Résonances et formants

Une résonance est une fréquence à laquelle un système vibre naturellement avec une grande amplitude. Le conduit vocal possède simultanément plusieurs résonances, dont chacune amplifie le son proche de sa propre fréquence. Le conduit vocal est l’espace rempli d’air situé au-dessus des cordes vocales (gorge, bouche et, lorsqu’elle lui est ouverte, cavité nasale), et sa forme détermine où se situent ces fréquences de résonance.

Un formant est le pic qui apparaît dans le spectre lorsqu’une ou plusieurs harmoniques se trouvent à proximité d’une résonance. La littérature sur la voix ne distingue pas toujours nettement les formants des résonances, et les termes formant, résonance et harmonique sont parfois employés indifféremment. La distinction utile :

  • Une résonance est une propriété du conduit vocal. Elle existe, que quelqu’un produise un son ou non.

  • Une harmonique est une composante fréquentielle du signal source : ce que les cordes vocales (ou une autre source) produisent réellement.

  • Un formant est ce que vous voyez dans le spectre : un pic là où l’énergie des harmoniques et une résonance coïncident.

Source et filtre

Une manière courante de décrire l’acoustique de la voix est le modèle source-filtre :

  • La source est la vibration des cordes vocales, qui produit un bourdonnement riche en harmoniques. La fréquence fondamentale de ce bourdonnement détermine la hauteur perçue.

  • Le filtre est le conduit vocal, dont les résonances amplifient certaines fréquences et en atténuent d’autres.

Une même source peut produire différentes voyelles en modifiant la forme du filtre, et une même voyelle peut être chantée à différentes hauteurs en changeant la source tout en conservant la forme du filtre. C’est cette séparation qui permet de reconnaître une voyelle indépendamment de sa hauteur, et de reconnaître la voix d’un chanteur sur toute son étendue.

Numérotation des formants et voyelles

Les résonances du conduit vocal sont numérotées en partant de la plus basse : F1, F2, F3, F4, … Les deux premières sont les plus importantes pour distinguer les voyelles :

  • F1 reflète l’ouverture de la bouche, c’est-à-dire approximativement l’abaissement de la mâchoire.

  • F2 reflète la position avant-arrière de la langue.

Chaque voyelle correspond à une paire (F1, F2) caractéristique. Le graphique des voyelles de VoceVista est exactement cela : un tracé en deux dimensions de F2 en fonction de F1, avec les symboles de voyelles standard de l’API placés à leurs paires de formants typiques.

F3 contribue à la perception des sons « rhotacisés » (comme le /r/ anglais) et à la luminosité. F4 et F5 interviennent dans le timbre de la voix et dans l’identité vocale individuelle.

Le formant du chanteur

Chez les voix classiques entraînées, F3, F4 et F5 se regroupent en un pic marqué dans la région de 2,5 à 3,5 kHz, appelé formant du chanteur. Comme les instruments d’orchestre produisent relativement peu d’énergie dans cette bande, le formant du chanteur permet à une voix de passer au-dessus d’un orchestre sans amplification. C’est l’une des caractéristiques les plus étudiées de l’acoustique vocale, et il apparaît clairement sur le LTAS d’une voix lyrique.

Lire les résonances à l’affichage

Dans un spectre, les résonances apparaissent comme de larges bosses de la courbe, avec une ou plusieurs harmoniques posées au sommet de chaque bosse. Dans un spectrogramme, elles apparaissent comme des bandes horizontales lumineuses, plus larges que les lignes des harmoniques, qui dérivent lentement vers le haut ou vers le bas lorsque le chanteur change de voyelle.

Dans VoceVista

Le graphique des voyelles affiche la paire F1/F2 de la position actuelle du curseur, rapportée aux symboles de voyelles de l’API. Un curseur de note peut être tracé pour marquer une fréquence précise dans le spectrogramme, ce qui est utile pour suivre un seul formant. Pour visualiser l’enveloppe des formants sous forme de courbe lissée, voir Courbes lissées et enveloppe spectrale.