College: Geluid Lezen

Outline Wat is geluid? Parameters Geluid Enkelvoudige en Samengestelde Golven Oscillogrammen lezen Klankkleur: spectrum – spectrogram Bron filter-theorie Spectrogrammen lezen

Geluid Geluid: trillingen van voorwerpen die door een medium (meestal lucht) worden voortgeplant en m.b.v. het gehoororgaan kunnen worden waargenomen

Geluid Geluid manifesteert zich als verstoringen van de barometrische (lucht)druk Een zuivere (of enkelvoudige) toon is periodiek, d.w.z. na T sec (een vaste tijd) is de verstoring van de barometrische druk exact hetzelfde; na T sec voert het trillende punt precies dezelfde beweging uit (periodieke trilling) zuivere toon komt nauwelijks voor (stemapparaat)

Golfvormen Lucht gaat trillen door periodieke variatie van de luchtdruk in het spraakkanaal (door het periodieke open en dicht gaan van de glottis)

enkelvoudige golven

Oscillogram Een oscillogram is een registratie van de luchtdeeltjestrilling als een functie van de tijd

Parameters Geluid amplitude (A) (dB) luidheid periode (T) (sec) duur Fysische grootheden Psychofysische grootheden meetbaar sensatie amplitude (A) (dB) luidheid max.waarde die de geluidsdruk aanneemt (max.uitwijking) periode (T) (sec) duur de tijd waarin het patroon zich herhaalt frequentie (F) (Hz) toonhoogte aantal trillingen per seconde

trillingstijd & amplitude grondperiode

Decibel (dB) Eenheid van geluidsterkte. De amplitude of het volume of het niveau van een signaal wordt weergegeven in dB. 0 dB geeft de grens van het hoorbare aan. 130 dB is de pijngrens. Een normale spreekstem zit op 65-70 dB.

Hertz (Hz) Meeteenheid voor frequenties, gemeten in trillingen per seconde. 1 Hertz is 1 trilling per seconde vaker gebruikt: eenheid Kilohertz (kHz): veelvouden van 1000 Hz Hoog: > 5 k; Laag: < 100 Hz

Waarneming geluid Gebied waarbinnen mensen geluid kunnen waarnemen is grofweg tussen 20 Hz - 20 kHz Het ‘klankspectrum’ neemt met het ouder worden af: een gemiddelde is ongeveer 40 Hz - 15 kHz

Waarneming geluid In frequentie toenemende sinusgolf 50-500 Hz 500 Hz - 5k 5 - 10k 10 - 15k > 15k

Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz

Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls (< 1/20 sec) stationair geluid voorbeeld puls: plofklanken: [p,t,k,b,d,]

Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls stationair geluid enkelvoudige toon samengestelde trillingen (bevat 1 frequentie) (gelijktijdig meerdere frequenties) voorbeeld enkelvoudige toon: sinustoon hier: 440 Hz (A)

Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls stationair geluid enkelvoudige toon samengestelde trillingen samengestelde toon ruis (bevat grondtoon + boventonen) (alle mogelijke frequenties komen voor) F0 + boventonen 2F0;3F0 … onregelmatig trillingspatroon voorbeeld ruis: fricatieven: []

Golfvormen Periodieke golven: herhaling van zichzelf na een periode T - stemhebbende klanken vocalen, halfvocalen, nasalen, liquidae, stemhebbende obstruenten Niet-periodieke golven: onregelmatig fricatieven, ruis, na obstruenten

Golfvormen Vocalen periodiek signaal (samengesteld) locaal maximum in de amplitude van het signaal duur tussen 50 ms (schwa) en 100 (korte vocalen) en 300 ms (lange vocalen) [a]

Golfvormen Obstruenten stilte (stemloze obstruenten) spraakbuis gesloten, drukopbouw stemhebbend gemurmel ‘voice bar / pre-voicing’ met lage amplitude (stemhebbende obstruenten) gevolgd door een explosie (release), een zeer kort stukje ruis stemhebbend: kort (< 10 ms) stemloos: langer (tussen 10 en 30 ms)

Golfvormen Stemloze obstuenten [p]: sluiting + explosie (en stukje van [a])

Golfvormen Stemhebbende obstuenten Periodiek signaal met lage amplitude: pre-voicing

