Atelier Voix Chantée

1. OBJECTIFS

Cet ensemble d’expériences s’insère dans le contexte d’une thèse de phonétique portant sur l’efficience et l’efficacité vocale dans le chant lyrique. Ce qui est présenté ici est une première étape portant sur la mise au point d’un protocole expérimental pour déterminer des paramètres aérodynamiques dans des émissions vocales chantées. La méthodologie et les résultats obtenus ont fait l’objet d’une abondante discussion qui sera poursuivie dans l’atelier du 11 juillet prochain, et qui fera l’objet d’expériences complémentaires lors des prochains mois.

Le larynx peut être assimilé à un transducteur d’énergie permettant de transformer de l’énergie aérodynamique en énergie acoustique. L’efficience phonatoire (rapport du travail acoustique sur le travail aérodynamique-voir plus loin) quantifie cette transformation. Au vu de la littérature, peu de mesures de l’efficience phonatoire ont été systématiquement effectuées dans une tâche chantée.

1. Les expériences présentées ici s’inscrivent, en premier lieu, dans la mise au point d’un protocole expérimental pour déterminer des paramètres aérodynamiques dans des émissions vocales chantées (débit et pression sous-glottique).

2. Deuxièmement, il s’agit de savoir si l’efficience phonatoire (Eg) est significativement différente d’une tâche parlée à une tâche chantée.

3. Troisièmement, la mesure de ce paramètre est-elle justifiée et spécifique dans le chant lyrique ? Autrement dit : les chanteurs utilisent-ils réellement leur larynx d’une façon efficiente ?

4. Quatrièmement, la variabilité de l’efficience, en regard de celle des paramètres qui la composent (Pression sous-glottique, débit moyen et intensité) n’est-elle pas trop importante en voix parlée et chantée ?

5. Cinquièmement, l’efficience en chant varie-t-elle avec le fondamental pour une personne donnée, pour un type vocal donné, un mécanisme donné ?

2. MATERIEL ET METHODES


• Un sujet féminin chanteur, debout (vécu vocal : orthophoniste, chant lyrique, cours depuis 7 ans, ensemble vocal)


• Logiciel Aerophone II, masque facial connecté à un capteur du débit d’air phonatoire expiré, microphone placé à 15 cm de la bouche (intensité)


• Calibration, vérification de la non obturation du cathéter intra buccal de diamètre 1,5 mm


• Protocole en voix parlée : (registre : mécanisme I)


• Cinq séries de mesures (5 jours différents)


• Pour chaque mesure : 3 séries de la syllabe [pi] répétée 7 fois (environ 2 /seconde)


• Fréquence fondamentale constante : 220 Hz (vérifiée sur DAT par un enregistrement simultané)


• Chaque série correspond à l’intensité faible, confortable et forte choisie par le sujet


• Protocole en voix chantée : (registre : mécanisme II)


• Cinq séries de mesures (5 jours différents). Pour chaque mesure :
• 6 séries de syllabes [pi] répétées au moins 7 fois (mi3=330 Hz) ; environ 2 s/seconde
• Une septième série de ces syllabes répétées plus vite
• Une huitième série de ces syllabes répétées plus faible (intensité moins forte)
• Séries de 5 gammes de ré majeur (294Hz à 588 Hz) sur [pa] et cinq sur [pi] (même ton)
• Série de deux arpèges sur [pa] (294Hz à 740 Hz) (même ton)
• Importance d’une tâche chantée
• Choix du fondamental, enregistrement simultané
• Intensités choisies par le sujet


• Paramètres obtenus



• Pression sous-glottique (cm / H20) mesurée de manière indirecte : Estimation à partir du pic de pression intra-orale pendant la production de [p] au moyen d’un cathéter intra-buccal . Lors de la production de ces consonnes non voisées, les cordes vocales étant en abduction, la pression sous-glottique est équivalente en première approximation à la pression intra-orale (maintes fois montré pour la parole- notamment par Van den Berg, 1956 ; Netsell,1969 ; Kitajima, 1990- mais pas pour le chant).
• Débit phonatoire moyen (en litre par seconde) sur la voyelle
• Intensité (dB) sur la voyelle Calcul de trois autres paramètres " secondaires " :
• Travail aérodynamique (en Watts) = Pression sous-glottique x débit phonatoire moyen x 0,10187.
  Cette constante est utilisée pour transformer les cm H20 en Newton/m², (Hans, p 84), ainsi dans le but de se conformer avec le système SI. (Laukkanen, 1995).
• Efficience phonatoire (en parts per millions: ppm): travail phonatoire acoustique/travail aérodynamique.
  [Travail phonatoire acoustique = 2p.0,15².10^SPL/10.10^-12 en watts ] (Van den Berg, 1956 ; Schutte, 1980 ; Bard et al, 1992)
• Résistance glottique (en cm d’eau/litre par seconde) : rapport de la pression sous-glottique maximale sur le débit phonatoire moyen traversant la glotte.
3. RESULTATS

