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1.Revisione di nozioni di base: Organi articolatori Articolazione dei suoni vocalici Articolazione dei suoni consonantici 2. Elementi di Fonetica Acustica.

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1 1.Revisione di nozioni di base: Organi articolatori Articolazione dei suoni vocalici Articolazione dei suoni consonantici 2. Elementi di Fonetica Acustica Londa semplice Londa complessa Il segnale vocale 3. Elementi di Fonetica Articolatoria 4. Nozioni di percezione linguistica Linguistica Approfondimento

2 Londa complessa Nel caso vi siano piu onde sonore contemporaneamente, queste interferiscono tra loro sommandosi L Onda Complessa ha: –Frequenza –Ampiezza –Fase (compressione o rarefazione) delle onde che la compongono

3 In ogni momento la pressione dellonda sara data dalla somma delle fasi di pressione di ogni singola onda. Quindi… –Le fasi di compressione (alta pressione) di unonda cancelleranno le fasi di rarefazione (bassa pressione) dellaltra onda –Le fasi di compressione di unonda rafforzeranno quelle dellaltra –Le fasi di rarefazione di unonda rafforzeranno quelle dellaltra In altre parole…

4 Rappresentazione grafica di unonda sonora semplice Fonte:

5 Rappresentazione grafica di unonda sonora complessa Fonte: Le due onde rosse sommate producono londa blu. La prima linea verde indica che lalta pressione delle due onde si rinforza (aumento di pressione). La seconda linea verde mostra che le due onde hanno pressione opposta e si cancellano.

6 Un Esempio Onda a 300 Hz Onda a 500 Hz Onda risultante

7 Scomposizione dellonda complessa Ogni onda complessa puo essere scomposta nelle sue onde componenti Per scomporre le onde complessi si usa lanalisi di Fourier –La versione semplificata dellanalisi di Fourier utiilzzata nei software di analisi acustica e chiamata Fast Fourier Transform (o FFT).

8 Per lanalisi linguistica ci interessa scomporre le onde complesse… Onda c omplessa aperiodica ( = che non si ripete) Onda c omplessa periodica ( = che si ripete) Fonte:

9 Un Esempio Onda complessa Onda a Onda b Onda c

10 Frequenza Ampiezza Per esempio, ecco le informazioni delle onde precedenti: Cosa ci interessa sapere delle onde componenti londa complessa? ondafrequenzaampiezza A100 Hz30 dB B200 Hz10 dB C300 Hz20 dB

11 Diagramma a spettro Linformazione sulla frequenza ed ampiezza dellonda puo essere visualizzata con un digramma a spettro. –Ogni onda semplice viene rappresentata con una linea verticale. –La posizione orizzontale della linea indica la frequenza dllonda –Laltezza della linea rappresenta la sua ampiezza.

12 Frequenza fondamentale e armoniche Ogni onda componente londa complessa e caratterizzabile da una certa frequenza e ampiezza. La frequenza dellonda componente che ha la frequenza piu bassa e detta frequenza fondamentale (F 0 ) o prima armonica. Le altre onde componenti hanno frequenza multipla della frequenza fondamentale e vengono definite seconda armonica, terza armonica, ecc.

13 Frequenza fondamentale e armoniche frequenza fundamentale (F 0 ) (prima armonica) 2a e 3a armonica

14 Londa del segnale vocale Londa prodotta dalle vibrazioni delle corde sonore ha questo tipo di struttura. La frequenza fondamentale (F 0 ) dellonda vocale corrisponde al numero di oscillazioni della corde vocaliche nellunita di tempo Londa prodotta dalle corde vocali, prima di venir modificata dal tratto vocalico, viene chiamata anche onda glottidale.

15 La frequenza fondamentale La frequenza fondamentale viene percepita come tono della voce (timbro vocalico) Il valore di F 0 dipende dalle caratteristiche anatomiche del parlante (es. spessore e lunghezza delle corde vocaliche) e dalla pressione ipoglottidale. –Piu spesse e lunghe sono le pliche, piu bassa e la frequenza di vibrazione Il tono della voce di un bambino e piu alto di quello di una donna Quella di una donna e piu alto di quella di un uomo

16 Come analizziamo il segnale vocale? Nel parlato lo spettro cambia continuamente. Ce bisogno di visualizzare i cambiamenti dello spettro nel tempo A questo scopo si usano gli spettrogrammi. –Negli spettrogrammi, la linea orizzontale rappresenta il tempo da sinistra a destra e la linea verticale rappresenta gli aumenti di frequenza (dal basso verso lalto) Lampiezza e una terza dimensione. Dovrebbe essere rappresentata su un piano perpendicolare al piano dellasse del tempo delle frequenze sullasse delle x. Per semplificare, gli spettrogrammi hanno adottato la convenzione di rappresentare lampiezza con scale di grigio (o di colore) (piu scuro = piu ampio).

