Download Somayeh Shahsavarani 89/1/23

Speech Production
SOMAYEH SHAHSAVARANI
89/1/23
Language
Speech
Painting
Language
Writing
Signing
Studying Methods
 Classical Methods (Invasive)
 Surgery Operation
 Modern Methods (Non-invasive)
 MRI
 FMRI
 PET-Scan (Positron Emission Tomography)
Model Types
 Old models
 The Traditional Locationist Model
Speech Production, Grammar: Broca’s Area
 Speech perception, Dictionary: Wernicke’s Area

 New Models
 Circuit Models

Speech Production: Broca’s Area, Basal Ganglia, Internal Capsule
(the nerve fibers that connect the neocortex to subcortical
structures)
Speech
 Speech
 Speech Production
 Speech Perception
 Speech Signal Processing
 Speech Production
 Respiration
 Phonation
 Articulation
Speech Production
Articulation
Phonation
Respiration
Speech Production
Plant
Speech Production
Speech Sounds
 The speech phonemes are generally divided into two
groups:

Vowels
The vowels are produced by open mouth
 The sound which is produced by vocal cords (vocal folds) vibration
is the source of vowels. The vocal tract that is located over the
vocal cords filters the sound. Different configurations of vocal tract
lead to different vowels.


Consonants
consonants are produced by nearly closed mouth
 Consonants are produced by the air passing through the oral cavity
and oral nasal. Different configurations of tongue, teeth and gum
lead to different consonants.

Fundamental Frequency and Formant
Frequencies
 Fundamental Frequency:
 Vowel sounds are produced by vocal cords vibrations. The
vibrations produce an alternating wave. Any alternating wave
has a fundamental frequency and a number of harmonics.
These harmonics are the integer multiples of the fundamental
frequency. The fundamental frequency of the alternating wave
produced by vocal cords vibration is related to vocal cords
vibration speed. For example, for a fundamental frequency,
100 Hz, vocal cords open and close 100 turns per a second. It is
important to be mentioned that the vowels are not
distinguished by fundamental frequency. A vowel may be
produced with different fundamental frequency. On the other
hand, at a specific frequency, some different vowels may be
produced.
Fundamental Frequency and Formant
Frequencies
 Formant Frequencies :

Different vowels are distinguishable by their formant
frequencies. The vocal tract which is located over the larynx
acts as a filter. It strengthens some harmonic frequencies and
attenuates some others. The harmonics which are
strengthened are called formant frequencies. Different vowels
have different formant frequencies.
Face Muscles
 The Muscle of Expression
 The Muscles of the Mouth
Orbicular Oris
 Levator Labii Superior and Alaeque Nasi
 Levator Labii Superior
 Depressor Labii Inferioris

 The Muscle of Mastication
 Temporal Muscle
 Masseter
 Medial Pterygoid
 Lateral Pterygoid
Speech Production Modeling
 Vocal Tract and Articulators Modeling
 Mass-Spring-Damper
 The Underlying Neural Basis of Speech Production
and Learning Modeling


Artificial Neural Networks
Model-Predictive Control
Brain Areas in Speech Motor Control
 Premotor Cortex
 Supplementary Motor Area
 Primary Motor Cortex
 Somatosensory Cortex
 Supramarginal Gyrus
 Primary Auditory Cortex
 Higher-order Auditory Cortex
 Cerebellum
 Basal Ganglia
Brain Areas in Speech Motor Control
Supplementary Motor Cortex
Primary Motor Cortex
Somatosensory Cortex
Premotor Cortex
Supramarginal Gyrus
Higher-order Auditory
Cortex
Primary Auditory Cortex
Cerebellum
Speech Production Learning
 Speech Acquisition
 Auditory Feedback
 Babbling phase
 Speech Motor Development
 Somatosensory Feedback (Proprioceptive(Muscle Spindle) +
Tactile(Pressure-mechanoreceptors))
Coordination Development Between Articulators
 Articulators Movement Speed
 Performance Variability

