<html>

<br>

Dear Paul, <br><br>

<br>

At the LSA meeting in January, during the question period after <br>

your talk on how the constraints of optimality might hypothetically be

<br>

represented in the genome, I tried to formulate an issue for you to 

<br>

consider: which constraints are good candidates for an innate mental

<br>

grammar and which are not? I promised you that I would e-mail you a 

<br>

fuller statement of what I had in mind by my question, since the issue is

a <br>

complex one and raises points that you have probably not considered.

<br>

Several colleagues in the audience that day, including Shelley Velleman,

<br>

John and Manjari Ohala, and Diana Ohala, were also interested in the

issue <br>

and encouraged me to attempt a fairly formal exposition of my point,

which <br>

is: <br>

1. that many universals of phonology are physiologically based, <br>

2. so that while these are represented in the mind, <br>

3. they are not good candidates for representation in an innate mental

<br>

grammar, should there in fact be such an object.<br>

As always, I remain <br>

your genial and loyal opposition, <br>

with sincere hopes of seeing Optimality develop to a level where I <br>

can't find anything to complain about. <br>

Lise<br>

Below is my full statement, with lecture notes by John Ohala to make some

<br>

of the aerodynamic arguments explicit. It would be better as an <br>

attachment, since it is so long, but network constraints make that <br>

problematic. Anyone who would like either my statement or the PowerPoint

<br>

version of John's lecture notes is welcome to e-mail me for them.<br>

***************************************************************** <br>

Phonetic manifesto: Cave fish are blind, or, Why many innate universals

of <br>

language are not candidates for inclusion in an innate grammar<br>

Lise Menn, with Shelley Velleman & John Ohala <br>

References and acoustic physics argument provided by John Ohala<br>

Assuming (only for the sake of argument!) that some parts of phonology

are <br>

determined by a genetically-controlled universal grammar (innate UG), and

<br>

that 'grammar' refers to a mental language-data processing mechanism, we

<br>

argue that EVEN THOUGH CERTAIN CHARACTERISTICS OF PHONOLOGY ARE

UNIVERSAL, <br>

they are poor candidates for inclusion in such an innate UG. We use 

<br>

optimality theory as a basis for exposition.<br>

Cave fish are blind. If natural selection maintains properties of an

<br>

organism, they are either useful to survival in some way, or byproducts

of <br>

something else that is useful. Natural selection typically fails to 

<br>

maintain characteristics that are either useless (eyes in a cave) or

<br>

redundant. (Another putative example is the ability to synthesize vitamin

C <br>

in primates who have good access to fruit and other sources; see article

on <br>

Vitamin C in The Cambridge World History of Food.) Useless or redundant

<br>

characteristics of course MAY be maintained because they are accidental

<br>

by-products of some other capacity (the appendix in the human <br>

gastro-intestinal tract; 'spandrels', in a popular metaphor).<br>

If a property of language is a consequence of human (vocal tract)

