Συνθήκες µετάδοσης του ήχου

Transcript

1 Παραδόσεις Εργαστηριακής Φωνητικής Συνθήκες µετάδοσης του ήχου 0. Εισαγωγή Βασική προϋπόθεση για την κατανόηση της µετάδοσης του ήχου, είναι να γνωρίζουµε τη φυσική κατάσταση του µέσου µέσα από το οποίο µεταδίδεται ο ήχος. Στις πιο συχνές περιπτώσεις της καθηµερινότητας µας, ο ήχος µεταδίδεται µέσω του αέρα. Ποια όµως είναι η φυσική κατάσταση του αέρα η οποία επιτρέπει τη µετάδοση του ήχου; 1. Κατάσταση σιωπής Κατ αρχάς, τα σωµατίδια του αέρα δεν αναπτύσσουν δυνάµεις συνοχής µεταξύ τους, και γι αυτό το λόγο, προσπαθούν να καταλάβουν το σύνολο του χώρου που τους περιβάλει (π.χ. ένα µπαλόνι, ένα δωµάτιο, κλπ.). Σ αυτή τους την προσπάθεια, κινούνται συνεχώς, και µάλιστα η συνεχής κίνηση τους είναι µη προβλέψιµη, µε αποτέλεσµα, τα τοιχώµατα του χώρου που τα περιβάλει, καθώς και οποιοδήποτε σώµα βρεθεί µέσα σ αυτό τον χώρο, να «βοµβαρδίζονται» από τα αέρια σωµατίδια που τυχαία πέφτουν πάνω τους. Αυτή η συνεχής σύγκρουση ονοµάζεται «πίεση», και στην περίπτωση του αέρα, ονοµάζεται «ατµοσφαιρική πίεση» (η µονάδα της οποίας ισούται µε την πίεση που εξασκείται από τον ατµοσφαιρικό αέρα σε ένα τετραγωνικό στερεάς επιφάνειας στο ύψος της θάλασσας, στους 21 0 C). Σε ουδέτερες καταστάσεις (όταν δηλαδή δεν αυξοµειώνεται η πίεση), όπως είναι η κατάσταση σιωπής, η τυχαία κίνηση των σωµατιδίων διασφαλίζει την ίδια πίεση µέσα στον χώρο που περικλείει τα αέριο σωµατίδια. 2. Παραγωγή οµιλίας από έναν οµιλητή. Όπως ήδη ξέρουµε από προηγούµενο µάθηµα, η οµιλία που παράγει ένας οµιλητής είναι αποτέλεσµα του αέρα που βγαίνει από το στόµα του οµιλητή (ύστερα από την πίεση των µυών των πνευµόνων, τον παλµό των φωνητικών χορδών, την αύξηση της έντασης του ήχου από τα αντηχεία και το τελικό φιλτράρισµα του ήχου από τους 1

2 αρθρωτές). Αυτός όµως ο αέρας πού βγαίνει από το ανθρώπινο στόµα έχει µεγαλύτερη πίεση από τον αέρα που περιβάλει τον οµιλητή, µε αποτέλεσµα να επηρεάσει την κίνηση των σωµατιδίων του αέρα µε τα οποία έρχεται σε επαφή. Πώς όµως και γιατί επηρεάζονται τα σωµατίδια του αέρα από τη µεγαλύτερη πίεση του αέρα που βγαίνει από το στόµα του οµιλητή (από εδώ και στο εξής: ηχητική πηγή); Πριν προχωρήσουµε στην περιγραφή του φαινοµένου, θα ήθελα να τονίσω ότι τα σωµατίδια του αέρα έχουν ελαστικότητα και αδράνεια, µε αποτέλεσµα η συµπεριφορά τους να ορίζεται από τους φυσικούς νόµους που διέπουν τις ταλαντώσεις. 3. Μετάδοση του ήχου Κατ αρχάς λοιπόν, η ηχητική πηγή θα µεταδώσει ένα αρχικό ποσό ενέργειας στα σωµατίδια του αέρα µε τα οποία θα έρθει σε επαφή και θα τα θέσει σε κίνηση προκαλώντας την ταλάντωσή τους γύρω από µια θέση ηρεµίας. Η κίνηση των σωµατιδίων έχει αποτέλεσµα τη στιγµιαία µεταβολή της πίεσης του αέρα σε εκείνο το σηµείο του χώρου αλλά και την κρούση τους µε τα γειτονικά σωµατίδια, στα οποία µεταφέρουν ένα ποσό της ενέργειάς τους. 'Έτσι, κάθε σωµατίδιο ενεργεί ως νέα ηχητική πηγή που ξεκινά την όλη διαδικασία από την αρχή (αρχή Ηuygens), µεταφέροντας την ενέργεια σε όλο και πιο αποµακρυσµένα σηµεία του χώρου. ηµιουργείται έτσι ένα κύµα πίεσης (ηχητικό κύµα) που διαδίδεται στο χώρο, µεταβάλλοντας διαρκώς την πίεση σε κάθε σηµείο από το οποίο διέρχεται. Εικόνα 1. Μετάδοση ηχητικού κύµατος (από Clark & Yallop, 1990) 2

3 Η µεταβολή αυτή ακολουθεί επακριβώς όλα τα χαρακτηριστικά του αιτίου που την προκάλεσε, δηλαδή αυτά της παλινδροµικής κίνησης των σωµατιδίων του µέσου γύρω από µια θέση ηρεµίας. Η περιγραφή της γίνεται µε τη βοήθεια όλων των φυσικών κανόνων που διέπουν τις ταλαντώσεις. Αν τώρα το κύµα αυτό συναντήσει στη διαδροµή του έναν άνθρωπο, θα δονήσει το τύµπανο του αφτιού του, µε αποτέλεσµα να µεταφερθούν στον ανθρώπινο εγκέφαλο όλα τα χαρακτηριστικά του ηχητικού κύµατος και να εξαχθεί το συµπέρασµα ότι έλαβε ένα ηχητικό σήµα. Το ηχητικό κύµα µπορεί να περιγραφεί και να προσδιοριστεί πλήρως µε τη βοήθεια των θεµελιωδών χαρακτηριστικών µιας περιοδικής ταλάντωσης και η επεξήγησή τους είναι αναγκαία για την κατανόηση τόσο της ίδιας της φύσης του ήχου όσο και όλων των φαινοµένων που προκύπτουν από τη διάδοσή του. Το βασικότερο χαρακτηριστικό µιας ταλάντωσης είναι η επανάληψη. Πριν από την αρχική ενεργοποίηση της ηχητικής πηγής, η τιµή της πίεσης σε οποιοδήποτε σηµείο του αέρα είναι ίση µε τη µέση ατµοσφαιρική πίεση, την οποία και θεωρούµε πίεση αναφοράς ή µηδενική. Με τη δόνηση της πηγής αρχίζουν η ταλάντωση των σωµατιδίων του αέρα και η "κυκλική" µεταβολή της πίεσής του εκατέρωθεν της µηδενικής τιµής. Στην αρχή η πίεση µεγαλώνει (πύκνωµα) µέχρι να φτάσει στην ανώτερη τιµή της (peak), όπου και το σωµατίδιο σταµατά να αποµακρύνεται και αρχίζει την πορεία επιστροφής του στη θέση ηρεµίας (ελαστικότητα). Εξαιτίας όµως της αδράνειάς του, η πορεία του δεν τελειώνει εκεί, αλλά συνεχίζεται, οδηγώντας στην ανάπτυξη υποπίεσης (αραίωµα) µέχρι να φτάσει στην αρνητική µέγιστη τιµή της πίεσης (thrοugh). Από εκεί ξεκινά η διαδροµή της επιστροφής στη θέση ηρεµίας, όπου και θα συµπληρωθεί ένας πλήρης κύκλος ταλάντωσης. Η παλινδροµική αυτή κίνηση των σωµατιδίων συνεχίζεται µέχρι να καταναλωθεί όλη η ενέργειά τους. Την αντίστοιχη πορεία ακολουθεί και το ηχητικό κύµα που δηµιουργείται από τις ταλαντώσεις των επnµέρους σωµατιδίων, µε τη διαφορά ότι εδώ η πορεία της περιοδικής µεταβολής της πίεσης γίνεται κατά µήκος της διαδροµής διάδοσης του ηχητικού κύµατος. 'Έπειτα από όσα αναφέραµε είναι πολύ απλό να γίνουν κατανοητές οι βασικές παράµετροι ενός ηχητικού κύµατος. Το αντίστοιχο µε την κίνηση του ηχητικού 3

4 κύµατος είναι τα κύµατα που εµφανίζονται στην επιφάνεια µίας λίµνης όταν ρίξουµε µία πέτρα στο κέντρο της. Εικόνα 2. Γραφική παράσταση ηχητικού κύµατος (από Τζαµαλούκας, 2001) Βασικές έννοιες µονάδες. 1. Μήκος κύµατος (wavelength). Η απόσταση που διανύει το ηχητικό κύµα µέχρι να ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος του. Συµβολίζεται µε το ελληνικό γράµµα "λ" και µετριέται σε µέτρα (m). Εικόνα 3. Απλό κύµα 100 Hz, µε σηµειωµένο ένα πλήρη του κύκλο (από Johnson, 1997) 4

5 Εικόνα 4. Σύνθετο κύµα, µε σηµειωµένο ένα πλήρη του κύκλο (από Johnson, 1997) 2. Περίοδος (periοd). Ο χρόνος που χρειάζεται το ηχητικό κύµα για να πραγµατοποιήσει έναν πλήρη κύκλο ή αλλιώς για να διανύσει απόσταση ίση µε το µήκος κύµατός του. Συµβολίζεται µε το κεφαλαίο γράµµα Τ" και µετριέται σε δευτερόλεπτα (sec) ή σε χιλιοστά του δευτερολέπτου (msec). 3. Συχνότητα (frequency). Ο όρος χρησιµοποιείται το ίδιο συχνά µε τη λέξη "ήχος" και εκφράζει τον αριθµό των κύκλων που παράγονται στη διάρκεια ενός δευτερολέπτοu. Συµβολίζεται µε το αγγλικό γράµµα 'f' και µετριέται σε Ηertz (Ηz) και σε χιλιάδες Ηertz (khz). Ο άνθρωπος ακούει µόνο την περιοχή συχνοτήτων που εκτείνεται από τα 16ΗΖ έως τα ΗΖ περίπου (20kΗz) και χάριν συντοµίας λέµε ότι ακούµε από 20Ηz-20kHz. 5

