En este informe voy a hacer un pequeño análisis del espectro de cada una de mis vocales. Para elló Mediré su frecuencia própia, utilizando el programa Audacity, que me permitirá transcribir cada una de mis vocales en datos numéricos de frecuencia en función de decibelios. Así podre podré concluir si mi voz es de tipo aguda o grave, además, observando el espectro de cada una de mis vocales, si son cerradas o abiertas, justificandolo en base a la función que obtengo mediante el uso del programa R-Studio.
Al final del informe incluimos otras experiencias que pueden realizarse con Audacity, además de una breve descripción de algunas de estas. Comentaremos la utilidad del programa Audacity como herramienta para realizar experiencias prácticas tanto cualitativas como cuantitatívas, en la enseñanza de la Física durante la Educación Secundaria.
Dado que vamos a estudiar nuestra voz conviene describir sus características brevemente. La voz es el sonido producido por el aparato fonador humano, puede caracterizarse por dos aspectos, la tesitura y el timbre. La tesitura clasifica las voces en graves y agudas. El tiembre es la caracteristica que hace que todas las voces sean distintas, en esta práctica lo veremos cuando analicémos la frecuencia própia, esta es distinta es irrepetible (própia) para cada voz.
En esta práctica analizamos el espectro de nuestra voz para cada vocal. Para ello usamos el programa Audacity, que nos permite obtener el espectro de un sonido con una gran precisión.
Para empezar abrimos el programa Audacity, en preferencias seleccionamos mono (el programa por defecto suele trabajar en stereo).
En la barra de herramientas de la parte superior del programa de damos al play y con el micro pronunciamos cada una de las vocales. Una vez gravadas analizamos cada vocal, selecionando las gravaciones con el puntero y llendo en la barra de herramientas a análisis del espectro, seleccionamos escala logaritmica y ya tenemos el espectro de cada una de las vocales, gracias a que el programa realiza una transformada de Furier de los datos obtenidos, lo que nos permite obtener picos de frecuencia.
Presentamos la gráfica obtenida para la vocal A. En la gráfica puede observarse como el máximo es de 199,2Hz. La forma de este espectro nos indica que se trata de una vocal abierta.
El programa de R utilizado el el siguiente (detallamos el código en el caso de esta vocal, para el resto de vocales el programa no varía):
# para empezar llamo a los datos que he tomado con Audacity y he guardado
# en un documento txt
fichero = "C:/Users/pc/Desktop/abellan/espectroA.txt"
# guardo en esta variable X todos los datos, esta x tendrá tantas filas
# como daos se han tomado y tantas columnas como magnitudes se han medido
X = read.table(file = fichero)
# me quedo con la primera columna que corresponde a las medidas de las
# frecuencias, y escojo los 1000 primeros datos
f = X[1:1000, 1]
# N es el número de datos que contiene la función f
N = length(f)
# la segunda columna de X corresponde a las medidas del nivel de
# intensidad de cada frecuencia. Escojo de todos los datos los 1000
# primeros.
db = X[1:1000, 2]
# para acabar defino el valor máximo de la función f(db).
fmax = f[which.max(db)]
# le pido a mi programa que dibuje la función f(db), que llame al eje x
# frecuencia y al eje y decibelios. Además, le pido que dibuje una recta
# vertical de color rojo en el valor máximo de la función (fo).
plot(f[f < 1000], db[f < 1000], type = "l", xlab = "frecuencia (Hz)", ylab = "Decibelios (db)",
main = paste("vocal A, fo=", round(fmax, 1), "Hz"))
abline(v = fmax, col = 2)
Presentamos la gráfica obtenida para la vocal E.
El programa de R utilizado el el siguiente:
fichero = "C://Users/pc/Desktop/abellan/espectroE.txt"
X = read.table(file = fichero)
f = X[1:1000, 1]
N = length(f)
db = X[1:1000, 2]
fmax = f[which.max(db)]
plot(f[f < 1000], db[f < 1000], type = "l", xlab = "frecuencia (Hz)", ylab = "Decibelios (db)",
main = paste("vocal E, fo=", round(fmax, 1), "Hz"))
abline(v = fmax, col = 2)
Presentamos la gráfica obtenida para la vocal I.
El programa de R utilizado el el siguiente:
fichero = "C://Users/pc/Desktop/abellan/espI.txt"
X = read.table(file = fichero)
f = X[1:1000, 1]
N = length(f)
db = X[1:1000, 2]
fmax = f[which.max(db)]
plot(f[f < 1000], db[f < 1000], type = "l", xlab = "frecuencia (Hz)", ylab = "Decibelios (db)",
main = paste("vocal I, fo=", round(fmax, 1), "Hz"))
abline(v = fmax, col = 2)
Presentamos la gráfica obtenida para la vocal O.
