A  corpus-­‐based  study  of  posi2onal  varia2on  in  Seoul  Korean  vowels  

Yoonjung  Kang  October  12,  2013  

Japanese/Korean  Linguis0cs  Conference  23  MIT    

1  

“A  corpus-­‐based  study  of  Korean  dialects:  microvaria2on  and  language  universals”  

•  Dr.  Tae-­‐jin  Yoon  (Cheongju  University)  •  Dr.  Sungwoo  Han  (Inha  University)  •  The  NaHonal  InsHtute  of  the  Korean  Language  (NIKL)  •  The  Archive  and  Research  Center  for  Korean  Recordings  

•  UTSC  Library  Digital  Scholarship  Unit  •  The  Social  Science  and  Humani0es  Research  Council  of  Canada—Partnership  Development  Grant  (#  890-­‐2012-­‐25)  

 2  

Structure  of  the  talk  

Part  I.    Overview  &  context  Part  II.    PosiHonal  asymmetry  in  Korean          vowels  

Part  III.    Methods  Part  IV.    Age  and  gender-­‐based  variaHon  Part  V.      PosiHonal  variaHon  

3  

Part  I:  Overview  and  Context  

4  

Privileged  posiHons  in  phonology  

•  Stressed  vs.  unstressed  syllable  •  Word-­‐iniHal  vs.  non-­‐iniHal  syllable  •  Root  vs.  affix  •  Onset  vs.  coda  (Beckman  1998,  Crosswhite  2004,  Smith  2005,  Barnes  2006,  Walker  2011,  etc.)  

5  

Vowels  in  privileged  posiHons  

•  Resist  deleHon  •  Preserve  contrast  lost  in  other  posiHons  •  Controls  harmony  

6  

Source  of  posiHon  effect  

•  PhoneHc  prominence  – Stressed  syllable  (vs.  Unstressed  syllable)    – Long  vowel  

•  PsycholinguisHc  prominence  – Word-­‐ini2al  syllable  – Root  

(Smith  2005)  

7  

Stressed  vowels  

•  PhoneHcs  of  stressed  vowels  – Stressed  vowels  are  longer;  More  likely  to  reach  the  arHculatory  target  

– Unstressed  vowels  are  shorter;  non-­‐high  vowels  are  raised,  not  reaching  the  arHculatory  target  

– ReducHon  of  vowel  contrast  in  unstressed  vowels  (Lindblom  1963,  Flemming  2004, 2005,  Barnes  2006,  Giavazzi  2010)  

8  

IniHal  syllables  

•  PsycholinguisHc  grounding  –  Important  in  lexical  access  and  retrieval  – More  important  to  maintain  the  contrast  in  iniHal  than  non-­‐iniHal  posiHon  

(Smith  2005)  

   

9  

PhoneHcs  of  vowels  in  iniHal  syllables  

•  Domain-­‐iniHal  strengthening:  duraHon  and  arHculatory  strength  (Fougeron  1999,  Cho  and  Jun  2001,  etc.)    

•  Effect  limited  mainly  to  segments  in  absolute  iniHal  posiHon  

•  Not  as  widely  studied  –  Turkish:  Vowels  in  IniHal  syllables  are  longer  than  those  in  non-­‐iniHal  syllables  (Barnes  2006)  

–  Creek:  Vowels  in  iniHal  syllables  are  more  peripheral  than  vowels  in  final  syllables  (Johnson  and  MarHn  2003)  

10  

PsycholinguisHc  Prominence  

PhoneHc  Prominence  

Phonological  Prominence  

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Part  II:  PosiHonal  asymmetry  in  Korean  vowels  

12  

Type  I:  resistance  to  contrast  reducHon  

•  Vowel  length  contrast  only  in  iniHal  posiHon  – /nun/    ‘eye’            /nu:n/    ‘snow’  – /k’ɑmɑk-­‐nun/  ‘illiterate’  /hɑmpɑk-­‐nun/  ‘large  

                         snow  flake’  – /mɑl/    ‘horse’      /mɑ:l/    ‘speech’  – /colɑŋ-­‐mɑl/    ‘pony’  /pɑ:n-­‐mɑl/  ‘talk  down’    

13  

Type  I:  resistance  to  contrast  reducHon  

•  Two-­‐step  merger  of  /ɔ/  –  /ɔ/  merges  with  /ɨ/  in  non-­‐ini2al  syllable.  (15th  -­‐16th  century)  

/hɑnɔl/    >    /hɑnɨl/      ‘sky’  /nɑkɔnɑj/    >    /nɑkɨne/    ‘wanderer’  /tɑlɔ-­‐/    >    /tɑlɨ-­‐/      ‘different’  

–  /ɔ/  merges  with  /ɑ/  in  ini2al  syllable.  (18th  century)  /pɔlɑm/    >    /pɑlɑm/  ‘wind’  /tɔl/    >  /tɑl/  ‘moon’  /hɔ-­‐/    >  /hɑ-­‐/  ‘do’  

•  Older  speakers  of  Jeju  dialect  sHll  retain  /ɔ/,  only  in  word-­‐ini2al  posiHon.  

