Was passiert beim Sprechen?

Transkript

1 Was passiert beim Sprechen?

2 supra-laryngales System (Vokaltrakt) Artikulation Kehlkopf (Larynx) sub-glottales System Stimmgebung (Phonation) Atmung (Respiration)

3 Laute, die mit den Lippen gebildet werden: Laute, die mit der Zungenspitze und dem Zungenblatt gebildet werden: Laute, die mit dem Zungenrücken gebildet werden: labial [p, b, m, v, f, w] coronal [T, D,t, d, s, z, S, Z, ts, ts, dz, ç, n, l, j] dorsal [k, g, x, V]

4 Artikulationsarten Plosive (Stops) oraler Verschluss " Luftstrom wird kurzzeitig gestoppt plosionsartige Lösung Frikative erhebliche Verengung (Luftstrom wird behindert) " Luftstrom erzeugt an der Stelle der Verengung eine Turbulenz (Friktion)

5 Artikulationsarten Affrikata Kombination aus Plosiv und Frikativ Bedingung: gleicher Artikulationsort. " [ks] ist kein Affrikat! Nasale Oraler Verschluss abgesenktes Velum " Luftstrom entweicht durch die Nase

6 Artikulationsarten Approximant Verengung im Oraltrakt, die jedoch nicht so stark ist, dass es an dieser Stelle zur Friktion kommt. Die Luft kann die Verengung relativ ungehindert passieren. Trill Zungenspitze oder Zäpfchen werden durch Luftstrom in eine schnelle, flatternde Bewegung versetzt

7 Vokale Luftstrom fließ ungehindert Stimmbandschwingung (Vokale sind in der Regel immer stimmhaft) Vokale werden beschrieben nach dem Ort der höchsten Zungenposition (front, central, back) der Höhe der Zungenposition (high, mid, low) oder dem Öffnungsgrad des Mundes (open, close) Lippenposition (rounded, unrounded)

8 Vokalviereck

9 [t, d] [T, D] [f, v] [p, b]

10 [s, z] [i] [k, g]

11 Larynx (Kehlkopf) Sitz der Stimmbänder (vocal folds) Erzeugung der Tonhöhe (Grundfrequenz - F 0 ) und ihrer harmonischen Vielfachen. Die harmonischen Vielfachen sind ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz. Z.B. Grundfrequenz = 100 Hz; 1. Harmonische = 200 Hz; 2. Harmonische = 300 Hz usw.

12 Oszillogramm Was wird dargestellt? Schallsignal / Sprachsignal Schallwellen: Luftdruckunterschiede, die sich von einer Schallquelle ausgehend im Raum verbreiten. Ausbreitung erfolgt durch Stoßübertragung. Oszillogramm: Darstellung der Veränderung des Schalldrucks (in der Vertikalen) im Verlauf der Zeit (Horizontale).

13 Verdichtung der Moleküle (hoher Druck) entspricht einem positiven Amplitudenwert (Maximum), wenig Druck bzw. Unterdruck entspricht einem negativen Amplitudenwert (Minimum). Periode: Dauer von einem positiven Nulldurchgang bis zum nächsten positiven Nulldurchgang. (Oder: von einem Maximum bis zum nächsten) Ein Oszillogramm macht eine Aussage (Bild) über die Art der Luftdruckunterschiede. z.b. sind die Unterschiede - periodisch? - unregelmäßig? - Amlitude (Lautstärke) groß/klein?

14 Hilfsarbeiter [h I l f s a å8 b ai t å]

15 Aus einem Oszillogramm ist jedoch nicht abzulesen, welche Frequenzen in dem dargestellten Schallereignis enthalten sind. Können jedoch (rechnerisch) daraus abgeleitet werden: Fourier-Transformation

16 Frequenz Allg.: Anzahl der Perioden in einer bestimmten Zeiteinheit; Hz (Hertz) = Anzahl der Perioden pro Sekunde oder 1 F = = Dauer einer Periode 1 t Bsp: Ein Signal hat eine Periodendauer von 0.01 sec. Welcher Frequenz entspricht das?

17 Zurück zur Larynx: Wichtig: Die quasi-periodischen Schwingungen, welche dort erzeugt werden bilden ein komplexes Signal und stehen in harmonischer Beziehung zueinander: Die höheren Frequenzen müssen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz (tiefste Frequenz) sein. Quellenspektrum (Source) A F

18 Das supralaryngale System (Vokaltrakt) Rachen (Pharynx) Mundraum (Oraltrakt) Nasenraum (Nasaltrakt) Hier findet die eigentliche Lautgestaltung statt - durch bestimmte Positionen welche die Artikulatoren einnehmen.

19 Rachen + Oraltrakt haben (abstrakt betrachtet) die Form einer gebogenen Röhre.

20 Exkurs: Resonanzverhalten von Körpern Jeder Körper (z.b. ein Trinkglas, eine Brücke, das Wasser in der Badewanne) hat eine bestimmte Eigenfrequenz. Wenn die Anregungsfrequenz gleich der Eigenfrequenz ist, schwingt das System mit seiner maximalen Amplitude.