17 Un esempio Suono intenso, aperiodico; prob. [s] F2 alta; F1 bass; una vocale; prob. [i] Bassa energia; attacco brusco di energia in seguito a bassa energia; prob. una occlusiva sorda

18 Cosa possiamo studiare con gli spettrogrammi? Durata vocalica e consonantica Timbro delle vocali Caratteristiche del modo e luogo di articolazione dei suoni (per es., VOT, ecc) Realizzazione sorda e/o sonora dei suoni Epentesi vocalica e consonantica Variazione intra e interlinguistica Ecc.

19 Un ultimo sforzo prima di parlare in dettaglio dellanalisi del segnale vocale…

20 La risonanza: esempio Se noi pensiamo a uno strumento musicale a corda, pizzicando la corda, la mettiamo in vibrazione Le vibrazioni colpiscono la cassa armonica e, per effetto del segnale acustico che la colpisce, fanno entrare in vibrazione le particelle dellaria ad essa circostanti Diciamo allora che la corda e la sorgente sonora e la cassa armonica il risonatore

21 Vibrazione libera e forzata (1) Ogni oggetto puo vibrare a determinate frequenze, a seconda della sua conformazione, del materiale di cui e costituito, delle sue dimensione, ecc. –Es. diapason messo in movimento, corde di uno strumento musicale Le vibrazioni delloggetto possono colpire un altro oggetto e fare cosi vibrare le particelle daria circostanti ad esso

22 Vibrazione libera e forzata (2) Possiamo distinguere tra due tipi di vibrazioni: –Vibrazione libera: (es. Diapason) frequenza naturale di vibrazione delloggetto (frequenza a cui loggetto tende a vibrare). –Vibrazione forzata: (es. molecole daria circostanti) frequenza di vibrazione della fonte del movimento (la frequenza e lampiezza dipendono dalla fonte delle vibrazioni)

23 Sorgente e risonatore (filtro) dellonda Quando unonda passa attraverso un risonatore La frequenza delle onde componenti e determinata dalla sorgente Lampiezza dei componenti e determinata dal filtro

24 Modello sorgente/filtro per la produzione del parlato Questo modello dice che londa complessa che esce dalla bocca di un parlante dipende da: –La sorgente: londa glottidale (= per suoni sonori la vibrazione delle corde vocali) –Il filtro: amplificazioni e de-amplificazioni imposte dal tratto vocalico

25 Caratteristiche della sorgente F 0 dipende dalla velocita di vibrazione delle corde vocaliche Le armoniche si trovano ad ogni numero intero multiplo di F 0 Le armoniche diminuiscono in ampiezza crescendo in frequenza Fonte: F 0 = 100 HZ F 0 = 200 HZ

26 Caratteristiche del filtro Il tratto vocalico cambia le sue caratteristiche di filtro a seconda della sua forma (e cioe dalla posizione della lingua, labbra, mandibola, velo) Nella sua configurazione neutra, il tratto vocalico assomiglia ad un tubo chiuso da un lato (glottide) ed aperto dallaltro (labbra). In questa configurazione, il tubo ha una sezione trasversale abbastanza uniforme La lunghezza media di questo tubo per un parlante adulto maschio e di circa 17 cm Fonte:

27 Il tratto vocalico Il tratto vocalico assomiglia ad un tubo aperto In un tubo di una data lunghezza, laria tendera a vibrare alla frequenza della risonanza del tubo. Lato chiuso Lato aperto Lunghezza 17.5 cm. Figure from W. Barry Speech Science slides

28 Frequenze in posizione neutra Per un tubo aperto da un lato della lunghezza di circa 17 cm, le Le frequenze naturali sono 500 Hz, 1500 Hz, 2500 Hz, 3500 Hz (corrispondono al suono di una [ ə ].

29 Effetto del passaggio dellonda vocalica attraverso il tratto vocalico nella configurazione neutra Spettro donda Risonanze del tratto vocalico Spettro risultante

30 Le formanti vocaliche (1) Le frequenze naturali di risonanza del tratto vocalico sono dette formanti (anche dette frequenze formantiche) Le formanti caratterizzano acusticamente le diverse vocali Per ogni vocale si individuano delle frequenze di risonanza tipiche, denominate prima formante (o F1), seconda formante (o F2), terza formante (o F3), ecc. Le formanti sono determinate dalla configurazione del tratto vocalico. –Diverse configurazioni della lingua, delle labbra e del velo nella produzione delle vocali corrispondono a diverse frequenze formantiche

