音声の量子理論

音声の量子理論は、音韻論の基本的な疑問の 1 つに対する音声学的な回答です。具体的には、各言語コミュニティが音素またはセグメントのシステムを任意に選択できるのであれば、異なる言語の音素の一覧がなぜそれほど似ているのか、という疑問です。たとえば、ほぼすべての言語には破裂音 /p/、/t/、/k/ があり、ほぼすべての言語に母音 /a/、/i/、/u/ があります。その他の音素は言語間でかなり異なりますが、各言語が任意に選択できる場合ほど大きくは異なります。

MITのケン・スティーブンスが提唱した量子理論は、一部の音声は他の音声よりも発音しやすいという直感を形式化したものです。以下に説明する形式的な方法で確実に発音しやすい音は、世界中の言語の中でより一般的であり、確実に発音しにくい音はそれほど一般的ではありません。

スピーチの量子的性質

Y=f(X) とします。ここで、X は任意の調音パラメータ (たとえば、舌先の位置)、Y は任意の知覚パラメータ (たとえば、音響スペクトルのピークの知覚周波数) です。他の非線形関係と同様に、f(X) には、低勾配 (|df/dX| が小さい) の領域と高勾配 (|df/dX| が大きい) の領域があります。高勾配領域から抽出された Y の値は、X の小さな変化が Y の大きな変化を引き起こすという意味で不安定です。逆に、低勾配領域から抽出された Y の値は、X の大きな変化によってほとんど変動しないという意味で安定しています。Stevens は 1968 年に^[1]、低勾配領域の安定性により、世界中の言語によって離散的な言語単位 (音素) として選択される可能性が高くなり、音素の任意のペア間の区別が、不安定な高勾配境界領域をまたいで同様に発生する傾向があると提案しました。例には次のものがあります。

子音の調音位置

歯槽骨と口蓋骨。硬口蓋は歯の後ろ1cmまでは水平で、その後突然上向きに開き、歯槽隆起と呼ばれる特徴を持つ。舌を歯槽隆起の前または後ろに数ミリ動かすことで、音響スペクトルを劇的に変化させることが可能となり、「sip」と「ship」の区別がつく。^[2]
口蓋屈曲と後屈。舌先は先端から約 1.5 cm 下が柔軟で、舌先を後ろに折り曲げることができます。この動作を行うときに舌先が口蓋に近い場合、舌の下の空気腔が突然 2.5 cm から 4 cm に長くなり、「chip」が「trip」に、「you」が「rue」に変わります。

子音法

破裂音対摩擦音対滑音。声道に乱流を発生させるには、非常に慎重な調整が必要です。最小の狭窄断面積は通常 1.5 mm 未満で、0 mm より大きくなければなりません。たとえば、舌が口蓋に完全に密着してから再び解放すると、破裂音 (「tip」のように) になります。舌がほとんど閉じているが 1.5 mm の境界を超えていない場合は、滑音 (「yip」のように) になります。舌が 0 から 1.5 mm の間の最小狭窄幅に達すると、摩擦音 (「ship」のように) になります。高度な制御が求められるにもかかわらず、ほとんどの言語では、滑音、摩擦音、破裂音の 3 つの対比が維持されています。これは、このようにして達成される音響的差異が大きいためです。^[3]
破裂音と鼻音。"bug" の /b/ が閉じるときに口と鼻の間の通路が 1 mm でも開くと、単語は "mug" になります。軟口蓋がさらに開いても (2 mm、5 mm、さらには 20 mm)、音響にはほとんど影響がありません。ほとんどの言語は /b/ と /m/ を区別しますが、軟口蓋の開き具合を区別する言語はほとんどありません (あったとしてもほとんどありません)。
耳障りな音と耳障りでない音。摩擦音が発せられるとき、乱気流は障害物に向けられる（例えば、「sin」という単語では、乱気流は下の歯に向けられる）か、口から直接外に向けられる（「thin」という単語では）かのいずれかである。乱気流が障害物に向けられると、はるかに大きな音が出る（音響パワーは通常10倍になる）ため、多くの言語では、この区別を利用して、本来はわずかな発音の違いを強調している。^[4]