6 Εικόνα 5. ύο απλά κύµατα των 100 Hz και των 300 Hz (από Ladefoged, 1996) 4. Tαχύτητα (speed). Η ταχύτητα του ήχου εκφράζει πόσο γρήγορα διαδίδεται το ηχητικό κύµα και δεν εξαρτάται από τη συχνότητά του παρά µόνο από τα χαρακτηριστικά ελαστικότητας και αδράνειας του µέσου διάδοσης (πίεση και πυκνότητα). Η ταχύτητα µετριέται σε µέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/sec) και συµβολίζεται µε το αγγλικό γράµµα "c", αν και πολλές φορές θα τη δείτε και ως "ν", από τον όρο "velοcity", που όµως είναι διανυσµατικό µέτρο και χρησιµοποιείται µόνο αν ορίζουµε και τη διεύθυνση της διάδοσης. Η ταχύτητα του ήχου στον ατµοσφαιρικό αέρα εξαρτάται κατά κύριο λόγο από τη θερµοκρασία και στους 21 C είναι ίση µε 344m/sec, τιµή που χρησιµοποιούµε στους συνήθεις υπολογισµούς µας. 5. Σχέσεις µεταξύ των παραπάνω µεγεθών Οι ηχητικές παράµετροι "περίοδος' (Τ}, "µήκος κύµατος" (λ), "συχνότητα' (f και "ταχύτητα' (c) συνδέονται µε τις ακόλουθες σχέσεις: f=l/t=c/l ή l=c/f ή c=lxf όπου: c=344m/sec ή Πιο απλά 340m/sec Από τις παραπάνω σχέσεις διαπιστώνουµε ότι η συχνότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη του µήκους κύµατος. Αυτό σηµαίνει ότι όσο πιο µικρή είναι µια συχνότητα (χαµηλή, µπάσος ήχος ), τόσο µεγαλύτερο είναι το µήκος κύµατός της, δηλαδή τόσο 6

7 µεγαλύτερη είναι η απόσταση που χρειάζεται το ηχητικό κύµα για να συµπληρώσει έναν πλήρη κύκλο. Για να αντιληφθούµε τις τάξεις µεγέθους για τις οποίες συζητούµε, αναφέρουµε ότι τα 20ΗΖ έχουν µήκος κύµατος ίσο µε 17,2 µέτρα, ενώ τα 20kΗΖ µόνο µε 1,72 εκατοστά. Αρκεί µια απλή σύγκριση των τιµών αυτών µε τις διαστάσεις του δωµατίου µας, για να καταλάβουµε γιατί οι χαµηλές συχνότητες είναι δύσκολο να ελεγχθούν και αποτελούν την πηγή των περισσότερων ακουστικών προβληµάτων. Σύλληψη και µετατροπή του ηχητικού κύµατος. 0. Εισαγωγή Οι αυξοµειώσεις της πίεσης του αέρα φτάνουν και στο αυτί του ακροατή και συντονίζουν ένα όργανό του, το τύµπανο, το οποίο είναι µία ευαίσθητη µεµβράνη. Ο συντονισµός του τυµπάνου βάζει σε κίνηση κάποια άλλα όργανα του αυτιού τα οποία ερεθίζουν το ακουστικό νεύρο, µε αποτέλεσµα να στέλνονται ηλεκτρικά σήµατα στον εγκέφαλο. Εικόνα 6: Τα µέρη του ακουστικού συστήµατος του ανθρώπου (από Johnson, 1997) 1. Εργαλεία µηχανήµατα ηχογράφησης 1.1 Μικρόφωνα. Τα µικρόφωνα λειτουργούν αντίστοιχα µε το αυτί, δηλαδή αποτελούνται από µία ευαίσθητη µεµβράνη η οποία συντονίζεται από το ηχητικό κύµα, ο συντονισµός της 7

8 κινεί κάποια άλλα εξαρτήµατα, και αυτά µε τη σειρά τους µετατρέπουν την κίνηση της µεµβράνης σε ηλεκτρικό σήµα, το οποίο µε τη σειρά του µπορεί να καταγραφεί σε µαγνητικό υλικό (π.χ. στην παραδοσιακή κασέτα), να αποθηκευτεί, να παιχτεί ξανά και ξανά, να αναλυθεί και να επεξεργαστεί από ειδικά µηχανήµατα τα οποία θα µας δώσουν ακριβέστατες µετρήσεις. Υπάρχουν µικρόφωνα δύο ειδών, τα δυναµικά και τα πυκνωτικά. Στα δυναµικά µικρόφωνα, η µεµβράνη συνδέεται µε ένα σύστηµα µαγνητών, και η κίνηση της επηρεάζει το µαγνητικό πεδίο που δηµιουργούν οι µαγνήτες, το οποίο στη συνέχεια µετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήµα. Τα δυναµικά µικρόφωνα δε θεωρούνται πολύ ευαίσθητα, αλλά θεωρούνται σταθερά και δε χρειάζονται ηλεκτρική πηγή για τη λειτουργία τους. Στα πυκνωτικά µικρόφωνα η µεµβράνη είναι πολύ πιο ευαίσθητη απ ό,τι η µεµβράνη των δυναµικών και είναι συνδεδεµένη µε ένα ηλεκτρικό κύκλωµα (γι αυτό το λόγο χρειάζονται και µπαταρίες). Τα πυκνωτικά µικρόφωνα είναι πολύ πιο ευαίσθητα από τα δυναµικά, αλλά δεν είναι πάντα απόλυτα αξιόπιστα, µια και το ηλεκτρικό σήµα που παράγεται ως αποτέλεσµα της όλης διαδικασίας µπορεί να επηρεαστεί ακόµα και από το ηλεκτρικό κύκλωµα µε το οποίο είναι συνδεδεµένη η µεµβράνη. Η ποιότητα κατασκευής λοιπόν του µικροφώνου παίζει πάρα πολύ µεγάλη σηµασία. Γεγονός είναι πάντως ότι τα πυκνωτικά µικρόφωνα έχουν πια επικρατήσει Κασετόφωνα Τα κασετόφωνα είναι το αποθηκευτικό εργαλείο το οποίο κωδικοποιεί και αποθηκεύει τις µεταβολές του ηλεκτρικού ρεύµατος που δηµιουργούνται από τον παλµό της µεµβράνης των µικροφώνων εξαιτίας των ηχητικών κυµάτων που πέφτουν πάνω της. Τα κασετόφωνα διακρίνονται σε αναλογικά, και σε ψηφιακά. Τα αναλογικά κασετόφωνα εγγράφουν την παραπάνω πληροφορία, δηλαδή την εναλλαγή του ηλεκτρικού ρεύµατος του µικροφώνου, στις παραδοσιακές κασέτες, δηλαδή σε µαγνητικό υλικό. Η ποιότητα της αποθήκευσης του ηχητικού κύµατος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όχι µόνο από την ποιότητα του µικροφώνου, αλλά και από την ποιότητα της κεφαλής του κασετοφώνου, από τον µηχανισµό περιστροφής της κασέτας, την ποιότητα της ίδιας της κασέτας, το 8

9 ηλεκτροµαγνητικό πεδίο που δηµιουργούν τα ηλεκτρονικά κυκλώµατα του κασετοφώνου, κ.α. Στην ουσία, το αναλογικό κασετόφωνο καθώς και οι αναλογικές κασέτες- θα πρέπει να είναι εξαιρετικής ποιότητας για να µη παραµορφωθεί το ηλεκτρικό σήµα που έρχεται από το µικρόφωνο. Τα ψηφιακά κασετόφωνα ψηφιοποιούν (βλ. επεξεργασία ήχου από Η/Υ) πρώτα τις εναλλαγές του ηλεκτρικού ρεύµατος που προέρχεται από το µικρόφωνο, και µετά εγγράφουν αυτή την πληροφορία είτε σε παραδοσιακά µαγνητικά µέσα αποθήκευσης, όπως κασέτες (τα DAT κασετόφωνα), είτε σε ψηφιακά µέσα αποθήκευσης, όπως κάρτες µνήµης (Compact flash, Memory Sticks, CD, DVD, σκληρούς δίσκους, κ.α.). Τα ψηφιακά κασετόφωνα είναι πολύ ακριβά, και θεωρούνται πολύ καλύτερα µέσα αποθήκευσης γιατί η ποιότητα του ήχου δεν επηρεάζεται ούτε από τα µηχανικά µέρη του κασετοφώνου (όπως ο µηχανισµός προώθησης της κασέτας στα αναλογικά κασετόφωνα), ούτε από την ποιότητα του αποθηκευτικού µέσου. 1.3 Κάρτα Ήχου. Το συγκεκριµένο εξάρτηµα µετατρέπει το αναλογικό ηχητικό κύµα (το οποίο προέρχεται είτε κατευθείαν από µικρόφωνο, είτε από αναλογικό κασετόφωνο, είτε από DAT κασετόφωνο) σε εναλλαγές του 0 και του 1 (βλ. επεξεργασία ήχου από Η/Υ), δηλαδή µετατρέπει το αναλογικό ηχητικό κύµα σε πληροφορία την οποία µπορεί να επεξεργαστεί ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής. Καλύτερες θεωρούνται οι εξωτερικές κάρτες ήχου (δηλαδή εκείνες οι οποίες δεν είναι µέσα στο κουτί του υπολογιστή, αλλά είναι αυτόνοµα µηχανήµατα τα οποία συνδέονται µε τον υπολογιστή µε ένα καλώδια USB), επειδή δεν επηρεάζονται από το µαγνητικό πεδίο του υπολογιστή. Στις µέρες µας, µια καλή κάρτα ήχου θεωρείται προαπαιτούµενος εξοπλισµός οποιασδήποτε φωνητικής ανάλυσης. 9

