1

Einführung in die Phonetik und Phonologie

Sitzung 4

Akustische PhonetikGrundlagen

2

Aufgabe von Sitzung 3(1)

1. Transkribieren Sie folgende drei Wörter und zeichnen Sie ihre „Artikulogramme“nach dem obigen Muster für „guten Morgen“:

„Apart“ „ spart“ „ Bart“[ a ph a � t ] [ � p a � t ] [ b a � t ]

� � � � � � � � � � �

M.______________________________________________________________________________________________________________________________________

N.______________________________________________________________________________________________________________________________________

S.___________________________________________________________________

(M. = Mundraum; N. = Nase (Velum); S. = Stimmritze)

xxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxx

3

Aufgabe von Sitzung 3(2)

2. Transkribieren Sie das Wort „Streikposten“ und zeichnen Sie das Artikulogramm.

S t r ei k p o s t e n[ � t � a k � p h � s t � n ]

___________________________________________________________________

M.______________________________________________________________________________________________________________________________________

N.______________________________________________________________________________________________________________________________________

S.___________________________________________________________________(M. = Mundraum; N. = Nase (Velum); S. = Stimmritze)

.

xxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx

4

Artikulation → Akustik

• Die Erzeugung der akustisch unterschiedlichen Laute, die fürdie sprachliche Informationsübertragung nötig sind, beruht auf:

• Diese zwei Stufen der akustischen Lautproduktion werden in einemModell zusammengefasst:

“Source-Filter Model” (Deutsch: “Anregung-Filter Modell”)

1. unterschiedlichen Arten der Umwandlung kinetischer Energie(Luftstrom) in akustische Energie (Schwingungsformen),

2. der weiteren Modifikation (= Färbung) der erzeugten akustischen Signale.

d.h., die Energieumwandlung ist die akustische Anregung und dieModifikation/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) undb) die Umformung (Filterung) dieser Energie, um weitere Unterschiede zu erzeugen.

→ Quelle-Filter Modell (Anregung-Filter Modell)

5

“Source-Filter Model”

• Die “Anregung” (Engl.“Source”) wird gefiltert (modifiziert), um die verschiedenen Sprachlaute zu erzeugen:

Die Resonanzeigen-schaften des Vokal-traktes modifizierendas durch Glottis-schwingungen er-zeugte Signal

Die Resonanzeigen-schaften verändernsich 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)..

6

Unterschiedliche Zungenformen verändern die Hohlräume und somit die Resonanzen, z.B.:

Zungenform und Lippenpositionen für Vokale

Großer hinterer Hohlraumkleiner vorderer Hohlraum

Kleiner hinterer Hohlraumgroßer vorderer Hohlraum

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.

7

Hohlräume und Vokalqualität

Hier werden die Werte des erstenund des zweitenFormanten(F1 & F2) im Verhältnis

Zweiter Formant (Hz)

Er st er Form

ant( Hz)

einerseits zum Pharynx und zum oralen Hohlraum,

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).

8

Hohlräume und Vokalqualität

Hier werden die Werte des erstenund des zweitenFormanten(F1 & F2) im Verhältnis

Zweiter Formant (Hz)

einerseits zum Pharynx und zum oralen Hohlraum,

Er st er Form

ant( Hz)

andererseits zur Zungenhöheund 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 der Position der Artikulatoren.

9

Wie kann man sich Formantwerte merken?

i e � a � � o u

freq.

F2

F1

Gerundete, vorgestülpte Lippenverlängern den oralen Hohlraumund senken F2.

y ø

œ

F1

F2

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.

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 Dreiecks-system ist: Die beiden A-Vokale sind zentral und offen (auch wenn hier Neppert und Petursson das Zeichen des Vordervokals [a ] für das kurze /a / und das Zeichen des hinteren IPA-Vokals [� �]für das lange /a � / n e h m e n .)

11

Die Vokalqualität ist von der Tonhöheder Stimme unabhängig

Hier sehen wir drei verschiedene glottale Anregungsfrequenzen, (F0) die alle dasgleicheResonanzspektrum haben (in diesem Fall Vokal [i])

Anregung(Stimmlippen)

Filter (Resonator)

Output(Vokal)

Die Unabhängigkeit giltinnerhalb eines Sprechers.Zwischen Vokaltraktgrößeund F0 bei Kindern, Frauen und Männernbesteht eine Abhängigkeit

100Hz

150Hz

200Hz

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 ganzzahligeVielfacheder 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.)