DIVA Model
MPC Model
‫‪Speech Motor Development‬‬
‫‪ ، Differentiation ‬اصالح و تغيير رفتاري که از پيش موجود‪ ،‬به سمت‬
‫يک رفتار تخصصي تر‬
‫‪ ،Integration ‬ترکيب رفتارهاي جديد با رفتارهايي که از قبل وجود‬
‫داشته اند و تثبيت شده اند‪.‬‬
‫‪Refinement ‬‬
‫‪Differentiation‬‬
‫‪ ‬در فرآيند تکامل موتوري گفتار‪ Differentiation ،‬به معناي افزايش استقالل‬
‫در کنترل آرتيکوالتورهاست‪ .‬درست مانند آنچه که در فرآيند ‪ Grasping‬اتفاق‬
‫مي افتد‪ .‬در فرآيند تکامل ‪ ،Grasping‬کودک ابتدا‪ ،‬دست را به عنوان يک واحد‬
‫جا به جا مي کند اما تدريجا کودک توانايي جا به جايي مستقل بازو‪ ،‬دست و‬
‫انگشتان را پيدا مي کند‪ .‬به طور کل يکي از ويژگي هاي بارز و مشخص سيستم‬
‫هاي موتوري رشد نيافته‪ ،‬کنترل محدودي است که بر روي عناصر يک رفتار‬
‫موتوري وجود دارد‪ .‬دقيقا فرآيندي مشابه به آنچه در مورد ‪ Grasping‬وجود‬
‫دارد‪ ،‬در تکامل موتوري گفتار مشاهده مي شود‪ .‬رشد و شکل گيري حرکات‬
‫هماهنگ آرتيکوالتورها نيازمند افزايش هرچه بيشتر در توانايي کنترل مستقل‬
‫هريک از آرتيکوالتورها مي باشد‪ .‬در پشتيباني از اين گفته‪ ،‬مشاهده شده است‬
‫که مسيرهاي سنسوري موتوري در ناحيه دهاني در نوزادان با رشد و بزرگ‬
‫شدن نوزاد تخصصي تر مي شود‪.‬‬
‫‪Integration‬‬
‫‪ ‬کسب توانايي کنترل آرتيکوالتوها در فرآيند تکامل موتوري گفتار به‬
‫صورت سلسله مراتبي است و اين همان ‪ ،Integration‬است‪ .‬همان طور‬
‫که قبال نيز بيان کرديم‪ Integration ،‬به معناي ترکيب‪ ،‬يک رفتار جديد‬
‫با رفتارهاي موجود از پيش تثبيت شده مي باشد‪ .‬به عنوان مثال‪ ،‬مشخص‬
‫شده است که کنترل ساختارهاي مربوط به دهان در دوران پيش از تولد‬
‫(جنيني) به صورت سلسله مراتبي و ‪ Sequential‬ظاهر مي شود‪ .‬به‬
‫عنوان مثال در حالي که هنوز ساختارهاي عضالني مربوط به لب شکل‬
‫نگرفته است (در جنين ‪ 8‬هفته)‪ ،‬جنين مي تواند آرواره اش را تکان دهد‪.‬‬
‫با اين وجود کنترل هماهنگي بين آرتيکوالتورها براي اعمالي چون‬
‫جويدن‪ ،‬مکيدن و گفتار متفاوت است‪ .‬به عنوان مثال‪ ،‬با وجود اينکه تا ‪12‬‬
‫ماهگي‪ ،‬کودک جويدن را فراگرفته است‪ ،‬اما تا ‪ 8‬سالگي طول مي کشد تا‬
‫کودک بتواند گفتار را فراگيرد‪.‬‬
‫‪Speech Motor Development‬‬
‫‪ ‬آنچه در نمودار مربوط به داوطلب يک ساله مشاهده مي شود اين است که حرکت فک در‬
‫فرآيند توليد واژه "‪ "baba‬غالب بر حرکت لب باال و لب پايين است‪ .‬از طرفي ديگر بين‬
‫حرکت لب باال و لب پايين ارتباط (‪ )Coupling‬نسبتا بااليي مشاهده مي شود‪ .‬به طوري که‬
‫چنين ارتباطي بين لب ها و فک وجود ندارد‪ .‬اين مشاهده بدان معناست که‪ -1 :‬کنترل بر‬
‫روي فک نسبت به لب ها بيشتر است و حرکت غالب در توليد گفتار بر عهده فک است (فاز‬
‫‪ -2 .)Integration‬کنترل مستقلي بر روي لب باال و لب پايين وجود ندارد و حرکت اين دو‬
‫آرتيکوالتور به هم مرتبط (‪ )Couple‬است (فاز ‪.)Differentiation‬‬
‫‪Speech Motor Development‬‬
‫‪ ‬در نمودار مربوط به داوطلب دو ساله مشاهده مي شود که حرکت فک کمتر شده است و‬
‫ارتباط حرکت بين لب باال و لب پايين بيشتر شده و از نقش لب پايين در توليد گفتار کاسته‬
‫شده است‪ .‬از اين مشاهدان مي توان نتيجه گرفت که‪ -1 :‬نيروي اضافي (‪ )Overshoot‬که‬
‫ناشي از نابالغ بودن سيستم موتوري است در فک کاهش پيدا کرده است‪ .‬اين بدان معناست‬
‫که کنترل بر روي فک بيشتر شده است‪ .‬هم چنان ارتباط بين لب باال و لب پايين‬
‫(‪ )Coupling‬وجود دارد و در نتيجه کنترل کمتري بر روي لب ها حاکم است‬
‫(‪ -2 .)Differentiation‬مشاهده مي شود که هم چنان حرکت غالب در توليد گفتار بر عهده‬
‫فک است و لب ها نقش کمتري در توليد واژه "‪ "baba‬بر عهده دارند (‪.)Integration‬‬
‫‪Speech Motor Development‬‬
‫‪ ‬در نمودار مربوط به داوطلب ‪ 6‬ساله نيز مشاهده مي کنيم که‪ -1 :‬نقش لب پايين در توليد‬
‫گفتار افزايش پيدا کرده است و اين دقيقا به معناي ترکيب يک رفتار جديد (نقش لب) به يک‬
‫رفتار قديمي از پيش تثبيت شده (نقش فک) در توليد گفتار است (‪-2 .)Integration‬‬
‫هماهنگي موجود بين حرکت سنکرون هر سه آرتيکوالتور‪ ،‬انعکاس دهنده افزايش توانايي‬
‫در توليد يک رفتار هماهنگ به منظور توليد گفتار است و اين به معناي افزايش کنترل‬
‫مستقل آرتيکوالتورهاست (‪.)Differentiation‬‬
Performance variability
Thank You