Golfvormen Fricatieven ruis (niet-periodieke golf) door turbulentie in de mond-keelholte of in de glottis stemloos: ruis stemhebbend: ruis op een periodiek signaal

Golfvormen Stemloze fricatief: ruis [f]

Golfvormen Stemhebbende fricatief: ruis op een periodiek signaal [z]

Golfvormen Nasalen periodiek signaal gladde, sinusachtige golf constante amplitude kleinere amplitude dan vocalen [n]

Golfvormen Lateralen /l/: moeilijk te onderscheiden van nasalen (iets scherpere vormen) /r/: verschillende verschijningsvormen: - verglijding van de vocaal (ə), of approximant (‘Kinderen voor Kinderen’) - één enkel contactmoment (uvulair of flap) - periodieke trilling met lage amplitude (rollende r)

Golfvormen Lateralen /l/: moeilijk te onderscheiden van nasalen (iets scherpere vormen) [l]

Golfvormen /r/: verglijding van vocaal /r/: approximant (Kinderen voor Kinderen)

Golfvormen /r/: uvulair

Golfvormen /r/: alveolair (rollende r)

Klankkleur

Grondtoon De laagste frequentie in een samengestelde golfvorm

Boventonen Trillingen van frequenties die een meervoud zijn van de grondtoon

golf & golfspectrum

samengestelde golven

Golfvormen Luchttrillingen Enkelvoudige golven Samengestelde golven

Spectrum Spectrum geluid: opbouw van de basisfrequenties (bepaalt klankkleur) Iedere samengestelde trilling met een frequentie F is te beschouwen als een som van harmonische trillingen met frequenties F, 2F, 3F, etc. F=grondtoon (1e harmonische) 2F = 1e boventoon (2e harmonische) 3F= 2e boventoon (3e harmonische)

Spectrum De grondtoon F0 heeft de hoogste amplitude en is de eerste harmonische (H1); de andere componenten zijn meervouden (oktaven) van H1: - H1 = 100, H2 = 200, H3 = 300, etc. - Intensiteit van de harmonischen neemt af met 12 dB per oktaaf, door de mond gecorrigeerd naar -6 dB per oktaaf

Spectrum opbouw van de basisfrequenties (momentopname); een plaatje waarin de frequentie en de amplitude tegen elkaar worden uitgezet Ampl Freq grondtoon (F0)

Klankkleur Het spraakkanaal boven de glottis filtert het brongeluid zodanig dat bepaalde harmonischen gedempt worden, terwijl andere juist versterkt worden Deze filterfunctie is een resultaat van de resonanties van het spraakkanaal

Klankkast

Plaats van de constrictie

Bron - Filter Functie van drie systemen: het bron-filter model

Spectrum: bron-filtermodel

Resonantie Formanten Sommige componenten van de geluidsbron hebben dezelfde resonantiefrequenties als het filter (mond-keelholte), waardoor ze versterkt worden Deze resonantiefrequenties veranderen wanneer de vorm van het spraakkanaal verandert, wat leidt tot verschillende geluidskwaliteiten / timbres In vocalen (en sonorante consonanten) manifesteren deze resonanties zichzelf als brede pieken in het spectrum: formanten

Spectrogrammen Spectrogrammen Omdat de spectrale eigenschappen van spraak zeer dynamisch zijn, kan het belangrijk zijn spectrale veranderingen in de tijd te representeren: spectrogram Spectrogrammen: y-as: frequentie x-as: tijd grijstinten: relatieve amplitude (hoe zwarter, hoe hoger de intensiteit)

Articulatie Spectrogram

[a]

Vocaal - Fricatief - Vocaal

Formanten: vocalen resonantie: veroorzaakt door de gezamenlijke volumes van de achterholte, de voorholte en het volume van de constrictie zelf F1 van vocalen (eerste formant) voor-vocalen: lage resonantiefrequentie achterholte, F3 hogere resonantiefrequentie voorholte, F2 F2 en F3 dicht bij elkaar achter-vocalen: hogere resonantiefrequentie van achterholte, F3 lagere resonantiefrequentie van voorholte, F2 F2 en F3 ver uit elkaar

Formanten: vocalen F1: - 300 – 1000 Hz F2: - 850 – 2500 Hz - hoe dichter de tong tegen het palatum, des te lager de F1 dus: [i] = lage F1, [a] = hoge F1 F2: - 850 – 2500 Hz F3: - 2000 – 3150 Hz