10 2. Βέλτιστες συνθήκες ηχογράφησης Οι βέλτιστες συνθήκες ηχογράφησης γίνονται σε σωστά ηχοµονωµένο στούντιο για δύο λόγους: Α) στον συγκεκριµένο χώρο αποµονώνουµε τους οποιουσδήποτε εξωτερικούς θορύβους, ακόµα και θορύβους των µηχανηµάτων που χρησιµοποιούµε. Β) Αποτρέπουµε τις αντανακλάσεις του ήχου. Όπως είπαµε και παραπάνω, η ηχητική πηγή επηρεάζει τα διπλανά σωµατίδια του αέρα, και αυτά µε τη σειρά τους επηρεάζουν τα διπλανά τους, και ούτω καθεξής. Μ αυτό τον τρόπο, το ηχητικό σήµα δεν ταξιδεύει µόνο προς την κατεύθυνση του ακροατή, αλλά και προς όλες τις άλλες κατευθύνσεις του τρισδιάστατου χώρου. Έτσι, κάποια ηχητικά κύµατα θα κτυπήσουν το ταβάνι, κάποια άλλα το πάτωµα, και κάποια άλλα οποιοδήποτε στερεό σώµα βρεθεί στην πορεία τους, µε αποτέλεσµα να ανακλαστούν. Αν η επιφάνεια πρόσκρουσης είναι τέτοια που επιτρέπει µεγάλη αντανάκλαση, τότε είναι εξαιρετικά πιθανό κάποια από τα ανακλασµένα κύµατα να συλληφθούν από το µικρόφωνο, παραµορφώνοντας το επόµενο ηχητικό κύµα που φτάνει στο µικρόφωνο απευθείας. Τα στούντιο λοιπόν έχουν τέτοιες εσωτερικές επιφάνειες οι οποίες να α) απορροφούν τον ήχο και δεν τον αντανακλούν, και β) οι επιφάνειες διαχέουν τον οποιοδήποτε ήχο καταφέρει να ανακλαστεί, και δεν τον αντανακλούν προς συγκεκριµένη κατεύθυνση. Τι γίνεται όµως όταν δεν υπάρχουν οι βέλτιστες συνθήκες ηχογράφησης; Γνωρίζοντας ποια είναι τα βασικά προβλήµατα, προσπαθούµε κατ αρχάς να αποφύγουµε τους εξωτερικούς χώρους και θορύβους, άρα ηχογραφούµε σε εσωτερικό χώρο. Επίσης, για να σµικρύνουµε τον κίνδυνο της αντήχησης, προτιµούµε να ηχογραφήσουµε σε δωµάτιο µε µοκέτα ή χαλί, και µε έπιπλα που α) δε δηµιουργούν θόρυβο (όπως π.χ. το ψυγείο) και που δεν αντανακλούν άλεσα τον ήχο (όπως οποιοδήποτε µεταλλικό αντικείµενο). Ένα γραφείο, µε βιβλιοθήκες, ξύλινα έπιπλα, βαριές κουρτίνες και χαλί, είναι µάλλον η λιγότερο κακή επιλογή. 10

11 Επεξεργασία του ήχου από Η/Υ Εισαγωγή Όπως είπαµε και παραπάνω, οι Η/Υ έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά και σχετικά φτηνά εργαλεία. Πριν από την εµφάνιση των Η/Υ, για την εργαστηριακή ανάλυση του ήχου ήταν αναγκαία πολλά µηχανήµατα, πολύ ακριβά, µε µεγάλους χρόνους επεξεργασίας, µε αποτέλεσµα η ύπαρξη εργαστηρίου να είναι πολύ ακριβή και οµαδική υπόθεση. Εδώ και 15 χρόνια όµως, η κατάσταση έχει αλλάξει, και µε τη βοήθεια συγκεκριµένου λογισµικού, ένας ερευνητής µπορεί να επιτελέσει µόνος του µετρήσεις και υπολογισµούς που πριν θα ήταν αδιανόητο να πραγµατοποιηθούν εκτός εργαστηρίου. Για να µπορέσουµε όµως να χρησιµοποιήσουµε τους Η/Υ για τη µελέτη και επεξεργασία του ήχου, τα ηχητικά κύµατα θα πρέπει να κωδικοποιηθούν σε µία τέτοια µορφή την οποία θα µπορεί να αναγνωρίζει ο Η/Υ, δηλαδή το ηχητικό κύµα θα πρέπει να ψηφιοποιηθεί. 1. Ψηφιοποίηση του ήχου Τόσο το ηχητικό κύµα, όπως αυτό φτάνει στα αυτιά µας, όσο και η µετατροπή του σε ηλεκτρικό σήµα, έχουν αναλογική µορφή, δηλαδή µπορούν να περιγραφούν ως µία καµπύλη της οποίας κάθε σηµείο διαφοροποιείται από τα διπλανά του, τόσο ως προς τον χρόνο όσο και ως προς την αυξοµείωση της πίεσης του αέρα, και αυτή η διαφοροποίηση είναι οµαλή. Για να µπορέσουµε όµως να επεξεργαστούµε αυτό το σήµα µέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή (ο οποίος έχει αποδειχθεί εξαιρετικό και σχετικά φτηνό εργαλείο), πρέπει να µετατρέψουµε το ηχητικό σήµα σε µορφή που να τη µπορεί να την αναγνωρίσει ο υπολογιστής, δηλαδή σε αλληλουχίες 0 και 1, ή αλλιώς, πρέπει να «ψηφιοποιήσουµε» το ηχητικό σήµα. 2. Η ψηφιοποίηση του ήχου γίνεται σε δύο στάδια: Α) σε συγκεκριµένα τακτά χρονικά διαστήµατα, µετριέται η αυξοµοίωση της πίεσης του ηχητικού κύµατος (π.χ. οκτώ φορές ανά msec ή 44 φορές ανά mscec). Επειδή οι 11

12 µετρήσεις γίνονται ανά τακτά χρονικά διαστήµατα και όχι συνεχώς, µιλάµε για δειγµατοληψία του ηχητικού κύµατος. Εικόνα 7: ιάγραµµα µε αναλογικό ηχητικό κύµα (συνεχόµενο) και το αντίστοιχό του ψηφιακό (ασυνεχές). Κάθε µια «µπάρα» του ασυνεχούς ψηφιακού κύµατος, περιγράφει τη µέτρηση που πάρθηκε συγκεκριµένη χρονική στιγµή. Στο παρόν ηχητικό κύµα, το οποίο έχει συχνότητα 100 Hz (γιατί;) έχουν γίνει 8 δειγµατοληψίες ανά ένα msec (από Johnson, 1997). Έχει διαπιστωθεί ότι για να ψηφιοποιηθεί σωστά ένα ηχητικό κύµα, πρέπει να έχουµε τουλάχιστον δύο δειγµατοληψίες για κάθε πλήρη κύκλο του (Nyquist Theorem). Σύµφωνα µε την παραπάνω αρχή, για να ψηφιοποιηθεί σωστά ένα ηχητικό κύµα µε συχνότητα 100 Hz, χρειάζεται τουλάχιστον µία δειγµατοληψία ανά 5 msec (γιατί;), ενώ για να ψηφιοποιηθεί σωστά ένα ηχητικό κύµα µε συχνότητα 20KHz, χρειάζονται τουλάχιστον 40 δειγµατοληψίες κάθε ένα msec. Το παρακάτω σχεδιάγραµµα περιγράφει ένα τυπικό λάθος ψηφιοποίησης, όταν η συχνότητα δειγµατοληψίας δεν ικανοποιεί το θεώρηµα του Nyquist. 12

13 Εικόνα 8: Το αναλογικό ηχητικό κύµα είναι αυτό µε τους πέντε πλήρεις κύκλους. Επειδή όµως η συχνότητα δειγµατοληψίας δεν είναι υψηλή και παίρνει λιγότερα από δύο δείγµατα για κάθε κύκλο του ηχητικού κύµατος, ο αλγόριθµος που ανακατασκευάζει το ηχητικό κύµα είναι πιθανό να κάνει λάθος, όπως φαίνεται στη συγκεκριµένη εικόνα, όπου ο αλγόριθµος ανακατασκεύασε ηχητικό κύµα διαφορετικής συχνότητας από το πρωτότυπο αναλογικό (από Johnson, 1997). Β) η µέτρηση της πίεσης του ηχητικού κύµατος µετριέται σύµφωνα µε µια διαβαθµισµένη κλίµακα, οι διαβαθµίσεις της οποίας δεν είναι άπειρες, αλλά καθορίζονται από τον τύπο 2 n, (ο τύπος σχετίζεται µε το δυαδικό σύστηµα µέτρησης των Η/Υ). Αν λοιπόν n=8, αυτό σηµαίνει ότι η κλίµακα έχει 256 διαβαθµίσεις, αν n=16, η κλίµακα έχει διαβαθµίσεις. Όσο λιγότερες διαβαθµίσεις έχει η κλίµακα µέτρησης, τόσο λιγότερο ακριβής είναι η µέτρηση της πίεσης του αέρα. Το δεύτερο στάδιο ονοµάζεται και «στρογγυλοποίηση» των µετρήσεων. Τις µετρήσεις αναλαµβάνει να επεξεργαστεί µια µαθηµατική εξίσωση (αλγόριθµος) η οποία µπορεί να αναπαραστήσει την καµπύλη των ηχητικών κυµάτων. Όµως, αν ο ρυθµός της δειγµατοληψίας είναι αργός (π.χ. µέσα σε ένα δευτερόλεπτο δεν παρθούν ή µετρήσεις, αλλά ή 8.000) ή/και η κλίµακα µέτρησης της πίεσης δεν έχει πολλές διαβαθµίσεις (π.χ. µόνο 256), τότε αυξάνεται η πιθανότητα ο αλγόριθµος να καταλήξει να περιγράψει ένα σήµα διαφορετικό από το πρωτότυπο αναλογικό, άρα λανθασµένο. Αυτό το λάθος που είναι καθαρά απόρροια της ψηφιοποίησης, ονοµάζεται και «θόρυβος» της ψηφιοποίησης. Η συχνότητα της δειγµατοληψίας µετριέται λανθασµένα- σε KHz, ενώ θα έπρεπε να µετριέται σε µονάδες χρόνου. Όµως και η συχνότητα είναι µία µέτρηση 13

