Formant

On désigne par formant l'un des maxima d'énergie du spectre sonore d'un son de parole. Ce terme est notamment employé dans le domaine de la linguistique, de la phonétique et de l'acoustique. Il y a plusieurs définitions du mot « formant » (résonances du conduit vocal, pôles, etc.).

Spectrogramme des voyelles [i, u, ɑ] en anglais américain, montrant les formants F1 et F2.

Spécificités physiques et mesure

Les formants peuvent être visualisés sur des spectres sonores. Ces spectres représentent la distribution en fréquences de l'énergie du signal de parole. La voix humaine émet généralement des fréquences comprises entre 80 et 4000 Hz. Sur ce spectre, les formants correspondent à des maxima, des pics d'intensité. Ils sont mesurés sur des intervalles de parole très court (de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes) et sont variables au cours du temps. Ils dépendent du type son de parole, c’est-à-dire du phonème prononcé selon la manière particulière dont il a été prononcé et son contexte phonétique.

Notation

On numérote les formants en allant des basses fréquences vers les hautes fréquences. On les désigne par la notation physique $F_{i}$ (mesurée en hertz) en partant du premier formant $F_{1}$ dans les fréquences basses. La notation $F_{0}$ est réservée à la fréquence fondamentale, dont les variations au cours du temps constituent l'intonation de la parole.

Description des voyelles

Les deux premiers formants $F_{1}$ et $F_{2}$ ne sont pas des caractéristiques suffisantes pour la description précise des voyelles. Notamment lorsque la langue contraste, par exemple, entre voyelles antérieures étirées et arrondies (comme en français, par exemple). Par exemple, c'est le formant $F_{3}$ qui distingue essentiellement /i/ et /y/. $F_{2}$ peut être identique pour /i/ et /y/. Les voyelles qui ne sont pas des diphtongues sont des sons plus ou moins stationnaires de la parole. Chaque voyelle se caractérise ainsi par son timbre spécifique, déterminé en première approximation par $F_{1}$ et $F_{2}$. Dans certaines langues, le ton est nécessaire, dans d'autres langues, la qualité de voix.

La phonétique a permis d'établir une corrélation entre les valeurs mesurées en hertz de $F_{1}$ et $F_{2}$ et le troisième formant et les articulations de l'appareil phonétique nécessaires à la réalisation des voyelles (lèvres comprises). Ainsi $F_{1}$ est corrélé avec l’aperture (ouverture de la bouche) et le $F_{2}$ avec la position antérieure (valeur élevée de $F_{2}$), postérieure (valeur basse de $F_{2}$) de la langue, mais aussi avec la configuration des lèvres. Le troisième formant $F_{3}$ est également une caractéristique intéressante, corrélée avec la configuration des lèvres pour les voyelles antérieures.

K. Stevens a donné une interprétation simple de la corrélation entre l'articulation de l'appareil phonatoire et les formants acoustiques, à partir d'un modèle simplifié à deux cavités acoustiques de l'appareil phonatoire, sans prendre en compte la configuration des lèvres. Dans ce modèle, $F_{1}$ et $F_{2}$ s'interprètent comme les fréquences de résonance de chaque cavité acoustique. Voir aussi G. Fant (dont les nomogrammes incluent la configuration des lèvres).

Fréquences des formants en prononciation française

Le tableau ci-dessous (cf [CHIR]) donne en prononciation française les fréquences moyennes en Hz des trois premiers formants des voyelles et des consonnes sonantes pour une voix d'homme. Pour une voix de femme, les fréquences sont sensiblement supérieures. Pour une voix d'enfant, encore plus. Attention : ces valeurs peuvent varier grandement en fonction de l'individu et au sein même du discours.