Formanten: vocalen F1 correspondeert met (het omgekeerde van) vocaal- hoogte: hoge vocalen hebben een lage F1 F2 correspondeert met (het omgekeerde van) voor – achter: achtervocalen hebben een lage F2 Lipronding verlaagt zowel de F2 als de F3

Formanten: vocalen

Articulatie Vocalen

Formanten: vocalen Klinkerdriehoek

Formanten: vocalen

Categoriale Perceptie Wij horen akoestisch verschillende klanken vaak als dezelfde klank Afhankelijk van de fonemen en allofonen van de taal uitgebreid in Tools college

Formanten: vocalen [ə] F1 500 F2 1500 F3 2500 Formanten (in Hz) neutrale stand van spraakbuis: [ə] F1 500 F2 1500 F3 2500

Formanten: vocalen [i] [a] [u] F1 300 800 F2 2500 1500 900 F3 3000 Formanten (in Hz) [i] [a] [u] F1 300 800 F2 2500 1500 900 F3 3000 2700

Formanten: Vocalen a e i o u [e] [i] [a] [u] [o] F1 F2 F3 636 368 273 382 459 1439 2012 2134 881 1999 1974 3656 3187 2568 3063 F1 F2 [u] [o] F3

Formanten: vocalen Diftongen:

Formanten: vocalen F1 Frequentie 􀁺 Verlaagd: constrictie in voorste helft (voor het mid- palatum) - /i/ 􀁺 Verhoogd: constrictie in achterste helft (pharynx) - /a/

Formanten: vocalen F2 Frequentie 􀁺 Verlaagd: constrictie bij lippen of achterste of orale holte boven de pharynx - /u/ 􀁺 Verhoogd: constrictie in voorste orale holte achter de lippen en tanden - /i/

Formanten F3 Frequentie 􀁺 Verlaagd: constrictie bij de lippen, mid-palatum of de pharynx - rhotics Verhoogd: constrictie bij de voorste orale holte of het voorste palatum - /j/

Articulatie Consonanten

Formanten: consonanten Formanttransities Frequentie Richting van transities: afhankelijk van de combinatie van consonanten en vocalen het punt waarnaar de F2-transitie wijst is de locus-frequentie van de consonant Locusfrequenties: labiaal: 700 Hz alveolair: 1700 Hz velair: 2700 Hz

Gestileerd

Formanten: consonanten [ba] [da] en [ga]. Welk plaatje is welke consonant?

Formanten: consonanten Obstruenten Stemloze: Een periode zonder spectrale energie die correspondeert met de periode van algehele constrictie (vaak) gevolgd door een ‘release burst’ Stemhebbende: Het gesloten interval wordt gekarakteriseerd door een laag-frequent periodieke component (voice-bar) in het spectrogram

Formanten: consonanten Stemloze obstruenten: spectral zero + korte periode van frictie-ruis [k]

Formanten: consonanten Stemhebbende obstruenten: pre-voicing voice bar [aba]

Vocaal - Plosief - Vocaal

Formanten: consonanten Fricatieven Stemloze fricatieven bestaan uit een periode van frictie, geproduceerd in de orale constrictie De spectrale eigenschappen van deze frictie-ruis worden bepaald door de precieze manier waarin de ruisbron wordt gegenereerd, plus de filter-functie van het deel van het deel van de spraakbuis vóór de constrictie [s]: concentratie energie rond 5500 Hz [f]: gelijkmatiger verdeling energie, vlak spectrum [x]: concentratie rond 1500 Hz Stemhebbende fricatieven bevatten een bijkomende laag-frequente component (voice-bar) in het spectrogram

Formanten: consonanten

Formanten: consonanten Stemloze fricatieven: hoge ‘formanten’ [asa]

Formanten: consonanten Stemhebbende fricatieven: naast hoge ‘formanten’ een lage periodieke component [aza]

Vocaal - Fricatief - Vocaal

Formanten: consonanten Nasalen en Lateralen Zowel nasalen als lateralen hebben een lagere intensiteit dan vocalen Nasalen hebben een lage, brede eerste formant: ‘nasal murmur’ Zowel nasalen als lateralen hebben spectrale ‘dalen’ die onstaan doordat de spraakbuis (grotendeels bij l) gesloten is tijdens de articulatie: antiformanten (ca. 400, 1200 en 2000 Hz voor nasalen, 2125 voor lateralen)