母音

Lehiste ^[5]は、母音スペクトルのピーク周波数 (いわゆる「フォルマント」) が半オクターブより近い場合、リスナーは 2 つのピークが 1 つのピークに統合されたかのように反応することを実証しました。多くの母音の区別は、この半オクターブの閾値をまたいでいます。たとえば、「bought」の最初の 2 つのフォルマントは半オクターブより近いですが、「but」のフォルマントは半オクターブより近くありません。また、「bit」の 2 番目と 3 番目のフォルマントは半オクターブより近いですが、「bet」のフォルマントは半オクターブより近くありません。^[4]

拡張機能

量子理論はジェイ・キーザーとの共同研究で開発された言語変化の理論によって支持されており、冗長な特徴や強化された特徴の存在を仮定している。^[6]

言語では、2 つの特徴が同時に異なる音素のペアが見つかることは非常に一般的です。たとえば、英語では、「thin」と「sin」は摩擦音の調音場所 (歯と歯茎) と音の大きさ (非甲高い音と甲高い音) の両方が異なります。同様に、「tell」と「dell」は最初の子音の有声音と有気音 (「tell」の /t/ の直後に、破裂音と母音の間の短い /h/ のように空気の吹き出しが続きます) の両方が異なります。多くの場合、ネイティブスピーカーは、2 つの違いの相対的な重要性について強い誤った直感を持っています。たとえば、英語の話者は、「thin」と「sin」は調音場所の違いであると信じていますが、音の大きさの違いの方がより顕著です。スティーブンス、キーザー、カワサキ^[7]は、このような冗長な特徴は、言語の音韻システムの堅牢性を向上させるために、弱い音響的区別を強化するものとして進化すると提案した^[6]。

参考文献

^ KN Stevens (1968). 音声の量子的性質: 調音音響データからの証拠。
^ 「Acoustical Society of America Gold Medal Award, 1995: Kenneth N. Stevens」。2007年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年7月4日閲覧。
^ KN Stevens (1971)。「摩擦音と破裂音の気流と乱気流ノイズ：静的考察」J. Acoust. Soc. Am. 50(4):1180-1192。
^ ab KN Stevens (1987). 「音声特徴の知覚的相関関係としての関係特性」 Proc. Eleventh Int. Conf. Phonetic Sciences (ICPhS) 4:352-356.
^ I. Lehiste および GE Peterson (1961)。「遷移、滑音、および二重母音」、J. Acoust. Soc. Am. 33(3):268-277。
^ ab KN Stevens および SJ Keyser (1989)。"「子音における主要な特徴とその強化」言語65(1):81-106。言語。65 ( 1 ):81–106。doi :10.2307/414843。JSTOR 414843 。
^ KN Stevens、SJ Keyser、H. Kawasaki (1986)。「冗長な特徴の音声学および音韻論理論に向けて」『音声過程における不変性と可変性』、ローレンス・エルバウム・アソシエイツ、pp. 426-463。ローレンス・エルバウム・アソシエイツ。ISBN 9780898595451。

[1] KN Stevens (1968). 音声の量子的性質: 調音音響データからの証拠。

[AIP_encomium-2] 「Acoustical Society of America Gold Medal Award, 1995: Kenneth N. Stevens」。2007年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年7月4日閲覧。

[3] KN Stevens (1971)。「摩擦音と破裂音の気流と乱気流ノイズ：静的考察」J. Acoust. Soc. Am. 50(4):1180-1192。

[K.N._Stevens_1987-4] KN Stevens (1987). 「音声特徴の知覚的相関関係としての関係特性」 Proc. Eleventh Int. Conf. Phonetic Sciences (ICPhS) 4:352-356.

[5] I. Lehiste および GE Peterson (1961)。「遷移、滑音、および二重母音」、J. Acoust. Soc. Am. 33(3):268-277。

[Enhancement_features-6] KN Stevens および SJ Keyser (1989)。"「子音における主要な特徴とその強化」言語65(1):81-106。言語。65 ( 1 ):81–106。doi :10.2307/414843。JSTOR 414843 。

[7] KN Stevens、SJ Keyser、H. Kawasaki (1986)。「冗長な特徴の音声学および音韻論理論に向けて」『音声過程における不変性と可変性』、ローレンス・エルバウム・アソシエイツ、pp. 426-463。ローレンス・エルバウム・アソシエイツ。ISBN 9780898595451。