3.6. Resonancia y formantes

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1 3.6. Resonancia y formantes Las ondas sonoras complejas presentes en los sonidos del habla son el resultado de: o Vibración de los repliegues vocales. o Efecto de filtrado que se produce en las cavidades supraglóticas, que actúan como cavidades resonadoras. Las ondas sonoras, tal y como se producen en la glotis por la vibración de los repliegues vocales, se asemejan a cualquiera de los ejemplos de ondas sonoras complejas periódicas que hemos comentado: o Frecuencia fundamental o Armónicos Fíjate en el siguiente ejemplo que hemos creado con el programa ESystem 6 v. 1.1.: Se trata de una onda sonora compleja periódica con una frecuencia fundamental de 150 Hz: o Primer armónico: 150 Hz o Segundo armónico: 300 Hz o Tercer armónico: 450 Hz o... 6 Dept. of Phonetics and Linguistics, University College London:

2 2 Esta es una onda sintética que hemos creado artificialmente. En el caso de los sonidos del habla, los armónicos que componen una onda sonora generada en la glotis no presentan todos la misma amplitud. La amplitud de los armónicos va descendiendo a medida que aumenta la frecuencia. Por otra parte, si analizamos la misma onda sonora tras su paso por las cavidades supraglóticas, observaremos que se han producido más modificaciones en las amplitudes de los armónicos. Esto es debido al fenómeno de la resonancia que se produce en las cavidades supraglóticas. Observa el siguiente gráfico tomado de Martínez Celdrán (1996:64): o En (a) la amplitud de los armónicos disminuye progresivamente a medida que aumenta la frecuencia. Es lo que sucede en las ondas sonoras generadas por la vibración de los repliegues vocales. o En (b) la amplitud de los armónicos es modificada en función de la disposición que adoptan los articuladores en las cavidades supraglóticas. o En (c) tenemos la onda sonora que resulta tras el paso por las cavidades supraglóticas.

3 3 A: Onda laríngea B: Onda a su paso por las cavidades supraglóticas C: Onda sonora final Resonancia Fenómeno físico que ocurre en las cavidades supraglóticas. Consiste en la modificación de la amplitud de los armónicos de un sonido complejo en función de la cavidad en la que dicho sonido vibra. En el caso de los sonidos del habla, son las cavidades supraglóticas las responsables de la resonancia: o Cavidad faríngea o Cavidad nasal o Cavidad oral Las cavidades pequeñas tienden a reforzar la amplitud de los armónicos de frecuencia alta > sonidos más agudos. P.e. un violín. Las cavidades grandes refuerzan la amplitud de los armónicos de frecuencia más baja > sonidos más graves. P.e. un contrabajo. Para que se produzca la resonancia, tiene que suceder que: o un cuerpo resonador o se ponga en movimiento (vibre) o a causa de las vibraciones de otro cuerpo

4 4 Frecuencia natural y resonancia Todos los cuerpos tienen una frecuencia o gama de frecuencias de vibración que les son propias de acuerdo con sus características físicas: frecuencia natural. Si les alcanza una onda que coincide con esta frecuencia natural, se pondrán a vibrar: vibración por resonancia. Cuando se produce esta vibración por resonancia, tiene lugar una serie de alteraciones en la onda sonora que incide sobre el cuerpo resonador. o El resonador enfatiza o amplifica una gama de frecuencias de dicha onda sonora: las frecuencias que coinciden con la frecuencia natural del cuerpo resonador. o El resonador desestima o filtra otras frecuencias: las que no coinciden con su frecuencia natural. Ejemplo de resonancia. La onda de 150 Hz de frecuencia fundamental de antes la hemos pasado por un resonador que enfatiza tres conjuntos de frecuencias: o Las situadas en torno a los 500 Hz. o Las situadas en torno a los 1500 Hz. o Las situadas en torno a los 2500 Hz.