31 Le formanti vocaliche (2) Precisamente: –Le vibrazioni delle corde vocali determinano la frequenza fondamentale (F0) –Fo determina la frequenza delle formanti (le armoniche sono multipli di Fo) –La configurazione del tratto vocalico determina lampiezza delle armoniche Spectrum of output F1 F2 F3 F2F3 h1 h15 h5h1h7 F 0 = 100 Hz F 0 = 200 Hz Fonte:

32 Analisi vocalica con lo spettrogramma Gli spettrogrammi forniscono una rappresentazione del segnale vocale in cui la frequenza viene plottata sullasse delle y ed il tempo sullasse delle x Lampiezza viene indicata con toni di colore piu scuro –Le formanti sono evidenti sullo spettro come bande piu scure (indicanti lampiezza) Frequenza Tempo Ampiezza: toni scuri di energia acustica

33 Rappresentazione digitale dello spettro E possibile anche ottenere unimmagine di un momento particolare di un evento acustico, con uno spettro, e confrontarlo con lo spetto di un altro evento. Fonte:

34 Le formanti vocaliche Fonti: Ladefoged A Course in Phonetics, Parole: heed, hid, head, had, hod, hawed, hood, whod Le bande formantiche sono chiaramente visibile e distinguono le diverse vocali

35 Relazione con larticolazione vocalica La prima formante (F1) e direttamente correlata allaltezza vocalica: maggiore e laltezza vocalica minore e F1 –[i], [u] hanno valori di F1 attorno ai 300 Hz –[ ɑ ] ha valori di F1 attorno ai 700 Hz La seconda formante (F2) e inversamente correlata allanteriorita vocalica: piu anteriore e la vocale maggiore e F2 –[i] ha valori di F2 attorno ai 2200 Hz –[ u ] ha valori di F2 attorno ai 850 Hz

36 Relazione con il trapezio vocalico: Un esempio dallInglese Canadese Fonte:

37 Nelle fricative, il flusso di aria turbolento crea unonda non periodica, con frequenze irregolari. Negli spettrogrammi il rumore delle fricative e dislocato in diverse regioni, corrispondenti a diversi valori delle frequenze di questi suoni: –[s] ha frequenze piu alte di [S]; entrambi hanno frequenze piu alte di [f] o [θ]. Le fricative sonore, le vibrazioni delle corde vocaliche compaiono come una banda sonora alla base del suono, sotto il rumore di frizione Le fricative

38 Fricative sorde Fonte:

39 Fricative sonore Fonte:

40 [h] appare come una versione sorda della vocale precedente o seguente, avendo caratteristiche intermedie tra una vocale ed una fricativa. Tipicamente e visibile rumore simile a quello di una fricativa, ma sono individuabili delle deboli formanti. [h]

41 Fonte:

42 Occlusive Nelle occlusive sorde, la fase di tenuta appare nello spettrogramma come silenzio (spazio bianco). Nelle occlusive sonore, la fase di tenuta appare come una banda con vibrazioni alla base dello spettrogramma (a volte puo non essere visibile). Maggiori informazioni sulle occlusive sono ricavabili dalla fase del rilascio (visibile come una banda verticale dopo il silenzio della fase di tenuta e seguita da un breve rumore di frizione) e dalle transizioni formantiche nella vocale seguente.

43 Esempi di oclusive sorde a pam: la chiusura delle labbra abbassa tutte le formanti; aumento delle formanti allinizio della parola a tan: F1 sale, F2 ed F3 diminuiscono leggermente a kang: F2 e F3 ravvicinate: questa e una caratteristica delle velari. Le transizioni formantiche sono piu lunghe che per le alveolari o labiali. Fonte: Ladefoged A Course in Phonetics,

44 Esempi di occlusive sonore a bab: la chiusura delle labbra abbassa tutte le formanti; aumento delle formanti allinizio della parola a dad: F1 sale, F2 ed F3 diminuiscono leggermente a gag: F2 e F3 ravvicinate: questa e una caratteristica delle velari. Le transizioni formantiche sono piu lunghe che per le alveolari o labiali. Fonte: Ladefoged A Course in Phonetics,

45 Nasali e approssimanti Nasali e approssimanti hanno laspetto di deboli vocali, senza molta energia alle alte frequenze. Solo a volte sono individuabili delle formanti alla alte frequenze. Sono in generale di difficile individuazione.

46 Pratica con Praat Per scaricarlo: Breve manuale (in inglese) –http://www.stanford.edu/class/linguist236/Praatbas ics.pdfhttp://www.stanford.edu/class/linguist236/Praatbas ics.pdf Manuale ufficiale (in inglese) –http://www.stanford.edu/dept/linguistics/corpora/m aterial/PRAAT_workshop_manual_v421.pdfhttp://www.stanford.edu/dept/linguistics/corpora/m aterial/PRAAT_workshop_manual_v421.pdf


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