Welchen Effekt hat uneinheitliches Vokaltraktwachstum auf die Formanten

eines Vokals?

Hauptseminar: Speaker Characteristics Venice International University

Dozent: Prof. Dr. Jonathan Harrington

Referentin: Veronika NeumeyerInstitut für Phonetik und SprachverarbeitungLudwig-Maximilians-Universität München

17. Oktober 2007

Überblick

Grundlagen Theorie Studie von Lucie Ménard et al.

Experiment 1 Experiment 2 Ergebnisse

Fazit

GrundlagenMundhöhle und Rachenraum

Aufteilung des Mundraumes

in drei Bereiche:

Mundhöhle Verengungsstelle Rachenraum

GrundlagenVokaltrakt

durchschnittliche Länge des Vokaltraktes bei

Neugeborenen: 7,1 cm 4 jährigen Kindern: 10,5 cm Erwachsenen

Frau: 14,3 cm Mann: 16 cm

GrundlagenFormanten - Vorderrohr

Vorderrohr einseitig geöffnete Röhre

GrundlagenFormanten - Hinterrohr

Hinterrohr beidseitig geschlossene Röhre

GrundlagenFormanten - Helmholtz-Resonator

Hinterrohr + Verengungsstelle

Grundlagenuneinheitliches Vokaltraktwachstum

Länge des Vokaltraktes eines Kindes oder einer Frau kann nicht mit einem Faktor multipliziert werden um die Vokaltraktlänge eines Mannes zu erreichen

erwachsener Mann: Rachenraum ungefähr so lang wie Mundhöhle

erwachsene Frau: Rachenraum kürzer als Mundhöhle

Grundlagenuneinheitliches Vokaltraktwachstum

Verhältnis Länge des Rachenraumes zu Länge der Mundhöhle bei Kindern 0,5 Erwachsenen Männern 1,1

Kinder haben bei der Geburt einen sehr kurzen Rachen verglichen mit dem Mundraum

TheorieVergleich Kind - Erwachsener

Unterschied zwischen Kind und Erwachsenen

ist bei Formantwerten, die zum

Rachenraum gehören größer als bei

Formanten, die zum Mundraum, gehören

Theorie

Kardinalvokale /i/ /y/ /u/ /a/

kleine Konstriktionsfläche Beziehung zwischen Formant und Mund-/bzw.

Rachenhöhle kann ohne Nebeneffekte untersucht werden

Theorie artikulatorische Konfiguration bei /i/

/i/ (franz. „fit“)

gespreizte Lippen Zunge in einer hohen vorderen Position Konstriktion am vorderen Teil des Palatums

weites hinteres Rohr / Rachenraum enges vorderes Rohr / Mundhöhle

Theorie Akustik bei /i/

Konstellation im Vokaltrakt entspricht Helmholtz-Resonator → F1

F2 = halbe Wellenlänge der Resonanzfrequenz der hinteren Röhre

F3 = halbe Wellenlänge der Resonanzfrequenz der vorderen Röhre

TheorieVergleich Kind – Erwachsener für /i/

F2 steigt beim Kind mehr als F3

Differenz zwischen F2 und F3 kleiner

Theorie artikulatorische Konfiguration bei /y/

/y/ (franz. „fut“)

Zunge in hoher, vorderer Position Lippenrundung

verlängert das vordere Rohr zugehöriger Formant sinkt

TheorieAkustik bei /y/

Lippenrundung = labiale Röhre

Verengung und hintere Röhre bilden Helmholtz-Resonator → F1

Lippen und vorderer Hohlraum bilden Helmholtz-Resonator → F2

F3 = halbe Wellenlänge der Resonanzfrequenz vom hinteren Hohlraum

TheorieVergleich Kind – Erwachsener für /y/

F3 steigt beim Kind mehr als F2

Differenz zwischen F2 und F3 beim Kind größer

Theorie Akustik bei /y/ verglichen mit /i/

2 Möglichkeiten:

1. starke Verlängerung des vorderen Rohres

= Normalfall

→ F2 sinkt → F3 sinkt

2. schwache Verlängerung des vorderen Rohres

→ F2 bleibt gleich

→ F3 sinkt

Theorie artikulatorische Konfiguration und Akustik bei /u/

/u/ (franz. „fou“)

Lippenrundung = labiale Röhre hinteres Rohr und Verengungsstelle bilden

Helmholtz-Resonator → F1 vorderes Rohr und labiale Röhre bilden

Helmholtz-Resonator → F2

TheorieVergleich Kind – Erwachsener für /u/

alle Formanten steigen

Abstände zwischen F1 und F2 bleiben gleich

Grund: zwei Helmholtz-Resonatoren nicht nur Länge des Rohres sondern auch die

Querschnittsfläche spielt eine Rolle

Theorie Akustik bei /a/

offenes /a/ (franz „fa“)

Einteilung in zwei Hohlräume schlecht möglich

TheorieVergleich Kind – Erwachsener für /a/

Erwartungen von Ménard

F2 steigt beim Kind stark

F1 und F3 steigen weniger

Abstand zwischen F1 und F2 beim Kind viel größer

Theorie Vergleich Kind - Erwachsener

Unterschied bei Frequenzen, die vom Rachenraum abhängen größer als bei Frequenzen, die vom Mundraum abhängen

/i, y, a/ stärker vom uneinheitlichen Vokaltraktwachstum beeinflusst wie /u/

Theorie

erwachsener Mann: gepunktete Linie Kind: durchgezogene Linie B = hintere Röhre / F = vordere Röhre / H = Helmholtz-

Resonator

Studie von Ménard et al.

