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Christine Mooshammer (IPDS Kiel) & Christian Geng (ZAS Berlin) 25. April 2007 Vokalreduktion im Deutschen Christine Mooshammer Institut für Phonetik und digitale Sprachverarbeitung Universität Kiel Christian Geng Zentrum für Allgemeine Sprachwissenschaft, Typologie und Universalienforschung GWZ Berlin

Christine Mooshammer (IPDS Kiel)& Christian Geng (ZAS Berlin)25. April 2007 Vokalreduktion im Deutschen Christine Mooshammer Institut für Phonetik und

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Vokalreduktion im Deutschen

Christine MooshammerInstitut für Phonetik und

digitale Sprachverarbeitung

Universität Kiel

Christian GengZentrum für Allgemeine

Sprachwissenschaft, Typologie und

UniversalienforschungGWZ Berlin

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Christine Mooshammer (IPDS Kiel) & Christian Geng (ZAS Berlin) 25. April 2007

Überblick

1. Vokalreduktion in den Sprachen der Welt- Phonetik- Phonologie

2. Vokalreduktion im Deutschen- Artikulatorische Ergebnisse- Akustische Ergebnisse- Evaluierung

3. Diskussion

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1. Vokalreduktion: phonetisch

Phonetische Vokalreduktion (z.B. bei schnellem Sprechen oder Deakzentuierung):Lindblom 1963: Target undershoot

• Vokale werden verkürztZwei Möglichkeiten:1.schnellere Artikulationsbewegungen erhöhter Aufwand2. Reduktion der Öffnungs- und

Schließ-bewegung Vokalziel wird nicht erreicht und

liegt näher am Konsonantenverstärkte KoartikulationVermeidung von erhöhtem

artikulatorischem Aufwand

Zeit

Zung

ensp

itzen

bew

egun

g

Wortbetont

V

Cini Cfin

Zeit

Zung

ensp

itzen

bew

egun

g

Unbetont: target undershoot

V

Cini Cfin

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1. Vokalreduktion: phonologisch

• Target undershoot spielt eine Rolle bei – Sprechgeschwindigkeit– Sprechstil– Wortakzent

• Vokalreduktion als gradueller phonetischer Prozess• phonologisch: in vielen Sprachen kommt es zu

Neutralisationen• Welchen Regularitäten unterliegen die

Reduktionsmuster in den Sprachen der Welt? (Flemming, Crosswhite, Barnes, Padgett & Tabain...)

• Beispiel Russisch:betont: /i, e, a, o, u/unbetont: /i, , u/

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1. Vokalreduktion: phonologisch

• Beispiel Katalanisch: Wortbetonte vordere Vokale– /e/: cec blind– //: sec trocken– /a/: sac Sack

werden zu // in wortunbetonter Position – //: ceguet kleine blinde

Person– //: secar trocknen– //: saquet Säckchen

Wortbetonte hintere Vokale– //: sord taub– /o/: sol Sonne

werden zu /u/ in wortunbetonter Position – /u/: sordesa Taubheit– /u/: solet Sönnchen

aus Herrick 2003

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1. Vokalreduktion: phonologisch

Betont:

(nach Padgett & Tabain 2004)

Unbetont mit Neutralisation

Unbetont ohne Neutralisation

i u

a

e o

i u

a =

i u

ae o

1. Hohe Vokale

verändern sich kaum.

2. Der „Boden“ wird

angehoben. Schrumpfung

des Vokalraums.

3. Vertikale Richtung ist

stärker betroffen als die

horizontale.

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1. Vokalreduktion: phonologisch

Erklärungen für diese Muster:- durch Vokalkürzung kommt es zu Target

undershoot phonetischer Determinismus: alle Sprachen mit

ähnlichem Vokalsystem müssten auch ein ähnliches Reduktionsmuster zeigen.

1. Flemming (2004, submitted):– Optimalitätstheoretischer Ansatz– Beschränkungen:

• Maximierung der Distinktivität von Kontrasten• Maximierung der Anzahl der Kontraste• Minimierung des artikulatorischen Aufwands

– Unterschiede ergeben sich aus sprachspezifischen Festlegungen

• der minimalen Distanz• der Beschränkungsreihenfolge

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1. Vokalreduktion: phonologisch• Spezifikation von

MINDIST (Minimale Distanz zwischen Vokalen in einer nicht näher spezifizierten auditorischen Skala)

• Ranking von MAXIMISE CONTRASTS(maximiere die Anzahl der Kontraste)

• *SHORT LOW V (vermeide artikulatorischen Aufwand)

spielt keine Rolle bei betonten Vokalen

Phonetisch fragwürdig

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1. Vokalreduktion: phonologisch1. Flemming (2004, submitted)