14 που σχετίζεται άµεσα µε το χρόνο (µια και συχνότητα είναι ο αριθµός των πλήρων κύκλων µέσα σε ένα δευτερόλεπτο). Χοντρικά, θα µπορούσαµε να πούµε ότι η συχνότητα δειγµατοληψίας 16 KHz αναλογεί σε µετρήσεις ανά δευτερόλεπτο και είναι διπλάσια από τη συχνότητα δειγµατοληψίας 8 KHz, και µισή από τη συχνότητα δειγµατοληψίας 32 KHz. 3. Ενδεικτικές τιµές: Για το ψηφιακό τηλεφωνικό σήµα, η συχνότητα δειγµατοληψίας είναι 8 KHz και στο στάδιο της στρογγυλοποίησης το n = 8. Τα τραγούδια που είναι αποθηκευµένα σε µουσικά CD του εµπορίου, έχουν ψηφιοποιηθεί µε συχνότητα δειγµατοληψίας 44,1 KHz, και στο στάδιο της στρογγυλοποίησης το n = 16. Τέλος, οι επαγγελµατικές κάρτες ήχου για υπολογιστές, καθώς και τα επαγγελµατικά στούντιο, ψηφιοποιούν τον ήχο µε συχνότητα δειγµατοληψίας 96 KHz, και µε n = 24. Η ψηφιοποίηση σ αυτές τις συνθήκες παράγει θόρυβο που δε µπορεί να τον συλλάβει το ανθρώπινο αυτί. 14

15 Κυµατοµορφή (waveform) Εισαγωγή Μία από τις πρώτες µετρήσεις που παίρνουµε µε τη βοήθεια των Η/Υ είναι η γραφική παράσταση του ηχητικού κύµατος ονοµάζεται κυµατοµορφή (waveform). Το συγκεκριµένο γράφηµα ορίζεται από δύο άξονες, τον χρόνο (οριζόντιος άξονας) και το πλάτος ή εύρος κύµατος (κάθετος άξονας). Εικόνα 9: Κυµατοµορφή της φράσης : «και τι ναι οι βαθµοί;» 1. Πλάτος (amplitude) ή εύρος κύµατος, ηχητική πίεση (sοund pressure). Όπως είπαµε παραπάνω, γραφική παράσταση του ηχητικού κύµατος προκύπτει από την απεικόνιση των µεταβολών της πίεσης του µέσου σε σχέση µε την τιµή ηρεµίας της (αναφοράς), συναρτήσει του χρόνου. Πιο αναλυτικά, σε κάθε χρονική στιγµή της διάδοσης του ηχητικού κύµατος, θα έχουµε συγκεκριµένη τιµή πίεσης του αέρα. Η διαφορά της τιµής αυτής από την πίεση αναφοράς ονοµάζεται εύρος ή πλάτος του κύµατος και εκφράζει την ένταση του ήχου τη συγκεκριµένη χρονική στιγµή σε ένα σηµείο του χώρου (στο σηµείο που βρίσκεται το µικρόφωνο). Η ακουστική πίεση µετριέται σε Pascals (όπου Pa=N/m 2 ). Τα Pa είναι γραµµικό µέγεθος και κατά συνέπεια απόλυτα κατανοητό. εν είναι όµως καθόλου εύχρηστο και αυτό οφείλεται σε δύο λόγους: 15

16 Ο άνθρωπος ακούει ένα τροµερά µεγάλο εύρος ηχητικών πιέσεων, που ξεκινούν από τα 20µΡa (2x1O -5 Pa) και φτάνουν τα 200Ρa. Τα νούµερα αυτά δεν είναι και τόσο εύχρηστα και όλοι συµφωνούν ότι θα ήταν πολύ πιο βολικό αν είχαµε να κάνουµε µε µια πιο συµπυκνωµένη έκτασή τους. Το σηµαντικότερο όµως είναι ότι η ηχητική πίεση δεν ανταποκρίνεται στην ανθρώπινη αντίληψη της έντασης του ήχου, γιατί ο άνθρωπος δεν ακούει γραµµικά, αλλά λογαριθµικά, τόσο στο πεδίο των συχνοτήτων όσο και σε αυτό των εντάσεων. Η µονάδα που χρησιµοποιείται για την περιγραφή της έντασης του ήχου είναι τα decibels (db), τα οποία αναπαριστούν "στάθµες ηχητικής πίεσης" ή SPL (Sοund Pressure Level). Η σχέση db και Pa περιγράφεται από την εξίσωση: dβ=20 lοg 10 (Ρ/Ρ0), όπου Ρ είναι η πίεση της υπό εξέταση στάθµης και Ρ0 η πίεση αναφοράς, δηλαδή η ελάχιστη πίεση που µπορεί να γίνει αντιληπτή από τον ανθρώπινο µηχανισµό ακοής στο lkhz. Η τιµή αυτή είναι ίση µε 20µΡa και αντιστοιχεί σε 0dB. Το άνω όριο της ακοής βρίσκεται κοντά στα 140dΒ, αν και πρακτικά είναι προτιµότερο να θεωρούµε ότι η ακοή µας εκτείνεται έως τα 120dB. Επειδή η κλίµακα είναι λογαριθµική, είναι εύλογο ότι µέχρι το µέσο της θα βρίσκονται οι τιµές που αντιστοιχούν σε ήχους που τους κρίνουµε από ανεπαίσθητους έως πολύ σιγανούς. Πράγµατι τα 40dΒ είναι η τιµή έντασης που θα έχουµε σε ένα άδειο και ήσυχο δωµάτιο, ενώ µία συνηθισµένη οµιλία θα αποδίδει στάθµη 60dB στο ένα µέτρο. Όσο για τη µέση στάθµη ακρόασης µουσικής, αυτή βρίσκεται γύρω στα 85dB, ενώ οι εντάσεις που ξεπερνούν τα 90 db αρχίζουν και θεωρούνται προβληµατικές και ενοχλητικές. Ηχητική εµπειρία Πίεση αέρα (µpa) db SPL (στάθµες ηχ. πίεσης) Πίεση Αναφοράς 20 0 Αµυδρός ψίθυρος Ήσυχο δωµάτιο Συνοµιλία Θόρυβος λεωφορείου Υπόγειο Μετρό υνατή βροντή Πόνος και βλάβη τυµπάνου Πίνακας 1: Σύγκριση ανάµεσα σε µονάδες πίεσης του αέρα (Pa) και σε στάθµες ηχητικής πίεσης (dbs). 16

17 Στην οµιλία, οι ήχοι που παράγονται µε µεγαλύτερη ένταση και που γίνονται αντιληπτοί ως πιο δυνατοί, συνήθως είναι τα φωνήεντα. Μετά τα φωνήεντα στην κλίµακα της ακουστότητας (δηλαδή της αντίληψης της έντασης) έρχονται οι ρινικοί ήχοι και οι υγροί. Στην κλίµακα της ακουστότητας, οι συριστικοί ήχοι είναι επίσης σχετικά ψηλά., ενώ τα υπόλοιπα τριβόµενα και στιγµικά ειδικά τα άηχα- βρίσκονται στο χαµηλότερο σηµείο της κλίµακας της ακουστότητας. Εικόνα 10: Κυµατοµορφή της ονοµατικής φράσης /ti«farma/. Στην παρούσα κυµατοµορφή φαίνεται καθαρά ότι το τονισµένο φωνήεν [a] παρουσιάζει τη µεγαλύτερη αυξοµείωση πλάτους κύµατος. Οι ήχοι µε το αµέσως χαµηλότερο πλάτος κύµατος είναι τα άτονα φωνήεντα [a] και [i]. Στην κλίµακα ακολουθούν τα υγρά και στα έρρινα, στη συγκεκριµένη περίπτωση τα [r] και [m]. Ακολουθεί το άηχο τριβόµενο [f] και τελευταίο στην κλίµακα είναι το άηχο κλειστό [t]. Οι επόµενες δύο εικόνες δείχνουν τα φασµατογραφήµατα δύο συγκεκριµένων, ενός άτονου [a], και ενός άηχου συριστικού [s]. 17

18 Εικόνα 11: Κυµατοµορφή του συριστικού συµφώνου [s] Εικόνα 12: Η κυµατοµορφή ενός άτονου φωνήεντος [a]. 18

