Formant
Wikipedia
Formanter är frekvensband med hög energi hos röster eller hos musikinstrument. De framträder som tydliga band vid spektralanalys av sådana ljud.
Innehåll |
[redigera] Uppkomst och klassificering
Formanter i rösten uppstår genom att ljudet i talapparaten – det vill säga munhålan, näshålan och strupen, ända ner till lungorna – resonerar vid vissa frekvenser, som bestäms av bland annat tungans och underkäkens position, vilket ger upphov till band av frekvenser med högre energi.
En formant identifieras vanligen med sin resonansfrekvens, ibland även med sin bandbredd. De olika banden namnges från f1, för bandet med lägst frekvens, och uppåt: f2, f3, …. I analogi med detta kallas grundtonen, något missvisande, ibland för f0.
För vokaler är vanligen tre till fem formanter mätbara. Genom experiment med röstsyntes har fastställts att de tre första formanterna är de mest informationsbärande. Dessa tre har stark korrelation med underkäkens, tungans och läpparnas placering:
- f1 är starkt korrelerad med tungans och käkens position i höjdled; se sluten respektive öppen vokal
- f2 är starkt korrelerad med tungans position i djupled; se främre respektive bakre vokal
- f3 är starkt korrelerad med läpparnas rundning; se rundad respektive orundad vokal
För mycket ljusa röster, som sopranstämma, kan grundtonen hamna nära och till och med över de de lägsta formanterna, f1 och f2. Dessa ljud blir då mycket svåra att identifiera och särskilja.
| vokal formant centres | |||
| vokal | IPA | formant f1 | formant f2 |
| U | u | 320 Hz | 800 Hz |
| O | o | 500 Hz | 1000 Hz |
| å | aː | 700 Hz | 1150 Hz |
| A | a | 1000 Hz | 1400 Hz |
| ö | ø | 500 Hz | 1500 Hz |
| ü | y | 320 Hz | 1650 Hz |
| ä | ɛ | 700 Hz | 1800 Hz |
| E | e | 500 Hz | 2300 Hz |
| I | i | 320 Hz | 3200 Hz |
| vokal formant bereiche | |
| vokal | haupt formant bereich |
| U | 200 bis 400 Hz |
| O | 400 bis 600 Hz |
| A | 800 bis 1200 Hz |
| E | 400 bis 600 und 2200 bis 2600 Hz |
| I | 200 bis 400 und 3000 bis 3500 Hz |
[redigera] Uppmätning och estimering
Flera metoder för att beräkna formanternas värden har tagits fram. De flesta utgår ifrån den akustiska signalen, det vill säga ljudet som produceras, men det finns också metoder där talapparatens egenskaper mäts upp, varpå en modell för ljudproduktionen används för att estimera formanternas värden.
De flesta metoder fungerar bäst då de sätts i ett sammanhang, så att tidigare formantvärden kan användas för att predicera kommande.
[redigera] Estimering med autoregressiv modell
TODO: Omformulera och strukturera.
Talljud kan modelleras som en för kortare tidsintervall svagt stationär stokastisk process, vanligtvis som linjärt filtrerad vitt brus. Om X(n) är en stokastisk, vit process och Y(n) är en modell av talljudet, så kan Y skrivas som en autoregressiv process:
.
Parametrarna am och b0 löses med hjälp av Yule–Walker-ekvationerna och en estimering av Y:s autokorrelationsfunktion.
Y:s spektrum ges av
H är ett filter med resonansfrekvenser
Här kommer mer information så småningom.
[redigera] Talrörsestimering
Den akustiska resonanslåda som talröret motsvarar kan estimeras med hjälp av sammanlänkade rörsegement av olika storlek. Detta rör är stängt i ena änden (vid stämläpparna eller lungorna) och öppet i den andra (vid läpparna eller näsborrarna. Givet denna modell och rörsegmentens respektive diameter kan formanterna estimeras med god precision.
Talröret, eller rättare sagt rörsegmenten, kan estimeras från röntgenfotografier eller -filmer av huvudet under uttal av språkljud. Det är dock en metod som på grund av strålningen inte lämpar sig för större studier på enskilda personer. I dag används hellre magnetröntgen, vilket visserligen är dyrare och långsammare, men inte skadligt.
[redigera] Användning
Formanter har länge varit ett av de viktigaste sätten att akustiskt beskriva språkljud på, och då i synnerhet vokaler.
Igenkänning utan större framgång ...
Tidiga röstsyntetiserare byggdes upp av filter som efterliknade formanternas karaktär, och kallades ofta för formantsyntetiserare.
Här kommer mer information så småningom.
[redigera] Typvärden för några svenska vokaler
Här kommer mer information så småningom.
