Reproduction de : Thèse de docteur-ingénieur : [électronique] : Grenoble, INPG : 1982. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 111-121.

La parole et le chant ont une importance capitale dans la culture humaine. Cependant les phénomènes physiques de production et de contrôle de la voix sont encore mal compris, et leurs paramètres mal connus, principalement en raison de la difficulté d'y accéder in vivo. Dans le modèle source-filtre simplifié, la source sonore est produite par l'oscillation des plis vocaux à une fréquence fondamentale et ses multiples ; les résonances du conduit vocal filtrent l'enveloppe spectrale du signal pour produire des voyelles. Dans cette thèse, les propriétés de la source et du filtre sont étudiées et une expérience in vitro examine l'influence du filtre sur la source. L'influence des paramètres de contrôle aérodynamiques ou mécaniques sur la fréquence fondamentale est étudiée ex vivo en utilisant des larynx humains excisés. Quatre types de discontinuités ou d'hystérésis sont observés. En dehors de ces zones de bifurcation, la fréquence fondamentale est approximativement proportionnelle à la racine carrée de la pression sous-glottique, ce qui a des implications pour le chant et de la parole, en particulier dans les langues tonales. De plus, le flux d'air qui traverse la glotte provoque un rétrécissement du conduit aryépiglottique sous l'effet de forces de pression aérodynamique, et peut initier l'oscillation des plis ventriculaires et/ou aryépiglottiques sans contrôle musculaire. L'impédance acoustique de conduits vocaux fut mesurée in vivo sur un intervalle de9 octaves en fréquence et de 80 dB en amplitude, avec la glotte fermée puis pendant la phonation. Les fréquences, amplitudes et largeurs de bande des résonances acoustiques et des résonances mécaniques des tissus autour du conduit vocal sont estimées. Lorsque la glotte est fermée, les largeurs de bande et les pertes d'énergie correspondantes dans le conduit vocal sont largement supérieures aux pertes viscothermiques d'un cylindre rigide lisse, et sont encore plus importantes pendant la phonation. En utilisant un modèle simple de conduit vocal et les mesures effectuées en inspirant, des résonances acoustiques du système sous-glottique sont également estimées. Les effets possibles de la charge aéroacoustique du filtre sur la source sont mis en évidence dans une expérience sur une maquette de plis vocaux constituée de boudins de latex remplis d'eau couplés à un tuyau rigide. La modification de la charge acoustique en aval des plis vocaux, par insertion d'une paille à l'extrémité du conduit, modifie la fréquence fondamentale de vibration des plis. Ce résultat est discuté dans le contexte des méthodes de rééducation orthophonique à la paille couramment utilisées en thérapie de la parole. / Speech and singing are of enormous importance to human culture, yet the physics that underlies the production and control of the voice is incompletely understood, and its parameters not well known, mainly due to the difficulty of accessing them in vivo. In the simplified but well-accepted source-filter model, non-linear vocal fold oscillation produces a sound source at a fundamental frequency and its multiples, the resonances of the vocal tract filter the spectral envelope of the sound to produce voice formants. In this thesis, both source and tract properties are studied experimentally and an in vitro experiment investigates how the filter can affect the source. The control of fundamental frequency by either air supply or mechanical control parameters is investigated ex vivo using excised human larynges. All else equal, and excluding the four types of discontinuity or hysteresis observed, the fundamental frequency was found to be proportional to the square root of subglottal pressure, which has implications for singing and speech production, particularly in tonal languages. Additionally, airflow through the glottis causes a narrowing of the aryepiglottic tube and can initiate ventricular and/or aryepiglottic fold oscillation without muscular control. The acoustic impedance of the vocal tract was measured in vivo over a range of 9 octaves and 80 dB dynamic range with the glottis closed and during phonation. The frequencies, magnitudes and bandwidths were measured for the acoustic and for the mechanical resonances of the surrounding tissues. The bandwidths and the energy losses in the vocal tract that cause them were found to be five-fold higher than the viscothermal losses of a dry, smooth rigid cylinder, and to increase during phonation. Using a simple vocal tract model and measurements during inhalation, the subglottal system resonances were also estimated. The possible effects of the filter on the source are demonstrated in an experiment on a water-filled latex vocal fold replica: changing the aero-acoustic load of the model tract by inserting a straw at the model lips changes the fundamental frequency. This result is discussed in the context of straw phonation used in speech therapy.

La collision entre les plis vocaux lors de la phonation, phénomène physiologique essentiel pour la synchronisation de la vibration des plis, est également une composante du phonotraumatisme. Le rôle du phonotraumatisme dans la physiopathologie des dysphonies est communément admis mais sa nature reste mal définie et sa quantification difficile. Ce travail propose d’aborder cette question au moyen d’approches in vivo sur des sujets sains et ex vivo sur des larynx humains excisés. L’objet de ce travail est l’étude du comportement laryngé lorsque le larynx est soumis à des conditions de pression sous-glottique extrêmement élevées. In vivo, l’étude de la voix criée reposait sur la mesure constante de la pression sous-glottique. Ex vivo, cette dernière était manipulée en dehors de toute modification des autres paramètres de contrôle. Le volet ex vivo a nécessité un développement méthodologique (modernisation et adaptation au larynx humain) du banc expérimental utilisé pour des larynx animaux. Les résultats ont montré l’existence chez les locuteurs sains d’un « plafonnement » dans l’intensité vocale et le signal électroglottographique pour les très hauts niveaux de pression sous-glottique. Les études sur larynx humains excisés mesuraient la force de collision entre les plis vocaux sous l’effet de la pression sous-glottique et ont mis en évidence l’existence, ici aussi, d’un « plafonnement » de cette force lorsque la pression sous-glottique est très élevée. Les observations rapportées par ce travail ont un intérêt clinique important même si les phénomènes physiques sous-jacents restent à préciser. / The collision between the vocal folds during phonation is a physiological phenomenon with a powerful role in the synchronization of their vibration. This collision is also a component of the phonotrauma. The role of phonotrauma in the pathophysiology of dysphonia is commonly accepted but its nature still unclear and its quantification remains difficult. This work proposes, an in vivo study in healthy subjects, and an ex vivo one on excised human larynges. The purpose of this work was to study of the laryngeal behavior when the larynx is subjected to extremely high subglottic pressure. In vivo, it is studying the shouted voice with constant measure of subglottal pressure. Ex vivo, the subglottic pressure is directly manipulated. The ex vivo study required a methodological development to modernize the experimental bench used for animal larynges studies and to adapt it to the human larynx. The results showed, in healthy speakers the existence of a "plateau" in the vocal intensity and in the electroglottographic signal for very high levels of subglottic pressure. The excised larynx studies measured the collision force between the vocal folds and its changes depending on other acoustic and electroglottographic parameters. They highlighted the existence, here too, of a "plateau" in the level of the collision force when the subglottic pressure was very high. The observations presented in this work are, to our knowledge, unprecedented. They have important clinical interest for understanding the concept of phonotrauma. Their interpretation in physical terms remains very incomplete.