 /nɔmɔl/  >  /nɔmʌl/  ‘vegetables’  (K.M.  Lee  1972)  

14  

•   Merger  of  /ɛ/  with  /e/  in  central,  southern,  &  Jeju  dialects  – /ɛ/  raises  and  merges  with  /e/.  – The  contrast  is  merged  in  non-­‐ini2al  syllables  and  is  retained  in  ini2al  syllables.  

(Chung  2002,  Dialect  DicHonary  2001)  

Type  I:  resistance  to  contrast  reducHon  

15  

Type  I:  resistance  to  contrast  reducHon  

•  Raising  of  non-­‐ini2al  /o/  to  /u/  (19th  century~)  – Lexically  condiHoned  

 /nɑmo/  >    /nɑmu/  ‘tree’    /ʌlkol/    >  /ʌlkul/    ‘face’    /ocom/  >  /ocum/  ‘urine’  

Cf.  /kɑlo/  >  */kɑlu/    ‘width’  

-­‐  Lexical  strata    /kɑcok/  >    /kɑcuk/  ‘leather’  (NaHve)    /kɑcok/  >    */kɑcuk/  ‘family’  (Sino-­‐Korean)  

(Chae  1995)    

 

 

16  

Type  II:  controls  harmony  

•  Vowel  harmony  in  ideophones    “dark”:    ʌluk  tʌluk  (e,ʌ,u)          D  D      D  D        “light”:  ɑlok  tɑlok  (ɛ,ɑ,o)          L    L        L    L  

•  High  vowels  (i,  ɨ):      –  “dark”  in  ini2al  syllable  

 k’ɨcʌk,  *k’ɨcɑk  (“light”:  k’ɛcɑk)        D    D      *D    L                            L      L  

–  “neutral”  in  non-­‐ini2al  syllable    tɑlkɨlɑk,    tʌkɨkʌk        L    N    L    D  N  D            

  17  

Type  II:  controls  harmony  

•  Vowel  harmony  in  verbal  suffixes    –  “dark”  vowels  (i,ɨ,u,e,ɛ,ʌ)  take  /-­‐ʌ/: /mʌk-­‐ʌ/  ‘eat’  

                                 D      D      –  “light”  vowels  (o,ɑ)  take  /-­‐ɑ/:      /cop-­‐ɑ/  ‘narrow’

                               L        L  •  VariaHon  in  p-­‐irregular  verbs  

– Monosyllabic  p-­‐irregular  stems:  /-­‐ɑ/  is  obligatory    /top-­‐a/    [tow-­‐ɑ],  *[tow-­‐ʌ]  ‘help’                L        L      *L        D  

–  Polysyllabic  p-­‐irregular  stems:  /-­‐ɑ/  ~  /-­‐ʌ/    /sɛlop-­‐a/    [sɛlow-­‐ɑ]  ~  [sɛlow-­‐ʌ]  ‘new’                        L        L          L        D      (J.K.  Kim  2000)  

 18  

QuesHons  

•  Are  vowels  in  iniHal  syllable  phoneHcally  special  (in  Korean)?  – Longer  duraHon?  (See  Tae-­‐Jin  Yoon’s  presentaHon  later  today)  

– Vowel  quality  difference?  How?  –  If  vowel  quality  is  different,  is  it  merely  an  epiphenomenon  of  longer  duraHon?  

–  Is  the  posiHonal  difference  due  to  root-­‐affix  asymmetry?  

19  

Part  III:  Methods  

20  

The  Reading-­‐Style  Speech  Corpus  of    Standard  Korean    

•  The  NaHonal  InsHtute  of  the  Korean  Language  (2002)  •  60  male,  60  female,  Seoul-­‐Kyeoungki  area  •  Age/Year  of  Birth  distribuHon

 

   

Age   20s   30s   40s   50s   60~70s  

Male   20   20  (19)   20   20  

Female   20   20   20   20  (19)  

Year  of  Birth   1930s   1940s   1950s   1960s   1970s   1980s  

Male   4   12   4   8   27  (26)   5  

Female   2   10  (9)   25   3   11   9  21  

Text #  of  sentences DuraHon  (mv01) 1.   요람기 51 321.92  sec  (5.37  min  )

