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Tutorium zur Einführung in die Phonetik II - Akustik

Anmerkungen zu Teil 2

angelikaberwein@yahoo.de

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Rohschall an der Glottis:Amplitude der Obertöne fallen um ca. 12 dBpro Oktave ab-> z. B. 200 Hz: 60 dB

400 Hz: 48 dB800 Hz: 36 dB

Rohschallspektrum

Übertragungsfunktion des Filters

F1 F2 F3

Verknüpfung Quelle und Filter

Sprachschall: Multiplikation von Rohschallspektrum und Übertragungsfunktion=> wenn Quellsignal Linienspektrum hatte, dann auch Ausgangssignal!

F1

Ansatzrohr lässt Resonanzfrequenzen desEingangssignals verstärkt durch und dämpft andere=> Vorstellung: Ansatzrohr als neutrales Rohr

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zum Thema Ansatzrohr („neutrales Rohr“)

- viele vereinfachende Annahmen (Siehe Skript S. 13), u. a. „schallharte Glottis“ => totale Reflexion bei Impuls

Voraussetzung für Bildung stehender Wellen (Resonanzen):- Schwingungsbauch an Glottis (wegen totaler Reflexion- Schwingungsknoten an den Lippen (kein Reflexionswiderstand)

Zur Berechnung der stehenden Wellen im neutralen Rohr suchen wir also diejenigen Wellen, die an der Glottis einen Schwingungsbauch und an Lippen Schwingungsknoten haben

- Stehende Welle = Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude => konstante Positionen von Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten

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- 2. Welle mit diesen Eigenschaften:

Cosinuswelle, die zu ¾ in das Ansatzrohr passt => Wellenlänge = 4/3*L

- 3. Welle mit diesen Eigenschaften:

Cosinuswelle, die zu 5/4 in das Ansatzrohr passt => Wellenlänge = 4/5*L

- 1. Welle, die diesen Bedingungen genügt:

Cosinuswelle, die zu ¼ in das Ansatzrohr passt => Wellenlänge = 4*L

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- In Wirklichkeit ist das menschliche Ansatzrohr nicht und die Glottis nicht zu jedem Zeitpunkt verschlossen=> keine einzelnen Resonanzfrequenzen, sondern Frequenzbänder (Formanten)

- gekennzeichnet durch Frequenzlage und Bandbreite (Frequenzbereich, den der Formant bei –3dB unter seiner Spitzenamplitude in der Breite einnimmt)

Formanten

Bandbreite von F2

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Verknüpfung von Quelle und Filter

a) Im Frequenzbereich: Multiplikation Rohschallspektrum x(f) mit Übertragungsfunktion h(f) des Filters=> y(f) = x(f) * h(f)

b) Im Zeitbereich: Faltung des Quellsignals x(t) mit h(t)=> vereinfachte Formel: y(t) = x(t) * h(t)

steht eigentlich für:

y(t) = Ausgangssignalx(t) = Druckschwankungen an Glottish(t) ist hier komplex, da die Systemantwort länger dauert als der auslösende Impuls und somit auch noch darauf folgende Impulse beeinflusst

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Formantverschieber

- modelliert die Form des Ansatzrohrs bei der Produktion von Schwa (Vokalsystem als Abbildung der geometrischen Veränderungen gegenüber dem neutralen Rohr)- nach oben geöffnet: Verengung- - bedeutet: Absenkung des Formanten zum Plosiv hin- + bedeutet: Erhöhung des Formanten zum Plosiv hin- bilabial: Verengung im 8. Achtel des Vokaltrakts- alveolar: Verengung im 7. Achtel des Vokaltrakts- velar: Verengung im 5. Achtel des Vokaltrakts

velar alveolar bilabial

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velar alveolar bilabial

- Vorhersage Formantverschieber bei bilabialer Verengung: - - - => F1, F2 und F3 fallen zum Plosiv hin (steigen zum Vokal hin)

- Vorhersage Formantverschieber bei alveolarer Verengung: - + + => F1, F2 und F3 fallen zum Plosiv hin (steigen zum Vokal hin)

- Vorhersage Formantverschieber bei velarer Verengung: - + - => F1, F2 und F3 fallen zum Plosiv hin (steigen zum Vokal hin)

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Lautklassen im Oszillogramm

- wichtigste Merkmale im akustischen Zeitsignal:

- Amplitude- Periodizität (-> Stimmqualität)- Nulldurchgangsdichte (Anzahl, wie oft der Signalmittelwert (Nullinie) durchlaufen wird- Extremwertdichte (Anzahl der Signalpunkte, in denen sich die Signalrichtung von positiv nach negativ (bzw. umgekehrt) ändert

Bei Vokalen:

- Nulldurchgangsdichte spiegelt F1 wieder (hoch bei a, niedrig bei i und u)- Extremwertdichte spiegelt F2 wieder (niedrig bei u, hoch bei i)

[i]: niedrige Nulldurchgangsdichte, hohe Extremwertdichte

[u]: niedrige Nulldurchgangsdichte, niedrige Extremwertdichte

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Nasale

- Hauptansatzrohr: Rachen und Nasaltrakt- Nasaltrakt hat Eigenresonanz bei ca. 250 Hz => diese Frequenzen werden verstärkt, andere gedämpft- zusätzlich noch Antiresonanzen des Mundraums, die dem Sprachschall Energie entziehen

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(Warum sieht der Formantverschieber so aus, wie er aussieht? Warum ist F1 zweimal unterteilt, F2 viermal, F3 sechsmal? Und woher kommen überhaupt die ganzen Achtel, z. B. alveolar = Verengung im siebten Achtel?)=> http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/akustik/aap_2f_4p.pdf

Nachtrag zum Formantverschieber

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Entsprechend den Vorzeichen der drei Empfindlichkeitsfunktionen (siehe Link) teilen Mrayati, Meyer-Eppler und Ungeheuer den Vokaltrakt in 23=8 Regionen auf. In jeder dieser Regionen verhält sich der Vokaltrakt bezüglich aller drei Formanten gleich.

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Nachtrag: Nomogramm- horizontale Achse: artikulatorischer Parameter = Länge des Hinterrohrs [cm]- vertikale Achse: akustischer Output = Resonanzfrequenzen des Vokaltrakts [Hz]

- F1h – F3h: Formanten des Hinterrohrs für alle möglichen Längen des Hinterrohrs- F1v – F3v: Formanten des Vorderrohrs für alle möglichen Längen des Vorderrohrs

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Interpretation

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13 15

13.5 11.5 9.5 7.5 5.5 3.5 1.5 0 0

010

0020

0030

0040

0050

00

X F1 (=FHELM) = 188 Hz(“F1 von Helmholz-Resonator”)

X

F2 (=F1h) = 1591 Hz(“F2 von 1. Formantfrequenz desHinterrohrs gebildet”)

Lv (cm)

Lh (cm)

X

F3 (=F1v) = 2500 Hz

X

F4 (=F2h) = 3182 Hz

X F5 (=F3h) = 4773 Hz

Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~jmh/lehre/sem/ws0607/hsaws06/vok2.ppt

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Erinnerung: Area-Funktion:

- “Die Querschnittsfläche des Vokaltrakts als Funktion der Entfernung von der Glottis”- Die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts (Resonanzfrequenzen / Formanten) hängen allein von der Fläche ab, nicht von der Form.