Scuola estiva 24-29 settembre 2006 Soriano nel Cimino (VT) Versione 1.5

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Versione 1.5Versione 1.5

Scuola AISV 2006 Luciano Romito 2

Informazioni generali Luciano Romito Professore Associato di Fonetica e Fonologia Responsabile Scientifico del Laboratorio di Fonetica LABFON

(Università della Calabria) Insegnamenti:

Laurea Triennale: Linguistica Generale, Fonetica Articolatoria, Linguistica Computazionale

Laurea Specialistica: Fonetica Sperimentale I e II Ambiti di Ricerca: Conservazione, archiviazione e restauro di materiale

sonoro. Speaker Recognition. Descrizioni dialettali attraverso analisi articolatorie e acustiche

E-mail [email protected] Telefono 0984/494078 Homepage del laboratorio (sono presenti i riferimenti bibl in pdf) http://www.linguistica.unical.it/labfon/home.htm


Silvia STANCHINA SSN PisaChiara BERTINI SSN PisaIrene RICCI SSN PisaAthos TONIOLO Loquendo SpA

Claudia BAROLO Loquendo SpALisa PRETTO Università di Padova

Carmen COLI Università di PerugiaSophie SAFFI Univ de ProvencePaola SCUTICCHIO UNICAL

Antonio STELLA Università di LecceDaniela GAGLIARDI UNICAL

Alba BROGIONI Univ La Sapienza Nadia BRUNETTI Univ Str di Perugia

Rachele DELUCCHI Università di ZurigoRachele PAGGIARO Università di Siena

Sara GIULIVI Università di Firenze

CNRS/ Paris 3Bianca SISINNI Università di LecceMaria PRIMO Università di Messina

Universitaet Konstanze Lecce

Renzo MIOTTI Università di Verona Giacomo SOMMAVILLA ISTC-SPFD CNR

Mauro NICOLAO ISTC-SPFD CNR

Paolo BRAVI Univ Siena/Cagliari/Perugia Matteo NUNZIATI Università di Firenze

Stephan SCHMID Phonetisches Laboratorium der Universitaet Zuerich

Nadia NOCCHI Phonogrammarchiv Universität Zürich Giuliano MION La Sapienza

Maria PALMERINI FUBLidia COSTAMAGNA Univ Strdi PerugiaDario CORREALE Università di BolognaChiara CELATA SSN Pisa

Luigia GARRAPA

Angelica COSTAGLIOLA

Le basi teoriche della Fonetica Acustica: La teoria sorgente Filtro

Ore a disposizione = 15:30-16:15


La teoria Sorgente Filtro 1/45

La Fonetica Articolatoria Percettiva

Acustica

Studio delle impostazioni Studio dei processi e dei

modelli Studio di ciò che viene

prodotto

Da ricordare che non necessariamente ciò che viene prodotto viene anche percepito (sia con funzione fonetica che con funzione fonologica) si pensi alla durata minima per esempio


La teoria Sorgente Filtro 2/45

La Fonetica Acustica si occupa delle caratteristiche fisiche dei singoli suoni (flusso

sonoro-coarticolazione).

Sui foni cioè sui fonemi prodotti.


Il suono: alcuni concetti 3/45

Onda, Periodicità, Frequenza, Ampiezza.

Il suono presuppone tre condizioni:

1) la produzione di una perturbazione dell’aria da parte di un corpo elastico vibrante: sorgente;

2) la propagazione di queste vibrazioni attraverso un mezzo elastico (aria, acqua, solidi);

• 3) la ricezione delle vibrazioni da parte di un corpo elastico (detto anche ricevitore)

La natura fisica del suono 4/45

• Nell’aria il suono è formato da onde che trasportano energia lontano dalla sorgente (oggetto che vibra)– vibrazione = movimento rapido avanti e indietro di un

oggetto o di una sua parte (punta del diapason)– onda = disturbo che viaggia lontano dalla sorgente in

tutte le direzioni (onde sull’acqua)

• connessione tra vibrazione e onda– l’onda non trasporta del materiale, ma solo un segnale – ogni oggetto sulla traiettoria dell’onda inizia a vibrare

(anche i muri)– quando l’onda è passata, ogni cosa sulla traiettoria torna

alla posizione originale


Il suono non è trasporto di materia ma di energia

Propagazione del suono

Il rumore

• Normalmente è un termine usato in modo vago per indicare tutti gli altri suoni. Ma quali?