2.   소나기 87 240.12  sec  (4.00  min  )

3.   아름다움에 대하여 69 311.92  sec  (5.20  min  )

4.   방망이를 깎던 노인 62 275.50  sec  (4.59  min  )

5.   문학의 세계와 삶의 세계 47 321.01  sec  (5.35  min  )

6.   독서와 인생 54 294.97  sec  (4.92  min  )

7.   수난 이대 62 317.31  sec  (5.29  min  )

8.   메밀꽃 필 무렵 94 425.98  sec  (7.10  min  )

9.   토끼와 자라 60 185.27  sec  (3.09  min  )

10.   선녀와 나무꾼 73 295.03  sec  (4.92  min  )

11.   호랑이와 곶감 42 159.92  sec  (2.67  min  )

12.   해님 달님 28 124.10  sec  (2.07  min  )

13.   그리운 시내가 36 276.49  sec  (4.61  min  )

14.   광화문 지하도 아주머니 27 148.40  sec  (2.47  min  )

15.   막 지은 밥 17 106.36  sec  (1.77  min  )

16.   눈 오던 날 35 147.77  sec  (2.46  min  )

17.   숭늉의 지혜 19 95.00  sec  (1.58  min  )

18.   까만 눈동자들 앞에서 27 205.92  sec  (3.43  min  )

19.   내 고향 개울 물에서 40 163.34  sec  (2.72  min  )

Total 930 4416.40 sec (73.61 min ) From  Yoon  (2013)  22  

Seoul  Korean  vowels  

   

i   ɨ u e ʌ o (ɛ) ɑ  

23  

#  of  monophthongal  vowels  

•  9738  tokens  per  speaker        

ɑ    (ㅏ)  

ɛ    (ㅐ)  

e (ㅔ)  

ʌ  (ㅓ)  

ɨ    (ㅡ)  

i (ㅣ)  

o (ㅗ)  

u (ㅜ)  

2540   421   427   1224   1555   1683   1165   724  

24  

Korean  phone-­‐aligner  

•  Developed  by  Tae-­‐Jin  Yoon  (cf.  Yoon  and  Kang  2012,  Yoon  2013)  

•  Given  a  sound  file  and  its  Korean  transcripHon,  the  aligner  provides  a  segmentaHon  of  the  file  into  component  phones.    

25  

26  

Formant  measurements  

•  Linear  PredicHve  Coding  (LPC)  method,  as  implemented  in  Praat’s  “To  Formant  (burg)”  funcHon.  

•  To  minimize  the  influence  of  local  formant  tracking  errors,  the  average  of  the  measurements  from  mid  20%  of  the  vowel  duraHon  was  used.    

27  

LPC  formant  ceilings  •  In  the  LPC  method,  users  define  the  number  of  formants  to  be  tracked  and  the  frequency  range  where  those  formants  should  be  searched  for.    

•  Adult  male  [ə]  –  500Hz,  1500Hz,  2500Hz,  3500Hz,  4500Hz…    –  5  formants  under  5000  Hz  

•  Adult  female  [ə]    –  583Hz,  1750Hz,  2916Hz,  4083Hz,  5250Hz…    –  5  formants  under  5500  Hz  

→  Praat  recommended  default  se�ngs  But,  there  are  vowel-­‐specific  and  speaker-­‐specific  variaHons.  

28  

OpHmizing  formant  ceilings  

•  Compare  formant  measurements  based  on  many  different  formant  ceiling  se�ngs  

•  Choose  the  se�ng  that  minimizes  variance  for  a  given  vowel  for  a  given  speaker.    –  Escudero  et  al.  (2009,  JASA: Portuguese  dialect  comparison)  

–  Yao  et  al.  (2010,  UCBerkley  lab  report:  Buckeye  Corpus),    

–  Labov  et  al.  (2013,  Language:  Philadelphia  Language  VariaHon  and  Change  Corpus)  

29  

OpHmal  formant  ceilings  

•  At  every 100  Hz  interval  in  4000~6500  Hz  è  26  formant  measurements  per  token  •  For  each  vowel  for  each  speaker,  pick  the  formant  ceiling  that  minimizes  the  variance  (=minimizes  the  measurement  errors).  – variance(20*log(F1))  +  variance(20*log(F2))  

