Einführung in die Phonetik und Phonologie

Transkript

1 Einführung in die Phonetik und Phonologie Sitzung 5 Akustische Phonetik Grundlagen Zu lesen: Clark & Yallop, Kap.??, S.??-?? 1

2 Aufgabe von Sitzung 4(1) 1. Transkribieren Sie folgende drei Wörter und zeichnen Sie ihre Artikulogramme nach dem obigen Muster für guten Morgen : Apart spart Bart [ p h a ] [ ] [ ] M. N. S. xxxx xxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx (M. = Mundraum; N. = Nase (Velum); S. = Stimmritze) 2

3 Aufgabe von Sitzung 4(2) 2. Transkribieren Sie das Wort Streikposten und zeichnen Sie das Artikulogramm. S t r ei k p o s t e n [ n ] M. N. S. xxxxxxxxxxx xxxx xxxxxxxxxxx (M. = Mundraum; N. = Nase (Velum); S. = Stimmritze). 3

4 Artikulation Akustik Die Erzeugung der akustisch unterschiedlichen Laute, die für die sprachliche Informationsübertragung nötig sind, beruht auf: 1. unterschiedlichen Arten der Umwandlung kinetischer Energie (Luftstrom) in akustische Energie (Schwingungsformen), 2. der weiteren Modifikation (= Färbung) der erzeugten akustischen Signale. Diese zwei Stufen der akustischen Lautproduktion werden in einem Modell zusammengefasst: Source-Filter Model (Deutsch: Anregung-Filter Modell ) d.h., die Energieumwandlung ist die akustische Anregung und die Modifikation/Färbung ist die Filterung der akustischen Energie. Wir sind für die Klassifikation der Laute immer von der Artikulation ausgegangen. Dahinter liegt aber immer die Annahme, dass die unterschiedlichen artikulatorischen Gesten für die hörbaren Unterschiede verantwortlich sind. D.h., dass unterschiedliche akustische Signale auf unsere Ohren treffen, die eine direkte Folge der Artikulation sind. Die Artikulation wird im Erklärungsmodell in zwei Komponenten aufgeteilt: a) Die Quelle der akustischen Energie (in Reinform) und b) die Umformung (Filterung) dieser Energie, um weitere Unterschiede zu erzeugen. Quelle-Filter Modell (Anregung-Filter Modell) 4

5 Source-Filter Model Die Anregung (Engl. Source ) wird gefiltert (modifiziert), um die verschiedenen Sprachlaute zu erzeugen: Die Resonanzeigenschaften des Vokaltraktes modifiziert das durch Glottisschwingungen erzeugte Signal Die Resonanzeigenschaften verändern sich mit der Form des Vokaltraktes. Oberhalb der Glottis (Lücke zwischen den Stimmbändern) finden wir ein komplexes Hohlraumsystem, durch das alle glottalerzeugte Signale hindurch müssen. Die Luft in einem Hohlraum vibriert mit Frequenzen, die diesem Hohlraum eigen sind (Eigenfrequenzen). (D.h., dass wenn Schwingungen mit der Frequenz der Eigenfrequenzen vorhanden sind, schwingen sie weiter (das sind die Resonanzen), Schwingungen mit anderen Frequenzen werden gedämpft) Der Terminus Filterung deckt sowohl Resonanz als auch Dämpfung ab. Die Resonanzfrequenzen werden durchgelassen, die anderen herausgefiltert. Wenn die Größe und/oder die Form der Hohlräume geändert werden, ändern sich die Filtereigenschaften (auch Übertragungsfunktion genannt).. D.h., unsere Artikulationen verändern die Filtereigenschaften des Vokaltraktes (auch Ansatzrohr genannt).. 5

6 Unterschiedliche Zungenformen verändern die Hohlräume und somit die Resonanzen, z.b.: Großer hinterer Hohlraum kleiner vorderer Hohlraum Kleiner hinterer Hohlraum großer vorderer Hohlraum Zungenform und Lippenpositionen für Vokale Hier eine Illustration der Filterveränderung, die durch Zungenform- und positionsveränderung bei Vokalen stattfindet. Die beiden Extrempositionen der Zunge: Vorne + geschlossen für /i:/ lässt den hinteren Hohlraum (Rachenraum und hinterer Mundraum) sehr groß. Hinten und offen für / / verengt den Rachenraum und macht den vorderen Mundraum sehr groß. 6