-  Les valeurs de tous les paramètres sont plus élevées en voix chantée qu’en voix parlée quel que soit le corpus.
-  La dispersion des valeurs est plus grande en chant qu’en parole

Tableau 1 : Moyennes globales minimale et maximale de chacun des paramètres

paramètre	Voix parlée	Voix chantée
Pression sous-glottique (cm H20)	5,2-11,1	16,2-24,8 (34)
Intensité (dB)	68,9-78,3	78,8-89,9 (93,8)
Débit (l/s)	0,212-0,312	0,231-0,470
Efficience x 10-5 (ppm)	15.8-31.2	33.9-123.8

Les nombres entre parenthèses renvoient aux items dont le fondamental varie (gammes, arpèges). Les autres chiffres concernent les syllabes [pi].

1. Données descriptives de la pression sous-glottique en voix parlée et chantée

Les valeurs augmentent régulièrement avec l’intensité dont l’effet est significatif.

En ce qui concerne la voix parlée, les valeurs obtenues sont analogues à celles de Holmberg (1994) et Hans (1996) (locuteurs féminins).

En ce qui concerne la voix chantée, l’effet de la voyelle est significatif sur les valeurs obtenues (La pression sous-glottique des syllabes [pa] est plus importante que celle des syllabes [pi] : z=-8.63 ; p<0,0001). Enfin, les valeurs augmentent avec la fréquence fondamentale (voir plus loin).

2. Données descriptives du débit en voix parlée et chantée

En ce qui concerne la voix parlée, les valeurs obtenues sont analogues à celles de Holmberg (1994) et Hans (1996) (locuteurs féminins) et augmentent significativement en fonction de l’intensité.

En ce qui concerne la voix chantée, l’effet de la voyelle est significatif sur les valeurs obtenues (le débit des syllabes [pa] est plus important que celui des syllabes [pi] : z=-5.76 ; p<0,0001). De plus, il existe une différence significative des valeurs entre les calculs automatique et manuel (z=-16.19 ; p<0,0001) : les valeurs de débit sont sous-estimées par le calcul automatique. L’effet de l’intensité est significatif ([pi] versus [pi] faible : z=-8.08 ; p<0,0001) contrairement à celui du tempo ([pi] versus [pi] chanté plus vite : z=-0.8 ; p=0.42). Enfin, on peut se demander si la variabilité obtenue est due au vibrato.

3. Données descriptives de l’intensité en voix parlée et chantée

En ce qui concerne la voix parlée, les valeurs obtenues sont analogues à celles de Holmberg (1994) et Hans (1996) (locuteurs féminins) exceptée pour l’intensité faible où les valeurs de ces expériences sont supérieures à celles de la littérature. Elles augmentent significativement en fonction de l’intensité.

En ce qui concerne la voix chantée, l’effet de la voyelle est significatif sur les valeurs obtenues (l’intensité des syllabes [pa] est plus importante que celle des syllabes [pi] : z=-3.51 ; p=0,0004). L’effet du tempo n’est pas significatif ([pi] versus [pi] chanté plus vite ). On note enfin que les valeurs d’intensité, ainsi que leur dispersion, sont plus importantes pour les gammes et arpèges que pour les syllabes [pi] à intensité constante.

4. Données descriptives de l’efficience en voix parlée et chantée

En ce qui concerne la voix parlée, les valeurs obtenues sont analogues à celles de Hans (1996) (locuteurs féminins).

En ce qui concerne la voix chantée, le tempo ([pi] versus [pi] chanté plus vite : z=-2.43 ; p=0.015) et l’intensité ([pi] versus [pi] faible : z=-8.44 ; p<0,0001) ont un effet significatif sur les résultats obtenus.

5. Variabilité intra individuelle des résultats obtenus en voix parlée et chantée (effet des différents jours d’enregistrement)

a. Voix parlée

Les paramètres varient significativement d’une mesure à l’autre d’après des tests ANOVA à mesures répétées (niveau de significativité : 95%), exceptée l’efficience. Ces résultats restent les mêmes si le niveau de significativité est moins sévère (sauf pour l’intensité à un seuil de 0,5%).

