Akustische Phonetik

von

Sinikka Föllner

WS 2006/ 2007, 1. Fachsemester

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung... 03

2. Physikalische Grundlagen... 03

3. Digitale Signaldarstellung im Rechner... 06

3.1 Abtastung... 06
3.2 Quantisierung... 07

4. Darstellungsmöglichkeiten von akustischen Signalen... 08

4.1 Zeitbereichsdarstellung (Oszillogramm)... 09
4.2 Frequenzbereichsdarstellung (Kurzzeitspektogramm)... 10
4.3 Zeit- und Frequenzbereichsdarstellung (Breit-/ Schmalbandsonagramm)... 12

5. Schlussbemerkung... 13

1. Einleitung:

Die Phonetik befasst sich im Allgemeinen mit der Entstehung, Übertragung und Wahrnehmung von Schallereignissen, produziert durch die menschlichen Artikulationsorgane. Ihre Basis sind die Erkenntnisse aus Anatomie, Physiologie, Neurologie und Physik. Man unterscheidet verschiedene Bereiche der Phonetik. Die artikulatorische Phonetik befasst sich hierbei mit der Lautproduktion, die akustische Phonetik mit der Lautübertragung und die auditive mit der Lautwahrnehmung, auch Lautperzeption genannt. In dieser Hausarbeit soll auf die akustische Phonetik eingegangen werden, welche die Sprachlaute unter dem Aspekt der Lautübertragung untersucht¹. Ihr Gegenstand ist somit die physikalisch-akustische Struktur der Sprachlaute.

2. Physikalische Grundlagen:

Die akustische Phonetik behandelt die physikalische Natur der Schallwellen, die die Laute bilden.² Schall bezeichnet dabei alle sich im Wasser, in der Luft oder in einem anderen elastischen Medium wellenförmig ausbreitende Schwingungen, die vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden können. In der akustischen Phonetik sind die Schallschwingungen Luftdruckschwankungen um einen Mittelpunkt herum, so genannte Kreisschwingungen. Diese Kreisschwingungen werden „fast ausschließlich als Zeitfunktionen verwendet“³. Das heißt also, dass die mathematische Funktion der Sinusschwingung, wie die Kreisschwingung als fundamentale Grundschwingung dargestellt wird, dazu dient, Veränderungen von physikalischen Größen in Abhängigkeit von der Zeit darzustellen.⁴ Sprachschall breitet sich in Longitudinalwellen aus und überträgt somit das akustische Ereignis vom Sender, das heißt Sprecher, zum Empfänger, das heißt Hörer. Die Schwingung wird durch die Parameter Periodendauer, Amplitude und Frequenz charakterisiert.
Die Zeitdauer der Schwingung wird als Periodendauer bezeichnet. Sie wird physikalisch als T in ms dargestellt. Das Signal wiederholt sich nach einer Periode in identischer Weise. Die Amplitude ist die physikalische Bezeichnung für die maximale Auslenkung einer Schwingung aus der Mittellage heraus. Das heißt sie bezeichnet die Stärke der periodischen Schwankung. Sie wird als Maximalwert der Ordinate abgetragen. Die Amplitude steht physiologisch für die Lautstärke und wird in dB angegeben. Die Grundtonhöhe einer periodischen Schwingung wird durch die Frequenz definiert. Sie gibt die Anzahl der Schwingungen in einem bestimmten Zeitraum an und wird durch in Hz gemessen. Die Bezugsgröße für Hz ist immer 1 Sekunde. Das menschliche Gehör kann verschiedene Komponenten der Frequenz wahrnehmen. Der Ton ist physikalisch betrachtet eine reine periodische Sinusschwingung. Er verändert sich in Abhängigkeit von Amplitude und Frequenz. Reine Töne oder Sinustöne kommen in der Natur nicht vor, jedoch definieren sie die Grundschwingung und somit den Grundton einer Schwingung.
Eine weitere Komponente ist der Klang. Er ergibt sich aus einer Überlagerung mehrerer periodischen Sinusschwingungen und besteht aus einem Grundton und seinen ganzheitlichen Vielfachen, den so genannten Ober- oder Teiltönen. Somit sind Klänge immer harmonisch. Auch beim Wegfall des Grundtones bleib die Periodizität und die Periodendauer T einer Schwingung erhalten. Ein Klang kann sich somit aus einem Grundton und seinen Obertönen und einem ersten Teilton und seinen weiteren Teiltönen zusammensetzen. Die Vokale im Deutschen sind Klänge.
Stimmlose Konsonanten sind dagegen Geräusche. Sie haben keinen phonatorischen Anteil. Ein Geräusch ergibt sich aus der Überlagerung mehrerer aperiodischer Sinusschwingungen. Das es heißt es besteht aus nicht ganzzahligen Vielfachen eines Grundtones. Neben Vokalen und stimmlosen Konsonanten gibt es im Deutschen noch stimmhafte Konsonanten. Diese werden als Klang-Geräusch-Gemische bezeichnet, da sich periodische und aperiodische Schwingungen überlagern.
Das Erscheinungsbild dieser physikalischen Information, dem Schall, wird als Signal bezeichnet. Ein Signal ist zum einen beschreibbar durch eine mathematische Funktion zum anderen auch durch ein Verteilungsgesetz und schließlich empirisch durch eine Messreihe, wozu die meisten Signale gehören. „Ist ein Signal Funktion nur einer Veränderlichen, so sprechen wir von einem eindimensionalen Signal, sonst von mehrdimensionalen Signalen.“⁵

[...]

1 Vgl. http://www.fb10.uni-bremen.de/linguistik/khwagner/phonetik/phonologie1.htm; 09.03.2007; 14:55

2 Vgl. http://phonetik.know-library.net/; 17.01.2007 ; 12 :04

3 http://www.phonetik.uni-muenchen.de/AP/APKap1.html; 16.02.2007; 13:24

4 Vgl. http://www.phonetik.uni-muenchen.de/AP/APKap1.html; 16.02.2007; 13:24

5 Prof. Dr.-Ing. W. Hess: „Grundlagen der Sprachsignalverarbeitung“