12

Nasale mit komplexem Resonator

• Pharynx + Nasaltrakt = Hauptresonator;Oraltrakt = Nebenresonator

OraltraktResonator

Nasenausgang

Mundausgang

Pharynx-Resonator

Glottis

NasaltraktResonator

Zungen- oderLippenverschluss

Für nasaleLaute kommt ein zusätzlicher Resonaterhinzu. Das Velum ist gesenkt und die Luft im Nasenraum schwingt mit.

Wenn wir nasale Konsonanten haben, ist der orale Raumblockiert 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“.

13

Sind /m n �/ unterschiedlich?

Kaum! Der Hauptresonator bleibt konstant; die Nebenresonatorenvariieren (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).

14

Frikative

Frikative entstehen durch Turbulenz an einer Verengung (Quelle). Die Färbung des Rauschens wird durch die Resonanzeigenschaften des vorderenHohlraums bestimmt:

Modell für Frikativproduktion

Quelle der Turbulenz

Luftstrom

Verengung

Hinterer Hohlraum Vorderer Hohlraum

GlottisLippen

Je kleiner desto höher die Frequenzdes Rauschens

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).

15

Sibilanten

Frikative mit zusätzlichemRauschen durch Turbulenz an den Zähnen = Sibilanten: /s z � ! /

Modell für Sibilantenproduktion

primäre Quelle der Turbulenz

Quelle sekundärerTurbulenz

Hindernis(Zähne)

Luftstrom

Verengung

Hinterer Hohlraum Vorderer Hohlraum

Die [s] und [�] Laute werden auch Sibilantengenannt (vom Griechischen für „zischen“, deshalb auch Zischlauteim deutschen).

Es ist auch artikulatorisch gerechtfertigt, sie von den anderen Frikativen getrennt zu kategorisieren, weil sie sich durch einen zweiten Turbulenz-erzeuger auszeichnen. Der Luftstrom wird auf die unteren Schneidezähne gerichtet.

16

Sibilantenohne Zähne!

Wenn die Zähne fehlen, sehen (klingen) Sibilanten ganz anders (["] leidet weniger)

Durchgezogene Linie = mit Zähnen; gestrichelte Linie = ohne Zähne.(schraffiert = überlappende Energieverteilung)

Sprecher 1

Sprecher 2

[s]

[s]

["] [ �]

[ �]["]

Die Auswirkung des zweiten Turbulenzerzeugers wird hier in den Kontrasten der Spektra mit und ohne Zähne gezeigt.

17

Andere Frikative

• Frikative ohne zusätzliche Turbulenz: (labio-)dentale [ f , v , " , & ] ; palatale [ ' , ( ] ; velare [ x , * ] ; uvulare [+ , � ] ; pharyngeale [ - , . ] und glottale [ h , 0 ].

• 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.

18

Andere Frikative 2

[ f ] [ " ] [ ' ] [ x ] [ - ] [ h ][ s ] [ � ]

sibilants{

Je weiter hinten die Artikulationsstelle des Frikativs liegt, desto tiefer liegt auf der Frequenzachse die untere Grenze des Frikativschwerpunktes (vgl. [s] und [�]) und desto strukturierter ist das Frikativspektrum (vgl. [x] und [h]).

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.

19

Plosive: akustische Unterschiede

[ a b a ] [ a p a ] [ a p 1 a ]

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 Rauschenergiean 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).

20

Plosive: akustische Unterschiede 2

[ a d a ] [ a t a ] [ a t 1 a ]

1. Verschlussdauer? 2. Stimme im Verschluss?

3. Lösungsenergie? 4. Formanttransitionen?

Bei den Alveolaren Plosiven zeigt sich die vom Verschluss in den Vokal([a]) abfallendenF2-Transitionen (der Anstieg aus dem vorhergehenden[a] in den Verschluss hinein ist hier nicht so deutlich zu erkennen.)

21

Plosive: akustische Unterschiede 3

[ a 3 a ] [ a k a ] [ a k 1 a ]

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.

22

Formantentransitionen