• sicuramente quelli non organizzati, non piacevoli o non voluti

• il confine tra musica e rumore non è ben definito ogni nuova generazione di giovani sembra apprezzare

musica che i “vecchi” giudicano rumore

– in genere, quasi tutti i suoni udibili possono apparire tra le pagine di un compositore (si pensi alla musica pentatonale o atonale o ancora non tonale ecc.)

– Rapporto S/N o Rapporto SI/SD

Come viaggia il suono?

• La sua produzione abbiamo già detto che:– ha a che fare con la vibrazione– con qualcosa che oscilla in avanti e indietro più o meno

velocemente

• La sua propagazione:– È invisibile nell’aria

• La sua percezione– dipende da come agisce su sensi e sulle emozioni– le orecchie percepiscono il suono– I nervi e il cervello elaborano l’informazione sonora

• Come già detto la produzione e la percezione non sono lineari

Produzione del suono

• tutte le sorgenti sonore oscillano– l’ancia di un oboe– la colonna d’aria in un flauto– la corda di una chitarra– Le corde vocali ?????

• ogni vibrazione è detta ciclo o periodo– dalla posizione di riposo verso una direzione– ritorno indietro verso la posizione di riposo– dalla posizione di riposo verso la direzione opposta– ritorno indietro verso la posizione di riposo– ... e via di seguito

• ogni segnale sonoro comprende molti cicli

forza

Ampiezza delle

oscillazioni

frequenza

Il moto armonico semplice

•La scienza delle onde sonore è costruita sulle onde sinusoidali• rappresenta la vibrazione corrispondente al suono più semplice e viene detto movimento sinusoidale

Onda semplice periodica Sinusoidale

Ampiezza

Lunghezzad’onda

Periodo o ciclo

Parametri delle onde sinusoidali• frequenza: numero di cicli in un secondo

– si misura in hertz: 1 Hz = 1 ciclo/secondo

• ampiezza: dimensione dell’oscillazione– si può misurare in mm (ma vedi più avanti)

• fase: posizione dell’onda rispetto a un istante– si può esprimere in termini dell’angolo in relazione

all’inizio dell’onda

– 0 positivo a 0 gradi

– primo picco a 90 gradi

– 0 negativo a 180 gradi

– ...

I suoni puri

Onda sinusoidale a 660 Hz



Sono molto simili al suono prodotto da un diapasonOnda sinusoidale a 110 Hz


Rilevare la Temperatura

Temperatura (°C)

Ora Giorno

27 9 7 Agosto 33 13 35 17 27 21 21 1 8 Agosto 15 5 28 9 31 13 34 17 24 21 15 1 9 Agosto 13 5 27 9

Salta la digressione


Rappresentazione grafica

10

15

20

25

30

35

40

tem

pera

tura

9

13

17

21 1 5 9

13

17

21 1 5 9

7 agosto

Valori della temperatura

8 agosto 9 agosto

Temperatura (°C)

Ora Giorno



La frequenza

La frequenza: quante volte (con quale frequenza) in un tempo T stabilito (una settimana nel nostro esempio), si ripetono dei cicli completi. (F=1/T)

10

15

20

25

30

35

40

tem

peratu

ra

9

13

17

21

1 5 9

13

17

21

1 5 9

7 agosto


8 agosto 9 agosto


L’ampiezza

Temperatura (°C)

Ora Giorno

+2 9 7 Agosto +8 13

+10 17 +2 21 -4 1 8 Agosto

-10 5 +3 9 +6 13 +9 17 -1 21

-10 1 9 Agosto -12 5 +2 9

Temperatura (°C)

