Die extrinsische und intrinsische Vokalnormalisierung

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1 Die extrinsische und intrinsische Vokalnormalisierung Welche Beweise gibt es, dass Vokal-Normalisierung extrinsisch ist? Hauptseminar: Phonetische Modelle des Spracherwerbs Dozent: Prof. Dr. Jonathan Harrington Referentin: Veronika Neumeyer Institut für Phonetik und Sprachverarbeitung Ludwig-Maximilians-Universität München 5.Juni 2007

2 Problematik im Alltag cat gesprochen von einer Frau und einem Mann im Sonagramm unterschiedliche Formantfrequenzen Warum wird das Wort trotzdem richtig identifiziert???

3 Problematik in der Phonetik Vokale gesprochen von Frauen, Männern und Kindern unterschiedliche Frequenzen bei F1 und F2 Wie werden die Vokale trotzdem richtig identifiziert??? Peterson & Barney, 1952

4 ÜBERBLICK Grundfrage Begriffserklärungen Experimente Überblick Experimente mit Kontext Experimente mit F0 Experimente mit Algorithmen Vergleich verschiedener Vokal-Normalisations- Methoden Fazit

5 Grundfrage Welche Beweise gibt es, dass Vokal-Normalisierung extrinsisch ist?

6 Begriffserklärung Normalisierung Einordnung eines Vokals in eine bei dem Hörer bereits angelegte Vokalnorm Herausfiltern von Variationen aufgrund von anatomischen Unterschieden von Sprechern Problem: Ausmaß der Unterschiede zwischen Sprechern abhängig von der Vokalkategorie

7 Begriffserklärung intrinsisch ausreichende Information zur Vokalidentifikation im spektralen Muster des Vokals z.b. das Verhältnis der Formanten zueinander sprecherunabhängige Strategie - außer dem Vokal selbst wir keine Information benötigt

8 Begriffserklärung extrinsisch Basis für die Identifikation unklarer Vokale: Informationen über die Größe, Alter und Geschlecht des Sprechers in der laufenden Aussage sprecherabhängige Strategie - außer dem Vokal wird noch weitere Information benötigt

9 Begriffserklärung extrinsisch Analyse der durchschnittlichen Formantwerte eines Sprechers Hörer legt intern Kategorien von Vokalen dieses Sprechers an Festlegung der Grenzen des Referenzbereiches durch die point vowels /a,i,u/ Vokale des Sprechers werden in die Kategorien eingeordnet

10 Experimente 1. Experimente mit Kontext 3. Experimente mit F0 5. Experimente mit Algorithmen

11 Experimente mit Kontext Ladefoged & Broadbent (1957) Wahrnehmung des synthetisierten Testworts abhängig von der vorausgehenden synthetisierten Phrase F1 in der vorausgehenden Phrase nach unten verschoben /bit/ /bεt/ F1 in der vorausgehenden Phrase nach oben verschoben /bæt/ /bεt/

12 Experimente mit Kontext Dechovitz (1977) Mann und Junge sprechen mit der selben Betonung, Geschwindigkeit und Grundfrequenz unterschiedliche Formantfrequenzen /bvt/-silbe eines Mannes in einen Satz eines 9-jährigen Jungen eingefügt Vokalwahrnehmung verändert sich

13 Experimente mit Kontext Assmann, Nearey &Hogan (1982) Liste von /CVC/-Silben Mixed-Speaker-Test: Sprecher wechselt Blocked-Speaker-Test: ein Sprecher Blocked-Speaker-Test: weniger Fehler bei der Vokalidentifikation

14 Experimente mit Kontext Creelman (1957) Mixed-Speaker-Test: Fehlerfreiheit bei der Worterkennung bei Lärm geringer Summerfield &Haggard (1973) Mixed-Speaker-Test: Reaktionszeit bei der Worterkennung länger

15 Experimente mit Kontext Verbrugge et al. (1976) im Mixed-Speaker-Test werden Silben präsentiert geringe Fehlerrate Vermutung, dass die Silbe genug Information enthält Trotzdem: Ergebnisse beim Blocked- Speaker-Test besser