El programa de R utilizado el el siguiente:
fichero = "C://Users/pc/Desktop/abellan/espectroO.txt"
X = read.table(file = fichero)
f = X[1:1000, 1]
N = length(f)
db = X[1:1000, 2]
fmax = f[which.max(db)]
plot(f[f < 1000], db[f < 1000], type = "l", xlab = "frecuencia (Hz)", ylab = "Decibelios (db)",
main = paste("vocal O, fo=", round(fmax, 1), "Hz"))
abline(v = fmax, col = 2)
Presentamos la gráfica obtenida para la vocal U.
El programa de R utilizado el el siguiente:
fichero = "C://Users/pc/Desktop/abellan/espectroU.txt"
X = read.table(file = fichero)
f = X[1:1000, 1]
N = length(f)
db = X[1:1000, 2]
fmax = f[which.max(db)]
plot(f[f < 1000], db[f < 1000], type = "l", xlab = "frecuencia (Hz)", ylab = "Decibelios (db)",
main = paste("vocal U, fo=", round(fmax, 1), "Hz"))
abline(v = fmax, col = 2)
Se observa como cada espectro varía respecto al resto, aunque los espectros para las vocales A, E, I y o se parecen mucho, el espectro que más difiere del resto es el de la vocal U. Es interesante observar los picos, para las vocales A, E y O (vocales abiertas) los picos de frecuencia tienen mayor amplitud que los de las vocales I y U (vocales cerradas), sobretodo en lo referente a los dos últimos picos, en el caso del espectro U no hay más que tres picos de frecuencia que se distinguen poco de la línea base, si los comparamos con los picos de los espectros del resto de vocales.
La frecuencia propia de mis vocales es: A 199.2Hz, E 209.9Hz, I 209.9Hz, o 231.5Hz, 234.2Hz. Esta frecuencias corresponden a una tesitura de voz más bien aguda, propia de voces femeninas. Si quisieran introducir mis datos en un programa de reconocimiento de voz solo con usar estos datos (los de las frecuencias própias de mis vocales) ya lo tendrían, estas frecuencias caracterizan el timbre único de mi voz.
El programa Audacity ha resultado tremendamente interesante y útil, como herramienta para realizar prácticas de física en Educación Secundaria. Durante las primeras sesiones de la asignatura de Enseñanza Práctica de la Física (en la sección impartida por el profesor Francisco Javier Abellán), pudimos explorar algunas de estas posibles prácticas (además de la que nos ocupa en este informe): superposición de ondas, cálculo de la velocidad del sonido y calculo de g (aceleración de la gravedad) a través del registro sonoro de la caida (libre) de un objeto.
En particular, describiré brevemente la práctica mediante la cual medimos la velocidad del sonido y con la que obtuvimos una velocidad de 342 metros por segundo, resultado más que aceptable. Con un tubo de cartón de unos 2.37 metros de largo y unos 4 de centrimetros de rádio (con una parte cerrada y otra abierta), un micro conectado al ordenador y colocado en la entrada del tubo y el programa Audacity conectado para registrar el sonido, realizamos el montaje experimental. Una vez realizado el montaje, generamos un sonido (por ejemplo haciendo un chasquido de dedos cerca del micro y dentro del tubo), esperamos a que el programa registre los datos. Vemos que se obtienen dos picos, uno correspondiente al momento en que se registra el sonido al generarse y otro debido al eco (el sonido “choca” con la pared de salida del tubo y vuelve). El programa nos indica el número de muestras tomadas (fueron 1330 muestras) en función de la frecuencia (previamente hemos seleccionado en la parte inferior izquierda la frecuencia máxima de toma de datos 96000Hz). Con estos datos podemos calcular la velocidad: tiempo transcurrido t=1330/96000 (número de muestras por unidad de tiempo). La distancia recorrida por el sonido es dos veces la longitud del tubo D=237x2. por tanto la velocidad queda v=D/t=(237x2)/(1330/96000)=342m/s. Es una pena que no dispongamos de la gráfica obtenida con Audacity, donde se apreciaba perfectamente como el sonido viajaba a través del tubo, revotaba y volvia para ser detectado por el micro.
Así pues podemos concluir que Audacity es una herramienta tremendamente útil para realizar prácticas de física en secundária, hemos visto que se trata de un programa muy facil de usar y que supone un gasto mínimo (el programa es gratuito, un micro cuesta apenas un par de euros, solo necesitamos un ordenador y me atrevo a decir que todos los institutos tienen sala da ordenadores, si no el portátil de profesor). Además con Audacity podemos realizar medidas muy precisas y una cantidad inmensa de posibles experimentos.