Ora Giorno


Media 25°


Rappresentazione grafica della ampiezza

-15

-10

-5

0

5

10

15

9

13 17 21

1 5 9

13 17 21

1 5 9

7 agosto 8 agosto 9 agosto

Valore della escursione

Temperatura (°C)

Ora Giorno

+2 9 7 Agosto +8 13

+10 17 +2 21 -4 1 8 Agosto

-10 5 +3 9 +6 13 +9 17 -1 21

-10 1 9 Agosto -12 5 +2 9


Considerazione sulla rappresentazione grafica

Osservando un grafico di un onda possiamo:

studiare e dedurre la periodicità, [che come vedremo in seguito è molto importante per differenziare i suoni (periodici) dai

rumori (aperiodici)]

studiare e dedurre la frequenza

studiare e dedurre l’ampiezza o l’intensità delle oscillazioni.

10

15

20

25

30

35

40

tem

peratu

ra

9

13

17

21

1 5 9

13

17

21

1 5 9

7 agosto


8 agosto 9 agosto


Legge di Marsenne


La relazione fondamentale di un’onda periodica semplice è la seguente, che è valida anche per onde periodiche complesse.

F (Hz)=1/T (s) La pressione si misura in Pa= Newton/m2 (N/m2)


Legge di Marsenne

tempo in secondi

perturbazione, deformazione della lamella, ampiezza della oscillazione.

A C

B

D

E

F

G

H

I b

d f

h

1 ms


Smorzamento


Fronte dell’onda

Salta lapropagazione

Velocità del suono

• v=344 m/s (3 sec per fare 1 Km )– aria secca, temperatura ambiente (T=20oC)– si può misurare la distanza di un temporale lontano

• l’aria è un mezzo non dispersivo : tutti i suoni, indipendentemente dall’altezza, viaggiano nell’aria alla stessa velocità

• la velocità dipende dalla temperatura e dal mezzo

Velocità del suono


La velocità del Suono nei diversi mezzi


DeciBel

Forza

spostamento

SIL (Livello di intensità sonora) e dB

• Il bel non è una quantità di suono; è una relazione tra due suoni– 1 bel = rapporto di 10 a 1 tra due intensità

– 1 dB = 1/10 bel† Se Iy / Ix=10, allora SILy - SILx = 10 dB

† Se Iz / Iy=10, allora SILz - SILy = 10 dB

† Iz / Ix=100, ma SILz - SILx = 20 dB

• Cosa vuol dire “quel suono è oltre 75 dB” ?– numero di decibel = 10 log (I / I0)

– I = intensità sonora in esame

– I0 = intensità di riferimento (0,000000000001=10-12 W/m2)

Salta la percezione

Solo come informazione SIL e SPL

• Livello di intensità sonora (SIL)– SIL = 10 log (I / I0) con I0 = 0.000000000001 W/m2

• Livello di pressione sonora (SPL)– SPL = 20 log (p / p0) con p0 = 0.00002 N/m2


Livelli di dB

I dB=10log I0

Intensità (w/m2)

Pressione sonora PA

Livello di Pressione (dB)

Condizioni ambientali

Effetto sull'uomo

100 200 140 soglia del dolore lesioni dell'orecchio

10 130 martello pneumatico 1 20 120 forte clackson a 1 m pericolo di sordità 0,1 110 musica pop 0,01 2 100 nella metropolitana stato di

affaticamento 0,001 90 nell’autobus 0,0001 0,2 80 traffico medio 0,00001 70 conversazione a 1 m stato di riposo

(diurno) 0,000001 0,02 60 in un ufficio 0,0000001 50 in casa (di giorno) 0,00000001 0,002 40 in biblioteca stato di riposo

(notturno) 0,000000001 30 in casa (di notte) 0,0000000001 0,0002 20 sala di registrazione 0,00000000001 10 0,000000000001 0,00002 0 soglia dell'udito


Onde semplici e onde complesseSalta leOnde complesse

Scegliendo le onde in modoattento, si ha una combinazione periodica

Es. (a) 440 Hz

(b) 220 Hz

(c) 110 Hz

In questo modo, mentre la primafa 4 cicli, la seconda ne fa 2, e laterza 1!

