LIVELLI DI SENSAZIONE SONORA
TOPICS
Definizione
La produzione della voce avviene principalmente nella laringe, dove due pliche elastiche, le corde vocali, modulano il flusso d’aria espirato. All’altezza della glottide l’aria viene periodicamente compressa e rarefatta, generando un segnale acustico che, attraverso il tratto vocale, consente il linguaggio parlato e cantato con variazioni sia di frequenza sia di intensità. L’unità minima distintiva sul piano linguistico è il fonema, la cui realizzazione acustica emerge da un processo in due fasi complementari:
- a) nella laringe, le corde vocali in vibrazione producono un segnale periodico ricco di componenti armoniche, la cui energia decresce con l’aumentare della frequenza;
- b) il tratto vocale (faringe, cavità orale e, se attivata, cavità nasale) seleziona e amplifica alcune armoniche per risonanza, dando origine ai fonemi attraverso specifiche configurazioni articolatorie.
L’aria espirata dai polmoni risale lungo la trachea, attraversa la laringe, si distribuisce nella faringe e fuoriesce da bocca e/o naso (Figura 04.20-01). Il passaggio del flusso è governato dalle corde vocali, due legamenti orientati trasversalmente nella laringe che possono variare tensione e posizione.
Durante l’inspirazione e in condizioni di riposo, le corde vocali sono separate (abduzione); durante la fonazione esse si avvicinano e interagiscono con il flusso d’aria (adduzione), come illustrato in (Figura 04.20-01). L’oscillazione auto-sostenuta delle corde vocali è spiegata dal modello mioelastico-aerodinamico: quando l’aria accelera nell’interstizio glottico, la pressione dinamica cresce e la pressione statica locale si riduce secondo il principio di Bernoulli, \(p + \tfrac{1}{2}\rho v^2 \approx \text{cost}\), favorendo la chiusura glottica; nel momento in cui la fessura diventa molto stretta, la pressione sottoglottica aumenta e forza una nuova riapertura. Questo ciclo si ripete a frequenza regolare, producendo impulsi sonori nella laringe.
Ne risulta un flusso glottico periodico e, conseguentemente, un segnale acustico periodico. La forma d’onda elementare generata può essere approssimata da un’onda triangolare (Figura 04.20-02), la cui frequenza fondamentale dipende prevalentemente dalla massa, dalla lunghezza e dalla tensione delle corde vocali, mentre l’ampiezza dei cicli è modulata dalla pressione sottoglottica (controllo “intensità”). Un’analogia utile, pur semplificata, con la corda vibrante porta alla relazione
\[ \nu_0 \approx \frac{1}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}, \] dove \(L\) è la lunghezza efficace delle corde vocali, \(T\) la tensione e \(\mu\) la densità lineare. Nell’adulto di sesso maschile \(\nu_0\) assume tipicamente valori intorno a 125 Hz; valori medi più elevati si osservano nelle femmine adulte e nei bambini per minore massa e lunghezza dei lembi.
Per l’analisi in frequenza, un’onda periodica come quella triangolare può essere scomposta in una somma di armoniche a frequenze multiple della fondamentale, \(\nu_n = n\,\nu_0\) con \(n = 1, 2, \dots\). Nel caso ideale triangolare, le componenti dispari sono predominanti e le ampiezze decrescono con l’ordine armonico, tipicamente secondo leggi di attenuazione monotona (Figura 04.20-02). In forma generale, il segnale glottico può essere espresso come
\[ s(t) = \sum_{n=1}^{\infty} A_n \sin\!\big(2\pi n \nu_0 t + \varphi_n\big), \] con \(A_n\) decrescenti all’aumentare di \(n\).
Il tratto vocale funge da filtro acustico selettivo: variando posizione di lingua e mandibola, apertura labiale, configurazione del palato molle e del velo, si modificano le frequenze di risonanza, dette formanti. Le prime tre formanti (F1, F2, F3) ricadono di norma al di sotto di 3 000 Hz e determinano la qualità timbrica e la distinzione tra vocali e molte consonanti. Il passaggio del segnale laringeo attraverso questo sistema risonante amplifica alcune armoniche e ne attenua altre, trasformando lo spettro armonico grezzo in un suono linguistico dotato di identità fonemica.
La geometria delle cavità risonanti è commisurabile alle lunghezze d’onda associate alle formanti: per esempio, a 500 Hz la lunghezza d’onda è circa 0,68 m, molto maggiore delle dimensioni dell’apertura orale. In tale regime, gli effetti di diffrazione sono marcati e contribuiscono alla diffusione del suono nello spazio, facilitando l’ascolto anche in prossimità del parlatore. La (Figura 04.20-02) schematizza la relazione tra spettro armonico sorgente e inviluppo di risonanza dovuto ai formanti.
Il sistema fonatorio integra dunque una sorgente periodica e un filtro risonante. Alcuni parametri di controllo biologico e articolatorio sono centrali:
- tensione e lunghezza delle corde vocali, che regolano \(\nu_0\) e l’estensione dell’emissione;
- pressione sottoglottica, che determina l’ampiezza dei cicli e quindi l’intensità percepita;
- configurazione del tratto vocale (posizione di lingua, mandibola, labbra), che definisce l’assetto dei formanti;
- apertura velofaringea, che accoppia o disaccoppia la cavità nasale, rilevante per suoni nasali e per l’energia alle basse frequenze;
- tempo glottico (rapporto apertura/chiusura nel ciclo), che influenza il contenuto spettrale e la brillantezza timbrica.
Esempio numerico semplificato: assumendo \(L = 1,6\) cm, \(\mu = 0,015\) kg/m e aumentando la tensione da \(T = 6,0\) N a \(T = 9,0\) N, la frequenza fondamentale stimata passa da circa \(\nu_0 \approx 1/(2\cdot 0{,}016)\sqrt{6{,}0/0{,}015} \approx 158\) Hz a \(\nu_0 \approx 193\) Hz, coerentemente con l’innalzamento dell’intonazione all’aumentare della tensione.
Infine, la radiazione all’uscita labiale si comporta come un differenziatore acustico: le componenti ad alte frequenze vengono enfatizzate rispetto a quelle basse, contribuendo all’intelligibilità. L’insieme di aerodinamica glottica, proprietà meccaniche dei tessuti e risonanze del tratto vocale, rappresentato efficacemente dal modello sorgente–filtro, rende conto della varietà e della ricchezza della fonazione umana, come mostrato in (Figura 04.20-01) e (Figura 04.20-02).
Image Gallery
Image Gallery
Image Gallery
Image Gallery
Image Gallery
Image Gallery
Image Gallery
