542-6.

Enlaces externos [ editar ]

  • Reuters Mapa interactivo de formantes de instrumentos musicales de viento y cuerda
  • Formantes para divertirse y lucrar
  • Formantes y pedales wah-wah
  • ¿Qué es un formante? Una discusión de los tres significados diferentes de la palabra 'formante'
  • Afinación de formantes por cantantes soprano de la Universidad de Nueva Gales del Sur
  • La acústica del canto armónico o armónico de la Universidad de Nueva Gales del Sur
  • Materiales para medir y graficar formantes de vocales