7 Hohlräume und Vokalqualität Zweiter Formant (Hz) Hier werden die Werte des ersten und des zweiten Formanten (F1 & F2) im Verhältnis einerseits zum Pharynx und zum oralen Hohlraum, Erster Formant (Hz) Hier werden die Relationen zwischen den beiden Hohlräumen, Pharynx (Rachenraum) und Mundraum, im Schema verdeutlicht. Nota bene, dass das Schema dasselbe ist, das wir für die Kategorisierung der Vokale kennengelernt haben. Die Hz-werte auf den beiden Achsen geben die Werte für die ersten beiden Resonanzen wieder (die in der Phonetik die Formanten genannte werden). (aus Borden, Harris and Raphael: Speech Science Primer, S. 108). 7

8 Hohlräume und Vokalqualität Zweiter Formant (Hz) Erster Formant (Hz) Hier werden die Werte des ersten und des zweiten Formanten (F1 & F2) im Verhältnis einerseits zum Pharynx und zum oralen Hohlraum, andererseits zur Zungenhöhe und Zungenposition. Die traditionellen artikulatorischen Angaben zur Klassifizierung der Vokale (Öffnungsgrad, Zungenposition (und Lippenform) sind einfach die Kehrseite der Form der Hohlräume. Die Hohlräume resultieren natürlich von dr Position der Artikulatoren. 8

9 Wie kann man sich Formantwerte merken? freq. F2 Gerundete, vorgestülpte Lippen verlängern den oralen Hohlraum und senken F2. F1 F2 F1 Wenn wir die ersten beiden Resonanzen (Formanten) für die Vokale von [i] bis [u] der Reihe nach darstellen, dann entsteht ein leicht zu merkendes Schema. Die Auswirkung der Lippenrundung bei den Vordervokalen (die im Deutschen sowohl ungerundet als auch gerundet sein können) ist eine Senkung der Formantwerte (am deutlichsten bei den höheren Formanten zu erkennen). Dieser Effekt ist direkt aus der Tatsache zu erklären, dass bei Rundung die Lippen vorgestülpt werden. Dadurch verlängert sich der Vokaltrakt (er wird größer) und die Eigenfrequenzen sind tiefer. 9

10 Deutsche Vokale (nach Neppert & Petursson) Das akustische Vokaldiagramm sieht etwas anders aus als das artikulatorische Schema der IPA (aus Neppert & Petursson: Akustische Phonetik). Das kommt zum einen durch die Senkung von F2 bei den gerundeten Vorderzungenvokalen (im artikulatorisch basierten IPA-Diagramm werden [i] und [y] direkt nebeneinander dargestellt, weil man die Zungelage nicht verändert). Zum anderen sieht man, dass das deutsche System ein Dreieckssystem ist: Die beiden A-Vokale sind zentral und offen (auch wenn hier Neppert und Petursson das Zeichen des Vordervokals [ ] für das kurze / / und das Zeichen des hinteren IPA-Vokals [ ]für das lange /.) 10

11 Die Vokalqualität ist von der Tonhöhe der Stimme unabhängig Anregung (Stimmlippen) 100Hz 150Hz 200Hz Filter (Resonator) Output (Vokal) Hier sehen wir drei verschiedene glottale Anregungsfrequenzen, (F0) die alle dasgleiche Resonanzspektrum haben (in diesem Fall Vokal [i]) Die Unabhängigkeit gilt innerhalb eines Sprechers. Zwischen Vokaltraktgröße und F0 bei Kindern, Frauen und Männern besteht eine Abhängigkeit Hier wird die Unabhängigkeit der Vokalqualität von der Frequenz der Quelle (Höhe der Stimme) illustriert. (aus Borden, Harris & Raphael, Speech Science Primer, S. 103). Die Harmonischen (Obertöne) der Stimmanregung variieren mit der Stimmtonhöhe (physikalisch die Grundfrequenz), weil sie immer ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind. Die Form der Hohlräume sind aber (logischerweise dadurch nicht beeinflusst. D.h., die Resonanzen bleiben diegleichen. (N.B.: Der Vokaltrakt für das [i] ist nicht sehr gut gezeichnet, weil die Zunge zu nahe an die Alveolen (an den Zahndamm) heranreicht. Sie müsste für [i] eher in die Wölbung des harten Gaumens hineinpassen, d.h., etwas weiter hinten liegen.) 11

