Spraakakoestiek

Gerrit Bloothooft

Het instrument

Longen en luchtpijp

Strottehoofd met stemplooien

Keelholte met strotteklep

Mondholte met onderkaak, tong, lippen

Neusholte

Slokdarm

Voorhoofdsholten

Akoestisch niet van belang

De verbinding is veel te klein(grote akoestische weerstand)

Lehmann / Frateursubjectieve sensaties

Secundaire trillingen in het lichaam

Onderscheid scherp:

• Klankproductie

• Subjectieve sensaties– afgeleid van klankproductie

• Voorhoofd• Borst• …

– individuele verschillen– geen eis aan zangtechniek

Onderdelen van klankvorming

Fysiologie Akoestiek

Mond-keelholte Klankvorm door articulatie(klankkleur, klinkers)

Stemplooien in strottehoofd

Basisgeluid door stemgeving(toonhoogte, luidheid, stemregister)

Longen Luchtdruk

Servox demonstratie

Longen

De longen leveren ademdruk, zijn de energiebron

• ademdruk over een groot bereik zeer flexibel en nauwkeurig regelbaar

• ademdruk in zang niet altijd noodzakelijk groot

• longvolume is bij zangers niet groter

Borst- en buikademhaling

Strottenhoofd

De stemplooien produceren het basisgeluid

• balans tussen spierkracht die stemplooien sluit en de ademdruk die ze opent

• stemplooitrilling door het Bernouilli-effect

Vooraanzicht vanhet strottenhoofd

Kaakbeen

Adams appelSchildkraakbeen

Ringkraakbeen

De ophanging van het strottenhoofd

Kaakbeen

Schildkraakbeen

Ringkraakbeen

naar borstbeen

Dwarsdoorsnede door het strottenhoofd

Strottenklep

Valse stemplooien

Ware stemplooien

Luchtpijp

Bovenaanzicht van het strottenhoofd met belangrijke stemspieren

of bekerkraakbeentjes

of stemspier

Bovenaanzicht van de stemplooienRand strottenklep

Voor

Achter

Bekerkraakbeentjes

Bernouilli-effect

Door stroming neemt de druk af.

1) Stemplooien openen door ademdruk

2) Luchtstroom door de stemplooien

3) Door stroming neemt druk tussen de stemplooien af

4) Stemplooien drukken de spleet weer dicht.

Dwarsdoorsnede van een stemplooi

Drie lagen:

Mucosa (epitheel weefsel)

Lamina propria

Stemspier(M. Thyroarytenoidus)

Een bewegingscyclys van de stemplooien

1 gesloten

4 openmoment

6 maximaal open

8 sluitingsmoment

10 gesloten

Let op de mucosa golf

Stembron creëert geluiddrukgolf

• demonstratie van longitudinale golfvorm

Model van stemplooibeweging en snelheidsveld

• Demonstratie

Model van stemplooibeweging en snelheidsveld

• Demonstratie

Model van stemplooibeweging en snelheidsveld

• Demonstratie

Stem: toonhoogte (grondfrequentie)

Grondfrequentie wordt fysisch bepaald door het aantal maal dat de stemplooien open en dicht gaan per seconde (Hz) –> waarneming als toonhoogte

zang sprekenmannen 60 - 600 ~ 120vrouwen 120 - 1500 ~ 240kinderen 200 - 3000 ~ 360 Hz

Grondtoon (F0)

• Trillingsfrequentie van de grondtoon hangt af van– ademdruk– adductie van stemplooien

(hoe hard die tegen elkaar worden gedrukt)

– Subtiele balans van ademdruk en adductie– “dansend middenrif”– hoe groter beiden -> hoe hoger de frequentie

Grondtoon en boventonen (harmonischen)

• Naast grondtoon wordt ook een reeks boventonen geproduceerd

• Frequentie van boventoon is veelvoud van die van de grondtoonn = 2, 3, 4, 5, 6, ….

F0 = 100 Hzboventonen: 200, 300, 400, 500, …5000

spectrum van stembron

Bronspectrum en stemplooitrilling

• De sterkte van de boventonen hangt af van de manier waarop de stemplooien sluiten– zwak (zacht, falsetto)– normaal– krachtig (luid)

hypo

hyper

Frequentiespectrum van de stem

Frequentie (Hz)

Am

plit

ude

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Zacht / FalsettoNormaalLuid / Geknepen

(veel) minder boventonen bij hogere grondtoon

grondtoon en aantal boventonen (tot 5000 Hz)

• Grondtoon (Hz)

• 100• 200• 400• 800• 1400

• Aantal boventonentot 5000 Hz• 50• 25• 12• 6• 4

Heeft grote effecten op verstaanbaarheid

Stem: luidheid

Wordt bepaald door hoe abrubt de stemplooien keer op keer sluiten (vorm van de stemplooipuls, komt later)

Ook articulatie speelt een rol

(bespreken we later)

Varieert tussen 45 dB en 120 dB

(op 30 cm van de mond )

Resonantie

• Stemweg is een ingewikkelde resonator– eigenschappen afhankelijk van de vorm

(articulatie)

• Wat doet een resonantie?– behoud (akoestische) energie rond een

bepaalde frequentie• vergelijk een schommel:

– op het juiste moment beetje duwen -> steeds hoger– op verkeerde momenten duwen -> gebeurt bijna niets

spraakresonantie

• Stemplooi drukplofjes (grondtoon en boventonen) zijn “duwtjes”

• Stemweg zijn resonatoren– Hoe groter de resonator, hoe lager de

resonantiefrequentie (vgl lengte van schommel)

– Ongeveer 5 resonanties (formanten) in stemweg

frequentieoverdrachtsfunctie van een formant

meerdere formanten samen

5 formanten in spraak/zang

Frequentie (Hz)

Am

plit

ude

0 1000 2000 3000 4000 5000

F4

F2

F3

F5

F1

Let op!

• Formanten (en hun frequenties) zijn eigenschappen van de stemweg

• Zijn onafhankelijk van wat er in de stembron gebeurt– Is kern van de akoestische theorie van

spraakproductie (Gunnar Fant)– Is wel iets op af te dingen

SPRAAKKANAAL

LUCHTDRUK IN LONGEN

TRILLENDE STEMPLOOIEN

SPRAAKGELUID

Articulatie

Door articulatie wordt de vorm en inhoud van de mond-keelholte veranderd.

De resonantie eigenschappen van de mond-keelholte veranderen daarmee.

Formantfrequenties veranderen.

demonstratie buizen

spectrale veranderingen in de tijd

• Hoe maken we dat zichtbaar?– Spectrum: horizontaal frequentie

verticaal amplitude (sterkte)

• Spectrogram– horizontaal: tijd– verticaal: frequentie– Amplitude -> zwarting

Spectrogrammen van klinkers

EIGENSCHAPPEN VAN SPRAAKKLANKEN

golfvormen van spraak

Klinkers(periodiek)

Nasalen(periodiek)

Fricatieven(stemloos, ruis)

Fricatieven(stemhebbend, periodiek, ruis)

[plosieven, tweeklanken]

Tweeklank:Spectrogram van /Ei/

spectrogrammen van de stemloze plosieven: Plosief+/a/

spectrogrammen van de stemhebbende plosieven

spectra van stemloze fricatieven

/χ/

spectra van stemhebbende fricatieven

spectrum van /n/

Door anti-resonantie verzwakt de eerste formant sterk

spectrogram van halfvokalen