An acoustic study of the developmental course of vowel production and lexical stress in Greek

Abstract

Vowel production and lexical stress are fundamental to effective communication. Yet, their developmental trajectory remains insufficiently understood across languages, partly because studies that span a broad age range focus exclusively on stressed vowels, and partly because research is frequently restricted to age groups that do not encompass the full course of development. This study, therefore, aims to trace the developmental progression of both stressed and unstressed vowels, from the preschool years through to adulthood, while also examining developmental changes in the degree of stress contrast and the acoustic correlates of stress. To this end, a cross-sectional study was conducted with 72 Greek-speaking participants with typical development, evenly divided into nine gender-balanced age groups: 3-, 5-, 7-, 9-, 11-, 13-, 15-, 17-year-olds, and adults (4 males and 4 females per age group). Participants performed a delayed repetition task, producing the five Greek vowels [i, ε, ɐ, o, u] embedded within two sets of words presented in a carrier phrase. The first set (Word Group 1) consisted of disyllabic pseudowords of the form /pVpV/, enabling the examination of two metrical foot types (trochaic and iambic) with vowels in both syllables analyzed as stressed and unstressed. The second set (Word Group 2) included trisyllabic real Greek words of the form /CVCVCV/, in which the vowel of the second syllable was investigated in pre-stressed, stressed, and post-stressed positions. Acoustic measurements included (non-)normalized values related to duration, intensity, and F0, alongside spectral characteristics (i.e., formant frequencies and token-to-token vowel variability) and spatial features of vowel production (i.e., vowel space area and vowel centralization within the acoustic vowel space). Statistical analyses explored the effects of age, sex/gender, foot type, stress condition, and vowel quality, as well as age-related differences in variability and percentage change among the stress conditions. Additionally, the study examined the relationships between temporal and spatial vowel features and assessed the relative contribution of all acoustic parameters to stress marking throughout development. Results showed that although adult-like patterns, such as the shape of the vowel space, intrinsic vowel characteristics, stress-related patterns, the spatial aspects of vowel reduction, and the relationship between temporal and spatial vowel features, emerged by school age, other adult-level characteristics, including raw acoustic values, gender-related differences, variability, the degree of stress contrast, and the relative contribution of various acoustic features to stress marking, emerged much later, with vowel and stress development being largely complete shortly after age 15. Developmental trajectories were completed earlier for the unstressed vowels than for the stressed ones, and for certain vowel qualities over others, in terms of temporal, spectral, and/or spatial characteristics, while the development of the degree of stress contrast revealed more persistent or systematic challenges for the trochaic foot compared to the iambic foot across all vowel measures. These findings were considered in light of various contributing factors (including speech motor control, anatomy, physiology, perceptual attunement, sensitivity to prosody, language experience) and theoretical models of speech production development and vowel reduction, along with the Hyperarticulation Hypothesis, the Adaptive Dispersion Theory, and the Trochaic-Bias Hypothesis.