Formanten: consonanten Nasalen en Lateralen: antiformanten

Liquids & Glides (Ainsworth and Paliwal, 1984) typical set of responses obtained from listening to glide/liquid-vowel synthetic stimuli (simplified) 3160 Hz w w w l l l l j j j  w w w l l l l j j j F3 loc. freq. w w w r r r l j j j  w w w r r r j j j j 1540 Hz w w r r r r r j j j 760 Hz  F2 locus freq.  2380 Hz

Geluid zichtbaar maken

Geluid zichtbaar maken Oscillogram: weergave van de luchtdrukverstoringen (dB) Intensiteitscontour: luidheid (dB) Spectrogram: weergave van de intensiteit (dB) van iedere frequentie (Hz), op kort opeenvolgende momenten in de tijd zwarte ‘balken’: formanten Toonhoogtecontour (F0): grondfrequentie (Hz), intonatiecontour Duur (Sec): de duur van segmenten

Geluid lezen

Vocalen  4 lettergrepen Geluid lezen Vocalen  4 lettergrepen

Geluid lezen lage F1: gesloten - hoge F2: voor - F2 en F3 dicht bij elkaar: voor - 1e hogere F1: opener - 2e hogere F2: voor - 1e lange duur: beklemtoond hoge F1: open - lage F2: achter - 1e iets hogere F2: voor

Geluid lezen lage F1: gesloten - hoge F2: voor - F2 en F3 dicht bij elkaar: voor - 1e hogere F1: opener - 2e hogere F2: voor - 1e lange duur: beklemtoond hoge F1: open - lage F2: achter - 1e iets hogere F2: voor [a] [] [e] [i]

Geluid lezen Glottisslag Consonanten

Geluid lezen ruis - stemloos - hoog stemloze fricatief, alveolair vocaalachtig - lagere amplitude - voice bar - locus freq. 700 Hz - antiformanten? nasaal, labiaal sluiting - release-ruis locus freq. 2700 Hz stemloze obstruent, velair sluiting - voice bar - korte release - locus freq. 1700 Hz stemhebbende obstruent, alveolair

Geluid lezen ruis - stemloos - hoog stemloze fricatief, alveolair vocaalachtig - lagere amplitude - voice bar - locus freq. 700 Hz - antiformanten? nasaal, labiaal sluiting - release-ruis locus freq. 2700 Hz stemloze obstruent, velair sluiting - voice bar - korte release - locus freq. 1700 Hz stemhebbende obstruent, alveolair [s] [k] [m] [d]

Geluid lezen [ a k  d e m i s ]

Literatuur Rietveld en Van Heuven (1997). Algemene Fonetiek. Coutinho. Ladefoged, Peter (2001). Vowels and Consonants. An Introduction to the Sounds of Languages. Blackwell Publishing. Website bij Ladefoged's boek, met geluiden en filmpjes ed. Ladefoged, Peter and Ian Maddieson (1996). The sounds of the world’s languages. Blackwell Publishing.

Extra 1. SH-tweeling (verklaar substituties op basis van articulatie en akoestiek) 2. ‘Endlessly rising’ en ‘falling’ 3. Boventoonzingen 4. The singer’s formant 5. Resonantie (uitgebreid)

Tweeling zomer (2e X) /z/  [t] voorbij /b/  [m] tik tik tik //  [] vallen /l/  [n] grond //  [t] geel /l/  [w] fronting, gliding, l-n substitutie (vgl. first language acquisition data)

The sounds of IPA                           Front Central Back Close          Close-mid       Open-mid            Open

‘Endlessly rising’ Open in CoolEdit en zet in een loop Rising?

Endlessly rising?

Endlessly rising?

Boventoonzangers

Extra Singer’s formant (opera-)zangers kunnen over een groot orkest heen zingen concentratie van energie rond 3000 Hz (Sundberg, 1972) om er bovenuit te komen orkest: rond 500 Hz F3, F4 en F5 vormen een cluster Speel de animatie door op het plaatje te klikken

Resonantie With a neutral configuration (no constrictions at any point) the vocal tract can be approximated as a single tube with a single set of resonances The constricted vocal tract can be approximated using a model consisting of two tubes, each with its own set of resonances To understand how vocal tract resonances arise it is important to understand a few things about standing waves

Resonantie