Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Спектрограмма гласных звуков американского английского [i, u,], показывающая форманты F 1 и F 2

В речевой науке и фонетиках , формант является широким спектральным максимумом , что результаты в акустическом резонансе человеческого голосового тракта. [1] [2] В акустике формант обычно определяется как широкий пик или локальный максимум в спектре. [3] [4] Для гармонических звуков, с этим определением, формант частота иногда принимают , что из гармоникичастичный, наиболее усиленный резонансом. Разница между этими двумя определениями заключается в том, характеризуют ли «форманты» механизмы производства звука или сам производимый звук. На практике частота спектрального пика отличается от соответствующей резонансной частоты, за исключением тех случаев, когда, по счастливой случайности, гармоники совпадают с резонансной частотой.

Можно сказать, что у комнаты есть форманты, характерные для этой конкретной комнаты, из-за того, как звук отражается от ее стен и предметов. Комнатные форманты такой природы усиливают себя, выделяя определенные частоты и поглощая другие, как это использовал, например, Элвин Люсьер в своей пьесе « Я сижу в комнате» .

История [ править ]

С акустической точки зрения у фонетики была серьезная проблема с идеей, что эффективная длина речевого тракта изменяет гласные. Было непонятно, как они могут зависеть от частот, когда все, от баса до сопрано, могут произносить одни и те же гласные. Должен был быть способ нормализовать частоты. Германн предложил решение этой проблемы в 1894 году, придумав термин «формант». Гласный, по его словам, представляет собой особое акустическое явление, зависящее от прерывистого образования особого частичного, или «форманта», или «характеристики». Частота «форманты» может немного варьироваться без изменения характера гласного. Для а , например, «форманта» может варьироваться от 350 до 440 Гц даже у одного и того же человека. [5]

Фонетика [ править ]

Средние форманты гласных для мужского голоса [6]
Гласный
( IPA )		Форманта F 1
(Гц)		Форманта F 2
(Гц)		Разница
F 1 - F 2
(Гц)
я24024002160
у23521001865 г.
е39023001910 г.
ø3701900 г.1530
ɛ6101900 г.1290
œ5851710 г.1125
а8501610760
ɶ8201530710
ɑ750940190
ɒ70076060
ʌ6001170570
ɔ500700200
ɤ4601310850
о360640280
ɯ30013901090
ты250595345
Средние форманты гласных на диаграмме

Форманты - это отличительные частотные компоненты акустического сигнала, производимого речью, музыкальными инструментами [7] или пением . Информация, которая требуется людям для различения звуков речи, может быть представлена ​​чисто количественно путем определения пиков в амплитудном или частотном спектре. Большинство этих формант производятся резонансом трубки и камеры , но некоторые свистящие тоны возникают из-за периодического схлопывания зон низкого давления с эффектом Вентури [ цитата необходима ] . Форманта с самой низкой частотой называется F 1 , вторая - F 2 , а третья - F 3.. Чаще всего для определения гласного достаточно двух первых формант, F 1 и F 2 . Связь между воспринимаемым качеством гласных и первыми двумя частотами формант можно оценить, послушав «искусственные гласные», которые генерируются путем прохождения последовательности щелчков (для имитации последовательности голосовых импульсов) через пару полосовых фильтров (для имитации голосового тракта). резонансы).

Носовые согласные обычно имеют дополнительную форманту около 2500 Гц. Жидкость [l] обычно имеет дополнительную форманту на частоте 1500 Гц, тогда как английский звук «r» ( [ɹ] ) отличается очень низкой третьей формантой (значительно ниже 2000 Гц).

Взрывные (и, в некоторой степени, фрикативные ) изменяют размещение формант в окружающих гласных. Двугубные звуки (такие как / b / и / p / in «мяч» или «сок») вызывают понижение формант; велярные звуки ( / k / и / ɡ / на английском языке) почти всегда показывают, что F 2 и F 3 сходятся вместе в «велярной щепотке» перед велярной и отделяются от той же «щепотки», когда велярная велярная ткань отпускается; альвеолярные звуки (англ. / т / и / д /) вызывают меньшее количество систематических изменений в формантах соседних гласных, частично в зависимости от того, какая именно гласная присутствует. Динамика этих изменений частот формант гласных называется «переходами формант».

Если основная частота лежащей в основе вибрации выше, чем резонансная частота системы, то форманта, обычно передаваемая этим резонансом, будет в основном потеряна. Это наиболее очевидно на примере оперных певцов- сопрано , которые поют настолько высоко, что их гласные становится очень трудно различить.