21 So wie man das Wasser in der Badewanne zum Schwingen bringen kann, so kann man auch eine Luftsäule in einer Röhre in Schwingung versetzen. Orgelpfeifen Ton der entsteht, wenn man eine (leere) Flasche anbläst. Die Frequenz (Tonhöhe), mit der eine solche Luftsäule schwingt, hängt von der Länge der Röhre ab.

22 Wellenlänge Räumlicher Abstand (in Meter) zwischen 2 Luftdruckmaxima Zur Erinnerung: Periode Zeitlicher Abstand (in Sekunden) zwischen 2 Luftdruckmaxima Es besteht ein Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz: je höher die Frequenz desto kleiner die Wellenlänge

23 Strecke oder Weg (Länge) = Geschwindigkeit Zeit Wellenlänge = Ausbreitungsgeschwindigkeit Periodendauer Hängt ab vom Medium und Temperatur (Konstante): ~ 340 m / s

24 Zurück zur Vorstellung des Vokaltrakts als Röhre stark vereinfacht u. abstrahiert: Eine zylindrische Röhre, die an einer Seite offen (Mundöffnung) und an einer Seite geschlossen (Glottis) ist.

25 Die Wellenlänge, die in eine solche Röhre passt, entspricht 4 der Länge der Röhre. Frage: Mit welcher Frequenz schwingt die Luftsäule in einer einseitig geschlossenen zylindrischen Röhre, die eine Länge von 6 cm hat? Wellenlänge = m = 0.24 m

26 Durch Umformung und Einsetzung der Formel Strecke oder Weg (Länge) = Geschwindigkeit Zeit s = v t ergibt sich s = v 1 / f s = f = v f v s f = 1/t gt = 1/f

27 Also: f = f = v s 340 m/s 0.24 m f 1417 Hz In unserem speziellen Fall (einer Röhre mit der Länge von 6 cm) wäre 1417 Hz die (tiefste) Frequenz, mit der die darin befindliche Luftsäule schwingen würde.

28 Eine weitere Eigenschaft des Resonanzverhaltens ist: Auch alle ungeradzahligen Vielfachen dieser ersten (tiefsten) Resonanzfrequenz können in dieser Röhre erzeugt werden. Bsp.: tiefste Resonanzfrequenz = 500 Hz weitere Frequenzen = 1500 Hz ( 3) = 2500 Hz ( 5) = 3500 Hz ( 7)

29 Wichtig Es muss unterschieden werden zwischen Source- oder Quellenspektrum und Filterspektrum Die durch Stimmbandschwingung erzeugte Grundfrequenz und ihre harmonischen Vielfachen Die Resonanzfrequenzen der Röhre Formanten ( F1, F2, F3, usw.)

30 Im Fall der Spracherzeugung wird das das an der Larynx durch Schwingung der Stimmlippen erzeugte Quellenspektrum (Grundfrequenz und ihre harmonischen Vielfachen) in die darüberliegende Röhre hineingeleitet Je nach dem ob die im Quellenspektrum enthaltenen Frequenzen, den Resonanzfrequenzen der Röhre entsprechen oder nicht entsprechen werden diese gut passieren können oder gedämpft bzw. gefiltert A f

31 Die Resonanzfrequenzen der Röhre - also die Lage der Formanten - sind abhängig von der Form der Röhre. Dadurch, dass sich beim Sprechen durch die Bewegung der Artikulatoren die Form der Röhre ändert, ändern sich mit der Stellung der Artikulatoren zueinander auch die Lage der Formanten. Z.B. Änderung der Zungenposition Absenkung des Velums Lippenrundung (Nasaltrakt als neuer Resonanzraum kommt dazu) (Verlängerung der Röhre)

32 Besonders Vokale sind sehr gut an deren charakteristischen Formantenlagen zu erkennen. Allgemein gilt: F1 ist abhängig von der Gesamtlänge der Röhre: hohe Vokale tiefe Vokale -> niedriges F1 -> hohes F1 F2 wird beeinflusst durch den hinteren Teil der Zunge: vordere Vokale hintere Vokale -> hohes F2 -> niedriges F2

33 Mittlere Formantenwerte von 2 männlichen Sprechern (American English)

34 Spectrum: FFT vowel: [i:] etc. Harmonics

35 Spectrum LPC FFT

36 Hilfsarbeiter Oszillogramm und LPC-Spektrum [I] F1 F2 F3 F4

37 Hilfsarbeiter Oszillogramm und LPC-Spektrum [a] F1 F2 F3 F4

38 Waterfall display

39 Hilfsarbeiter Oszillogramm und Spektrogramm

40 Frage zum Überlegen: Was wäre wenn in der Larynx kein komplexes Signal, sondern nur eine einfache ( einzelne) quasi-periodische Schwingung erzeugt würde?