30  

fv04:  /i/  Ceiling:  6200  Hz  

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1000

600

200

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Bad  majority  rules  

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eo

eo

eo

eo

eoeo

eoeo

eo

eoeo

eo

eo

eo

eo

eo

eo

eoeoeo

eo

eo

eo

eo

eo eoeo

eo

eo

eo

eo

eo

eoeoeo

eo

eo

eo

eo

eo

eo

eoeoeo

eo

eo

eo

eo

eo

eo

eoeo

eo

eo

eo eoeo

eo

eo

eo

eoeo

eo

eo

eoeo

eoeoeo

eoeo

eo

eo

eoeo

eo

eo

eoeo

eoeo

eo

eoeoeo

eoeo

eo eoeo

eo

eo

eoeo

eoeoeo

eoeo eo

eo eoeo

eoeo

eo

eo

eo eo

eoeo

eo

eoeo

eo

eo

eoeo

eo eo

eo

eo

eoeo

eo eoeo

eo

eoeo

eoeo

eo

eo

eoeoeo

eo

eo eo

eo

eo

eoeoeo

eo eoeo

eoeoeo

eo

eo eo

eo

eoeo

eoeo

eo

eo

eo

eo

eo

eoeo

eo

eo eo

eo

eoeo

eoeo eo

eoeo

a

aeeeoeui ou

fx07  

33  

Gender  and  Vowel-­‐specific  ceilings  

•  For  each  vowel  for  each  gender,  the  mean  ceiling  values  are  used  as  the  opHmal  ceiling.    

•  This  method  – provides  improvement  in  the  accuracy  of  formant  measurements  compared  to  the  fixed  ceiling  method  but  

– avoids  the  “bad  majority”  problems.  

 

34  

NormalizaHon  

•  Factor  out  inter-­‐speaker  variaHon  due  to  physiological  difference  

•  Lobanov  –  By-­‐speaker  z-­‐score  transformaHons  for  each  F1  and  F2  

•  Labov  –  RecalibraHon  of  formants  (Hz)  based  on  the  by-­‐speaker  grand  mean  of  F1  and  F2.    

•  Below  we  report  results  that  are  consistent  through  both  normalizaHon  methods.  

35  

Part  IV:  Age  and  gender-­‐based  variaHon    

36  

3000 2500 2000 1500

1200

1000

800

600

400

By-speaker mean formants (Female)

F2.labov(Hz)

F1.labov(Hz)

a

e

i

o

u

ɛɨ

ʌ

3000 2500 2000 1500

1200

1000

800

600

400

By-speaker mean formants (Male)

F2.labov(Hz)

F1.labov(Hz)

a

e

i

o

u

ɛɨ

ʌ

37  

Proportion of word−initial long and short vowels

i e ae a eu eo o u

long

short

Based  on  length  specificaHon  in  Great  Standard  Korean  dic0onary  (h�p://stdweb2.korean.go.kr/main.jsp)   38  

Length  contrast  is  lost  in  younger  speakers’  speech.  

1940 1950 1960 1970 1980

-50

510

1520

25

Vowel duration contrast by speaker

Year of Birth

Est

imat

ed m

ean

diffe

renc

e be

twee

n lo

ng a

nd s

hort

vow

els

(ms)malefemale

39  

1940 1950 1960 1970 1980

1600

1800

2000

2200

2400

/ɨ/ fronting

Year of Birth

F2.la

bov

(Hz)

femalemale

MORE FRONT

MORE BACK

1940 1950 1960 1970 1980

1200

1400

1600

1800

/u/ fronting

Year of Birth

F2.la

bov

(Hz)

femalemale

MORE FRONT

MORE BACK

1940 1950 1960 1970 1980

650

550

450

350

/ɛ/ raising

Year of Birth

F1.la

bov

(Hz)

femalemale

HIGHER

LOWER

1940 1950 1960 1970 1980

650

550

450

350

/o/ raising

Year of Birth

F1.la

bov

(Hz)

femalemale

HIGHER

LOWER

40  

/ɛ/  >  /e/  raising  &  merger  is  complete  for  females  and  nearing  the  end  for  males.  

No  loss  of  contrast:    chain  shi�-­‐like  movement  

41  

600

580

560

540

520

500

Older Male

position

F1.labov(Hz)

initial medial final

eɛ

42  

PosiHon  effect  visible  in  older  male  speakers’  /e/  ~  /ɛ/  distribuHon  

Part  IV:  PosiHonal  asymmetry    

43  

(1)  DuraHon  and  vowel  quality  

44  

Higher                      Lower  

Non-­‐high  vowels  raise  when  shorter.  

High  vowels  remain  stable.  