Experiment 1: Produktion von natürlichen Vokalen

Experiment 2: VLAM Artikulationsmodell

Experiment 1Produktion von natürlichen Vokalen

Versuchspersonen

3 Gruppen: 4-jährige: 5 Mädchen – Ø 3,9 8-jährige: 5 Mädchen – Ø 8,1 erwachsene: 4 Frauen, 1 Mann – Ø 24,6

Canadisch-Französisch Muttersprachler

Experiment 1Produktion von natürlichen Vokalen

Auswahl der Versuchspersonen

Gespräch mit Versuchsleiter und Sprachpathologen

20dB-Hörtest

bei Kindern: Entwicklungstest

Experiment 1Produktion von natürlichen Vokalen

Sprachmaterial

10 französische Vokale: /i, y, u, e, ø, o, ε, œ, , a/ jeweils 10 mal wiederholt Trägersatz: “V comme WORD” WORD, jeweiliger Vokal in wortinitialer Position nur V wurde verwendet Versuchsperson hört sich Äußerung zuerst gesprochen

von einem erwachsenen Sprecher an

Experiment 1Produktion von natürlichen Vokalen

Akustische Analyse

F1, F2 und F3 jedes Vokals mit Praat extrahiert

Stichproben manuell nachgemessen – Abweichung gering

Ergebnisse wurden in Barkskala umgewandelt

Experiment 2VLAM Modell

VLAM = variable linear articulatory model

bildet 2-dimensionale Abbildung des mittleren Querschnittes des Kopfes

bildet die zugehörige Area-Funktion, aus der die Frequenzen der Formanten und das Sprachsignal berechnet werden können

Experiment 2VLAM Modell

7 Parameter: Rundung / Hervorstehen der Lippen Lippenöffnung Bewegung des Zungenkörpers Bewegung des Zungenrückens Bewegung der Zungenspitze Position des Kiefers Kehlkopfhöhe

Experiment 2VLAM Modell

Länge des Mundraumes, Rachenraumes und Verengungsstelle können getrennt eingestellt werden

Zunge wächst proportional zum Palatum

Vokaltraktform kann nach Alter in Monaten eingestellt werden

Experiment 2VLAM Modell

VLAM wurde anhand der Daten von

Goldstein (1980) kalibriert F0-Werte wurden anhand der Daten von

Beck (1997) ausgewählt Vokaltraktlängen und Länge der Röhren

stimmen mit MRI-Messungen überein von VLAM erzeugte Frequenzen wurden mit

reellen Daten verglichen - Übereinstimmung

Experiment 2VLAM Modell

Modell wurde auf 3 Wachstumsstufen eingestellt:

4-jähriges Kind 8-jähriges Kind 21-jähriger erwachsener Mann (= voll entwickelt)

Werte der Grundfrequenz 4-jähriges Kind: 300Hz 8-jähriges Kind: 270Hz erwachsener Mann: 110Hz

Experiment 2VLAM Modell

Verhältnis der vorderen zur hinteren Röhre: 4-jähriges Kind: 0,7 8-jähriges Kind: 0,8 erwachsener Mann: 1,1

Vokaltraktlänge: 4-jähriges Kind: 10,67cm 8-jähriges Kind: 12,65cm erwachsener Mann: 17,45cm

Experiment 2VLAM Modell

2 Vokal-Sets: artikulatorische Konstriktion des Erwachsenen

wird auf Vokaltrakt der Kinder übertragen = „articulatory target“

Positionen der Vokale im Vokalraum des Erwachsenen werden im selben Verhältnis auf die Kinder übertragen

= „acoustic target“

Experiment 2VLAM Modell Simulation von 7000 Vokalen pro Altersstufe

grün: 4-jährige rot: 8-

jährige blau: erwachsene

/i/ minimaler F1, maximaler F2 und F3 /y/ minimaler F1 F2 und F3 sehr eng /u/ minimaler F1

F1 und F2 in niedrigster Position

/a/ maximaler F1 F1 und F2 in höchster

Position

Ergebnisse Experiment 1

Ergebnisse Experiment 1

Ergebnisse Experiment 1

Größenunterschiede der Ellipsen signifikant

umso jünger das Kind, umso größer die Ellipsen

kleinere Ellipsen bei vorderen Vokalen

Unterschied zwischen vorderen und hinteren Vokalen signifikant

ErgebnisseExperiment 2

Vokaltrakt eines 4-jährigen * „acoustic target“ ° „articulatory target“

ErgebnisseExperiment 2

durchgezogene Linie natürliche Sprache

gestrichelte Linie „acoustic target“

graue Linie „articulatory target“

Ergebnisse Experiment 2

großer Unterschied zwischen Artikulation des Erwachsenen und des Kindes

Kind passt sich dem „acoustic target“ des Erwachsenen an

verwendet ausgleichende Artikulationsstrategien

Fazit uneinheitliches Vokaltraktwachstum:

Unterschied Kind – Erwachsener bei Formanten die vom Rachenraum beeinflusst werden größer, als bei Formanten , die vom Mundraum beeinflusst werden

→ unterschiedliche Formantmuster, bzw. Abstände zwischen den Formanten

Akustik Erwachsener Vorbild für Kinder

→Kinder verwenden Kompensationsstrategien

Danke

für Ihre Aufmerksamkeit!!!