Definición del espectro sonoro
Comprender el espectro sonoro requiere algunas definiciones clave.
Un espectro sonoro es un trazado de los componentes de onda simple de una onda compleja.
La definición de espectro sonoro se basa en los conceptos de onda simple y compleja.
Una onda simple, también conocida como onda sinusoidal, es el resultado de un movimiento simple repetido.
Una onda compleja es una combinación de ondas simples.
Cualquier onda compleja y repetitiva puede descomponerse en una serie de ondas simples. Cada onda simple se denomina componente de la onda compleja.
Fig. 1 - Todas estas ondas simples se combinan para formar una onda compleja.
Puedes pensar en un espectro sonoro como una lista de todas las ondas simples que componen una onda compleja determinada.
El plural de espectro es spectra.
El espectro de una onda sonora
El espectro de una onda sonora muestra la frecuencia en el eje x y la amplitud en el eje y.
Lafrecuencia es el número de veces que se repite una onda en un segundo.
Laamplitud es la intensidad de una onda. La amplitud de una onda sonora se percibe como "volumen".
La amplitud suele medirse en decibelios (dB). La amplitud relativa, es decir, lo fuerte que es un sonido en comparación con otro, es más relevante para el análisis lingüístico.
Todos los componentes anteriores forman parte del espectro de una onda sonora. Entonces, ¿cómo construimos el espectro sonoro de una onda compleja? He aquí los 4 pasos principales:
Descomponer la onda compleja en sus componentes de onda simple.
Mide la frecuencia de cada componente.
Enumera la frecuencia de cada componente en una fila de menor a mayor.
Traza esta lista de frecuencias según la amplitud relativa de cada onda.
Por suerte, los programas de análisis lingüístico hacen este trabajo automáticamente. Sin embargo, comprender cómo genera un programa un espectro puede ayudarte a interpretarlo para el análisis lingüístico. Veamos ahora la frecuencia con más detalle:
La frecuencia en el espectro sonoro
El espectro sonoro muestra la frecuencia de cada componente de la onda compleja. La frecuencia suele medirse en hercios (Hz), es decir, ciclos por segundo.
Si una onda tiene una frecuencia de 100 Hz, entonces su patrón se repite 100 veces cada segundo.
La frecuencia de una onda compleja es el número de veces que se repite todo el patrón de la onda compleja en un segundo. Es la componente de frecuencia más baja de la onda, también llamada frecuencia fundamental.
En un espectro, la frecuencia fundamental es el primer pico visible completo. Si el primer pico del espectro tiene una frecuencia de 100 Hz, la frecuencia fundamental de toda la onda es de 100 Hz.
Fig. 2 - El primer "pico" completo visible en el espectro (indicado por la flecha) es la frecuencia fundamental de la onda.2
Cada pico a la derecha de la frecuencia fundamental representa un componente de frecuencia superior.
Puedes calcular la frecuencia de una onda midiendo el tiempo que tarda la onda en repetirse una sola vez. Observando una forma de onda, resta el punto de tiempo al principio de un ciclo del punto de tiempo al final del ciclo. Esta medida de tiempo se denomina periodo de la onda. El recíproco del periodo (1 dividido por el periodo) es la frecuencia de la onda.
Por ejemplo, supongamos que una onda tarda 0,25 segundos en repetirse una vez. El periodo de la onda es 0,25 segundos. La frecuencia es 1/0,25 segundos, que se simplifica como 4/1. Esto significa que la onda se repite cuatro veces cada segundo y que la frecuencia de la onda es de 4 Hz.
Análisis del espectro sonoro
El análisis del espectro sonoro puede realizarse con diversos fines. Por ejemplo, unos científicos realizaron análisis del espectro sonoro en crías de pájaros para comparar sus cantos antes y después de dormir. Descubrieron que las crías de pájaro aprendían los cantos mientras dormían.
A continuación se exponen algunos aspectos que conviene tener en cuenta al utilizar un espectro sonoro para el análisis del habla.