Управление резонансами является важным компонентом вокальной техники, известной как обертоновое пение , в которой исполнитель поет низкий основной тон и создает резкие резонансы для выбора верхних гармоник , создавая впечатление одновременного исполнения нескольких тонов.

Спектрограммы могут использоваться для визуализации формант. В спектрограммах бывает трудно отличить форманты от естественных гармоник, когда кто-то поет. Тем не менее, можно услышать естественные форманты в форме гласных с помощью атональных методов, таких как вокал .

Форманта оценка [ править ]

Форманты, независимо от того, видны ли они как акустические резонансы речевого тракта или как локальные максимумы в речевом спектре, как полосовые фильтры , определяются их частотой и спектральной шириной.

Существуют разные методы получения этой информации. Формантные частоты в их акустическом определении могут быть оценены по частотному спектру звука с помощью спектрограммы (на рисунке) или анализатора спектра. Однако для оценки акустических резонансов речевого тракта (то есть определения речевых формант) по записи речи можно использовать кодирование с линейным предсказанием . Промежуточный подход состоит в извлечении спектральной огибающей путем нейтрализации основной частоты [8] и только затем в поиске локальных максимумов в спектральной огибающей.

Форманты [ править ]

Первые две форманты важны для определения качества гласных, и часто говорят, что они соответствуют размерам открытого / закрытого и переднего / заднего (которые традиционно, хотя и не совсем точно, были связаны с формой и положением языка ) . Таким образом, первая форманта F 1 имеет более высокую частоту для открытой гласной (такой как [a] ) и более низкую частоту для близкой гласной (такой как [i] или [u] ); а вторая форманта F 2 имеет более высокую частоту для гласного переднего ряда (например, [i] ) и более низкую частоту для гласного заднего ряда (например, [u] ). [9] [10] как видно на рис.1.

Рис.1 Принципиальная схема формантного участка

Гласные почти всегда имеют четыре или более различимых формант; иногда их больше шести. Однако первые две форманты наиболее важны для определения качества гласных, и это часто отображается в виде графика зависимости первой форманты от второй форманты [11], хотя этого недостаточно, чтобы уловить некоторые аспекты качества гласных, например как округление. [12] Пример того, как гласные языка или диалекта могут быть нанесены на традиционную диаграмму слуховых гласных, а также на формантный график, можно увидеть в случае норвежского языка .

В то время как попытки Дэниела Джонса уловить артикуляцию гласных привели к тому, что Международная фонетическая ассоциация нанесла гласные на трапецию, фактическое формантное пространство может быть более треугольным. Показан идеализированный сюжет формант Джонса и Джона Уэллса, произносящих главные гласные IPA. [13]

Многие авторы обращались к проблеме поиска оптимального совмещения позиций гласных на формантных графиках с позициями в четырехугольнике обычных гласных. В новаторской работе Ладефогеда [14] использовалась шкала Мела, потому что эта шкала, как утверждалось, более точно соответствует слуховой шкале высоты тона, чем акустической мере основной частоты, выраженной в герцах, как показано на рис. 1. Две альтернативы шкале Мела являются шкалы коры и шкала ERB скорости . Сравнение этих трех шкал показано Hayward, p. 141, а формантные графики по шкале Герца и Барка сравниваются на стр. 153. [15] Другая стратегия улучшения формантных графиков, которая получила широкое распространение, заключается в нанесении на горизонтальную ось не значения F2, а разницы между F1 и F2 для данной гласной.

Форманта певца [ править ]

Основная статья: Скилло

Исследования частотного спектра подготовленных классических певцов , особенно певцов-мужчин, указывают на четкую форманту около 3000 Гц (между 2800 и 3400 Гц), которая отсутствует в речи или в спектрах неподготовленных певцов. Считается, что это связано с одним или несколькими высшими резонансами речевого тракта. [16] Именно это увеличение энергии на частоте 3000 Гц позволяет певцам быть услышанными и понятыми в оркестре . Эта форманта активно развивается посредством вокальных тренировок , например, посредством так называемых упражнений voce di strega или «голоса ведьмы» [17], и вызывается частью речевого тракта, действующей как резонатор . [18] [19]В классической музыке и вокальной педагогике это явление также известно как сквилло .