Phonèmes en français	Écriture phonologique (API)	Écriture orthographique	Mot-clef	Formant F1 (Hz)	Formant F2 (Hz)	Formant F3 (Hz)	Bruit additionnel
Phonèmes à Formants :
Voyelles orales antérieures
	/i/	"i"	lit	250	2250	3000
	/e/	"é"	télé	400	2050	2650
	/ε/	"è"	règle	600	1750	2600
	/a/	"a"	sac	750	1450	2600
Voyelles orales centrales
	/y/	"u"	lune	250	1750	2150
	/ə/	"e"	ce	550	1550	2550
	/ø/	"eu"	feu	350	1350	2250
	/œ/	"oe"	fleur	500	1350	2350
Voyelles orales postérieures
	/u/	"ou"	poule	300	750	2300
	/o/	"au"	vélo	350	750	2550
	/ɔ/	"o"	pomme	500	1050	2550
	/ɑ/	"â"	pâte	700	1250	2700
Voyelles nasales
	/œ̃/	"un"	un	600	1350	2400
	/ɛ̃/	"in"	pain	700	1500	2650
	/ɑ̃/	"an"	gant	750	1250	2400
	/ɔ̃/	"on"	ballon	500	1250	2550
Semi-voyelles ou Semi-consonnes
	/j/	"y"	fille	250	2250	3000
	/ɥ/	"u+"	huit	250	1750	2150
	/w/	"w"	poisson	300	750	2300
Consonnes occlusives nasales
	/m/	"m"	mur	300	1300	2300	Explosion du "p" ou "b"
	/n/	"n"	nœud	350	1050	2300	Explosion du "t" ou "d"
	/ɲ/	"gn"	ligne	350	1000	2400	Explosion du "t" ou "d"
	/ŋ/	"nk/ng"	parking	350	1050	2000	Explosion du "k"/"g"
Consonnes fricatives liquides
	/l/	"l"	lampe	350	1700	2500	Friction très faible
	/ʁ/	"r"	roue	550	1300	2300	Friction très faible
	/R/	"rrr"	terre	550	1300	2300	Friction très faible
Phonèmes sans Formants :
Consonnes occlusives orales
	/p/	"p"	pile				Explosion moyenne, registre grave
	/b/	"b"	bol				Explosion moyenne, registre grave
	/t/	"t"	table				Explosion faible, registre aigu
	/d/	"d"	dé				Explosion faible, registre aigu
	/k/	"k"	cadeau				Explosion forte, registre medium
	/g/	"g"	gâteau				Explosion forte, registre medium
Consonnes fricatives non liquides
	/f/	"f"	flûte				Friction faible
	/v/	"v"	valise				Friction faible
	/s/	"s"	citron				Friction forte
	/z/	"z"	maison				Friction forte
	/∫/	"ch"	chat				Friction forte
	/ʒ/	"j"	jupe				Friction forte
	/h/	"h aspiré"	hop				Friction forte
	/x/	"J"	Juan Carlos				Friction forte

Triangle des voyelles avec les axes F1 et F2

Pour les deux premiers formants, si on reporte ces valeurs dans un graphique représentant $F_{1}$ et $F_{2}$ en abscisse et en ordonnée, on obtient le fameux triangle vocalique de la discipline phonétique comme dans la figure ci-dessous. Dans ce triangle, $F_{1}$ augmente avec l'ouverture des voyelles (de /i/ et /u/ vers /a/) et $F_{2}$ diminue avec leur profondeur (augmente donc de /u/ vers /i/). Pour une même profondeur, $F_{2}$ est plus élevé pour une voyelle non-arrondie (comme /i/) que pour une voyelle arrondie (comme /y/) de même antériorité.

Ces questions sont discutées par Gérard Genette dans Mimologiques (« mimophonies restreintes »), paru chez Seuil.

Voir aussi

• Formant de chant
• Synthèse vocale

Liens externes

• https://www.chireux.fr/mp/TIPE/ADS/Reconnaissance%20vocale.pdf CHIREUX, Reconnaissance de phonèmes par analyse formantique dans le cas de transitions voyelle-consonne
• FORMANT, linguistique sur l'encyclopédie en ligne Universalis