F1 e F2
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formante = concentrazione di energia
in una banda frequenziale comprendente una o più
componenti armoniche
Alcuni aspetti interessanti
della struttura formantica:
- le
prime due formanti contengono sufficienti informazioni
affinchè il nostro sistema di audio-codifica identifichi e
classifichi (non qualitativamente) un timbro vocalico
-
ciascuna delle 7 vocali della lingua italiana prevede
almeno 5 formanti, situate in zone frequenziali ben
precise
- la
frequenza della prima formante F1 è in relazione con
l’ampiezza dell’apertura della bocca
- la
frequenza della seconda formante F2 è determinata dalle
diverse posizioni della lingua
Diamo ora un’occhiata a
questa immagine: sono raffigurate le frequenze delle prime
due formanti di tutte e sette le vocali, con relativo
assetto del tratto vocale.
La cosa interessante è che per una medesima vocale la
posizione delle formanti non cambia pur variando la
frequenza che si sta emettendo.
Ciò che fa la differenza è
la diversa quantità di informazioni contenute in ciascuna
formante; nella figura qui sotto si nota come emettendo la
stessa vocale [a] su frequenze diverse si determinino
identiche formanti ciascuna con una quantità diversa di
componenti armoniche. Ciò avviene in quanto aumentando la
frequenza, il primo armonico si sposta visivamente
verso destra, e così tutti gli armonici successivi, che
sono suoi multipli interi.
Questo è anche uno dei
motivi per cui facciamo più fatica a notare differenze
timbriche tra due soprani piuttosto che tra due bassi.
Altro aspetto particolare
interessante: il picco della prima formante aumenta di
frequenza dalla [i] fino alla [a], per poi decrescere e
tornare alla posizione di partenza dalla [a] alla [u].
Il motivo è semplice: F1 è
in relazione anche con l’ampiezza della cavità faringea
(dietro la lingua per intenderci), che in effetti,
osservando la figura, prima diminuisce e in seguito
aumenta.
Idem dicasi per le posizioni
di F2 che si posiziona attorno ai 2700 Hz nella [i]
(cavità buccale piccola) e man mano scende fino ai 700 Hz
nella [u] (cavità buccale ampia).
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Uberti
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In questa figura appare ben evidente l'immutabilità dei picchi
formantici, su medesima vocale, pur al variare della frequenza
emessa; in ordinata abbiamo l'intensità, in ascissa la frequenza.
Ciò è dovuto al fatto che la frequenza della componente
armonica fondamentale (praticamente l'altezza del suono che stiamo
emettendo) non è in relazione con l'ampiezza delle cavità di
risonanza:
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- Georgia State
University
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In quest’altra immagine abbiamo una
chiara visione spettrografica di F1 e F2 e loro variazioni per
ciascuna vocale:
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| Uberti: le sette vocali della lingua
italiana sintetizzate per chiarezza di esposizione come se
fossero cantate da un basso sulla stessa nota fa1 (= 87,30
Hz): in alto lo spettrogramma dell’esempio vocale; nella
colonna sinistra gli schemi degli atteggiamenti
articolatori, ricavati da radiografie; nella colonna
destra gli spettri delle sette vocali. Nello spettro di
ogni vocale si riconoscono facilmente i gruppi di armonici
dall’aspetto di picchi montagnosi, chiamate “formanti”.
Nello spettrogramma le stesse formanti appaiono come
annerimento degli stessi gruppi di armonici. |
Per contro è
interessante notare, come già menzionato, come al variare della
frequenza di una medesima vocale le formanti cadano sempre nelle
medesime bande frequenziali:
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Uberti
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In pratica la posizione invariabile delle
formanti mi garantisce il riconoscimento e l’identificazione
timbrico-vocale a prescindere dall’altezza del suono emesso;
infatti se campionassimo una qualsiasi frequenza vocale e poi via
MIDI suonassimo una scala ascendente dalla nota più bassa alla più
acuta, sentiremmo un timbro che da muggito si trasforma in timbro
da polmoni pieni di elio.
Ciò perchè mutando il pitch cambia
anche la distanza frequenziale tra le formanti. Questo è uno dei
motivi per cui uno strumento campionato deve essere costituito da
un campione per ogni singola nota: si campiona un do suonato da un
pianoforte e si assegna al tasto do corrispondente, poi si suona
un do#, si campiona e si assegna al tasto do#, e via dicendo.
Ecco un esempio del comportamento
formantico della voce umana, prima con [i], poi con [ò], e le zone
formantiche rimangono invariate, per finire col terzo esempio, una
[i] compressa e dilatata digitalmente in modo progressivo, e le
zone formantiche seguono l’andamento (gli esempi partono al 7°
sec.):
Graficamente vi è un modo molto semplice per coordinare l’azione
delle prime due formanti F1 e F2 il cui rapporto determinerà le
diverse vocali, ovvero si prende un piano cartesiano e sull’asse x
si dispongono le frequenze di F1 e sull’asse y le
frequenze di F2, in questa maniera:
ho cerchiato in rosso molto
approssimativamente le coordinate delle prime due formanti, nel
senso che ad esempio la vocale [è] (/e/ aperta), emessa con voce
liricamente ben impostata potrebbe risultare come F1= 600 Hz e
F2=1400 Hz.
Da questo diagramma si evince quindi
che modificando la banda di F2 da 800 Hz verso i 2300 Hz, e
lasciando invariata F2 a 350 Hz, si passi da [u] verso [i].
Riflettendoci appare chiaro, infatti nel passaggio da una vocale
all’altra il vocal tract assume forme diverse grazie ai movimenti di
labbra, lingua, palato molle e spostamenti della laringe e della
mandibola, venendosi a creare quindi al suo interno cavità più o
meno ampie, la dimensione delle quali determina il rinforzo di certi
gruppi di armonici (formanti) piuttosto che di altri.