Los "picos" del espectro representan los componentes de la onda fuente glótica.
Las frecuencias armónicas de los componentes de la onda fuente glótica son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.
El patrón de amplitud ondulado del espectro representa los formantes vocálicos.
Los términos resaltados en negrita pueden resultar difíciles de entender, así que vamos a desgranarlos:
Cuando produces una vocal, empujas el aire más allá de las cuerdas vocales de la garganta, haciéndolas vibrar. Esta vibración es la onda de origen glotal. Cada pico del espectro sonoro de una vocal es un componente de la onda fuente glótica.
Una vez que conozcas la frecuencia fundamental de la onda fuente glótica, podrás calcular fácilmente el resto de frecuencias armónicas. Una frecuencia armónica es un número entero múltiplo de la frecuencia fundamental. Por ejemplo:
La onda sonora de la Fig. 2 tiene una frecuencia fundamental de 100 Hz. La frecuencia de cada dos picos es un número entero múltiplo de 100. Las siguientes frecuencias armónicas son
100*2 = 200 Hz
100*3 = 300 Hz
100*4 = 400 Hz
El espectro sonoro de una vocal tiene un aspecto "ondulado" en la parte superior. Los puntos altos de este patrón ondulado representan rangos de frecuencia con mayor amplitud. Estos rangos de alta amplitud son los formantes de la vocal.
Un formante es una banda de frecuencia de gran amplitud dentro de una vocal que diferencia acústicamente una vocal de otra.
Los formantes ayudan a identificar la postura del tracto vocal durante las distintas vocales. Por ejemplo, las frecuencias de los formantes pueden distinguir la [a] de la [i].
Problemas con el espectro sonoro
Pueden surgir algunos problemas al utilizar un espectro sonoro para el análisis del habla real. El mayor problema es que los espectros de sonido en el habla real son más difíciles de leer que los espectros de sonido en el habla sintetizada.
Una onda sonora sintetizada puede tener un espectro ordenado y limpio, con componentes claros e inteligibles. En cambio, una grabación del habla humana está formada por ondas imprecisas y a menudo contiene ruido de fondo que confunde al programa.
Fig. 3 - Los picos más pequeños de este espectro representan el ruido de fondo y las imperfecciones de la voz del hablante.2
El espectro sonoro de una vocal humana natural tiende a parecer irregular y áspero en comparación con el espectro suave y uniforme de una vocal sintetizada por ordenador. Esto se debe a que una grabación del habla humana suele tener ruido de fondo, y la voz humana no produce tonos puros uniformes.
En el espectro de una grabación humana, sólo los picos más grandes representan los armónicos de la onda fuente glotal. El resto son el resultado del ruido de fondo y de las imperfecciones de la voz del hablante.
Una grabación del habla humana nunca proporcionará un sonido completamente puro. Sin embargo, el espectro sonoro sigue siendo una herramienta útil para el análisis del habla.
Espectro sonoro - Puntos clave
- Un espectro sonoro es un trazado de los componentes de onda simple de una onda compleja.
- El espectro de una onda sonora muestra la frecuencia en el eje x y la amplitud en el eje y.
- La frecuencia fundamental de una onda compleja es el número de veces que se repite toda la onda en un segundo. En un espectro, la frecuencia fundamental es el primer pico completo visible.
- En el habla humana, los picos del espectro representan los componentes de la onda fuente glótica.
- El patrón de amplitud ondulada del espectro representa los formantes vocálicos. Los formantes son rangos de frecuencia de alta amplitud que ayudan a diferenciar una vocal de otra.
Referencias
- Fig. 1 - Suma de formas de onda (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Complex_wave_with_its_components.jpg) by BoH (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:BoH) is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
- Boersma, Paul & Weenink, David (2022). Praat: hacer fonética por ordenador [Programa de ordenador]. Versión 6.3.01, recuperada el 21 de noviembre de 2022 de http://www.praat.org/.
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