5 5 Resonador Los cuerpos resonadores son como cajas que tienen la capacidad de reforzar (dar más amplitud) los componentes de una onda sonora (armónicos) que coinciden con su frecuencia natural. Es lo que sucede, p.e. en los instrumentos de cuerda (guitarra, violín, violonchelo, contrabajo...). La caja de madera tiene la función de amplificar determinadas frecuencias de las ondas sonoras que producen las cuerdas. La mayor o menor frecuencia de un sonido en su producción depende de una serie de factores: o o Masa o grosor. Los cuerpos grandes y pesados generan ondas sonoras de una frecuencia menor (sonido más grave) que los pequeños y livianos, porque éstos pueden moverse más rápidamente. Longitud o volumen. A mayor longitud o volumen en igualdad de circunstancias, sonido con menor frecuencia (tono más grave). Tensión. A mayor tensión, mayor frecuencia (sonido más agudo). o Los músicos controlan estas variables para obtener sonidos con determinadas frecuencias de los instrumentos que tocan. Por ejemplo, una guitarra tiene seis cuerdas, cada una con un grosor, una tensión y una longitud diferentes, de ahí los distintos sonidos que puede producir cada una de ellas. Resonancia en el habla Cómo se produce la resonancia en el habla? En el caso del ser humano, las cavidades supraglóticas se comportan como cajas resonadoras que actúan sobre la onda laríngea (onda generada en la glotis) como filtros. Amplifican determinadas frecuencias y no otras, según las diferentes configuraciones que adoptan los órganos durante la articulación. El resultado son los distintos sonidos del habla. Por qué se produce la resonancia? La onda sonora generada en la laringe por la vibración de los repliegues vocales puede tener tan poca intensidad que, si no se viera reforzada por el efecto resonador de las cavidades supraglóticas, apenas se podría percibir. Para que se produzca la resonancia en el tracto vocal es preciso que la frecuencia natural de vibración de la cavidad resonadora se asemeje a la de la fuente de sonido (onda laríngea o glotal). Las distintas cavidades supraglóticas (faríngea, nasal y oral) son resonadores con varias frecuencias naturales de vibración. Por lo tanto, van a reforzar diferentes frecuencias de la onda glotal. Los valores de las frecuencias naturales de las cavidades supraglóticas dependen de la forma que adopten éstas. En consecuencia, cada modificación de las cavidades supraglóticas por la articulación implica un cambio de sus frecuencias naturales de vibración y el reforzamiento de diferentes componentes frecuenciales del tono laríngeo en cada caso.

6 6 Formantes El grupo de frecuencias o armónicos reforzados no es otra cosa que una concentración de energía acústica en torno a la frecuencia o frecuencias naturales de la cavidad resonadora. Este conjunto de frecuencias o zonas de resonancia se denomina formante o formantes. Los formantes son característicos de las ondas sonoras complejas periódicas. Los formantes de un sonido -frecuencias amplificadas por la resonancia- dependerán de la configuración que adopten las cavidades supraglóticas para pronunciarlo. Dichos formantes caracterizan a ese sonido frente a todos los demás. Sonidos como las vocales se diferencian acústicamente por las frecuencias de sus formantes. Ejemplo de formantes. Pensemos en las vocales [a] e [i] pronunciadas por la misma persona: o Misma frecuencia fundamental: el tono laríngeo del que se parte en ambos casos será idéntico. o Para cada uno de estos sonidos, se reforzarán distintos armónicos en función de la forma que presente el tracto vocal. o Para producir el sonido [a] se van a reforzar los componentes de la onda sonora situados en torno a: los Hz los 1200 Hz los 2520 Hz o Para producir el sonido [i], se refuerzan los componentes de la onda sonora con frecuencias en torno a: los Hz los Hz los Hz Gráfico tomado de Martínez Celdrán (1984:87)

7 7 Formantes y F 0 Aunque alteremos la frecuencia fundamental para obtener un tono más agudo o más grave, seguiremos estando ante [a] o [i]: relación matemática entre armónicos. Este fenómeno explica que un sonido particular se reconozca como tal y no se confunda con ningún otro tanto si es pronunciado por un hombre, una mujer o un niño, pese a las considerables diferencias en las dimensiones del tracto vocal de cada uno de ellos. Formantes y no obstruyentes Los formantes son característicos de todos los sonidos del habla que se producen con resonancia (no obstruyentes): o Vocales: [a], [e], [i], [o], [u] o Nasales: [m], [n], [ ] o Aproximantes centrales: [j], [w] o Aproximantes laterales: [l], [ ] En todos ellos hay vibración de los repliegues vocales: sonidos sonoros. Resonancia y sonidos aperiódicos Sin embargo, no todos los sonidos del habla son periódicos, es decir, se producen mediante la vibración de los repliegues vocales: sonidos sordos. Cuando éstos no vibran, los sonidos obtenidos no son periódicos y, por tanto, no presentan armónicos en su espectro. La glotis está abierta y permite el paso del aire, que se verá interrumpido en el tracto vocal. En la producción de los sonidos aperiódicos, pese a la ausencia de armónicos, el tamaño y volumen de las cavidades supraglóticas también afecta a los sonidos: o Lugar en que se produce la constricción u obstáculo (punto o zona de articulación). Aunque estos sonidos no presentan formantes, es posible determinar su punto de articulación: transiciones que se aprecian en los formantes del sonido siguiente. Fíjate en el gráfico siguiente: Time (s) Espectrograma de la sílaba [pi]

