Anche la voce umana è uno strumento a fiato. Le corde vocali, nella laringe, producono un suono ricco di armoniche; il tratto vocale (gola, bocca e labbra) è un tubo di forma variabile, lungo circa 17 cm in un adulto, le cui risonanze rafforzano alcune zone dello spettro: le formanti. Cambiando la posizione della lingua, della mandibola e delle labbra cambiamo la forma del tubo e quindi le formanti, ed è così che pronunciamo vocali diverse. In questi esperimenti con TubeLabLight usiamo i profili del tratto vocale per sette vocali italiane.

Le vocali italiane

1. Istruzioni
   • Apri TubeLabLight sul progetto /a/ (casa). Il disegno mostra il profilo del tratto vocale: a sinistra la glottide (dove si trovano le corde vocali), a destra le labbra. Al posto della scelta dell'imboccatura compare il cursore Altezza della voce.
   • Premi ▶ Ascolta: senti una voce che pronuncia una "a" tenuta.
   • Leggi nella tabella dei modi le frequenze dei primi due modi, M1 e M2: sono la prima e la seconda formante, F1 e F2. In questo caso la colonna delle note non ha interesse.
   • Ripeti con tutti i progetti delle vocali: /i/ (vino), /e/ (avere), /ɛ/ (bello), /a/ (casa), /ɔ/ (cosa), /o/ (forma), /u/ (uva), e scrivi in una tabella F1 e F2 per ciascuna. Se il suono è attivo, cambiando progetto la voce cambia vocale senza interrompersi.
2. Osservazioni
   • Dovresti trovare valori vicini a questi:

     vocale	/i/	/e/	/ɛ/	/a/	/ɔ/	/o/	/u/
     F1 (Hz)	278	361	565	828	528	429	283
     F2 (Hz)	2271	2066	1883	1294	905	808	727

   • La prima formante cresce passando da /i/ ad /a/ e diminuisce di nuovo passando da /a/ ad /u/: è legata all'apertura della bocca, ed è massima per la vocale più aperta, /a/.
   • La seconda formante è alta per le vocali "anteriori" /i/, /e/, /ɛ/, in cui la lingua si alza verso il palato (nel disegno, il restringimento nella metà destra del tubo), ed è bassa per le vocali "posteriori" /ɔ/, /o/, /u/, pronunciate con la lingua indietro e le labbra arrotondate.
   • Nel grafico Il triangolo vocalico, sotto la tabella dei modi, l'app disegna i punti (F1, F2) delle sette vocali e, con una croce, quello del tubo attuale: le vocali si dispongono su un triangolo con i vertici in /i/, /a/ e /u/.
3. Argomenti collegati: vedi Le vocali, Semplici modelli per la voce, La vocale A
4. Per saperne di più: vedi Percezione del timbro, Come si legge uno spettrogramma?

Cambiare nota senza cambiare vocale

1. Istruzioni
   • Carica il progetto /a/ (casa) e premi ▶ Ascolta.
   • Sposta lentamente il cursore Altezza della voce da 90 a 250 Hz e ascolta. Guarda intanto la curva verde del grafico e le formanti nella tabella dei modi.
   • Ripeti con la vocale /i/ (vino).
2. Osservazioni
   • La nota sale, ma la vocale resta una "a": le formanti dipendono dalla forma del tratto vocale, non dalla frequenza delle corde vocali, e infatti la curva verde e la tabella non cambiano. Le armoniche della voce si spostano e si allontanano tra loro quando la nota sale, ma la loro ampiezza segue sempre il profilo della curva verde (a parte una lenta diminuzione verso le frequenze alte, dovuta alla sorgente): l'inviluppo dello spettro resta lo stesso.
   • Quando la nota è acuta le armoniche sono più distanti e "campionano" le formanti in pochi punti. Nel canto, nelle note molto acute, questo rende le vocali sempre meno distinguibili.
3. Argomenti collegati: vedi Le vocali nel canto, Percezione del timbro, Teorema di Fourier
4. Per saperne di più: vedi Fisiologia del sistema uditivo, Percezione dell'altezza

La lunghezza del tratto vocale

1. Istruzioni
   • Carica il progetto /a/ (casa) e annota le prime due formanti.
   • Premi tre volte il pulsante +5% accanto a Lunghezza: il tratto vocale si allunga da 170 a circa 197 mm. Annota di nuovo le formanti e ascolta.
   • Ricarica il progetto e premi tre volte −5%: il tratto vocale si accorcia a circa 146 mm.
2. Osservazioni
   • Allungando il tratto vocale le formanti scendono (F1 da 828 a 724 Hz, F2 da 1294 a 1120 Hz); accorciandolo salgono (F1 a 951 Hz, F2 a 1504 Hz). Come in ogni tubo, le frequenze di risonanza sono inversamente proporzionali alla lunghezza.
   • La vocale si riconosce ancora, ma la voce sembra di una persona più grande o più piccola. Il tratto vocale di una donna è in media più corto di quello di un uomo, e quello di un bambino ancora di più: le stesse vocali hanno formanti più acute. Per questo, confrontando le formanti di persone diverse, conta più la loro posizione relativa che il loro valore assoluto.
3. Argomenti collegati: vedi Semplici modelli per la voce, Frequenze proprie delle canne

Arrotondare le labbra

1. Istruzioni
   • Carica il progetto /a/ (casa) e premi ▶ Ascolta.
   • Premi Stringi le labbra: il raggio degli ultimi due punti (x = 164,9 e 170 mm) diventa 6 mm. È come stringere le labbra, che passano da un'apertura di circa 21 mm di raggio a 6 mm. Ascolta e leggi le formanti.
2. Osservazioni
   • Le formanti scendono, F1 da 828 a 476 Hz e F2 da 1294 a 1216 Hz, e la vocale si "scurisce" verso una /o/. Restringere l'uscita di un tubo ne abbassa le risonanze, come accade in un risuonatore di Helmholtz quando si stringe il collo.
   • È ciò che facciamo davvero quando pronunciamo le vocali arrotondate /o/ e /u/: le labbra strette e sporgenti abbassano le formanti (nei profili /o/ e /u/ l'ultimo tratto del tubo è stretto).
3. Argomenti collegati: vedi Le vocali, Risuonatori di Helmholtz, Semplici modelli per la voce
4. Altri esperimenti
   • Parti dalla /i/ e prova a trasformarla gradualmente in una /u/ spostando i punti del profilo con il mouse, guardando come cambiano F1 e F2.