19 2. Χρόνος Οι αυξοµειώσεις της πίεσης του αέρα διαδέχονται η µία την άλλη κατά το πέρασµα των δευτερολέπτων και των υποδιαιρέσεών τους. Η µελέτη των κυµατοµορφών σε διάφορες γλώσσες έχει δείξει ότι οι διάφοροι ήχοι-τεµάχια που παράγονται κατά τη διάρκεια της οµιλίας δεν έχουν την ίδια διάρκεια. Ήχοι µε µεγάλη διάρκεια µπορεί να διαρκέσουν ως και 150 µε 200 msecs (όπως τα τονισµένα φωνήεντα, τα ρινικά και τα τριβόµενα), ενώ ένα τεµάχιο µε πολύ µικρή διάρκεια µπορεί να πραγµατωθεί σε χρόνο µικρότερο ακόµα κι από 20 msecs (στα ελληνικά το [r]). Εικόνα 13: Φασµατογράφηµα της ονοµατικής φράσης [ti«farma] που παρουσιάστηκε και στην εικόνα 10. Στη συγκεκριµένη εικόνα φαίνεται ο χρόνος κάθε ενός ήχου της φράσης. Το παραπάνω φασµατογράφηµα παρουσιάζει τους διαφορετικούς χρόνους πραγµάτωσης διαφόρων ήχων της Κοινής Νέας Ελληνικής. Στο παραπάνω φασµατογράφηµα, ο ήχος µε το µεγαλύτερο χρόνο πραγµάτωσης είναι το τονισµένο φωνήεν [a] το οποίο πραγµατώνεται σε 160 msecs. Είναι ενδιαφέρον ότι άτονα φωνήεντα και τριβόµενοι ήχοι έχουν παραπλήσιους χρόνους πραγµάτωσης. Οι κλειστοί ήχοι της Νέας Ελληνικής έχουν µικρό χρόνο πραγµάτωσης, αλλά το µικρότερο χρόνο πραγµάτωσης τον παρουσιάζει το παλλόµενο [r]. 19

20 Είδη Ήχων Τύποι Κυµατοµορφών 0. Εισαγωγή Η κυµατοµορφή ορίζεται από το πλάτος κύµατος και το χρόνο, όµως µπορούµε την ίδια στιγµή να διαφοροποιήσουµε τέσσερα είδη ήχων που δηµιουργούν ισάριθµους διαφορετικούς τύπους κυµατοµορφών. Πιο συγκεκριµένα, έχουµε: 1. Tη σιωπή (silence) Κατά την σιωπή δεν παράγεται ήχος. Η σιωπή µπορεί να εµφανιστεί ως µέρος των στιγµικών και ανάµεσα στις παύσεις. Η σιωπή αναπαρίσταται µε κύµα ηρεµίας. Εικόνα 14: Η ευθεία γραµµή η οποία βρίσκεται µέσα στο κεντρικό παραλληλόγραµµο είναι η απεικόνιση του ενός κύµατος ηρεµίας. Το συγκεκριµένο κύµα ηρεµίας αναπαριστά την απουσία ήχου ανάµεσα σε δύο λέξεις Το κύµα ηρεµίας είναι µία κυµατοµορφή µε απουσία διαφοροποιήσεων του πλάτους, για κάποιο χρονικό διάστηµα. Βέβαια, µία ηχογράφηση που δε γίνεται σε στούντιο είναι πιθανό να µη παρουσιάζει απόλυτη απουσία διαφοροποίησης του πλάτους κύµατος, µια και το µικρόφωνο µπορεί να ηχογραφεί θόρυβο του περιβάλλοντος, ηχώ κλπ. Πάντως, τέτοια είδη κύµατος εµφανίζονται στην οµιλία όταν οι οµιλητές/τριες κάνουν κάποια παύση (µικρή ή µεγάλη) στην οµιλία τους, ή εµφανίζονται στο πρώτο µέρος ενός στιγµικού συµφώνου. 20

21 2. Ο κρότος (plosion) Ο κρότος είναι αποτέλεσµα της απότοµης εκροής αέρα ανάµεσα από αρθρωτές που µέχρι πριν ήταν κλειστοί. Ο κρότος είναι ένας χαρακτηριστικός ήχος, µέρος των στιγµικών, οι οποίοι ονοµάζονται και εκρηκτικοί (plosives). Ο κρότος αναπαρίσταται µε κύµα έκρηξης. Εικόνα 15: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το κύµα έκρηξης που παράγεται κατά την πραγµάτωση του ήχου [k] στην λέξη [«kato]. Το κύµα έκρηξης είναι στην ουσία ένα στιγµιαίο γεγονός το οποίο δεν έχει διάρκεια. Κύµα έκρηξης παράγεται αν κτυπήσουµε ένα βιβλίο πάνω σε ένα τραπέζι, ή όταν κλείσουµε µε δύναµη µια πόρτα. Κύµα έκρηξης παράγεται και όταν η πίεση του αέρα που έρχεται από τους πνεύµονες ανοίξει απότοµα τους αρθρωτές που µέχρι πριν ήταν κλειστοί. Τέτοια κύµατα έκρηξης είναι ένα στιγµιαίο γεγονός το οποίο τις περισσότερες φορές διαρκεί λιγότερο από 30 msecs. Στην κυµατοµορφή 15 η οποία αναπαριστά τη λέξη [«kato], βλέπουµε κυκλωµένο το κύµα έκρηξης το οποίο ανήκει στο σύµφωνο [k], ενώ στην κυµατοµορφή 16 η οποία αναπαριστά τη λέξη [«piso] βλέπουµε κυκλωµένο το κύµα έκρηξης το οποίο ανήκει στο σύµφωνο [p]. 21

22 Εικόνα 16: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το κύµα έκρηξης που παράγεται κατά την πραγµάτωση του ήχου [p] στην λέξη [«piso]. 3. H τριβή (friction) Η τριβή είναι αποτέλεσµα της δίνης αέρα που περνά µε ορµή ανάµεσα από αρθρωτές που βρίσκονται σε µικρή απόσταση. Η τριβή είναι το τυπικό χαρακτηριστικό των τριβόµενων και αναπαρίσταται µε τυχαίο ή µη-περιοδικό κύµα. Εικόνα 17: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το µη-περιοδικό κύµα που παράγεται κατά την πραγµάτωση του ήχου [ ] στην λέξη [«orivos]. 22

23 Εικόνα 18: Ο ίδιος ήχος [ ] της λέξης [«orivos] σε µεγέθυνση. Το µη-περιοδικό κύµα είναι αποτέλεσµα της περιδίνησης του αέρα, όταν αυτός περνά µε ορµή ανάµεσα από αρθρωτές που βρίσκονται πάρα πολύ κοντά µεταξύ τους. Το τυχαίο κύµα είναι διαφορετικό από το κύµα έκρηξης κυρίως εξαιτίας της διάρκειας του και είναι το τυπικό κύµα των τριβόµενων συµφώνων. Όπως µπορούµε να δούµε και στις παρακάτω κυµατοµορφές, η αυξοµείωση της έντασης του αέρα είναι τυχαία, απρόβλεπτη, χωρίς να µπορούµε να αναγνωρίσουµε κάποιο µοτίβο επανάληψης. Ένα άλλο στοιχείο του τυχαίου κύµατος είναι ότι οι αυξοµειώσεις είναι πάρα πολύ γρήγορες. 4. Η φωνή (voice) Η φωνή είναι το είδος ήχου που παράγεται από το περιοδικό (δηλ. επαναλαµβανόµενο σε τακτά χρονικά διαστήµατα) ανοιγοκλείσιµο των φωνητικών χορδών, και αναπαρίσταται µε περιοδικό ή ηµι-περιοδικό κύµα. 23

24 Εικόνα 19: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το ηµι-περιοδικό κύµα που παράγεται κατά την πραγµάτωση του τονισµένου ήχου [a] στην λέξη [«ataktos]. Εικόνα 20: Ο ίδιος τονισµένος ήχος [a] στην λέξη [«ataktos], σε µεγέθυνση. Το περιοδικό κύµα εµφανίζει ένα µοτίβο το οποίο επαναλαµβάνεται. Χρειάζεται κάποιος χρόνος για να εµφανιστούν όλες οι αυξοµειώσεις που ανήκουν σε ένα µοτίβο, αλλά µόλις ολοκληρωθεί το ένα µοτίβο, τότε αρχίζει ένα άλλο πανοµοιότυπο. Αυτή η σε τακτούς χρόνους επανάληψη του ίδιου µοτίβου (δηλαδή η περιοδικότητα) είναι το βασικό χαρακτηριστικό του περιοδικού κύµατος. Βέβαια, στην πραγµατική οµιλία ποτέ δεν έχουµε την επανεµφάνιση ακριβώς του ίδιου µοτίβου, αλλά οι οµοιότητες είναι εξαιρετικά µεγάλες, και γι αυτό το λόγο τα 24

25 ονοµάζουµε ηµι-περιοδικά κύµατα. Η περιοδικότητα των ήχων που παρουσιάζουν αυτό το χαρακτηριστικό είναι αποτέλεσµα του παλµού των φωνητικών χορδών. Τυπικό παράδειγµα περιοδικού κύµατος παρουσιάζουν τα φωνήεντα. Εκτός από τα φωνήεντα, περιοδικότητα εµφανίζουν και τα ρινικά, τα υγρά και τα ηµίφωνα. Εικόνα 21: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το ηµι-περιοδικό κύµα που παράγεται κατά την πραγµάτωση του τονισµένου ήχου [l] στην λέξη [«alalos]. Εικόνα 22: Ο ίδιος ήχος [l] στην λέξη [«alalos]σε µεγέθυνση Λίγο πιο πολύπλοκα γίνονται τα πράγµατα µε τα ηχηρά τριβόµενα και τα ηχηρά στιγµικά σύµφωνα, µια και για την παραγωγή αυτών των ήχων έχουµε συνδυασµό περιοδικού κύµατος µε τυχαίο κύµα στην πρώτη περίπτωση και περιοδικό κύµα µε κύµα έκρηξης στη δεύτερη. Η παρακάτω κυµατοµορφή παρουσιάζει το [{]. 25

26 Εικόνα 23: Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο εµφανίζεται το ηµι-περιοδικό κύµα που παράγεται κατά την πραγµάτωση του τονισµένου ήχου [{] στην λέξη [«a{onos]. Εικόνα 24: Ο ίδιος ήχος [{] στην λέξη [«a{onos] σε µεγέθυνση 5. Κατηγορίες Ήχων Συνδυασµοί Τύπων Κυµατοµορφών Έχοντας στο νου µας τους παραπάνω τέσσερις τύπους κυµατοµορφών, µπορούµε να περιγράψουµε τις κυµατοµορφές που αντιστοιχούν σε οµάδες ήχων. Αναλυτικότερα, οι στιγµικοί άηχοι ήχοι αποτελούνται από ένα κύµα ηρεµίας (το οποίο αντιστοιχεί στην χρονική περίοδο κατά την οποία οι αρθρωτές είναι 26

