Thèse Docteur de l'université Grenoble Alpes Louis DELEBECQUE Étude, analyse et modélisation ...

202 Pages·2016·7.5 MB·French

Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l’université Grenoble Alpes
Spécialité : Signal Image Parole Télécoms
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Louis DELEBECQUE
Thèse dirigée par Xavier PELORSON et
codirigée par Denis BEAUTEMPS
préparée au sein du laboratoire GIPSA-Lab
dans l’école doctorale Électronique, Électrotechnique,
Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Étude, analyse et modélisation physique de la
production de la parole avec applications aux
troubles liés à une surdité profonde
Thèse soutenue publiquement le 21 Septembre 2015,
devant le jury composé de :
Christophe d’ALESSANDRO
DR CNRS, LIMSI, Orsay, Rapporteur
Avraham HIRSCHBERG
Prof. émérite, Technical University of Eindhoven, Rapporteur
Joël GILBERT
DR CNRS, LAUM, Le Mans, Examinateur
Christophe VERGEZ
DR CNRS, LMA, Marseille, Examinateur (Président du Jury)
Xavier PELORSON
DR CNRS, GIPSA-lab, Grenoble , Directeur de thèse
Denis BEAUTEMPS
CR CNRS, GIPSA-lab, Grenoble, Codirecteur de thèse

UNIVERSITÉ GRENOBLE APLES
ÉCOLE DOCTORALE EEATS
Électronique, Électrotechnique, Automatique, Traitement du Signal
T H È S E
pour obtenir le titre de
docteur en sciences
de l’Université Grenoble Alpes
Signal Image Parole Télécoms
Mention :
Présentée par
Louis DELEBECQUE
Étude, analyse et modélisation physique de la production de la
parole avec applications aux troubles liés à une surdité profonde
Thèse dirigée par Xavier PELORSON et Denis BEAUTEMPS
préparée au laboratoire GIPSA-Lab
soutenue le 21 Septembre 2015
Jury :
Rapporteurs : Christophe d’ALESSANDRO - LIMSI, Orsay
Avraham HIRSCHBERG - Technical University of Eindhoven
Directeur : Xavier PELORSON - GIPSA-lab, Grenoble
Codirecteur : Denis BEAUTEMPS - GIPSA-lab, Grenoble
Examinateur : Joël GILBERT - LAUM, Le Mans
Christophe VERGEZ - LMA, Marseille (Président du Jury)

Remerciements
Je souhaite remercier vivement Christophe d’Alessandro et Mico Hirschberg pour l’intérêt
qu’ils ont porté à ce travail en acceptant de le rapporter. J’aimerais également remercier
Christophe Vergez et Joël Gilbert qui ont accepté de l’examiner.
Je remercie Xavier Pelorson et Denis Beautemps pour avoir initié ces travaux et pour
m’avoirfaitconfiancetoutaulongdecetravaildethèse.Lapartieexpérimentaledecetravaila
bénéficié de l’appui logistique deXavier Laval et Christophe Savariaux toutdeux responsables
de plate-formes expérimentales au département Parole et Cognition du Gipsa-lab.
Je souhaite également remercier le professeur Sébastien Schmerber, médecin ORL ainsi
queDeniseMartin-Bonniot,orthophoniste auCHUGrenoble-Alpes,dem’avoirmisencontact
avec l’unique locuteur sourd ayant participé à ces travaux de thèse. Je remercie également ce
dernier pour sa bonne volonté et son grand intérêt pour ces recherches.
Merci également aux enseignements-chercheurs du département Génie Civil de l’IUT1 de
Grenoble et de l’université du Maine, avec lesquels j’ai eu l’occasion de travailler pour la
préparation d’enseignements. Je pense en particulier à Claire Brutel-Vuilmet, Olivier Dazel,
Guillaume Penelet, Bruno Brouard et Christophe Ayrault.
DurantmonséjouraudépartementParoleetCognitionduGipsa-Lab,j’aipubénéficierdes
conseils et indications de Fabrice Silva, Maëva Garnier, Coriandre Vilain, Nathalie Henrich,
Pierre Badin et Thomas Hueber. Merci aussi aux doctorants et post-doctorants du dépar-
tement d’avoir agrémenter ma vie quotidienne au laboratoire, je pense en particulier à mes
collègues du bureau «TAD» : Nico, Noël et Paul.
Ces trois années passées à Grenoble, n’aurait pas été aussi agréables sans mes premiers
hôtes grenoblois : Toby, Stan et Illya, sans les colocataires du «manoir »de Corenc : Tatou,
Emma, Cécile, Brunelle, Rémi, Maïté, Colin, Lynn, Séb, Yordie, Nicolas et Carole et sans les
répétitions hebdomadaires avec les Georges du Gondwana composés de Riton, Colin, Adrien,
Clémich et Féloch.
Enfin,jeremerciemafamilleetBalbinepoursonsoutieninconditionnelpendantcesannées
de thèse.
i

Table des matières
Listes des sons vii
Introduction 1
I Partie préliminaire 5
1 Notions sur la production de sons voisés 7
1.1 Aspects physiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Aspects physiques : Pressions de seuil des oscillations . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Aspects phonétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 Éléments sur la production de parole chez les sourds . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 Modèles théoriques et implémentation numérique 23
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Modèles aérodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Modèles mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4 Modèles acoustiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5 Implémentation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
II Sauts de fréquence fondamentale et transitions de mécanisme la-
ryngé 53
3 Bibliographie et observations in vivo 57
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
iii
iv Table des matières
3.2 Éléments bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3 Observation in vivo de saut de fréquence fondamentale . . . . . . . . . . . . . . 62
4 Validation expérimentale par simulation numérique 69
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4 Simulation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.5 Discussion et conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5 Étude des stratégies motrices par simulation numérique 93
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2 Choix des paramètres de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3 Méthode d’analyse des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.5 Discussion et conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
III Séquences voyelle - plosive non voisée - voyelle 109
6 Interaction aérodynamique entre les cordes et le conduit vocal 113
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.2 Measurements on a human speaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.3 Air flow model for the lip constriction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.4 Aerodynamic model of the supraglottal cavity expansion . . . . . . . . . . . . . 123
6.5 Numerical simulations of an /apa/ sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7 Influence du couplage acoustique sur le VOT 133
Table des matières v
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.2 Mesures sur maquette de l’appareil phonatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.3 Simulations numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
7.4 Discussion et conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Conclusion 145
A Couches limites et séparation de l’écoulement 151
B Calibration de la station EVA 155
C Mesures complémentaires de sauts de fréquence fondamentale 165
D Résonateurs acoustiques 167
E Cartographies des régimes d’oscillation 171
Bibliographie 177