Welchen Effekt hat uneinheitliches Vokaltraktwachstum auf die Formanten eines Vokals? Hauptseminar: Speaker Characteristics Venice International University Dozent: Prof. Dr. Jonathan Harrington Referentin: Veronika Neumeyer Institut für Phonetik und Sprachverarbeitung Ludwig-Maximilians-Universität München 17. Oktober 2007

Überblick Grundlagen Theorie Studie von Lucie Ménard et al. Fazit Experiment 1 Experiment 2 Ergebnisse Fazit

Grundlagen Mundhöhle und Rachenraum Aufteilung des Mundraumes in drei Bereiche: Mundhöhle Verengungsstelle Rachenraum

Grundlagen Vokaltrakt durchschnittliche Länge des Vokaltraktes bei Neugeborenen: 7,1 cm 4 jährigen Kindern: 10,5 cm Erwachsenen Frau: 14,3 cm Mann: 16 cm

Grundlagen Formanten - Vorderrohr Vorderrohr einseitig geöffnete Röhre

Grundlagen Formanten - Hinterrohr Hinterrohr beidseitig geschlossene Röhre

Grundlagen Formanten - Helmholtz-Resonator Hinterrohr + Verengungsstelle

Grundlagen uneinheitliches 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

Grundlagen uneinheitliches 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

Theorie Vergleich Kind - Erwachsener Unterschied zwischen Kind und Erwachsenen ist bei Formantwerten, die zum Rachenraum gehören größer als bei Formanten, die zum Mundraum, gehören

Theorie Kardinalvokale kleine Konstriktionsfläche /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

Theorie Vergleich 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

Theorie Akustik 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

Theorie Vergleich 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

Theorie Vergleich 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

Theorie Vergleich 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: Experiment 2: Produktion von natürlichen Vokalen Experiment 2: VLAM Artikulationsmodell

Experiment 1 Produktion 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 1 Produktion von natürlichen Vokalen Auswahl der Versuchspersonen Gespräch mit Versuchsleiter und Sprachpathologen 20dB-Hörtest bei Kindern: Entwicklungstest

Experiment 1 Produktion 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 1 Produktion 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 2 VLAM 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 2 VLAM Modell 7 Parameter: Rundung / Hervorstehen der Lippen Lippenöffnung Bewegung des Zungenkörpers Bewegung des Zungenrückens Bewegung der Zungenspitze Position des Kiefers Kehlkopfhöhe

Experiment 2 VLAM 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 2 VLAM 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 2 VLAM 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 2 VLAM 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 2 VLAM 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 2 VLAM 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

Ergebnisse Experiment 2 Vokaltrakt eines 4-jährigen * „acoustic target“ ° „articulatory target“

Ergebnisse Experiment 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!!!