k3.1 phonetik und phonologie ii 2. sitzung
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K3.1 Phonetik und Phonologie II
2. Sitzung
http://menzerath.phonetik.uni-frankfurt.de/teaching/K3_1.html
Akustische Phonetik
Sprachsignale
Stimmhafte Sprachschallsignale sind quasiperiodische Signale. Deren Analyse ist möglich durch Zerlegen in übereinandergelagerte sinusförmige Bestandteile. Dies Verfahren wird Fourier-Reihenanalyse genannt.
Fourieranalyse
Der Sinusbestandteil mit der niedrigsten Frequenz wird als die sogenannte Grundfrequenz (f0) oder erste Harmonische bezeichnet.
Die anderen Sinusbestandteile sind ganzzahlige Vielfache (2f0 ,3f0, 4f0 etc.) der Grundfrequenz.
Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen = Schwingungen pro Sekunde
Verhältnis der Harmonischen
Grundfrequenz = 100 140
1f0 = 1002f0 = 2003f0 = 3004f0 = 4005f0 = 500Etc.
1. Harmonische
2. Harmonische
3. Harmonische
4. Harmonische
5. Harmonische
Verhältnis der Harmonischen
Grundfrequenz = 100 140 220
1f0 = 100 1402f0 = 200 2803f0 = 300 4204f0 = 400 5605f0 = 500 700Etc.
Verhältnis der Harmonischen
Grundfrequenz = 100 140 220
1f0 = 100 140 2202f0 = 200 280 4403f0 = 300 420 6604f0 = 400 560 8805f0 = 500 700 1100Etc.
Grundfrequenz - Periodendauer
f = 1 / T Frequenz (Hz) ist der Kehrwert der Periodenlänge in Sekunden (s)T = 10 ms = 0,01 sf = 1/T = 1 / 0,01 = 100Die Frequenz eines Signals mit einer Periodenlänge von 10 ms beträgt 100 Hz.
1. Harmonische = Grundfrequenz
T = 0,01s = 10 ms
1/T = 1/0,01 = 100 Hz
1. + 2. Harmonische
1. + 2. + 3. Harmonische
1. + 2. + 3. Harmonische und resultierendes komplexes Signal
Amplitude
Amplitude
Höhere Harmonische haben geringere Amplitude wie in der unteren Abbildung schematisiert
1.Harm.2.Harm.
3.Harm.
1.Harm.
2.Harm.
3.Harm.
Fourieranalyse
Übliche Frequenzen, die in Sprache vorkommen
Hörbarer Bereich: 20-20.000 HzGrundfrequenz
Männer ca. 120 Hz
Frauen ca. 220 Hz
Kinder ca. 250-400 Hz
TelefonqualitätFestnetz 300-3.400 Hz
Handy 300-3.200 Hz
Quelle-Filter-Modell
Literatur:
Gunnar Fant. Acoustic Theory of Speech Production. The Hague: Mouton 1960.
Das Sprachschallsignal ergibt sich aus dem Quellsignal (Stimmlippenschwingung) und der Filterfunktion des Vokaltrakts (und evtl. Nasaltrakt).
Quelle und Filter sind (weitgehend) unabhängig voneinander regelbar. D.h. die Höhe der Grundfrequenz hat keinen Einfluss auf die Filterfunktion des Vokaltrakts.
Quelle-Filter-Modell
Quelle-Filter-Modell
Stimmlippenschwin-gungen Grundfrequenz und Obertöne
Übertragungs-funktion des Vokaltrakts
Am Mund abgestrahltes Signal
Quelle-Filter-Modell
Stimmlippenschwin-gungen Grundfrequenz und Obertöne
Übertragungs-funktion des Vokaltrakts
Am Mund abgestrahltes Signal
f0 2f0 3f0 4f0 5f0 6f0
ungedämpfte Resonanz-bereiche
gedämpfte Resonanz-bereiche
Quelle-Filter-Modell
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Offenes Ende an den Lippen
Resonanzen einer geschlossenen Röhre
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Geschlossenes Ende an den Lippen
Stehende (Sinus-)welle.
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre, die an einer Seite geöffnet ist.
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Offenes Ende an den Lippen
Stehende (Sinus-)welle. ¼ λ
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Offenes Ende an den Lippen
Nächstmögliche (ungerade) Harmonische der stehenden (Sinus-)welle. 3 * ¼ λ
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Offenes Ende an den Lippen
Nächstmögliche (ungerade) Harmonische der stehenden (Sinus-)welle. 5* ¼ λ
Modell des Vokaltrakts als zylindrische Röhre, die an einer Seite geöffnet ist.
Geschlossenes Ende am Kehlkopf
Offenes Ende an den Lippen
Stehende (Sinus-)welle. ¼ λ
Bestimmung der Resonanzfrequenzen in einer halboffenen zylindrischen Röhre (Vokaltrakt in Neutralform, entspricht etwa [ə])
λ Wellenlänge 4 * 0,175 m (17,5 cm Vokaltraktlänge wird häufig für durchschnittliche Vokaltraktlänge eines erwachsenen Mannes, 13,5 cm Vokaltraktlänge für eine erwachsene Frau angegeben)
c Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei 20 °C 343 m/s
(entspricht 1235 km/h) in feuchter wärmerer Luft höher
ƒ Frequenz
c = λ * ƒ
d.h. die Frequenz
ƒ = c / λ = 343 / 4 * 0,175 = 343 / 0,7 = 490
Die erste Resonanzfrequenz des neutralen Vokaltrakts liegt bei 490 Hz F1 ≈ 500 Hz
Bestimmung der Resonanzfrequenzen (Formanten) in einer halboffenen zylindrischen Röhre (Vokaltrakt in Neutralform, entspricht etwa [ə])
¼ λ für die erste Resonanzfrequenz
3 * ¼ λ für die zweite Resonanzfrequenz
5 * ¼ λ für die dritte Resonanzfrequenz
ƒ1 = c / λ = 343 / 4 * 0,175 = 343 / 0,7 = 490
Die erste Resonanzfrequenz des neutralen Vokaltrakts liegt bei 490 Hz
ƒ2 = c / λ = 3 * 343 / 4 * 0,175 = 343 / 0,7 = 1470
Die zweite Resonanzfrequenz des neutralen Vokaltrakts liegt bei 1470 Hz
ƒ3 = c / λ = 5 * 343 / 4 * 0,175 = 343 / 0,7 = 2450
Die dritte Resonanzfrequenz des neutralen Vokaltrakts liegt bei 2450 Hz
F1 ≈ 500 Hz, F2 ≈ 1500 Hz, F3 ≈ 2500 Hz für [ə]
Literatur zum Nachlesen und für weitergehende Details
Reetz, H./A. Jongman (2009) Phonetics. Wiley-Blackwell: Malden, Oxford, Chichester, Kap. 9.
Johnson, K. (1997) Acoustic & Auditory Phonetics. . Blackwell: Malden, Oxford, Chichester, Kap. 5.
Reetz, H. (1999) Artikulatorische und akustische Phonetik. Wissenschaftlicher Verlag Trier: Trier, S. 131ff.
Clark, J./C. Yallop (1995) An introduction to phonetics and phonology. Second edition. Blackwell: Oxford, Cambridge, S. 243Ff
Vowel Demonstrator – Ein Programm, das Vokale synthetisiert
https://www.youtube.com/watch?v=sx5KNQYY_cg
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