8 8 Representa la sílaba [pi] de la palabra pícara: o Oclusión de la [p]: espacio en blanco. o Barra de explosión de la [p]: barra vertical de energía. o Formantes de la vocal [i]: concentraciones de energía en determinadas bandas de frecuencias. o Transiciones de los formantes de la vocal [i]: el movimiento de los formantes vocálicos indica el punto de articulación de la consonante previa. La resonancia también se puede manifestar en los sonidos aperiódicos en forma de concentraciones de energía o formantes. La configuración que adopte el tracto vocal a ambos lados del obstáculo o constricción interpuesto a la salida del flujo de aire determina la gama de frecuencias de dichos formantes. P.e. la zeta [T] es un sonido que se pronuncia con la lengua entre los incisivos: o El resonador oral tiene una longitud considerable: abarca desde los dientes hasta la faringe (resonador posterior). o Se refuerzan las frecuencias situadas en torno a los 5000 Hz. P.e. la jota [x] es un sonido que se produce con un obstáculo en el velo del paladar: o El resonador oral tiene una longitud menor. o La cavidad más amplia se sitúa en la parte anterior de la cavidad resonadora. o Se refuerzan las frecuencias más bajas, en torno a los 3500 Hz. Observa las diferentes concentraciones de energía en la zeta y la jota del siguiente espectrograma: Espectrograma de la palabra [ceja] El modelo de la fuente y el filtro Esta forma de describir la producción de los sonidos del habla ha sido denominada por algunos autores la teoría de la fuente y el filtro. Esta teoría explica la producción de los sonidos del habla en función de dos parámetros: o Fuente o Filtro Además, relaciona aspectos articulatorios con aspectos acústicos. Fue formulada por el fonetista G. Fant en 1960 en su libro Acoustic Theory of Speech Production.

9 9 Se establece una equivalencia en el aparato fonador entre: o Fuente. Lugar del tracto vocal donde se genera la onda sonora: Cavidad glótica Cavidades supraglóticas o Filtro. Lugar del tracto vocal (cavidades supraglóticas) donde se modifica la onda sonora por efecto de la resonancia: Amplificación de armónicos Reducción de armónicos Fuente La fuente puede ser: o Fuente periódica o Fuente aperiódica Fuente periódica Es la que presentan los sonidos que se producen con vibración de los repliegues vocales: sonidos sonoros. P.e. las vocales. La onda sonora se genera en la laringe: onda laríngea. También se denomina fuente glotal. Los articuladores de las cavidades supraglóticas se limitan a modificar esta onda sonora. Esta onda es de naturaleza regular o periódica. Fuente aperiódica Es la que presentan los sonidos que se producen sin vibración de los repliegues vocales: sonidos sordos. P.e. los sonidos oclusivos y fricativos sordos. La onda sonora se genera en las cavidades supraglóticas: constricción formada por los articuladores. Los articuladores generan y modifican al mismo tiempo la onda sonora. Esta onda es de naturaleza irregular o aperiódica. También se denomina fuente de ruido. La fuente aperiódica o fuente de ruido puede ser de dos tipos: o Fuente de ruido transitorio o fuente aperiódica impulsional o Fuente de ruido turbulento o fuente aperiódica continua Fuente de ruido transitorio Es la que presentan los sonidos que se articulan mediante un cierre u oclusión seguido de una explosión. La corriente de aire atraviesa libremente la glotis, ya que no hay vibración de los repliegues vocales. Cuando llega a las cavidades supraglóticas, encuentra un obstáculo total que impide su salida temporal al exterior. Cuando se libera de forma brusca el obstáculo por la presión del aire en el interior de la cavidad, se produce una salida repentina del aire del tracto vocal. El obstáculo en las cavidades supraglóticas está formado por el contacto de dos articuladores: oclusión. Durante el tiempo que dura el contacto u oclusión, el aire no puede salir del tracto vocal.