См. Также [ править ]

  • Формантный синтез
  • Человеческий голос
  • Кодирование с линейным прогнозированием
  • Praat
  • Тембр
  • Вокодер

Ссылки [ править ]

  1. ^ Titze, ИК (1994). Принципы голосового производства, Prentice Hall, ISBN  978-0-13-717893-3 .
  2. ^ Титце, И. Р., Бакен, Р. Дж. Бозман, К. В., Гранквист, С. Генрих, Н., Хербст, Коннектикут, Ховард, Д. М., Хантер, Э. Дж., Келин, Д., Кент, Р. Д., Лёфквист, А., Маккой, С. ., Миллер, Д.Г., Ноэ, Х., Шерер, Р.К., Смит, Дж. Р., Стори, Б.Х., Швец, Дж. Г., Тернстрём, С. и Вулф, Дж. (2015) «К консенсусу по символическому обозначению гармоник, резонансов , и форманты в вокализации ". J. Acoust. Soc. Америка. 137, 3005–3007.
  3. Перейти ↑ Jeans, JH (1938) Science & Music, перепечатано Dover, 1968.
  4. ^ Секретариат стандартов, Акустическое общество Америки, (1994). ANSI S1.1-1994 (R2004) Американская национальная стандартная акустическая терминология, (12.41) Акустическое общество Америки, Мелвилл, штат Нью-Йорк.
  5. ^ Маккендрик, JG (1903). Экспериментальная фонетика. В годовом отчете попечительского совета Смитсоновского института за год, закончившийся 30 июня 1902 г. (стр. 241–259). Смитсоновский институт.
  6. ^ Катфорд, JC (1988) Практическое введение в фонетику , Oxford University Press, стр. 161. ISBN 978-0198242178 
  7. ^ Reuter, Christoph (2009): роль формантных позиций и микромодуляций в смешивании и частичном маскировании музыкальных инструментов. В: Journal of the Acoustical Society of America (JASA), Vol. 126,4, стр. 2237
  8. ^ Кавахар, Хидеки; Масуда-Катсусе, Икуйо; де Шевенье, Ален (апрель 1999 г.). «Реструктуризация речевых представлений с использованием частотно-временного сглаживания с адаптацией к высоте звука и извлечения F0 на основе мгновенной частоты: возможная роль повторяющейся структуры в звуках». Речевое общение . 27 (3–4): 187–207. DOI : 10.1016 / S0167-6393 (98) 00085-5 .
  9. ^ Ladefoged, Питер (2006) Курс фонетики (пятое издание) , Бостон, Массачусетс: Томсон Уодсворт, стр. 188. ISBN 1-4130-2079-8 
  10. ^ Ladefoged, Питер (2001) Гласные и согласные: Введение в звуках языка , Maldern, MA: Blackwell, с. 40. ISBN 0-631-21412-7 
  11. ^ Детердинг, Дэвид (1997) «Форманты монофтонговых гласных в стандартном южно-британском английском произношении», Журнал Международной фонетической ассоциации , 27, стр. 47–55.
  12. Перейти ↑ Hayward, Katrina (2000) Experimental Phonetics , Harlow, UK: Pearson, p. 149. ISBN 0-582-29137-2 
  13. ^ Джефф Линдси , 2013. Пространство гласных . [1]
  14. ^ Ladefoged, P. (1967). Три области экспериментальной фонетики . Оксфорд. п. 87.
  15. Перейти ↑ Hayward, K. (2000). Экспериментальная фонетика . Лонгман. ISBN 0-582-29137-2.
  16. ^ Сандберг, Дж. (1974). «Артикуляционная интерпретация« поющего форманта »», Журнал Акустического общества Америки , 55, 838–844.
  17. ^ Фризелл, Энтони (2007). Голос баритона . Бостон: Книги Брандена. п. 84. ISBN 978-0-8283-2181-5.
  18. ^ "Вокальное кольцо, или Форманта певца" . Национальный центр голоса и речи . Проверено 7 апреля 2008 .
  19. ^ Сандберг, Йохан (1987). Наука певческого голоса . ДеКалб, Иллинойс: Издательство Университета Северного Иллинойса . ISBN 0-87580-542-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • Интерактивная формантная карта музыкальных духовых и струнных инструментов Reuters
  • Форманты для развлечения и наживы
  • Форманты и педали вау-вау
  • Что такое форманта? Обсуждение трех различных значений слова форманта
  • Формантная настройка исполнителями сопрано из Университета Нового Южного Уэльса
  • Акустика гармонического или обертонного пения от Университета Нового Южного Уэльса.
  • Материалы для измерения и построения формант гласных