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Scuola estivaScuola estiva 24-29 settembre 200624-29 settembre 2006Soriano nel Cimino (VT)Soriano nel Cimino (VT)
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 luciano.romito@unical.it Telefono 0984/494078 Homepage del laboratorio (sono presenti i riferimenti bibl in pdf) http://www.linguistica.unical.it/labfon/home.htm
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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
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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
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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.
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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
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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
Onda sinusoidale a 440 Hz
Onda sinusoidale a 220 Hz
Sono molto simili al suono prodotto da un diapasonOnda sinusoidale a 110 Hz
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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
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Rappresentazione grafica
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7 agosto
Valori della temperatura
8 agosto 9 agosto
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
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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)
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7 agosto
Valori della temperatura
8 agosto 9 agosto
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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
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
Media 25°
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Rappresentazione grafica della ampiezza
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5
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13 17 21
1 5 9
13 17 21
1 5 9
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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
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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.
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Valori della temperatura
8 agosto 9 agosto
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Legge di Marsenne
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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)
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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
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Smorzamento
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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
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La velocità del Suono nei diversi mezzi
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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
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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
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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
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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
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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
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Forse no
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Forse no
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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
ed ed ultrasuoni o infrasuoniultrasuoni o infrasuoni
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
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Rumore
Rumore bianco
Rumore rosa
Rumore colorato o Brown
Da 28 a 280 Hz
Da 280 a 4000 Hz