10 0 Los articuladores se separan bruscamente. El aire sale en forma de impulso produciendo un ruido característico o explosión en el tracto vocal. Es lo que sucede en los sonidos oclusivos. Observa el espectrograma siguiente: o Representa la palabra opaco. o Durante la fase de oclusión de las oclusivas [p] y [k] no se aprecia energía. o Durante la fase de explosión, se observa una barra vertical de energía previa a la vocal siguiente. Cursor rojo: inicio de la barra de explosión de [p] Cursor amarillo: inicio de la barra de explosión de [k] Fuente de ruido turbulento Es la que presentan los sonidos que se articulan con fricción en el tracto vocal. La corriente de aire atraviesa libremente la glotis, ya que no hay vibración de los repliegues vocales. Cuando llega a las cavidades supraglóticas, se encuentra un obstáculo parcial que dificulta, pero no impide, su salida. El aire sale de forma continua al exterior a gran velocidad produciendo un ruido característico o fricción. El obstáculo en las cavidades supraglóticas está formado por el movimiento de dos articuladores que se aproximan sin llegar a tocarse: estrechamiento en el tracto vocal. El aire pasa de forma continua por el estrechamiento a gran velocidad. Cuando una corriente rápida atraviesa una zona estrecha se crean turbulencias en ella. Estas turbulencias son aleatorias o irregulares. Es lo que sucede en los sonidos fricativos. Fuente de ruido turbulento. Observa el espectrograma siguiente: o Representa la palabra zapatos. o En la zeta inicial [T] y la ese final [s] el aire sale a través del estrechamiento de forma continua: fricción. o La fricción se traduce en energía dispersa a lo largo del eje de frecuencias: Cursor amarillo: inicio de la fricción de [T] Cursor rojo: inicio de la fricción de [s]

11 Combinación de fuentes La estructura del aparato fonador humano permite combinar en un mismo sonido: o Fuente periódica + Fuente aperiódica Es lo que sucede en: o Sonidos oclusivos sonoros o Sonidos fricativos sonoros o Sonidos nasales o Sonidos líquidos (laterales y vibrantes) En las sonidos oclusivos sonoros actúan de forma conjunta: o Fuente periódica: vibración de los repliegues vocales. o Fuente aperiódica impulsional: cierre u oclusión en el tracto vocal. Observa los siguientes gráficos (espectrogramas y oscilograma): o Representan la palabra abanico. o Durante la realización de [b] los repliegues vocales están vibrando: oclusiva sonora. o Las líneas verticales azules en el oscilograma representan dichas vibraciones. o Al mismo tiempo el espectrograma nos muestra la oclusión. En las sonidos fricativos sonoros actúan de forma conjunta: o Fuente periódica: vibración de los repliegues vocales. o Fuente aperiódica continua: estrechamiento en el tracto vocal. En las sonidos nasales actúan de forma conjunta: o Fuente periódica: vibración de los repliegues vocales. Las nasales suelen ser sonidos sonoros. o Fuente aperiódica impulsional: oclusión en el tracto vocal.

12 2 En las sonidos líquidos (laterales y vibrantes) actúan de forma conjunta: o Fuente periódica: vibración de los repliegues vocales. Las líquidas suelen ser sonidos sonoros. o Fuente aperiódica continua o impulsional Estrechamiento en el tracto vocal (laterales y vibrantes) Oclusión en el tracto vocal (vibrantes) Filtro La acción de los articuladores provoca cambios de forma y tamaño (volumen) en las cavidades supraglóticas. Los efectos de resonancia asociados a esos cambios son los responsables de la cualidad definitiva de los sonidos del habla. El filtro puede ser: o Filtro fijo o Filtro variable o Filtro oral o Filtro nasal Filtro fijo La forma de la cavidad de resonancia no se altera durante la producción del sonido. Es lo que sucede en la producción de: o Vocales o Aproximantes o Fricativas o Laterales o *Nasales (*utilizan dos filtros): filtro nasal fijo. Filtro variable La forma de la cavidad de resonancia cambia durante la producción del sonido. Es lo que sucede en la producción de: o Oclusivas: oclusión + explosión. o *Nasales (*utilizan dos filtros): filtro oral variable. o Vibrantes o Africadas Filtro oral La resonancia ocurre en la cavidad oral. El resonador nasal está desactivado. La úvula o parte final del velo del paladar se hallla pegada a la pared de la faringe. El aire procedente de los pulmones sale sólo por la cavidad oral. Es lo que sucede en la mayoría de sonidos: sonidos orales.

13 3 Filtro nasal La resonancia ocurre en la cavidad nasal. El resonador nasal está activado. La úvula o parte final del velo del paladar se hallla despegada de la pared de la faringe. El aire procedente de los pulmones sale: o Sólo por la cavidad nasal. Si hay una oclusión en la cavidad oral. Es lo que sucede en las nasales: sonidos nasales. o Por la cavidad nasal y por la oral. Si no hay una oclusión en la cavidad oral. Es lo que sucede en las vocales nasales: sonidos nasalizados.