Η παραγωγή φωνηέντων και ο τονισμός αποτελούν θεμελιώδεις παραμέτρους της αποτελεσματικής επικοινωνίας. Ωστόσο, η αναπτυξιακή τους πορεία παραμένει ανεπαρκώς κατανοητή διαγλωσσικά, εν μέρει επειδή μελέτες με ευρύ ηλικιακό φάσμα εστιάζουν αποκλειστικά σε τονισμένα φωνήεντα και εν μέρει επειδή η έρευνα συχνά περιορίζεται σε ηλικιακές ομάδες που δεν αποτυπώνουν τη συνολική ανάπτυξη. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί, συνεπώς, στη χαρτογράφηση της αναπτυξιακής εξέλιξης τονισμένων και άτονων φωνηέντων από την προσχολική ηλικία έως και την ενηλικίωση, καθώς και στη διερεύνηση μεταβολών στον βαθμό της τονικής αντίθεσης και στα ακουστικά χαρακτηριστικά του τονισμού. Για το σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκε μια διατομεακή μελέτη με 72 ελληνόφωνους συμμετέχοντες τυπικής ανάπτυξης, κατανεμημένους ισομερώς σε εννέα ηλικιακές ομάδες με ισορροπία φύλου: 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 και 17 ετών και ενήλικες (4 αγόρια και 4 κορίτσια ανά ηλικιακή ομάδα). Οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν μια δοκιμασία καθυστερημένης επανάληψης, παράγοντας τα πέντε ελληνικά φωνήεντα [i, ε, ɐ, o, u] σε δύο σύνολα λέξεων εντός φραστικού πλαισίου. Η Ομάδα Λέξεων 1 περιλάμβανε δισύλλαβες ψευδολέξεις της μορφής /pΦpΦ/, επιτρέποντας τη μελέτη τροχαϊκού και ιαμβικού πόδα, με ανάλυση των φωνηέντων και των δύο συλλαβών σε τονισμένη και άτονη συνθήκη. Η Ομάδα Λέξεων 2 περιλάμβανε τρισύλλαβες υπαρκτές ελληνικές λέξεις της μορφής /ΣΦΣΦΣΦ/, με εξέταση του φωνήεντος της δεύτερης συλλαβής σε προτονισμένη, τονισμένη και μετατονισμένη θέση. Οι ακουστικές μετρήσεις περιλάμβαναν (μη) κανονικοποιημένες τιμές διάρκειας, έντασης και θεμελιώδους συχνότητας (F0), φασματικών χαρακτηριστικών (διαμορφωτές και μεταβλητότητα φωνηέντων από εκφώνηση σε εκφώνηση) και χωρικών χαρακτηριστικών (εμβαδόν φωνηεντικού χώρου και βαθμό κεντρικοποίησης των φωνηέντων εντός του ακουστικού φωνηεντικού χώρου). Οι στατιστικές αναλύσεις διερεύνησαν τις επιδράσεις ηλικίας, φύλου, πόδα, συνθήκης τόνου και φωνηεντικής ποιότητας, καθώς και ηλικιακές διαφορές στη μεταβλητότητα και στο ποσοστό μεταβολής μεταξύ συνθηκών τόνου. Επιπλέον, εξετάστηκαν οι σχέσεις μεταξύ χρονικών και χωρικών χαρακτηριστικών και η σχετική συμβολή των ακουστικών παραμέτρων στο μαρκάρισμα του τόνου κατά την ανάπτυξη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, παρότι μοτίβα κατά το πρότυπο των ενηλίκων (όπως το σχήμα του φωνηεντικού χώρου, τα εγγενή φωνηεντικά χαρακτηριστικά, τα τονικά μοτίβα, οι χωρικές όψεις της φωνηεντικής μείωσης και η σχέση χρονικών–χωρικών χαρακτηριστικών) αναδύθηκαν από τη σχολική ηλικία, άλλα χαρακτηριστικά (όπως ακατέργαστες ακουστικές τιμές, διαφορές φύλου, μεταβλητότητα, βαθμός τονικής αντίθεσης και σχετική συμβολή ακουστικών χαρακτηριστικών στο μαρκάρισμα του τόνου) εμφανίστηκαν αργότερα, με την αναπτυξιακή πορεία των φωνηέντων και του τονισμού να ολοκληρώνεται λίγο μετά τα 15 έτη. Η αναπτυξιακή πορεία ολοκληρώθηκε νωρίτερα για τα άτονα φωνήεντα σε σύγκριση με τα τονισμένα, καθώς και για ορισμένες φωνηεντικές ποιότητες έναντι άλλων, ως προς τα χρονικά, φασματικά και/ή χωρικά χαρακτηριστικά, ενώ ο βαθμός τονικής αντίθεσης παρουσίασε πιο επίμονες ή πιο συστηματικές δυσκολίες στον τροχαϊκό σε σύγκριση με τον ιαμβικό πόδα σε όλα τα ακουστικά φωνηεντικά χαρακτηριστικά. Τα ευρήματα ερμηνεύτηκαν υπό το πρίσμα ποικίλων παραγόντων (συμπεριλαμβανομένων του κινητικού ελέγχου ομιλίας, της ανατομίας, της φυσιολογίας, της αντιληπτικής εξειδίκευσης, της ευαισθησίας στην προσωδία και της γλωσσικής εμπειρίας) και θεωρητικών μοντέλων ανάπτυξης της παραγωγής ομιλίας και της φωνηεντικής μείωσης, σε συνδυασμό με την Υπόθεση Υπεράρθρωσης, τη Θεωρία Προσαρμοστικής Διασποράς και την Υπόθεση Τροχαϊκής Προκατάληψης.