An acoustic analysis of Greek fricatives and vowels produced by adults and children

Abstract

Variability in the speech signal is a topic that has been studied by many researchers. Coarticulation relates to variability, as it studies context effects on segmental production. Coarticulation models aim to offer explanations regarding the temporal and spatial characteristics of speech gestures and their interaction. The Degree of Articulatory Constrain (DAC) model of coarticulation accounts for coarticulatory patterns based on the gestural characteristics of different segments. The aim of the current thesis is to examine variability in selected acoustic characteristics of Greek fricatives (duration, amplitude, spectral moments) and vowels (F1, F2, F3, duration and F0), as well as the coarticulatory characteristics of selected fricative-vowel syllable combinations. Variability in fricative production will be investigated and compared, in the productions of female adults, male adults (18-50 years old), female children and male children (8-10 years old). Even though Greek fricative and vowel production by adults has been examined in previous studies, child speech has not been studied extensively and knowledge regarding the developmental characteristics of speech production is limited. Besides, gender differences have not been studied extensively. Additional factors including voicing and stress will also be examined. The current thesis also examines coarticulation, within the framework of the DAC model, as there is limited knowledge on Greek coarticulatory phenomena both in adult and child speech. Speakers’ utterances are compared not only for age but also for gender specific coarticulatory characteristics. The results show that fricative production varies as a function of place of articulation, voicing and context. Gender variability is detected in spectral mean (M1) measurements, while age affects fricative duration, spectral mean (M1) and variance (M2). Findings on vowels reveal that vowel quality, stress and fricative context are the factors that mainly cause variability. Age affects all acoustic characteristics apart from normalised duration, while speaker gender does not affect absolute or normalised duration measurements. Voicing of the preceding fricative also affects vowel quality. Findings on coarticulation reveal that the four groups of speakers share some general coarticulatory patterns. Regarding age and gender differences on fricative to vowel coarticulation effects of the F2onset values, male adults and female children showed context effects on more consonant categories, while for F2mid values, adult vowel productions were more affected by context. Regarding anticipatory coarticulation on fricatives by the following vowel, the four speaker groups showed different effects by vowels on the various fricative categories.

