Fundamentos de Fonética y Acústica del Habla: Articulación, Fisiología y Propiedades del Sonido

1. Definiciones y Perspectivas de la Fonética

Diversos lingüistas han delimitado el campo de estudio de la fonética:

• Nikolái Trubetzkoy: La define como la ciencia de los sonidos del habla. Su objeto principal de estudio es el significante en el plano fónico.
• Louis Hjelmslev: Establece que el significante corresponde a la sustancia del plano de la expresión. Abarca el número ilimitado de realizaciones acústicas y articulatorias (sonidos) que el ser humano puede pronunciar u oír.
• Antonio Quilis: La describe como el estudio descriptivo de los sonidos. Se centra en el examen de los elementos fónicos de una lengua desde tres perspectivas: su producción, su constitución acústica y su percepción.

2. Ramas de la Fonética

La fonética se clasifica en tres vertientes complementarias:

• Fonética articulatoria (fisiológica): Estudia los procesos orgánicos de la fonación (emisión de la voz, tono laríngeo) y la articulación (posición y dinámica de los órganos fonadores) en la producción de los sonidos.
• Fonética acústica (física): Estudia las propiedades físicas y medibles de las ondas sonoras generadas en el habla. Aplica el teorema de Fourier, el cual permite descomponer una onda sonora compleja en sus constituyentes sinusoidales inmediatos.
• Fonética auditiva (perceptiva): Investiga la recepción de la onda sonora en el aparato auditivo y el cerebro. Se aborda desde la fonética auditiva tradicional (impresiones del receptor) o mediante la fonética perceptiva experimental (generación de estímulos sonoros y aplicación de pruebas psicométricas de percepción para medir umbrales de identificación).

3. El Aparato Fonador y la Fisiología de la Fonación

El aparato fonador comprende el conjunto de órganos que intervienen en la génesis de la voz y el habla. Se divide funcionalmente en:

• Cavidades infraglóticas: Integradas por el diafragma, los pulmones, los bronquios y la tráquea. Suministran la columna de aire espirado imprescindible para generar la vibración y el sonido.
• Cavidad glótica: Es el órgano fonador central donde se produce la fonación (tono laríngeo, onda sonora compleja y voz). Se compone de cuatro cartílagos fundamentales:
  • Cricoides: Base de la laringe que se sitúa sobre el último anillo traqueal.
  • Tiroides: Estructura anterior protectora en forma de escudo.
  • Dos aritenoides: Cartílagos pares articulados sobre el cricoides que regulan la apertura (abducción) y cierre (aducción) de las cuerdas vocales (CV). Poseen dos prolongaciones o apófisis: la apófisis vocal (inserción posterior de las cuerdas vocales) y la apófisis muscular.
  • Músculos cricoaritenoideos: El cricoides se conecta funcionalmente a los aritenoides mediante esta musculatura. Cuando el músculo cricoaritenoideo lateral se contrae, une los aritenoides produciendo el cierre de las cuerdas vocales; cuando el músculo cricoaritenoideo posterior se contrae, separa los aritenoides provocando la apertura glótica.
• Cavidades supraglóticas: Conformadas por la faringe, la cavidad oral y las fosas nasales. Su función es filtrar y modificar la onda laríngea originaria (proceso de articulación) y amplificarla acústicamente.
• Tracto vocal: Conjunto integrado por la cavidad glótica y las cavidades supraglóticas.

4. Modos de Articulación Consonántica

El modo de articulación describe la forma en que el flujo espiratorio es modificado o interrumpido por la acción de los órganos activos y pasivos:

• Oclusivas: Se caracterizan por tres fases consecutivas: intensión (implosión previa), tensión (oclusión o cierre hermético) y distensión (explosión o liberación del aire). Se denominan también oclusivas por el cierre del órgano activo (OA) sobre el pasivo (OP), interruptas por cortar el aire espirado, o explosivas por el chasquido auditivo resultante al liberarse la presión.
• Fricativas: Generadas por el ruido de fricción turbulento que produce el aire al atravesar un canal estrecho. Se denominan constrictivas debido al estrechamiento entre órganos, o continuas porque su fase de tensión puede prolongarse en el tiempo.
• Africadas: Presentan dos momentos articulatorios integrados: una tensión oclusiva seguida inmediatamente por una distensión fricativa. Reciben asimismo los nombres de oclusivo-fricativas o semioclusivas.
• Aproximantes: El órgano activo y el pasivo se aproximan reduciendo levemente la luz del canal supraglótico, pero sin generar un estrechamiento suficiente para producir fricción turbulenta ni cierre total.
• Nasales: Aunque ocurre una oclusión entre el órgano activo y el pasivo en la boca, el velo del paladar desciende y se separa de la pared faríngea, habilitando el escape del aire por las fosas nasales. La evacuación aérea no es simultánea: primero sale por la nariz y, al franquear el obstáculo bucal, por la cavidad oral.
• Vibrantes: Producidas por una sucesión rápida de breves contactos y separaciones entre el ápice de la lengua y la región alveolar. Se clasifican en vibrantes simples (un solo ciclo de contacto u oclusión) y vibrantes múltiples (dos a tres contactos consecutivos).
• Laterales: Articuladas con un cierre medial de la cavidad bucal mientras el aire espirado fluye de manera continua y simultánea por uno o ambos costados de la lengua.

