Nonlinear second-order dynamics describe labial constriction trajectories across languages and contexts

要約

英語とマンダリンでの / b /および / m /の生成中の唇収縮軌跡のダイナミクスを調査します。
言語と文脈を越えて、瞬間的な変位と瞬間的な速度の比は、一般に、動きの開始から動きのオフセットまでの指数関数的な減衰曲線に従うことがわかります。
この経験的発見を微分方程式で形式化し、点アトラクタダイナミクスの仮定と組み合わせて、唇の収縮軌跡を記述する非線形の2次動的システムを導き出します。
方程式には、tとrの2つのパラメーターしかありません。
tはターゲット状態に対応し、rは動きの速度に対応します。
したがって、各パラメーターは、音声的に関連するコントロールの次元に対応します。
非線形回帰は、モデルが個々の動きの軌跡に優れた適合を提供することを示しています。
さらに、モデルからシミュレーションされた軌跡は、定性的な経験的軌跡に一致し、持続時間、ピーク速度、ピーク速度を達成するための時間などの重要な運動学的変数をキャプチャします。
このモデルは、個々の調音運動のダイナミクスの提案を構成しているため、韻律、動き間調整、確率ノイズなどの調音の運動学に対する追加の影響を理解するための新しい基盤を提供します。

要約(オリジナル)

We investigate the dynamics of labial constriction trajectories during the production of /b/ and /m/ in English and Mandarin. We find that, across languages and contexts, the ratio of instantaneous displacement to instantaneous velocity generally follows an exponential decay curve from movement onset to movement offset. We formalize this empirical discovery in a differential equation and, in combination with an assumption of point attractor dynamics, derive a nonlinear second-order dynamical system describing labial constriction trajectories. The equation has only two parameters, T and r. T corresponds to the target state and r corresponds to movement rapidity. Thus, each of the parameters corresponds to a phonetically relevant dimension of control. Nonlinear regression demonstrates that the model provides excellent fits to individual movement trajectories. Moreover, trajectories simulated from the model qualitatively match empirical trajectories, and capture key kinematic variables like duration, peak velocity, and time to achieve peak velocity. The model constitutes a proposal for the dynamics of individual articulatory movements, and thus offers a novel foundation from which to understand additional influences on articulatory kinematics like prosody, inter-movement coordination, and stochastic noise.

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