anatomy, <br>

auditory processing, or other non-mental circumstances, it does not need

<br>

also to be part of a MENTAL grammar. For example, the constraint strongly

<br>

disfavoring speech sounds made with ingressive pulmonic airflow (as in

<br>

gasping, or sucking air in through the teeth) presumably is due to <br>

something about human breath control, the fact that dry air is bad for

the <br>

mucous membranes of the mouth and larynx, etc. <br>

Furthermore, speakers making such sounds quickly discover the discomfort

<br>

and the effort that they cause, through ordinary sensory feedback

circuits, <br>

so there is no need for a pre-wired mental counterpart to the physical

<br>

facts.<br>

Many violable constraints are demonstrably based on anatomy, muscle 

<br>

control, and other physical properties of the vocal tract. Some are

rather <br>

strong, like the constraint against nasal fricatives (which demand a lot

of <br>

airflow); some are very weak, like those against specific consonants -

<br>

*/p/, */g/, */h/, which are very common yet occasionally absent. See the

<br>

appended adaptation of an Ohala power-point lecture on airflow

requirements <br>

for fricatives and voicing.<br>

These constraints are indeed as innate as having a nose and mouth. But

<br>

they are not MENTAL constraints, they are PHYSIOLOGICAL constraints. So

<br>

the genes which control them must be genes that structure the body, not

the <br>

mind.<br>

Speakers subconsciously know the constraints of their grammar, regardless

<br>

of the source of the constraint. Consider the Jusczyk et al. experiments

<br>

showing that infants recognize native vs. unfamiliar phonotactic

patterns, <br>

not to mention the common experiences of second language learners who try

<br>

to overcome their native language production patterns.<br>

In phonology, to describe language patterns as well as individual

speakers' <br>

knowledge, all constraints must be represented, regardless of whether

their <br>

source is transparently physiological, or perceptual, or based on general

<br>

human cognitive properties, or indeed based on language-specific mental

<br>

properties.<br>

Under the assumptions that <br>

some constraints might be genetically encoded as part of a mental

grammar; and <br>

no constraint will be directly selected for as part of an innate mental

<br>

grammar if it is redundantly a consequence of physiology & physics,

and <br>

therefore both internal to and learnable by a physiologically intact

child <br>

trying to make sounds,<br>

Šwhich constraints, if any, are good candidates for representation in a

<br>

innate mental grammar?<br>

According to the argument above, the poor candidates include all <br>

constraints that are demonstrably physiological in origin (and therefore

<br>

genetically encoded, but not in the mind). I think this includes at least

<br>

the majority of common constraints. Indeed, anything that takes the

tongue <br>

away from resting position would be easier not to do, from the speaker's

<br>

point of view.<br><br>

[We also know that many constraints can demonstrably be learned by

exposure <br>

to the ambient language (cf. the work of Jusczyk and colleagues, Aslin

& <br>

colleagues). They would also be redundant in an innate grammar and <br>

therefore poor candidates for membership in a UG - but I suppose it could

<br>

be counter-argued that the reason that children can learn them is that

they <br>

are part of UG. I am not sure how to reach a testable hypothesis in this

<br>

area.]<br><br>

Ohala Lecture notes (edited by LM from the original PowerPoint

version)<br>

1. For a fixed mass of air, pressure varies inversely with volume. <br>

(Boyle-Mariotte's Law)*; e.g., in a hand bicycle pump one pushes a

plunger <br>

to reduce the volume of the air and thus increase the pressure.<br>

Pressure times Volume is constant for a fixed mass of air; P1V1 = P2V2.

<br>

For a given volume, pressure varies directly with the mass of air inside.