La variabilité d’intensité est négligeable par rapport à celle des autres paramètres (notamment la pression sous-glottique et le débit).

Cependant, les valeurs des différents paramètres aérodynamiques sont comparables à ceux mesurés chez 50 sujets féminins non chanteurs (Hans, 1996) : la comparaison a été utilisée en calculant le score Z d’après les travaux de Holmberg (1994). L’utilisation de cette analyse statistique permet de nuancer les scores des ANOVA à mesures répétées : en effet, d’après le calcul de ces scores z (Z=valeur observée-moyenne de la population / écart-type de la population), la variabilité des différents paramètres aérodynamiques est inférieure à deux écart-types, excepté pour la pression sous-glottique en intensité confortable, la pression sous-glottique et le débit moyen en intensité forte, la pression sous-glottique et l’efficience en intensité faible.

b. Voix chantée

Les paramètres varient significativement d’une mesure à l’autre d’après des tests ANOVA à mesures répétées (niveau de significativité : 95%), exceptée l’intensité pour les gammes avec [pi] et [pa] ainsi que les arpèges. Ces résultats restent les mêmes si le niveau de significativité est moins sévère.

La variabilité d’intensité est négligeable par rapport à celle des autres paramètres (notamment la pression sous-glottique et le débit). On pourrait donc supposer qu’il existe un meilleur contrôle de l’intensité (le plus important) par rapport aux autres paramètres en chant. Ces hypothèses seraient à vérifier avec d’autres chanteurs expérimentés.

 

6. Pression sous-glottique et fréquence fondamentale : données descriptives et corrélations

La pression sous-glottique augmente régulièrement avec la fréquence fondamentale des gammes et arpèges, et l’on observe une dispersion analogue des données quel que soit le degré (fréquence fondamentale) de la gamme. On note cependant que les valeurs obtenues sont plus importantes pour la première note que la suivante, ce qui suppose l’existence d’un geste différent sur le début de l’item, pouvant être considéré comme un artéfact.

Les corrélations entre le fondamental et la pression sous-glottique sont positives, surtout pour les gammes avec [pa] (rho=0.45 ; N=184 ; p<0,0001) et les arpèges (rho=0.38 ; p=0.007).

7. Débit et fréquence fondamentale : données descriptives et corrélations

Les corrélations entre le fondamental et le débit sont légèrement positives, surtout pour les gammes avec [pa] (rho=0.34 ; N=184 ; p<0,0001) et les arpèges (rho=0.46 ; p=0.001).

8. Intensité et fréquence fondamentale : données descriptives et corrélations

L’intensité croît avec la fréquence fondamentale et sa dispersion est faible, exceptée pour les syllabes [pa] à 440 Hz des gammes. On note en effet que cette intensité atteint son maximum à 440Hz pour les arpèges (émis avec la syllabe [pa]), et 494 Hz pour les gammes avec [pa] en raison de l’existence de phénomènes de résonance, de couplage avec le masque que l’on peut considérer comme un artéfact : cette facilité devrait dépendre du premier formant de la voyelle [a]. En effet, à 494 Hz, le deuxième harmonique de [a] est à 988 Hz et correspond au deuxième formant de cette voyelle. A 440 Hz, le deuxième harmonique de [a] est à 880 Hz et correspond au deuxième formant de cette voyelle.

Les corrélations entre le fondamental et l’intensité sont très positives, surtout pour les gammes avec [pi] (rho=0.89 ; N=200 ; p<0,0001) et les arpèges (rho=0.85 ; p<0,0001 ; N=50).

 

9. Efficience et fréquence fondamentale : données descriptives (Echelles linéaire et logarithmique) et corrélations

L’efficience croît en fonction de la fréquence fondamentale, et, comme l’intensité, atteint son maximum à 440Hz pour les arpèges (émis avec la syllabe [pa]), et 494 Hz pour les gammes avec [pa] et [pi].

Les corrélations entre le fondamental et l’efficience sont très positives, surtout pour les gammes avec [pi] (rho=0.78 ; N=200 ; p<0,0001) et les arpèges (rho=0.78 ; p<0,0001 ; N=50).

EFFICIENCE ET FREQUENCE FONDAMENTALE : DONNEES SUR L’ENSEMBLE DES 5 MESURES (voix chantée) : échelle logarithmique

 
Figure 1 : fréquence (Hz) des gammes et arpèges





Figure 2 : fréquence (Hz) des gammes avec [pi]




 
Figure 3 : fréquence (Hz) des gammes avec [pa]





Figure 4 : Fréquence (Hz) des arpèges

10. Corrélation entre l’intensité et l’efficience pour les syllabes [pi] à fréquence constante : mesures en voix parlée et chantée à des intensités analogues.