12 Nasale mit komplexem Resonator Pharynx + Nasaltrakt = Hauptresonator; Oraltrakt = Nebenresonator Nasaltrakt Resonator Nasenausgang Oraltrakt Resonator Mundausgang Pharynx- Resonator Glottis Zungen- oder Lippenverschluss Für nasale Laute kommt ein zusätzlicher Resonater hinzu. Das Velum ist gesenkt und die Luft im Nasenraum schwingt mit. Wenn wir nasale Konsonanten haben, ist der orale Raum blockiert und dient nunmehr als Nebenresonator. Je nachdem wo der orale Raum abgeblockt wird (an den Lippen für [m], and den Alveolaen für [n] und am weichen Gaumen für [ ]) ist der Nebenresonator größer oder kleiner. Dies ändert nichts an den Hauptresonatoren, außer dass der Nebenresonator mehr oder weniger stört. 12

13 Sind / / unterschiedlich? Kaum! Der Hauptresonator bleibt konstant; die Nebenresonatoren variieren (dies wirkt sich ein wenig auf die Stärke der Resonanzen aus). Engl. pin Tim King Diese unterschiedlichen Störeffekte sind recht gut in diesem Beispiel (aus Clark & Yallop, An Introduction to Phonetics and Phonology). 13

14 Frikative Frikative entstehen durch Turbulenz an einer Verengung (Quelle). Die Färbung des Rauschens wird durch die Resonanzeigenschaften des vorderen Hohlraums bestimmt: Je kleiner desto höher die Frequenzdes Rauschens Verengung Hinterer Hohlraum Vorderer Hohlraum Luftstrom Glottis Lippen Quelle der Turbulenz Modell für Frikativproduktion Frikative brauchen Turbulenz im Luftstrom (als Rauschen wahrnehmbar). Die Turbulenz wird durch eine Verengung erzeugt. Je nachdem ob die Verengung weiter vorne im Mund oder weiter hinten ist, variiert die Größe des Hohlraums (= Filters). Bei [s] zum Beispiel ist der Hohlraum nach der Verengung recht klein und die Resonanzen deshalb hochfrequentig. Bei [x] (in ach ) ist die Verengung am Velum und der Hohlraum danach ist viel größer als für [s] (siehe Beispiele in späteren Folien) Bei /h/ ist die Verengung an der Glottis, so dass der Resonanzraum mit dem des folgenden Vokals identisch ist. (Deshalb die Aussage, dass ein /h/ eigentlich ein stimmloser Vokal ist). 14

15 Sibilanten Frikative mit zusätzlichem Rauschen durch Turbulenz an den Zähnen = Sibilanten: / / Verengung Hinterer Hohlraum Vorderer Hohlraum Luftstrom Hindernis (Zähne) primäre Quelle der Turbulenz Quelle sekundärer Turbulenz Modell für Sibilantenproduktion Die [ ] und [ ] Laute werden auch Sibilanten genannt (vom Griechischen für zischen, deshalb auch Zischlaute im deutschen). Es ist auch artikulatorisch gerechtfertigt, sie von den anderen Frikativen getrennt zu kategorisieren, weil sie sich durch einen zweiten Turbulenzerzeuger auszeichnen. Der Luftstrom wird auf die unteren Schneidezähne gerichtet. 15

16 [ ] [ ] [ ] Sprecher 1 [ ] Sprecher 2 Sibilanten ohne Zähne! Wenn die Zähne fehlen, sehen (klingen) Sibilanten ganz anders ([ ] leidet weniger) Durchgezogene Linie = mit Zähnen; gestrichelte Linie = ohne Zähne. (schraffiert = überlappende Energieverteilung) [ ] [ ] Die Auswirkung des zweiten Turbulenzerzeugers wird hier in den Kontrasten der Spektra mit und ohne Zähne gezeigt. 16