5. Física del Sonido y Acústica Onda-Tiempo

El sonido es la sensación psicoacústica originada por variaciones de presión mecánica propagadas a través de un medio físico, provocadas por la vibración periódica o aperiódica de un cuerpo emisor (fuente sonora).

Fases del Movimiento Vibratorio

1. Posición inicial o de equilibrio.
2. Fase de compresión o unión: Aumento de la densidad de partículas (cresta).
3. Fase de rarefacción: Vuelta y dispersión de partículas respecto a la posición inicial (valle).

Parámetros de la Onda Acústica

• Ciclo o vibración completa: Trayectoria total que recorre una cresta (compresión) y un valle (rarefacción).
• Onda sinusoidal: Onda simple fundamental de comportamiento armónico puro.
• Frecuencia ($F$): Cantidad total de ciclos o vibraciones completadas en un segundo. Se mide en hercios (Hz). Su relación con el período se formula como: $F = 1 / t$.
• Período ($T$): Intervalo de tiempo necesario para que la onda sonora complete un ciclo.
• Amplitud / Intensidad: Desplazamiento máximo que alcanza una partícula respecto a su estado de reposo hasta el punto extremo en compresión (cresta) o rarefacción (valle). Se expresa comúnmente en decibelios (dB).

Tipologías de Ondas

• Ondas simples: Denominadas también tonos puros o movimientos vibratorios armónicos simples. Se componen de una sola frecuencia vibratoria invariable y son intrínsecamente periódicas.
• Ondas complejas: Resultan de la superposición de múltiples ondas simples concurrentes:
  • Periódicas: Sus frecuencias parciales (armónicos) mantienen relaciones matemáticas armónicas constantes. Cada armónico subsiguiente es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental ($F_0$). La forma de onda repite su perfil con idéntica duración y amplitud temporalmente (por ejemplo, si $F_0 = 100\text{ Hz}$, el quinto armónico $F_5 = 500\text{ Hz}$).
  • Aperiódicas: Compuestas por infinitas frecuencias simultáneas no relacionadas armónicamente entre sí. No muestran un patrón cíclico de repetición en el tiempo; corresponden a ruidos o pulsos.

6. Cualidades Físicas, Psicoacústicas y Modelo Fuente-Filtro

Toda onda sonora genera una correspondencia entre magnitudes físicas objetivas y sensaciones perceptivas subjetivas:

• Frecuencia fundamental ($F_0$): Correlato físico del tono o altura tonal subjetiva.
• Intensidad acústica: Correlato físico de la sonoridad percibida.
• Cantidad / tiempo: Correlato objetivo de la duración percibida.
• Distribución espectral de formantes: Zonas de frecuencias reforzadas por la resonancia del tracto que determinan el timbre fónico.

Mecanismos de Resonancia y Filtro

• Fenómeno de resonancia: Proceso por el cual un elemento en reposo (resonador, como la cavidad bucal dotada de frecuencias naturales de resonancia) entra en vibración simpática al recibir las oscilaciones transmitidas por un cuerpo emisor (resonante o fuente primaria, como las cuerdas vocales).
• Filtro acústico: Modificación que selecciona y potencia los armónicos que coinciden con los modos de resonancia del tracto supraglótico, atenuando progresivamente el resto de frecuencias.

Esquema Fuente-Filtro en Sonidos Periódicos

• Fonación (Fuente): Produce los armónicos primarios (ondas simples que forman la onda compleja laríngea). La frecuencia de cada armónico depende matemáticamente de la frecuencia fundamental ($F_0$).
• Articulación (Resonador-Filtro): Configura los formantes o picos espectrales. La frecuencia de los formantes depende de la forma, volumen y características físicas naturales del resonador (cavidades oral, faríngea y nasal).
• Clasificación de fuentes: Periódicas o aperiódicas (continuas o de tipo impulsional).
• Clasificación de resonadores-filtro: Orales o nasales; fijos o de configuración variable.