Figure 5: Voix parlée à toutes les intensités (fo =220Hz) : rho=0,7 ; p<0,0001 (*) ; N=179


Figure 6 : Voix chantée à intensité faible (fo=330Hz) : rho=0,91 ; p<0,0001 (*) ; N=29


Les syllabes [pi] émises à 220 Hz en voix parlée à toutes les intensités, possèdent le même niveau sonore que celles à intensité faible pour le chant (330 Hz). Pour ces deux groupes de valeurs, les valeurs d’efficience sont analogues et sont semblablement corrélées au niveau sonore (corrélations très positives).

11. Autres corrélations en voix parlée et chantée

Elles sont données dans le tableau suivant :

Corrélation	Voix parlée	Voix chantée
Intensité / pression sous-glottique	Rho=0.67 et r²=0.67 également Holmberg, 1994 : r²=0.69	Rho=0.49 ([pi]) Rho=0.29 (gammes et arpèges)
Pression sous-glottique/débit	Rho=0.14 (non significative)	[pi] : rho=0.17
Intensité/efficience	Rho=0.7 et r²=0.71 Holmberg, 1994 : r²=0.77	[pi] : rho=0.61
Intensité/débit	Rho=0.47 ; p<0,0001	Rho=0.29 (gammes et arpèges) Rho=0.47 ([pi])

4. DISCUSSION ET LIMITES DE L’EXPERIENCE
• Mesures de pression sous glottique sur une consonne (manières de réaliser le [p]), en supposant qu’elle reste stable pendant toute la durée de la syllabe : la mesure indirecte est-elle vraiment adaptée pour le chant (valide pour la parole) ?
  EFFECTUER DES MESURES DIRECTES DE LA PRESSION SOUS-GLOTTIQUE
• Tenir compte dans le protocole de la variation d’intensité sur une même note, de pression, de dynamique (messa di voce)
• Il est possible de faire beaucoup de variations dans la voix parlée, qui, ici, ne sont pas prises en compte (voix projetée, de théâtre, dont l’intensité peut être analogue à l’intensité de la voix chantée ici)
• L’émission de la syllabe [pi] ne signifie pas la voix parlée
• Les constantes mécaniques en " voix parlée " et en " voix chantée " ne sont pas les mêmes (mécanisme II en voix chantée, et mécanisme I en " voix parlée ". Vérifier également si le mécanisme d’émission est le même en voix chantée, entre les intensités faible et forte.
• Qualité vocale, notamment voix " quasi chuchotée " à intensité faible.
• Geste vocal différent à la première note des gammes (ex : Pression plus grande, systématiquement) : voir si cet artéfact existe aussi pour des gammes descendantes (fonctionnement musculaire différent selon que la gamme est ascendante ou descendante).
• Reprises respiratoires entre les syllabes (Pression plus importante si c’est le cas, en voix parlée ; cela est dissocié en chant) : préférer [ipi] à [pi] car le premier [p] est trop variable (l’éliminer)
• Le système (Aérophone II) est fait pour des fréquences habituelles de la voix parlée et n’a pas été exploré ni conçu pour des fréquences au-delà de ces valeurs habituelles, d’où des problèmes pour les aigus.
• Comparaisons à fondamental et intensité égales 
• Variabilité
• L’efficience dépend fortement du fondamental (Titze, 1992) : Eg = u_m²fo²G/PSG.U
  U_m = pic de débit ; fo=fondamental (à quel mécanisme ?) ; G =constante ; PSG=pression sous-glottique ; U=débit moyen
5. PERSPECTIVES
1. Compléments de données en utilisant l’Airphone II
   
   
   • Mesures chez un autre sujet féminin chanteur ou d’autres catégories vocales 
   • Compléter le protocole en ajoutant des syllabes [pa] parlées (changement de voyelle) ; des gammes descendantes en voix chantée.
   • Vérifier le phénomène de résonance existant pour [a] 1° en réalisant les autres voyelles ([i, é, è, ou, o]). Voir également la longueur du masque ; 2° En réalisant la gamme avec [pa] sans le masque
   • Comparer les émissions en voix chantée seulement dans les 2 mécanismes
   
   
2. Réaliser des mesures directes de pression sous-glottique
6. BIBLIOGRAPHIE

IWATA S. (1988): Aerodynamic aspects for phonation in normal and pathologic larynges, in Vocal Fold physiology, Mechanisms & Functions, edited by O. Fujimura, Raven Press, Ltd, New York.