16 Experimente mit F0 Johnson: Hörer verwendet F0 als Schlüssel zur Identität des Sprechers an F0 kann der Hörer ungefähr anschätzen wie groß der Vokaltrakt des Sprechers ist Abschätzung hilfreich für die Erstellung des Frame of Reference

17 Experimente mit F0 Lehiste & Meltzer (1973) Vokalwahrnehmung schlecht wenn F0 eines Kindes mit den Formantfrequenzen eines Mannes vorgespielt wird umgekehrt noch schlechter Gottfried & Chew (1986) Vokalwahrnehmung schlecht, wenn F0 von einem Kontratenor produziert wird

18 Experimente mit F0 Was passiert bei geflüsterten Lauten ohne F0? Eklund & Traunmüller (1997) Vokalwahrnehmungsexperiment Fehlerrate bei stimmhaften Vokalen: 4,5% Fehlerrate bei geflüsterten Vokalen: 12%

19 Experimente mit F0 Fujisaki & Kawashima (1968) Grundfrequenz beeinflusst Vokalidentität wenn Formantfrequenzen fixiert sind

20 Experimente mit Algorithmen Experimente von Gerstman (1968), Lobanov (1971) und Nearey (1978) basieren auf: F n = ( F n a ) / b F n = Wert des Formant Nummer n F n = normalisierter Wert des selben Formanten a und b sind Konstanten

21 Experimente mit Algorithmen Gerstman (1968) a ist Minimum von F n b ist Intervall von F n Lobanov (1971) Normalverteilung a ist Mittlewert b ist Standartabweichung

22 Experimente mit Algorithmen Nearey (1978) F n = log ( F n ) a a = sprecherabhängige Konstante a = Mittel des Logarithmus von F1 und des Logarithmus von F2 aller Vokale eines Sprechers

23 Experimente mit Algorithmen Miller (1989) dreidimensionaler Normalisationsraum D n ( n = 1,2,3 ) D n = log 10 ( F n ) log 10 ( F n-1 ); ( n = 2,3 ) D 1 = log 10 ( F 1 ) log 10 ( SR ) SR = sensorische Referenz SR = k ( GMf0 / k) GMf0 = geometrische Mitte von allen F0-Werten k = 168Hz

24 Experimente mit Algorithmen Analyse Disner (1980) Vergleich von extrinsischen Normalisationsmethoden mit Vokaldaten aus 6 Sprachen am effektivsten: Nearey (1977) vor allem bei dänisch und holländisch Syrdal (1984) Analyse von 8 Normalisationsmethoden Neareys Methode am besten

25 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden 3 Kriterien Adank, Smits, van Hout (2004) wie effektiv wird: phonemische Information konserviert Information über den regionalen Hintergrund und soziologische Information konserviert anatomische und physiologische Variationen minimiert

26 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden 80 weibliche und 80 männliche professionelle holländische Sprecher Einteilung nach Geschlecht und Herkunftsregion Produktion der neun holländische Vokale /αaεiiouүy/ jeweils 2x Kontext: /svs/

27 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden Sprachmaterial aus soziologischem Interview Vielzahl von Aufgaben Trägersatz mit Silbe in Interview 2x wiederholt unterschiedliche Aufnahmebedingungen z.t. in einem leeren Klassenzimmer z.t. beim Sprecher zu Hause

28 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden

29 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden Ergebnis: am besten: LOBANOV NEAREY1 GERSTMAN die drei schlechtesten waren intrinsische Methoden

30 Vergleich von Vokal- Normalisations-Methoden Fazit der Studie: Vokal-extrinsisch besser wie Vokal-intrinsisch Formant-intrinsisch besser wie Formantextrinsisch beste Lösung: Vokal-extrinisch, Formant-intrinsisch

31 Fazit nicht eindeutig, ob Vokal-Normalisierung extrinsisch oder intrinsisch ist es gibt Beweise für extrinische und für intrinsische Theorien Fazit vieler Studien ist, dass wahrscheinlich beides eine Rolle spielt

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!