17 Other fricatives Frikative ohne zusätzliche Turbulenz: (labio-)dentale [ ]; palatale [ ]; velare [ ]; uvulare [ ]; pharyngeale und glottale [ ]. Von der (labio-)dentalen Verengung (fast ohne Resonator) bis zur glottalen Verengung (mit dem ganzen Vokaltrakt als Resonator) wird der Resonator größer. Dies hat tiefer-frequentigen Resonanzen zur Folge. 17

18 Other fricatives 2 sibilants Die frühere Aussage, dass die Frikative weiter vorne höherfrequente Energie aufweisen als Frikative weiter hinten im Mund wird hier in etwas differenzierter Form dargestellt. Die [f] und [ ] Laute haben recht schwache und fast flache Spektren, weil eigentlich überhaupt kein Resonator (Hohlraum) nach der Verengung kommt. (nur unten sieht man, dass es noch schwächer ist). Die beiden Sibilanten sind sehr Friktionsstark und [ ] hat tiefere Energiekomponenten als [s]. Obwohl weiter zurück im Mund liegt die Hauptenergie für [ ] höher als für [ ]. Dies ist zum Teil wegen der Lippenrundung, die [ ] häufig begleitet und z.t. wegen des gehobenen Zungenblatts, das den Hohlraum nach der Verengung vergrößert. Der Schwerpunkt für [x] liegt tiefer als für [ ]. Aber wir sehen auch, dass die Resonanzen eher formantartig sind, weil der Hohlraum mehr vom Vokaltrakt benutzt. Dies wird für den pharyngalen Frikativ [ ] und für den glottalen [h] noch ausgeprägter. 18

19 Plosive: akustische Unterschiede [ ] [ ] [ ] 1. Verschlussdauer? 2. Stimme im Verschluss? 3. Lösungsenergie? 4. Formanttransitionen? Die Plosive sind artikulatorisch a) durch den Verschluss (keine akustische Energie oder nur die Stimmhaftigkeit von den schwingenden Stimmlippen, weil der Vokaltrakt ist als potentieller Resonator blockiert), b) durch die Lösung (akustisch als Impuls und Rauschenergie an verschiedenen Artikulationsstellen) charakterisiert. Durch die Bewegung Artikulatoren von der Verschlussposition zu der folgenden Vokal (bzw. vom vorhergehenden Vokal zum Verschluss) verändern sich die Resonanzeigenschften des Vokaltraktes und es zeigen sich Veränderungen in den Formanten am Ende des vorhergehenden und am Anfang des folgenden Voakls. Diese Formantveränderungen nennt man Transitionen und die Transitionen des zweiten Formanten (F2-Transitionen) sind für die Artikulationsstelle des Konsonanten kennzeichnend. Für [p] und [b] fällt F2 vom Vokal in den Verschluss hinab und steigt aus dem Verschluss in den Vokal (hier leider nicht so gut zu erkennen). Unterschiede zwischen den stimmhaften und den stimmlosen Plosiven zeigen sich in der Stimmlippenaktivitätbei den stimmhaften während des Verschlusses, in der Dauer des Verschlusses (weil die stimmlosen häufig mit mehr Energie produziert werden, d.h., länger geschlossen gehalten werden) und in der Stärke des Lösungsimpulses (stärker bei stimmlosen). 19

20 Plosives: acoustic differences 2 [ ] [ ] [ ] 1. Verschlussdauer? 2. Stimme im Verschluss? 3. Lösungsenergie? 4. Formanttransitionen? Bei den Alveolaren Plosiven zeigt sich die vom Verschluss in den Vokal ([a]) abfallenden F2-Transitionen (der Anstieg aus dem vorhergehenden [a] in den Verschluss hinein ist hier nicht so deutlich zu erkennen.) 20

21 Plosives: acoustic differences 3 [ ] [ ] [ ] 1. Verschlussdauer? 2. Stimme im Verschluss? 3. Lösungsenergie? 4. Formanttransitionen? Bei den velaren Plosiven sind die konvergierenden F2 und F3 Transitionen ein klares Kennzeichen d Artikulationsstelle. 21