2. Crosswhite (2001, 2004): prominence alignment1. Vokale unterscheiden sich inhärent durch ihre

Prominenz 2. Segmentelle Prominenz ist durch die Kieferposition und

die Dauer spezifiziert: • a>e/o>i/u • ≈ Sonorität

3. Prominente Segmente werden in unbetonter Position vermieden

Vokalreduktion durch Target undershoot Anpassung der segmentellen Prominenz an die

prosodische Prominenz

Weiteres Reduktionsmuster: - nur die Eckvokale bleiben übrig- z.B. Weissrussisch: /e, o/ werden zu /a/ in unbetonter

Position- Contrast enhancement: Vermeidung von perzeptuell

schwierig unterscheidbaren Vokalqualitäten in prosodisch schwachen Positionen

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2. Eigene Untersuchung: Fragestellungen

Bisher: Argumentation basiert bisher auf impressionistischen Daten und einigen wenigen perzeptiven und akustischen Studien

Ziel 1: ArtikulatorischeArtikulatorische Untersuchung zum Wortakzent

Ungespannte Vokale sind relativ unkomprimierbar und undehnbar. Target undershoot basiert aber auf Kürzung

Ziel 2: Untersuchung der ungespannten Vokale

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2. Eigene Untersuchung: Dank Kooperation mit

Susanne Fuchs (Berlin)Mooshammer, C.; Fuchs S. (2002). Stress distinction in

German: Simulating kinematic parameters of tongue tip gestures. Journal of Phonetics 30, 337-355.

Phil Hoole (München)Hoole, P.; C. Mooshammer. (2002). Articulatory analysis

of the German vowel system. In: P. Auer, P. Gilles & H. Spiekermann (eds.), Silbenschnitt und Tonakzente. Niemeyer, Tübingen, pp. 129-152.

Christian Geng (Berlin)Mooshammer, C. & Geng, C. (accepted). Acoustic and

articulatory manifestations of vowel reduction in German. Journal of the International Phonetic Association.

Geng, C. & Mooshammer C. (submitted). How to stretch and shrink vowel systems: Results from a speaker normalization. Journal of the Acoustical Society of America.

Jörg Dreyer (Techniker)

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2. Eigene Untersuchung: Experiment

• EMMA Studie4 Sensoren auf der Zunge + Kiefer, Oberlippe

• 7 Sprecher des Deutschen 2 weiblich W1, W25 männlich M1-M5

• 15 Vollvokale des Deutschenbetont: /V/unbetont: /V/

• Trägersatz: “Ich habe tVter nicht tVtal gesagt.”

• 8 Wiederholungen

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2. Eigene Untersuchung: Dauern

[+S] [-S] [+S] [-S]

Vokaldauer

0

20

40

60

80

100

120

140 gespannt betontgespannt unbetontungespannt betontungespannt unbetont

gespannt ungespannt

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2. Eigene Untersuchung: Sprecherspezifische Unterschiede

-5

0

5

10

15

20

25 W1 /tit/

10 20 30 40 50 60

M4 /tut/

front [mm] back10 20 30 40 50 60

-5

0

5

10

15

20

25 W1 /tut/

front [mm] back

M4 /tit/

W1 stressedW1 unstressedM4 stressedM4 unstressed

Zungenpositionen während der akustischen Vokalmitte

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2. Eigene Untersuchung: Sprechernormalisierung

Generalized Procrustes Analysis (Rohlfs & Slice 1990)

• Die einfachste Form der Procrustes Analyse besteht aus drei Schritten:

– Zentrierung– Skalierung mit einem konstanten Faktor– Rotation

Konsensus-Objekt (sprecherunabhängig)

rekonstruierte SprecherdatenEingabedaten:

Formantkarten in der Vokalmitte (F1 F2 x 15 Vokale x 2 Betonungsbed. x 7 Spr.)

Zungenkonfigurationen in der Vokalmitte(4 Sensoren x 2 Dim. x 15 Vokale x 2 Betonungsbed. x 7 Spr.)

Gaumenkonturen (14 Messpunkte x 2 Dim. x 7 Sprecher)

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2. Eigene Untersuchung: Procrustes-Normalisierung der Gaumenkonturen

10 20 30 40 50

-10

0

10

20

30

Rohgaumen

10 20 30 40 50

-10

0

10

20

30

Procrustes Gaumen

W1M4Consensus

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2. Eigene Untersuchung: Zungenpositionen

Gespannte Vokale:/i/: kaum Einfluss/u, o/: Vorverlagerung +

Anhebung der Zungenspitze

/a/: Anhebung der Zungebei unbetonten Vokalen

-10

0

10

20 i tense

-10

0

10

20 u tense

-10

0

10

20 o tense

20 40 60

-10

0

10

20 a tense

front [mm] back

s tres s eduns tres s ed

Ungespannte Vokale:bei allen Vokalen ist die

gesamte Zungen-konfiguration erhöht

verstärkte Koartikulation mit Kontext (/tVt/)