(a)

(b)

(c)

(d)

Combinazioni di onde periodiche con rapporti di frequenza interi


Concordanza di Fase

tuttavia è stato osservato che tuttavia è stato osservato che l’udito avverte soprattutto l’udito avverte soprattutto differenze di frequenza e di differenze di frequenza e di ampiezza, ma non di faseampiezza, ma non di fase

tuttavia è stato osservato che tuttavia è stato osservato che l’udito avverte soprattutto l’udito avverte soprattutto differenze di frequenza e di differenze di frequenza e di ampiezza, ma non di faseampiezza, ma non di fase

FOURIER

Il matematico francese François Marie Charles Fourier (1772- 1837) inventò una teoria matematica attraverso cui è possibile provare che ogni onda periodica può essere rappresentata per mezzo di una somma di onde sinusoidali aventi ampiezze, frequenze e fasi appropriate. Una rappresentazione di Fourier di un’onda può richiedere molte componenti, addirittura un numero infinito, tuttavia è possibile approssimare un’onda utilizzando un numero finito di componenti.

TEOREMA DI FOURIER

Il teorema di Fourier afferma che: «qualunque funzione periodica, finita, continua può essere rappresentata mediante una somma di funzioni sinusoidali pure, pesate da opportuni coefficienti, nei cui argomenti compaiono tutte le frequenze (le armoniche) multiple di una frequenza fondamentale, caratterizzante la periodicità della funzione»

L’analisi di Fourier è quel procedimento che conduce alla serie di armoniche che costituiscono un suono. Ogni onda sinusoidale avrà una sua fase e ampiezza, e anche queste possono essere estratte dalla forma d’onda complessa.

Fourier

• Sintesi di Fourier: combinare onde sinusoidali per formare onde complesse

• Analisi di Fourier: individuare le componenti sinusoidali di una forma d’onda complessa

• Spettro di Fourier: l’insieme delle ampiezze delle onde sinusoidali (componenti di Fourier) che formano un’onda complessa

Salta le molle


Forse no


UltrasuoniUltrasuoni: : suoni con suoni con frequenze superiori ai frequenze superiori ai 20 20

kHZkHZ, se molto intensi , se molto intensi agiscono sul sistema nervoso agiscono sul sistema nervoso provocando cefalee, perdita provocando cefalee, perdita

di riflessidi riflessi

UltrasuoniUltrasuoni: : suoni con suoni con frequenze superiori ai frequenze superiori ai 20 20

kHZkHZ, se molto intensi , se molto intensi agiscono sul sistema nervoso agiscono sul sistema nervoso provocando cefalee, perdita provocando cefalee, perdita

di riflessidi riflessi

Acustica e psicoacustica

Da un punto di vista fisico non c’è Da un punto di vista fisico non c’è

differenza tra differenza tra suonisuoni (che generano sensazioni (che generano sensazioni

uditive nell’uomo: suono e rumoe) 20 -20000 Hz uditive nell’uomo: suono e rumoe) 20 -20000 Hz

ed ed ultrasuoni o infrasuoniultrasuoni o infrasuoni

Da un punto di vista fisico non c’è Da un punto di vista fisico non c’è

differenza tra differenza tra suonisuoni (che generano sensazioni (che generano sensazioni

uditive nell’uomo: suono e rumoe) 20 -20000 Hz uditive nell’uomo: suono e rumoe) 20 -20000 Hz

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InfrasuoniInfrasuoni: : suoni con suoni con frequenza inferiore ai frequenza inferiore ai 20 Hz20 Hz, , possono generare vertigini, possono generare vertigini, nausea, dolori addominali nausea, dolori addominali

InfrasuoniInfrasuoni: : suoni con suoni con frequenza inferiore ai frequenza inferiore ai 20 Hz20 Hz, , possono generare vertigini, possono generare vertigini, nausea, dolori addominali nausea, dolori addominali

25/01/2001


Rumore

Rumore bianco

Rumore rosa

Rumore colorato o Brown

Da 28 a 280 Hz

Da 280 a 4000 Hz

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