1000

900

800

700

600

500

400

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 50 70 90 110 130 150 170 190

Short vowel raising

iuɨoɛeʌa

45  

More  Front                  More    Back   10

001500

2000

2500

3000

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 50 70 90 110 130 150 170 190

Short vowels centralize

ieɛɨaʌuo

46  

(2)  PosiHon  and  vowel  quality  

47  

PosiHon  and  Vowel  quality    

•  How  does  posiHon  affect  vowel  quality?  – To  avoid  the  vowel  length  contrast  confound,  only  “short”  vowels  are  included    

– To  avoid  affix-­‐root  asymmetry  counfound,  only  roots  (nouns,  verbs/adjecHves,  adverbs)  are  included.  (cf.  Morphological  analysis  based  on  R  library  (koNLP))  

 

48  

600550500450400350

i

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

600550500450400350

ɨ

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

600550500450400350

u

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

650

600

550

500

450

e

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

650

600

550

500

450

ɛ

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

650

600

550

500

450

o

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

initialmedialfinal

1000

900

800

700

a

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

750

700

650

600

550

ʌ

duration(ms)

F1.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

49  

PosiHon  and  F1  

•  Vowels  in  iniHal  posiHon  have  more  peripheral  vowel  targets;  low  vowels  are  lower  and  high  vowels  are  higher.    

•  /o/  pa�erns  like  a  high  vowels.  Maybe  related  to  being  part  of  the  raising.    

 

50  

2400

2600

2800

3000

i

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

1400

1800

2200

ɨ

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

1000

1200

1400

1600

u

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 2002000

2200

2400

2600

e

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

initialmedialfinal

1000

1200

1400

o

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

1800

2200

2600

ɛ

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

1650

1750

1850

1950

ɑ

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 2001300

1500

1700

ʌ

duration(ms)

F2.labov(Hz)

30 60 90 120 160 200

51  

PosiHon  and  F2  

•  F2:  Vowels  in  iniHal  posiHon  have  more  peripheral  vowel  targets;  back  vowels  are  more  back  and  front  vowels  are  more  front  (less  clear)  

•  Effect  seems  less  pronounced.  •  /u/  pa�erns  ambiguous;  may  be  related  to  the  fact  that  the  vowel  is  in  the  move  as  part  of  the  chain  shi�.    

•  /ɨ/  pa�erns  like  a  front  vowel;  may  be  related  to  the  fact  that  the  vowel  is  in  the  move  as  part  of  the  chain  shi�.    

52  

PosiHonal  vs.  duraHonal  reducHon  

•  The  pa�erns  of  reducHon  are  different.        DuraHon          PosiHonal  

   

53  

Summary  

•  We  idenHfied  a  pa�ern  of  posiHonal  effect  on  vowel  quality,  independent  of  duraHon  and  root-­‐affix  asymmetry.    – DuraHon-­‐based  quality  difference  is  due  to  arHculatory  undershoot  (vowel  raising  in  short  vowels),  

– posiHon-­‐based  quality  difference  is  speaker-­‐controlled:  more  peripheral  vowel  targets  for  prominent  posiHon  and  the  targets  interact  with  the  direcHon  of  sound  change.      

54  

Selected  references  Barnes,  J.  2006.  Strength  and  Weakness  at  the  interface:  Posi0onal  neutraliza0on  in  Phone0cs  and  phonology.    Crosswhite,  K.  2004.  Vowel  reducHon.  In  Hayes  et  al.  ed.  Phone0cally-­‐based  phonology.    Flemming,  E.  2005.  A  phoneHcally-­‐based  model  of  phonological  vowel  reducHon.  Johnson,  Keith,  and  Jack  B.  Mar0n.  2001.  AcousHc  vowel  reducHon  in  Creek:  Effects  of  disHncHve  length  and  posiHon  in  the  word.  PhoneHca  58:81-­‐102.  Kim,  J.  K.  2000.  Quan0ty  sensi0vity  and  feature  sensi0vity  of  vowels:  A  constraint-­‐based  approach  to  Korean  vowel  phonology.  PhD  dissertaHon,  Indiana  University.  Lee,  K.-­‐M.  1972.  Kwuke  umwunsa  yenkwu  (A  study  of  the  history  of  Korean  phonemes).  Seoul:  Hankwuk  Mwunhwa  Yenkwuso.  Smith,  J.  2002.  Phonological  Augmenta0on  in  Prominent  Posi0ons.  PhD  dissertaHon,  University  of  Massachuse�s,  Amherst.    Walker,  R.  2011.  Vowel  pa]erns  in  language.  Cambridge  University  Press.      Yoon,  T.J.  and  Y.J.  Kang  2012.  A  forced-­‐alignment-­‐based  study  of  declaraHve  sentence-­‐ending  ‘da’  in  Korean.  The  Proceedings  of  2012  Speech  Prosody.        

55