Formant

Ein Formant (von lateinisch formare = formen) ist der Geräuschanteil beim Klang von Musikinstrumenten oder der menschlichen Stimme.

Dabei handelt es sich um Frequenzen die unabhängig vom harmonischen Spektrum der Klanquelle mitschwingen, vorwiegend für einen sehr kurzem Zeitraum beim Anklingen. Sie prägen den Eigenklang der Stimme oder des Instrumentes maßgeblich. Nur Formanten, die oberhalb der Grundfrequenz eines Tons liegen, haben Auswirkungen auf die Klangfarbe des Tons.

Harmonische, also Oberwellen, Partialtöne, Teiltöne oder Obertöne, und Rauschanteile, die in den Bereich eines Formanten fallen, werden gegenüber der Grundfrequenz und gegenüber anderen Obertönen verstärkt. Stimmen und Instrumente besitzen oft mehrere Formantregionen, die nicht direkt aneinander anschließen.

Die Klangfarbe oder das Timbre eines Musikinstruments oder einer Stimme wird von der Lage und Ausprägung der Formanten beeinflusst. Durch sie lassen sich Stimmen und auch Musikinstrumente voneinander unterscheiden – etwa die Stimmen zweier Frauen oder eine Geige von einer anderen.

Hervorgerufen werden Formanten durch Resonanzen, die zur Verstärkung oder Abschwächung bestimmter Frequenzbereiche führen. Deren Lage und Charakter hängt ab:

bei mechanischen Musikinstrumenten von der Bauform und den verwendeten Materialien, insbesondere von der Gestaltung des Klangkörpers
bei der menschlichen Stimme von der Form des Vokaltrakts, so wie er zum Artikulieren eines bestimmten Lauts durch Muskelbewegungen eingestellt wird.
bei elektronischen Musikinstrumenten durch Bandpässe und Bandsperren

Sprache

Spectrogram -iua-.png u, ɑ: F1, F2]]

Bei der menschlichen Sprache charakterisiert die Lage von Formanten die Bedeutung bestimmter Laute. Anhand der ersten beiden Formanten im Vokaldreieck beziehungsweise im Vokaltrapez lassen sich alle Vokale eines Lautsystems voneinander unterscheiden. Sicherlich unterscheiden sich die Vokal-Formantlagen von Mensch zu Mensch, besonders zwischen Männern, Frauen und Kindern. Hier folgt eine anschauliche Tabelle der gemittelten Formantlagen aus dem genannten Vokaldreieck:

Vokal-Formant-Zentren
deutscher Vokal	IPA	Formant f₁	Formant f₂
U	u	320 Hz	800 Hz
O	o	500 Hz	1000 Hz
å	aː	700 Hz	1150 Hz
A	a	1000 Hz	1400 Hz
ö	ø	500 Hz	1500 Hz
ü	y	320 Hz	1650 Hz
ä	ɛ	700 Hz	1800 Hz
E	e	500 Hz	2300 Hz
I	i	320 Hz	3200 Hz

Vokal-Formantbereiche
Vokal	Haupt-Formantbereich
U	200 bis 400 Hz
O	400 bis 600 Hz
A	800 bis 1200 Hz
E	400 bis 600 und 2200 bis 2600 Hz
I	200 bis 400 und 3000 bis 3500 Hz

Die ersten beiden Formanten f₁ und f₂ sind für die Verständlichkeit der Vokale wichtig. Ihre Lage charakterisiert den gesprochenen Vokal. Um sich verstehen zu können, müssen diese Formanten bei jedem Sprecher in etwa gleich sein.

Der dritte und der vierte Formant f₃ und f₄ sind nicht mehr wesentlich. Diese charakterisieren eher die Anatomie des Sprechers und dessen Artikulations-Eigenarten und variieren je nach Sprecher. Darüber hinaus wird der Charakter einer Stimme noch durch die Grundfrequenz 100 bis 250 Hz, die Bandbreite, das Spektrum und Artikulationseigenarten bestimmt. Die Sprachgrundfrequenz liegt beim Mann bei ca. 130 Hz und bei der Frau bei ca. 240 Hz.

Was die Singstimme betrifft, so sind bestimmte Vokale ab einer gewissen Tonhöhe nicht mehr singbar, weil dann die Grundfrequenz im Bereich des ersten Formanten liegt und somit der Klangeindruck dieses Formanten verschwindet.

Frequenzen um 3000 Hz spielen eine entscheidende Rolle für die Tragfähigkeit einer Stimme. Deshalb nennt man diesen Frequenzbereich um 3 kHz Sängerformant. Der Sängerformant ist gut ausgeprägt, wenn in einem gesungenen Ton die Frequenzen in einem breiten Band zwischen 2800 bis 3400 eine „relative Stärke“ haben, unabhängig vom Grundton.

Die Analyse von Formanten spielt, neben anderen charakteristischen Aspekten einer Stimme, auch eine bedeutende Rolle bei der Sprechererkennung in der Kriminalistik.

Typische spektrale Anhebung (Quint- bis Okavbreite), die bei Gesang und Instrumenten gezielt eingesetzt wird

Praktische Pegelanhebungen
Hohe Amplitude bei	Klangempfindung	Bemerkung
200 bis 400 Hz	sonor	1. Formant u
400 bis 600 Hz	voll	1.Formant o
800 bis 1200 Hz	markant	1. Formant a
1200 bis 1800 Hz	näselnd	2. Formant ü
1800 bis 2600 Hz	hell	2. Formant e
2600 bis 4000 Hz	brillant	2. Formant i
8000 Hz	spitz	diffuse "Höhen"
über 10000 Hz	scharf	Oberton-"Glanz"

Historie

Der Begriff wurde 1929 von Erich Schumann in seiner Habilitationsschrift in Berlin eingeführt und bildet heute ein breites Forschungsfeld sowohl auf analytischen, nachrichtentechnischen wie klangsynthetischen Domänen.

Siehe auch

Literatur

E. Schumann: Physik der Klangfarben. 1929, Habilitationsschrift an der Universität Berlin
E. Schumann: Physik der Klangfarben. Breitkopf & Härtel, Leipzig 1940 (Band II)
P. H. Mertens: Die Schumannschen Klangfarbengesetze. Verlag E. Bochinsky, Frankfurt/M 1975, ISBN 3-9201-1254-7
Jürgen Meyer: Akustik und musikalische Aufführungspraxis. Verlag E. Bochinsky, Frankfurt/M, ISBN 3-9322-7595-0
Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. Verlag Saur, (Band 1), ISBN 3-5981-1320X

Weblinks

Akustik | Phonetik

Gourt Home::Gourt :: Formant