27 κλειστοί) το οποίο ακολουθείται από ένα κύµα έκρηξης. To µεγαλύτερο µέρος του ήχου είναι το κύµα ηρεµίας, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα 25. Κυµατοµορφή της λέξης [pano]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [p], η οποία αποτελείται από κύµα ηρεµίας και κύµα έκρηξης Εικόνα 26. Κυµατοµορφή της λέξης [kato]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [k] ], η οποία αποτελείται από κύµα ηρεµίας και κύµα έκρηξης. Παρατηρείστε ότι το κύµα έκρηξης είναι διαφορετικό από το κύµα έκρηξης του [p], µια και αρθρώνεται σε διαφορετικό σηµείο του στόµατος Οι στιγµικοί ηχηροί ήχοι αποτελούνται από ένα περιοδικό κύµα µε πολύ µικρό εύρος (αποτέλεσµα των παλµών των φωνητικών χορδών) το οποίο συνοδεύεται από ένα κύµα έκρηξης. Πολλές φορές είναι δύσκολο να εντοπιστεί το κύµα έκρηξης, 27

28 το οποίο παρουσιάζει εύρος λίγο µεγαλύτερο από το εύρος του περιοδικού κύµατος που προηγείται. Εικόνα 27. Κυµατοµορφή της λέξης [buµa]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [b], η οποία αποτελείται από ένα ηµι-περιοδικό κύµα µε πολύ µικρό πλάτος και ένα κύµα έκρηξης. Συγκρίνετε τις κυµατοµορφές του [b] και του [p] και εντοπίστε τις διαφορές τους. Οι διαρκείς άηχοι ήχοι απεικονίζονται µε ένα µη-περιοδικό ή τυχαίο κύµα χαµηλού εύρους και συνήθως µεγάλης διάρκειας. Εικόνα 28. Κυµατοµορφή της λέξης [faneros]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [f], η οποία αποτελείται από ένα µη-περιοδικό κύµα µικρού εύρους και µεγάλης διάρκειας. 28

29 Εικόνα 29. Ανάπτυξη του ήχου [f] της εικόνας 28, απ την οποία επιβεβαιώνεται ότι το κύµα δεν είναι περιοδικό αλλά τυχαίο Εικόνα 30. Κυµατοµορφή της λέξης [xorafi]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [x], η οποία αποτελείται από ένα µη-περιοδικό κύµα µικρού εύρους και µεγάλης διάρκειας 29

30 Εικόνα 31. Ανάπτυξη του ήχου [x] της εικόνας 30. Συγκρίνετε τις κυµατοµορφές των [f] και [x]. Ο πιο ισχυρός διαρκής άηχος ήχος είναι το συριστικό [s], όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 32. Κυµατοµορφή της λέξης [sigxoro]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [s], η οποία παρουσιάζει µεγαλύτερο εύρος και από το φωνήεν που ακολουθεί. 30

31 Εικόνα 33. Ανάπτυξη του ήχου [s] της εικόνας 32, όπου φαίνεται το τυχαίο κύµα Οι διαρκείς ηχηροί ήχοι είναι ένας συνδυασµός περιοδικού κύµατος (αποτέλεσµα των παλµών των φωνητικών χορδών) πάνω στο οποίο επικάθεται ένα µη περιοδικό κύµα. Εικόνα 34. Κυµατοµορφή της λέξης [ arsimo]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [ ], η οποία είναι ένα σύνθετο ηµι-περιοδικό κύµα, πάνω στο οποίο επικάθεται ένα τυχαίο κύµα. 31

32 Εικόνα 35. Ανάπτυξη του ήχου [ ] της εικόνας 32. Σ αυτή την κυµατοµορφή φαίνεται η περιοδικότητα του ήχου, και ταυτόχρονα ειδικά στο µέσο της κυµατοµορφής- το τυχαίο κύµα το οποίο επικάθεται στο ηµι-περιοδικό. Ο πιο ισχυρός σε ένταση διαρκής ηχηρός ήχος είναι ο συριστικός [z], όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 36. Κυµατοµορφή της λέξης [zimjono]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [z], η οποία παρουσιάζει µεγαλύτερο εύρος και από το φωνήεν που ακολουθεί. 32

33 Εικόνα 37. Ανάπτυξη του ήχου [z] της εικόνας 36. Συγκρίνετε την παρούσα κυµατοµορφή µε την κυµατοµορφή του [s] στην εικόνα 33. Εξαιτίας ποιου στοιχείου διαφοροποιούνται; Οι ρινικοί ήχοι απεικονίζονται µε ένα περιοδικό κύµα, σχετικά ισχυρό αλλά συγκριτικά µε χαµηλότερη ακουστότητα από τα φωνήεντα. Επίσης, είναι λιγότερο σύνθετο σε σύγκριση µε τα φωνήεντα. Εικόνα 38. Κυµατοµορφή της λέξης [muri]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [m], η οποία παρουσιάζει µεν ηµι-περιοδικό κύµα, αλλά µε πιο απλή δοµή από το κύµα του φωνήεντος που ακολουθεί. Επίσης το εύρος του κύµατος του [m] είναι µικρότερο από το φωνήεν που ακολουθεί 33

34 Εικόνα 39. Κυµατοµορφή της λέξης [nikos]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [n], η οποία παρουσιάζει µεν ηµι-περιοδικό κύµα, αλλά µε πιο απλή δοµή από το κύµα του φωνήεντος που ακολουθεί. Επίσης το εύρος του κύµατος του [m] είναι µικρότερο από το φωνήεν που ακολουθεί Οι υγροί ήχοι απεικονίζονται κι αυτοί µε ηµι-περιοδικό κύµα. Το κύµα των υγρών είναι πιο από το κύµα των φωνηέντων, αλλά πιο πολύπλοκο από το κύµα των ρινικών. Είναι ενδιαφέρον ότι ο συντοµότερος ήχος στην Κοινή Νέα Ελληνική είναι το υγρό [r]. Εικόνα 40. Κυµατοµορφή της λέξης [lima]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [l], η οποία παρουσιάζει µεν ηµι-περιοδικό κύµα, αλλά µε πιο απλή δοµή από το κύµα του φωνήεντος που ακολουθεί. Επίσης το εύρος του κύµατος του [l] είναι µικρότερο από το φωνήεν που ακολουθεί. Συγκρίνετε το µε το ηµι-περιοδικό κύµα του [m] και [n]. 34

35 Εικόνα 41. Κυµατοµορφή της λέξης [arostos]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [s]. Προσέξτε τον µικρό χρόνο πραγµάτωσης του συγκεκριµένου ήχου Οι φωνηεντικοί ήχοι απεικονίζονται κι αυτοί µε ηµι-περιοδικό κύµα, το οποίο όµως έχει πιο πολύπλοκη δοµή από όλα τα άλλα περιοδικά κύµατα. Επίσης, οι κυµατοµορφές των φωνηέντων παρουσιάζουν συνήθως µεγαλύτερο εύρος, απ ό,τι οι υπόλοιποι ήχοι Εικόνα 42. Κυµατοµορφή της λέξης [lino]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [i]. 35

36 Εικόνα 43. Κυµατοµορφή της λέξης [elambsa]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [e]. Εικόνα 44. Κυµατοµορφή της λέξης [a ais]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [a]. 36

37 Εικόνα 45. Κυµατοµορφή της λέξης [xora]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [o]. Εικόνα 46. Κυµατοµορφή της λέξης [rumi]. Στο εσωτερικό παραλληλόγραµµο φαίνεται η κυµατοµορφή του ήχου [u]. 6. Όρια τεµαχίων. Κατ αρχάς, θα πρέπει να επισηµάνουµε ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο έως ακατόρθωτο- να θέσουµε τα όρια ανάµεσα σε τεµάχια µε βασικό οδηγό την ακοή µας. Για να εκπληρωθεί αυτός ο στόχος, η κυµατοµορφή του ηχητικού κύµατος 37

38 µπορεί να αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιµο εργαλείο. Ειδικά όταν γειτονικοί ήχοι απεικονίζονται από διαφορετικών ειδών κυµατοµορφές (όπως ένα κλειστό άηχο σύµφωνο το οποίο βρίσκεται ανάµεσα σε δύο φωνήεντα), τότε είναι πάρα πολύ εύκολο να ορίσουµε µε σχετικά µεγάλη ακρίβεια τα όρια µεταξύ τους. Εικόνα 47. Κυµατοµορφή των τριών ήχων [ato], µέρος της λέξης [atonos]. Το εσωτερικό παραλληλόγραµµο ορίζει τα όρια του ήχου [t] και κατ επέκταση ορίζει τα όρια ανάµεσα στα δύο φωνήεντα και στο κλειστό άηχο σύµφωνο [t] που βρίσκεται ανάµεσά τους Αν οι γειτονικοί ήχοι δεν απεικονίζονται από διαφορετικά είδη κυµάτων αλλά από το ίδιο είδος, τότε µπορούµε να βρούµε τα όρια ανάµεσα στους δύο ήχους εντοπίζοντας είτε την απότοµη αλλαγή στο εύρος των κυµάτων, είτε στη δοµή του κύµατος (για παράδειγµα, µπορεί τα υγρά και τα φωνήεντα να απεικονίζονται και τα δύο µε περιοδικό κύµα, όµως διαφορετική είναι η δοµή του περιοδικού κύµατος του φωνήεντος δηλ. πιο πολύπλοκη- και διαφορετική είναι η δοµή του περιοδικού κύµατος του υγρού. Αντίστοιχα, άλλο εύρος έχει το περιοδικό κύµα του φωνήεντος, και άλλο εύρος το κύµα του υγρού. 38