Η μεταβλητότητα του σήματος ομιλίας είναι ένα ζήτημα που έχει μελετηθεί από πολλούς ερευνητές. Η συνάρθρωση σχετίζεται με τη μεταβλητότητα του σήματος, μιας και πρόκειται για την επιρροή των γειτονικών ήχων στην τεμαχιακή παραγωγή. Τα μοντέλα συνάρθρωσης στοχεύουν στην χωροχρονική επεξήγηση της αλληλεπίδρασης των αρθρωτικών κινήσεων. Ένα από αυτά, είναι το μοντέλο συνάρθρωσης “Degree of Articulatory Constrain” (DAC), που επεξηγεί τα μοτίβα συνάρθρωσης βασισμένο στις αρθρωτικές κινήσεις κατά την παραγωγή των διαφορετικών τεμαχίων (ήχων). Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η εξέταση της μεταβλητότητας του ακουστικού σήματος στα ελληνικά τριβόμενα σύμφωνα, στα φωνήεντα και της μεταξύ τους συνάρθρωσης σε επιλεγμένες συλλαβές (τριβόμενο-φωνήεν). Συγκεκριμένα, στα τριβόμενα σύμφωνα θα μελετηθούν η διάρκεια και ένταση των εκφορών αλλά και οι φασματικές ροπές, στα φωνήεντα θα αναλυθούν ο πρώτος, δεύτερος και τρίτος διαμορφωτής, η διάρκεια εκφοράς και η θεμελιώδης συχνότητα και στη συνάρθρωση θα αναλυθεί η επιρροή του τριβόμενου στο φωνήεν που ακολουθεί (μέτρηση του δεύτερου διαμορφωτή σε αρχική και μέση θέση) και το αντίστροφο (μέτρηση της πρώτης στατιστικής ροπής). Η μεταβλητότητα του σήματος θα αναλυθεί και θα συγκριθεί στις εκφορές ενήλικων γυναικών (ηλικίας 18-50 ετών), ενήλικων ανδρών (ηλικίας 18-50 ετών), ανήλικων κοριτσιών και αγοριών (ηλικίας 8-10 ετών). Αν και στην ελληνική γλώσσα η παραγωγή τριβόμενων συμφώνων και φωνηέντων έχει μελετηθεί στο παρελθόν, η ομιλία παιδιών δεν έχει μελετηθεί ιδιαίτερα και οι γνώσεις μας για τα αναπτυξιακά χαρακτηριστικά της παιδικής ομιλίας είναι περιορισμένες, ενώ παράλληλα δεν έχουν μελετηθεί σε βάθος ούτε οι ακουστικές διαφορές στις εκφορές των δύο φύλων. Επιπλέον, θα μελετηθεί η επιρροή παραγόντων όπως η φώνηση και ο τόνος. Η παρούσα διατριβή εξετάζει τη συνάρθρωση σύμφωνα με το μοντέλο DAC, μιας και η σχετική βιβλιογραφία είναι επίσης περιορισμένη. Οι παραγωγές των ομιλητών συγκρίνονται σε επίπεδο φύλου αλλά και ηλικίας για να μελετηθούν ευρήματα σχετικά με τη συνάρθρωση. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η παραγωγή τριβόμενων επηρεάζεται από τη θέση άρθρωσης, τη φώνηση και το φωνητικό περιβάλλον. Ο παράγοντας του φύλου δείχνει να επηρεάζει την πρώτη στατιστική ροπή (M1), ενώ ο παράγοντας της ηλικίας επηρεάζει τη διάρκεια εκφοράς του τριβόμενου συμφώνου, και την πρώτη (M1) και δεύτερη (M2) στατιστική ροπή. Τα ευρήματα στα φωνήεντα δείχνουν ότι η ποιότητα του φωνήεντος, ο τόνος και το προηγηθέν τριβόμενο σύμφωνο είναι οι παράγοντες που κυρίως προκαλούν μεταβλητότητα. Ο παράγοντας της ηλικίας επηρεάζει όλα τα ακουστικά χαρακτηριστικά των φωνηέντων εκτός από την ομαλοποιημένη διάρκεια, ενώ ο παράγοντας του φύλου δεν επηρεάζει τη διάρκεια (ομαλοποιημένη ή μη). Επίσης, η φώνηση στο περιβάλλον του τριβόμενου συμφώνου που προηγείται επηρεάζει το φωνήεν που ακολουθεί. Τα ευρήματα για τη συνάρθρωση δείχνουν ότι τα τέσσερα γκρουπ ομιλητών επιδεικνύουν κάποιες ομοιότητες στα χαρακτηριστικά συνάρθρωσης. Συγκεκριμένα, το τριβόμενο σύμφωνο επηρεάζει τις τιμές στην αρχική θέση του δεύτερου διαμορφωτή του φωνήεντος που το ακολουθεί. Επίσης, τα φωνήεντα των ενήλικων ανδρών και των ανήλικων κοριτσιών επηρεάστηκαν από περισσότερες κατηγορίες τριβόμενων συμφώνων. Σε σχέση με την μέση θέση του δεύτερου διαμορφωτή στα φωνήεντα, οι παραγωγές των ενήλικων ομιλητών (ανδρών και γυναικών) έδειξαν περισσότερες επιρροές από τα σύμφωνα από αυτές των παιδιών. Σχετικά με την επιρροή του φωνήεντος στο προηγηθέν τριβόμενο σύμφωνο, τα τέσσερα γκρουπ ομιλητών είχαν διαφοροποιημένα ευρήματα στις κατηγορίες συμφώνων.