-10

0

10

20 i tense

-10

0

10

20i lax

-10

0

10

20 u tense

-10

0

10

20u lax

-10

0

10

20 o tense

-10

0

10

20o lax

s tres s eduns tres s ed

20 40 60

-10

0

10

20 a tense

front [mm] back20 40 60

-10

0

10

20a lax

front [mm] back

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2. Eigene Untersuchung: „Schrumpfung“

20 25

0

5

10

T1

30 35

T2

40 45

T3

50 55

0

5

10

T4

20 25 30

-5

0

5

10

15

20

T130 40

T240 45 50

T350 55 60

-5

0

5

10

15

20

T4

Zungenspitze Zungenrücken

24% 29% 34% 43%

Gespannte Vokale:

• Reduktion in beide Richtungen

• Mehr Reduktion am Zungenspitzensensor

Starke temporale und räumliche Reduktion

34%

71% 75% 85% 91%Ungespannte Vokale:

• Anhebung und Vorverlagerung des „Vokalraumes“ als Ganzes

kaum temporale Reduktion und räumliche Schrumpfung

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2. Eigene Untersuchung: Diskrepanz zu Phonologie (bzw. Akustik)

• Formantkarten: – ähnliche Reduktionen bei

gespannt und ungespannt– Zentralisierung in

horizontaler Richtung– Reduktion relativ gleichförmig

in beide Richtungen

Keine direkte (simple) Beziehung zwischen Akustik und Artikulation

Anhebung der Zungenspitze bewirkt Zentralisierung von F2 1000150020002500

200

400

600

800

F2 [Hz]F1

[Hz]

Lax vowels

1000150020002500

200

400

600

800

F2 [Hz]

F1 [H

z]

Tense vowels

73%

64%

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2. Eigene Untersuchung: Evaluierung der Methode

• Scatter reduction– Lobanov: 47 % der

Rohdatenvariabilität– Procrustes: 15 % der

Rohdatenvariabilität

1000150020002500

200

300

400

500

600

700

800

F2 [Hz]

F1

[Hz]

Raw dataProcrustesLobanov

• Diskriminierungs-leistung– mittels linearer

Diskriminanzanalyse– Prozent korrekt

klassifizierter Vokale

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3. Zusammenfassung1. Die ungespannten Vokale werden trotz ihrer

Inkompressibilität in unbetonter Position räumlich reduziert.

2. Schrumpfung des ‚Vokalraumes‘ hängt von der Vokalkürzung ab.

3. Die Reduktionsrichtung hängt nicht von phonologischen Merkmalen wie Vokalhöhe oder vorne-hinten ab, sondern

- hauptsächlich von der Lage und Entfernung des Vokals zum konsonantischen Artikulationsort.

- DAC: degree of articulatory constraint- palataler Plosiv vs. laryngaler Frikativ- /i/ vs. /a/ Untersuchungen mit weiteren Kontexten (z.B. pharyngal)

4. Weiterhin ungelöst: warum unterscheiden sich Sprachen wie Englisch vs. Deutsch vs. Russisch so stark in ihren Neutralisationsmustern?

- nicht: Größe des Vokalinventars- vielleicht: Quantität? und/oder Realisierung des

Wortakzents?

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3. Ausblick• Phonetische Modellierung bzw. artikulatorische

Synthese– generell stärkere Überlappung von Öffnungs- und

Verschließgeste impliziert auch eine kürzere Dauerpasst nicht zu ungespannten Vokalen– besser: Unterschiedlich schnelle Relaxierung der

am Kontext beteiligten Muskeln, z.B. longitudinalis superior für /t/

• während betonter Vokale: kaum Muskelaktivität von am Vokal unbeteiligten Muskeln

• während unbetonter Vokale: Restaktivität vom am Kontext beteiligten Muskeln

erhöhter Aufwand in wortbetonten Silben beruht auf schnellerer Muskelaktivierung und –relaxierung für die benachbarten Laute

plausibler als Crosswhites „prominence avoidance“

Integrierbar in Zungenmodelle wie GEPPETO (ICP Grenoble, Payan & Perrier)

Zeit

Zu

ng

en

sp

itz

e

Abschneiden: unbetont

|

|

|

|

/t/

Vokal

/t/

CV VC

Zeit

Mu

sk

ela

kti

vit

ät

Vokal

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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2. Vowel quality: Formants

• F1 increases with greater global vocal effort and with lower degrees of prominence ( sonority expansion)

• /e/ in unstressed syllables is centralized (= F2 lowering) but still distinct from // (6)

(except for /e/ in Senat of speaker DP from Berlin)

loudF.s

U.s

F.wU.w

6

soft

2200 2000 1800 1600 1400

45

04

00

35

03

00

25

0

Lena - Lenor

F2

F1

[+S,+F]

loudF.s

U.s6

F.w

U.w

soft

2200 2000 1800 1600 1400

45

04

00

35

03

00

25

0

Sehnen - Senat

F2

F1