Resonanzen und Formanten

Eine Resonanz ist eine Frequenz, bei der ein System von Natur aus mit großer Amplitude schwingt. Der Vokaltrakt hat mehrere Resonanzen gleichzeitig, von denen jede den Klang in der Nähe ihrer eigenen Frequenz verstärkt. Der Vokaltrakt ist der luftgefüllte Raum oberhalb der Stimmlippen (Rachen, Mund und, sofern zu ihm hin geöffnet, die Nasenhöhle), und seine Form bestimmt, wo diese Resonanzfrequenzen liegen.

Ein Formant ist die Spitze, die im Spektrum erscheint, wenn eine oder mehrere Harmonische in die Nähe einer Resonanz fallen. Die Fachliteratur zur Stimme unterscheidet Formanten und Resonanzen nicht immer scharf, und die Begriffe Formant, Resonanz und Oberton werden mitunter austauschbar verwendet. Die hilfreiche Unterscheidung:

  • Eine Resonanz ist eine Eigenschaft des Vokaltrakts. Sie existiert unabhängig davon, ob gerade jemand einen Klang erzeugt.

  • Eine Harmonische ist ein Frequenzanteil des Quellsignals, also das, was die Stimmlippen (oder eine andere Quelle) tatsächlich erzeugen.

  • Ein Formant ist das, was Du im Spektrum siehst: eine Spitze, an der harmonische Energie und eine Resonanz zusammentreffen.

Quelle und Filter

Ein verbreiteter Rahmen für die Stimmakustik ist das Quelle-Filter-Modell:

  • Die Quelle ist die Schwingung der Stimmlippen, die einen an Harmonischen reichen Schnarrklang erzeugt. Die Grundfrequenz dieses Schnarrklangs bestimmt die wahrgenommene Tonhöhe.

  • Der Filter ist der Vokaltrakt, dessen Resonanzen manche Frequenzen verstärken und andere abschwächen.

Dieselbe Quelle kann verschiedene Vokale erzeugen, indem der Filter umgeformt wird, und derselbe Vokal kann auf verschiedenen Tonhöhen gesungen werden, indem man die Quelle verändert und die Form des Filters beibehält. Diese Trennung ermöglicht es, einen Vokal unabhängig von seiner Tonhöhe zu erkennen und die Stimme eines Sängers über den gesamten Tonumfang wiederzuerkennen.

Nummerierung der Formanten und Vokale

Die Resonanzen des Vokaltrakts werden von der tiefsten an aufwärts nummeriert: F1, F2, F3, F4, … Die ersten beiden sind für die Unterscheidung der Vokale am wichtigsten:

  • F1 spiegelt die Mundöffnung wider, grob gesagt, wie weit der Kiefer gesenkt ist.

  • F2 spiegelt die vordere oder hintere Lage der Zunge wider.

Jedem Vokal entspricht ein charakteristisches Paar (F1, F2). Das Vokaldiagramm in VoceVista ist genau das: eine zweidimensionale Darstellung von F2 gegen F1, in der die gängigen IPA-Vokalsymbole an ihren typischen Formantpaaren eingetragen sind.

F3 trägt zur Wahrnehmung „rhotazierter“ Laute (wie des englischen /r/) und zur Helligkeit bei. F4 und F5 wirken an der Klangfarbe der Stimme und an der individuellen Stimmidentität mit.

Der Sängerformant

Bei ausgebildeten klassischen Stimmen ballen sich F3, F4 und F5 zu einer kräftigen Spitze im Bereich von 2,5 bis 3,5 kHz, dem sogenannten Sängerformanten. Weil Orchesterinstrumente in diesem Band relativ wenig Energie erzeugen, kann sich eine Stimme dank des Sängerformanten ohne Verstärkung über ein Orchester hinweg durchsetzen. Er gehört zu den am meisten untersuchten Merkmalen der Stimmakustik und zeigt sich deutlich im Langzeitspektrum einer Opernstimme.

Resonanzen in der Anzeige erkennen

In einem Spektrum erscheinen Resonanzen als breite Buckel in der Kurve, auf denen jeweils eine oder mehrere Harmonische sitzen. In einem Spektrogramm erscheinen sie als helle waagerechte Bänder, die breiter sind als die Linien der Harmonischen und langsam nach oben oder unten wandern, wenn der Sänger den Vokal wechselt.

In VoceVista

Das Vokaldiagramm zeigt das Paar F1/F2 für die aktuelle Cursorposition, bezogen auf die IPA-Vokalsymbole. Mit einem Notenschieber kannst Du eine bestimmte Frequenz im Spektrogramm markieren, was nützlich ist, um einen einzelnen Formanten zu verfolgen. Wie Du die Formant-Hüllkurve als geglättete Kurve darstellst, erfährst Du unter Geglättete Kurven und die spektrale Hüllkurve.