<br>

E.g., inflating or stiffening a car tire by pumping air into it. <br>

(We neglect the effects of temperature; we assume adiabatic

conditions.)<br>

2. The quantity of air passing through a channel varies proportionally

with <br>

the diameter of the channel, and is positively correlated with the <br>

magnitude of the pressure differential across the channel. (Coffee flows

<br>

from a large coffee urn in greater volume as (a) the tap is more open and

<br>

(b) the greater the amount of coffee in the urn.) <br>

U = A (P at entrance - P at exit) to the a power, times C <br>

U is 'volume velocity', the quantity of air per unit time, typically,

cm3/sec; <br>

A is the channel diameter; <br>

a varies between 0.5 and 1.0; <br>

c is a constant.<br>

3. Air speed (particle velocity) varies directly with quantity of flow

<br>

(volume velocity) and inversely with channel cross-dimension. (This is

the <br>

principle exploited in carburetors.) <br>

This principle is relevant because the degree of turbulence and thus the

<br>

noise produced during fricatives is dependent in part on how fast the air

<br>

is moving past a constriction. The intensity and center frequency* of

<br>

frication noise vary monotonically with particle velocity of the air

flow. <br>

(When a strong wind is blowing around one's house, one can get an <br>

impression of its intensity by listening to the loudness.* But these

<br>

parameters can also be affected by the resonances of the vocal tract of

the <br>

noise and its "pitch".) <br>

The Bernoulli* effect: <br>

The pressure at right angles to flowing air is inversely correlated 

<br>

with the velocity of the air flow. This principle is important for <br>

understanding <br>

How airplanes fly <br>

Perfume atomizers <br>

Carburetors<br>

4. The Aerodynamic Voicing Constraint <br>

Voicing requires: Vocal cords adducted (lightly approximated at the

midline) <br>

Air flowing through the vocal cords. <br>

Certain articulations impact on airflow. <br>

Note: similar principles apply to trills<br>

Obstruents block or reduce the flow of air out of the oral cavity (by

<br>

aerodynamic principle #3). <br>

Therefore, the air accumulates in the oral cavity and, by aerodynamic

<br>

principle #2, the pressure behind the constriction increases. <br>

This reduces the pressure drop (DP = [P at entrance - P at exit]) across

<br>

the vocal cords <br>

If DP goes below a certain minimum value (~ 1 or 2 cm H2O), the air flow

<br>

falls below the level needed to maintain voicing and thus voicing will be

<br>

extinguished.<br>

5. Factors favoring voicing during supraglottal sounds: <br>

i) Shorter duration of the consonantal closure, since there is less time

<br>

for Po (the oral cavity air pressure) to build up to a level that reduces

<br>

DP below the critical level <br>

ii) Larger oral cavity (= more front place of articulation), since a

larger <br>

cavity means more surface area to passively expand and thus accommodate

<br>

more of the air accumulating in the oral cavity. <br>

iii) Active expansion of the oral cavity by larynx lowering, jaw

lowering, <br>

augmenting velum elevation -- again, to accommodate more air accumulating

<br>

in the oral cavity. <br>

iv) Velic leakage<br>

Related to the difficulty of maintaining voicing on back-articulated

stops <br>

are the following: <br>

Even in languages that have /g/, the incidence of this phoneme -- both in

<br>

the dictionary and in connected speech -- is often statistically much

lower <br>

than for /b/ (Gamkrelidze; Wang & Crawford). <br>

Phonetically /g/ is often less voiced than /d/ and /b/. E.g., my English

<br>

/g/ is commonly voiceless even intervocalically.<br>

The absolute absence of /g/ in some languages, the statistical

infrequency <br>

of it in others, and its phonetic devoicing in others are all <br>

manifestations of the same basic universal factor.<br>

There is a "bias" among obstruents to be voiceless. Incidence

of [voice] on <br>

obstruents in 706 segment inventories surveyed by Ruhlen. (For similar

<br>

data, see Maddieson 1984.)<br>

Back-articulated voiced stops are more likely to be missing from

languages <br>

with a voicing contrast among obstruents. <br>

Incidence of stop gaps by place and ±voice in 87 languages surveyed by

<br>

Sherman 1975 (see similar data by Maddieson 1984). <br>

Labial Apical Velar <br>

Voiceless 34 0 0 <br>

Voiced 2 21 40 <br>

Familiar examples: Thai, Dutch, Czech (in native vocabulary)<br>

Fricatives have a greater bias against voicing than do stops. For optimal

<br>

voicing, Po must be as low as possible (to keep DP high). <br>

For optimal voicing, Po must be as low as possible (to keep DP high).

<br>

Both of these actions on Po cannot be done simultaneously. <br>

The result is that voiced fricatives with strong frication (e.g., [ z,

<br>

'ezh'] have a tendency to devoice; those with strong voicing (e.g., [v

<br>

'eth' ź ] tend to have weak, if any, frication.<br>

Definition: an obstruent is a sound that substantially impedes the flow

of <br>

air out of the vocal tract; everything else is a sonorant.* <br>

Default: <br>

Sonorants are voiced <br>

Obstruents are voiceless<br>

*Note: these may not always be dichotomous categories; there can be a

<br>

continuum according to the degree of obstruction of the air flow.<br>

However, in a great many languages, there may be a contrast in voicing in

<br>

obstruents, and in a small number of languages there may be voicing 

<br>

contrasts on sonorants. <br>

Moreover, in many cases the voicing contrast on obstruents hinges on the

<br>

relative timing of the voicing with respect to the timing of the <br>

consonantal constriction. <br>

Also, the perceptual cues for these contrasts (as with many phonetic

<br>

contrasts) are multiple and frequently involve phonetic features other

than <br>

simple [ ± voice]. <br>

Although there are some general tendencies, the facts must be determined

<br>

for each individual language.<br>

********************* <br>

For an attachment with a power-point version of this Ohala lecture,

please <br>

e-mail him <ohala@socrates.berkeley.edu> or me.<br><br>

<br><br>

<br>

Beware Procrustes bearing Occam's razor.<br>

Lise Menn office phone 303-492-1609 <br>

Professor home fax 303-413-0017 <br>

Department of Linguistics <br>

UCB 295 <br>

University of Colorado <br>

Boulder, CO 80309-0295<br>

Lise Menn's home page <br>

<font color="#0000FF"><u><a href="http://www.colorado.edu/linguistics/faculty/lmenn/" eudora="autourl">http://www.colorado.edu/linguistics/faculty/lmenn/<br>

</a></u></font>"Shirley Says: Living with Aphasia" <br>

<font color="#0000FF"><u><a href="http://spot.colorado.edu/~menn/Shirley4.pdf" eudora="autourl">http://spot.colorado.edu/~menn/Shirley4.pdf<br>

</a></u></font>Japanese version of "Shirley Says" <br>

<font color="#0000FF"><u><a href="http://www.bayget.com/inpaku/kinen9.htm" eudora="autourl">http://www.bayget.com/inpaku/kinen9.htm<br>

</a></font></u><br>

</html>