39 Εικόνα 48. Κυµατοµορφή των ήχων [sf], µέρος της λέξης [asferos]. Η γραµµή ορίζει τα όρια ανάµεσα στους ήχους [sf]. Τα όρια ανάµεσα στους δύο ήχους είναι ευδιάκριτα και ξεκάθαρα, εξαιτίας του διαφορετικού µοτίβου κυµατοµορφής των δύο ήχων Σε περίπτωση που οι γειτονικοί ήχοι είναι παραπλήσιοι και δεν έχουµε ούτε απότοµη αλλαγή του εύρους του κύµατος, ούτε της δοµής του, τότε τα όρια µεταξύ των δύο ήχων τοποθετούνται συµβατικά στη µέση εκείνου του µέρους της κυµατοµορφής στο οποίο το εύρος µειώνεται ή αυξάνεται ώστε να γίνει η µετάβαση από τον ένα ήχο στον άλλο. Εικόνα 49. Κυµατοµορφή των ήχων [om], µέρος της λέξης [nomu]. Η γραµµή ορίζει τα όρια ανάµεσα στους ήχους [o] και [m]. Τα όρια ανάµεσα στους δύο ήχους δεν είναι ευδιάκριτα και ξεκάθαρα, εξαιτίας του διαφορετικού µοτίβου κυµατοµορφής των δύο ήχων 39

40 Σε όλες τις περιπτώσεις, θεωρούµε ότι το όριο απ το οποίο αρχίζει ένας ήχος είναι το µηδενικό σηµείο στην αρχή της θετικής καµπύλης και τελειώνει στο µηδενικό σηµείο στο τέλος µίας αρνητικής καµπύλης. Εικόνα 50. Κυµατοµορφή του ήχου [n], ανάµεσα σε δύο φωνήεντα. Το εσωτερικό παραλληλόγραµµου ορίζει τα όρια του ήχου, ξεκινώντας από το µηδενικό σηµείο, αρχή θετικής καµπύλης, και τελειώνοντας σε µηδενικό σηµείο, τέλος αρνητικής καµπύλης Τελειώνοντας, θα ήθελα να υπενθυµίσω ότι η κυµατοµορφή είναι µία απεικόνιση δύο παραµέτρων του ηχητικού κύµατος, δηλαδή του χρόνου (οριζόντιος άξονας) και της αυξοµείωσης της πίεσης του αέρα (κάθετος άξονας). Η συγκεκριµένη απεικόνιση γίνεται χρήσιµο εργαλείο στα χέρια του ερευνητή, µια και του δίνει λεπτοµερή στοιχεία για το χρόνο πραγµάτωσης των ήχων, καθώς και του παρουσιάζει οπτικά διάφορα χαρακτηριστικά των ήχων, όπως π.χ. αν είναι άηχοι ή ηχηροί. Παρ όλα αυτά, το ηχητικό κύµα έχει και άλλα σηµαντικά για τον ερευνητή χαρακτηριστικά (όπως η θεµελιώδης αρµονική, οι συχνότητες συντονισµού κ.α.) τα οποία σχετίζονται άµεσα µεν µε τη συχνότητα του, όµως δεν αποκαλύπτονται από την κυµατοµορφή. 40

41 Φασµατογραφική Ανάλυση 0. Εισαγωγή Οι ήχοι που απαρτίζουν την ανθρώπινη οµιλία, είτε είναι ένα ηµι-περιοδικό είτε ένα τυχαίο ηχητικό κύµα, είναι ένα τυπικό παράδειγµα σύνθετου κύµατος, δηλαδή ενός κύµατος το οποίο αποτελείται από πολλά απλά κύµατα. Απ όσο περισσότερα απλά κύµατα αποτελείται ένα σύνθετο κύµα, τόσο πιο πολύπλοκη είναι η κυµατοµορφή του, η οποία έχει συντεθεί από τον συνδυασµό των απλών κυµάτων που απαρτίζουν το σύνθετο κύµα. Για να κατανοήσουµε καλύτερα το πώς συντίθεται η κυµατοµορφή ενός σύνθετου κύµατος, παρατηρείστε την κυµατοµορφή του όχι πολύπλοκου σύνθετου κύµατος της εικόνας 51. Εικόνα 51. Ένα σύνθετο κύµα το οποίο αποτελείται από δύο απλά κύµατα, ένα των 100 Hz και ένα των 1000 Ηz, Στην παραπάνω κυµατοµορφή µπορούµε να διαπιστώσουµε ότι υπάρχει ένας κύκλος κύµατος µε περίοδο ίση µε 0,01 sec (άρα µε συχνότητα 100 Hz), και ταυτόχρονα σε κάθε κύκλο του παραπάνω κύµατος, να πραγµατώνονται άλλοι δέκα κύκλοι ενός άλλου κύµατος (άρα ενός κύµατος µε συχνότητα 1000 Ηz). Όπως όµως είπαµε και παραπάνω, όσο πιο πολλά απλά κύµατα απαρτίζουν ένα σύνθετο κύµα, 41

42 τόσο πιο πολύπλοκη είναι η κυµατοµορφή του. Η ανθρώπινη φωνή είναι ένα εξαιρετικά πολύπλοκο σύνθετο κύµα, αποτελούµενο από πολλές δεκάδες απλά κύµατα, µε αποτέλεσµα να παρουσιάζει µία εξαιρετικά πολύπλοκη κυµατοµορφή, απ την οποία να είναι αδύνατο να εξάγουµε τις συχνότητες των απλών κυµάτων που απαρτίζουν το σύνθετο κύµα (συγκρίνετε την κυµατοµορφή του όχι πολύπλοκου σύνθετου κύµατος της εικόνας 51, µε την κυµατοµορφή ενός τονισµένου [a] στην εικόνα 52) Εικόνα 52. Η κυµατοµορφή ενός τονισµένου [a]. Η ανάλυση η οποία αναλύει ένα σύνθετο κύµα στο σύνολο των απλών κυµάτων που το απαρτίζουν, δηλαδή η ανάλυση που παρουσιάζει τις συχνότητες των απλών κυµάτων που απαρτίζουν ένα σύνθετο κύµα όπως αυτό της ανθρώπινης φωνής, ονοµάζεται φασµατογραφική ανάλυση. Το µηχάνηµα που πραγµατώνει τη φασµατογραφική ανάλυση ονοµάζεται φασµατογράφος και το γράφηµα που παρουσιάζει το σύνολο των συχνοτήτων που απαρτίζουν το σύνθετο κύµα ονοµάζεται φασµατογράφηµα. 42

43 Εικόνα 53. Κυµατοµορφή και φασµατογράφηµα της λέξης [leme]. Το φασµατογράφηµα παρουσιάζει τρεις τιµές: ο οριζόντιος άξονας παρουσιάζει το χρόνο στον οποίο πραγµατώνεται το σύνθετο κύµα. Ο κάθετος άξονας παρουσιάζει τις συχνότητες των απλών κυµάτων που απαρτίζουν κάθε σύνθετο κύµα. Τέλος η απόχρωση των συχνοτήτων παρουσιάζει την ένταση µε την οποία πραγµατώνεται η κάθε συχνότητα (όσο πιο σκούρα είναι η γραµµή, τόσο µεγαλύτερη ένταση παρουσιάζει η συχνότητα). 1. Είδη φασµατογραφηµάτων Για να µπορέσει ο φασµατογράφος να πραγµατοποιήσει τη φασµατογραφική ανάλυση, χρειάζεται να αποµονώσει και να µελετήσει διαδοχικά και ισόχρονα τεµάχια του σύνθετου κύµατος. Το χρονικό εύρος κάθε ενός τέτοιου τεµαχίου δεν είναι δεδοµένο, αλλά µπορεί να είναι µικρό (της τάξης των 5 msecs) ή µεγάλο (της τάξης των 50 msecs). 43

44 1.1 Φασµατογράφηµα ευρείας ζώνης Αναλυτικότερα, αν το χρονικό εύρος των τεµαχίων προς µελέτη είναι µικρό (π.χ. 5 msecs) είναι δεδοµένο ότι σ αυτό το χρονικό εύρος δεν θα συµπεριληφθούν αρκετοί πλήρεις κύκλοι του σύνθετου κύµατος (µια και το πρώτο-πρώτο κύµα που παράγεται από τον παλµό των φωνητικών χορδών έχει συνήθως συχνότητα Hz για τους άντρες και Hz για τις γυναίκες, άρα ο χρόνος πραγµάτωσης ενός πλήρους κύκλου αυτού του κύµατος είναι 5 µε 10 msecs για τους άντρες και 3 µε 5 msecs για τις γυναίκες). Το παραπάνω γεγονός έχει ως συνέπεια η φασµατογραφική ανάλυση να ΜΗ µπορεί να εντοπίσει µε ακρίβεια το σύνολο των συχνοτήτων που εµφανίζονται σε έναν πλήρη κύκλο του σύνθετου κύµατος, άρα να µη παρουσιάσει µε ακρίβεια και λεπτοµέρεια τις συχνότητες των απλών κυµάτων που απαρτίζουν ένα σύνθετο κύµα. Μια τέτοια όµως ανάλυση έχει το θετικό της µεγάλης χρονικής ακρίβειας, αποτέλεσµα του µικρού χρονικού εύρους των τεµαχίων του ηχητικού κύµατος τα οποία εξάγει ο φασµατογράφος προς µελέτη. Αυτή η ακρίβεια µας επιτρέπει να ορίσουµε µε σαφήνεια τα όρια µεταξύ τεµαχίων. Αυτό το είδος φασµατογραφήµατος ονοµάζεται φασµατογράφηµα ευρείας ζώνης (broad band). Μια ακόµα θετική πλευρά αυτού του φασµατογραφήµατος είναι ότι παρουσιάζονται ξεκάθαρα οι συχνότητες συντονισµού (formants) για τις οποίες θα µιλήσουµε παρακάτω. Εικόνα 54. Κυµατοµορφή και φασµατογράφηµα ευρείας ζώνης της λέξης [mana]. 44

