SOMAYEH SHAHSAVARANI 89/1/23 Speech Production. Language SpeechSigningWritingPainting.

SOMAYEH SHAHSAVARANI

89/1 /23

Speech Production

Language

Language

Speech

SigningWriting

Painting

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 CortexSupplementary Motor AreaPrimary Motor CortexSomatosensory CortexSupramarginal GyrusPrimary Auditory CortexHigher-order Auditory CortexCerebellumBasal Ganglia

Brain Areas in Speech Motor Control

Premotor Cortex

Supplementary Motor Cortex

Primary Motor Cortex

Somatosensory Cortex

Supramarginal Gyrus

Primary Auditory Cortex

Higher-order 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 پيش از که رفتاري تغيير و اصالح ،تر تخصصي رفتار يک سمت به موجود،

Integration از که رفتارهايي با جديد رفتارهاي ترکيب ،. اند شده تثبيت و اند داشته وجود قبل

Refinement

Differentiation

،گفتار موتوري تکامل فرآيند افزايش Differentiationدر معناي به . فرآيند در که آنچه مانند درست آرتيکوالتورهاست کنترل در استقالل

Grasping . تکامل فرآيند در افتد مي ابتدا، Graspingاتفاق کودک ،توانايي کودک تدريجا اما کند مي جا به جا واحد يک عنوان به را دست . کل طور به کند مي پيدا را انگشتان و دست بازو، مستقل جايي به جانيافته، رشد موتوري هاي سيستم مشخص و بارز هاي ويژگي از يکي . دارد وجود موتوري رفتار يک عناصر روي بر که است محدودي کنترل

مورد در آنچه به مشابه فرآيندي تکامل Graspingدقيقا در دارد، وجود . هماهنگ حرکات گيري شکل و رشد شود مي مشاهده گفتار موتوريمستقل کنترل توانايي در بيشتر هرچه افزايش نيازمند آرتيکوالتورها . مشاهده گفته، اين از پشتيباني در باشد مي آرتيکوالتورها از هريکنوزادان در دهاني ناحيه در موتوري سنسوري مسيرهاي که است شده

. شود مي تر تخصصي نوزاد شدن بزرگ و رشد با

Integration

به گفتار موتوري تکامل فرآيند در آرتيکوالتوها کنترل توانايي کسبهمان اين و است مراتبي سلسله . Integrationصورت همان است ،

کرديم، بيان نيز قبال که رفتار Integrationطور يک ترکيب، معناي به . عنوان به باشد مي شده تثبيت پيش از موجود رفتارهاي با جديددر دهان به مربوط ساختارهاي کنترل که است شده مشخص مثال،

) و ) مراتبي سلسله صورت به جنيني تولد از پيش Sequentialدوران . عضالني ساختارهاي هنوز که حالي در مثال عنوان به شود مي ظاهر

جنين ) در است نگرفته شکل لب به ( 8مربوط تواند مي جنين ، هفته . بين هماهنگي کنترل وجود اين با دهد تکان را اش آروارهمتفاوت گفتار و مکيدن جويدن، چون اعمالي براي آرتيکوالتورها

تا. اينکه وجود با مثال، عنوان به را 12است جويدن کودک ماهگي،تا اما است، گفتار 8فراگرفته بتواند کودک تا کشد مي طول سالگي

. فراگيرد را

Speech Motor Development

مي مشاهده ساله يک داوطلب به مربوط نمودار در که آنچه است اين شود" واژه توليد فرآيند در فک پايين" babaحرکت لب و باال لب حرکت بر غالب

ارتباط. ) پايين لب و باال لب حرکت بين ديگر طرفي از نسبتا( Couplingاست . وجود فک و ها لب بين ارتباطي چنين که طوري به شود مي مشاهده بااليي

: که. معناست بدان مشاهده اين ها- 1ندارد لب به نسبت فک روي بر کنترل ( فاز است فک عهده بر گفتار توليد در غالب حرکت و است بيشتر

Integration .)2 -و ندارد وجود پايين لب و باال لب روي بر مستقلي کنترلمرتبط ) هم به آرتيکوالتور دو اين فاز( ) Coupleحرکت (.Differentiationاست

Speech Motor Development

کمتر فک حرکت که شود مي مشاهده ساله دو داوطلب به مربوط نمودار درلب نقش از و شده بيشتر پايين لب و باال لب بين حرکت ارتباط و است شده . گرفت نتيجه توان مي مشاهدان اين از است شده کاسته گفتار توليد در پايين

)1که: اضافي- موتوري( Overshootنيروي سيستم بودن نابالغ از ناشي که . فک روي بر کنترل که معناست بدان اين است کرده پيدا کاهش فک در است

( . پايين لب و باال لب بين ارتباط چنان هم است شده وجود( Couplingبيشتراست ) حاکم ها لب روي بر کمتري کنترل نتيجه در و - Differentiation .)2دارد

و است فک عهده بر گفتار توليد در غالب حرکت چنان هم که شود مي مشاهدهواژه " توليد در نقشکمتري ها دارند" )babaلب عهده (.Integrationبر

Speech Motor Development

داوطلب به مربوط نمودار : 6در که کنيم مي مشاهده نيز پايين- 1ساله لب نقشرفتار يک ترکيب معناي به دقيقا اين و است کرده پيدا افزايش گفتار توليد در ) ( ) ( توليد در فک نقش شده تثبيت پيش از قديمي رفتار يک به لب نقش جديد

( است سه- Integration .)2گفتار هر سنکرون حرکت بين موجود هماهنگيمنظور به هماهنگ رفتار يک توليد در توانايي افزايش دهنده انعکاس آرتيکوالتور،آرتيکوالتورهاست مستقل کنترل افزايش معناي به اين و است گفتار توليد

(Differentiation.)

Performance variability

Thank You