45 1.2 Φασµατογράφηµα στενής ζώνης Αντίθετα, αν το χρονικό εύρος των κοµµατιών προς µελέτη του σύνθετου κύµατος είναι µεγάλο (π.χ. 50 msecs) τότε η ανάλυση των συχνοτήτων των απλών κυµάτων που απαρτίζουν το σύνθετο κύµα θα είναι ακριβής, µια και σε κάθε κοµµάτι προς µελέτη θα υπάρχουν αρκετοί πλήρεις κύκλοι του σύνθετου κύµατος. Σ αυτή την περίπτωση όµως δε θα µπορούµε να ορίσουµε µε ακρίβεια τα όρια µεταξύ των τεµαχίων, µια και το χρονικό εύρος των τεµαχίων προς µελέτη είναι µεγάλο. Αυτό το είδος φασµατογραφήµατος ονοµάζεται φασµατογράφηµα στενής ζώνης (narrow band). Εικόνα 55. Φασµατογράφηµα στενής ζώνης µε την κυµατοµορφή του ίδιου εκφωνήµατος, από την οποία γίνεται φανερό τα ανακριβή χρονικά όρια του φασµατογραφήµατος στενής ζώνης 45

46 3. Φάσµα Τα παραπάνω γραφήµατα είπαµε ότι παρουσιάζουν τρεις τιµές, δηλαδή τις συχνότητες του σύνθετου κύµατος, το χρόνο του σύνθετου κύµατος και την ένταση των συχνοτήτων. Υπάρχει και άλλο ένα είδος γραφήµατος, αποτέλεσµα της φασµατογραφικής ανάλυσης, το οποίο ονοµάζεται φάσµα. Το φάσµα είναι ένα γράφηµα το οποίο παρουσιάζει µόνο δύο τιµές: τις συχνότητες που εµφανίζονται σε ένα επιλεγµένο από εµάς κοµµάτι της οµιλίας, και την ένταση της κάθε µίας απ αυτές. Πιο συγκεκριµένα, ο οριζόντιος άξονας του γραφήµατος δείχνει τις συχνότητες και ο κάθετος άξονας δείχνει την ένταση. Εικόνα 56. Φάσµα που πάρθηκε από το µέσο ενός τονισµένου [a]. Ο οριζόντιος άξονας παρουσιάζει την ύπαρξη απλών κυµάτων µε συχνότητες που αρχίζουν από 0.00 Hz και φτάνουν ως Hz. 4. Χαρακτηριστικά της ανθρώπινης Φωνής Τύποι Φασµατογραφηµάτων. Όπως έχουµε πει και σε προηγούµενα µαθήµατα, οι ήχοι της ανθρώπινης φωνής χωρίζονται σε εκείνους που παράγονται µε παλµό των φωνητικών χορδών (π.χ. φωνήεντα, ηµίφωνα και όλα τα ηχηρά σύµφωνα), και σε εκείνους που παράγονται χωρίς παλµό των φωνητικών χορδών (δηλαδή τα άηχα σύµφωνα). 46

47 Το σύνθετο ηχητικό κύµα που παράγεται µε παλµό των φωνητικών χορδών αποτελείται κατ αρχάς από το απλό περιοδικό κύµα που παράγεται από τον παλµό των φωνητικών χορδών, και µετά από απλά (περιοδικά) κύµατα τα οποία είναι πολλαπλάσια του πρώτου απλού κύµατος. Το απλό κύµα που παράγεται από τον επαναλαµβανόµενο παλµό των φωνητικών χορδών είναι το περιοδικό κύµα µε τη µικρότερη συχνότητα, η οποία συνήθως κυµαίνεται ανάµεσα στα 80 µε 200 Hz για τους άντρες, και στα Hz για τις γυναίκες. Το συγκεκριµένο κύµα ονοµάζεται και «Θεµελιώδης -ή µηδενική- Συχνότητα» (fundamental frequency), και συµβολίζεται µε το: F Περιοδικότητα Τα περιοδικά κύµατα είναι επαναλαµβανόµενα. Σχεδόν το ίδιο µοτίβο σύνθετου ηχητικού κύµατος επαναλαµβάνεται ανά λίγα msecs, και ο χρόνος που χρειάζεται για την ολοκλήρωση ενός κύκλου ενός σύνθετου περιοδικού κύµατος λέγεται περίοδος. Η περιοδικότητα των ηχητικών κυµάτων παρουσιάζεται στα φασµατογραφήµατα µε διάφορους τρόπους. Στην κυµατοµορφή παρουσιάζεται µε την επανάληψη παρόµοιων κύκλων του κύµατος. Στα φασµατογραφήµατα ευρείας ζώνης φαίνεται µε την επανάληψη ίδιων (ή παραπλήσιων) συχνοτήτων ίδιας (ή παραπλήσιας) έντασης σε διπλανά παράθυρα. Εικόνα 57. Περιοδικότητα ήχων στη λέξη [meli] σε φασµατογράφηµα ευρείας ζώνης 47

48 Στα φασµατογραφήµατα στενής ζώνης η περιοδικότητα παρουσιάζεται πολύ πιο ξεκάθαρα ως ένα σύνολο παράλληλων γραµµών, οι οποίες απεικονίζουν τα απλά περιοδικά- κύµατα που απαρτίζουν ένα σύνθετο περιοδικό κύµα. Εικόνα 58. Φασµατογράφηµα στενής ζώνης της λέξης [meli] στο οποίο φαίνονται καθαρά τα απλά κύµατα των ήχων της λέξης,ανάµεσα στα Hz. 4.2 Συχνότητες συντονισµού (Formants) Όλα τα απλά κύµατα που απαρτίζουν το σύνθετο κύµα φωνηέντων και ηχηρών συµφώνων δεν έχουν την ίδια ένταση. Κάποια απ αυτά πραγµατώνονται µε ένταση πολύ µεγαλύτερη από τα υπόλοιπα απλά κύµατα. Η διαφορετική ένταση είναι αποτέλεσµα των κοιλοτήτων του στόµατος στις οποίες δηµιουργούνται εξαιτίας του συντονισµού τους. Συχνότητες συντονισµού λοιπόν ονοµάζονται εκείνα τα απλά κύµατα των φωνηέντων και των ηχηρών συµφώνων τα οποία έχουν κατά πολύ µεγαλύτερη ένταση απ ό,τι τα υπόλοιπα απλά κύµατα που απαρτίζουν τα φωνήεντα και τα ηχηρά σύµφωνα. Οι ευκολότερες προς εντοπισµό συχνότητες συντονισµού είναι οι πρώτες πέντε, και ένας πολύ γενικός κανόνας µας λέει ότι εµφανίζεται µία συχνότητα συντονισµού ανά 1000 Hz. 48

49 Εικόνα 59: Απεικόνιση των τεσσάρων πρώτων συχνοτήτων συντονισµού του φωνήεντος [e] της λέξης [meli] Εικόνα 60: Απεικόνιση των τεσσάρων πρώτων συχνοτήτων συντονισµού του φωνήεντος [e] της λέξης [meli] 49

50 Το ενδιαφέρον είναι ότι οι πρώτες δύο συντονισµού µπορούν να προσδιορίσουν µε σχετική ακρίβεια την φωνητική περιγραφή των φωνηέντων, όπως φαίνεται και από τον πίνακα 1. Αυτό γίνεται κατανοητό αν σκεφτούµε ότι η πρώτη συχνότητα συντονισµού σχετίζεται µε το αν το φωνήεν πραγµατώνεται στο πάνω, µεσαίο ή κάτω µέρος του στόµατος, ενώ η δεύτερη συχνότητα συντονισµού σχετίζεται µε το αν το φωνήεν πραγµατώνεται στο µπροστινό ή στο πισινό µέρος του στόµατος, όπως φαίνεται και από τον πίνακα 2. Εικόνα 61. Η πρώτη και δεύτερη συχνότητα συντονισµού τεσσάρων οµιλητών της γλώσσας Japala Mazarec ( από Κ. Johnson 1997) Εικόνα 62. ύο πίνακες που συγκρίνουν την πρώτη και δεύτερη συχνότητα συντονισµού των φωνηέντων µε τη θέση της γλώσσας ως προς την οροφή του στόµατος, καθώς και την θέση της στο µπροστινό ή στο πισινό µέρος του στόµατος 50

51 Εικόνα 63. Πίνακας που συγκρίνει την πρώτη και δεύτερη συχνότητα συντονισµού των φωνηέντων δύο διαφορετικών γλωσσών 4.3 Συνεχής ενέργεια. Η περιοδικότητα που αναφέραµε παραπάνω είναι χαρακτηριστικό των περιοδικών ηχητικών κυµάτων. Πιο είναι όµως το χαρακτηριστικό των µη-περιοδικών ηχητικών κυµάτων, όπως τα τριβόµενα; Τα τριβόµενα είναι αποτέλεσµα της παραγωγής ενός πλήθους συχνοτήτων τα οποία δεν έχουν έναν ελάχιστο κοινό διαιρέτη (δηλαδή δεν είναι πολλαπλάσια ενός βασικού κύµατος), αλλά αντίθετα, υπάρχουν κύµατα µε όλες τις ενδιάµεσες συχνότητες. Το χαρακτηριστικό λοιπόν των ήχων που αποτελούνται από µη-περιοδικά κύµατα είναι ότι σχηµατίζονται από πολύ µεγαλύτερο αριθµό κυµάτων από ό,τι οι περιοδικού ήχοι (µια και υπάρχουν κύµατα µε όλες τις ενδιάµεσες συχνότητες), όµως αυτά τα κύµατα έχουν και πολύ µικρότερη ένταση. Επειδή τα µη-περιοδικά κύµατα καλύπτουν µία µεγάλη περιοχή της κλίµακας των συχνοτήτων, λέµε ότι στην συγκεκριµένη περιοχή στην οποία καλύπτονται όλες οι 51