L'efficience vocale est définie comme le rapport de la puissance acoustique rayonnée et de la puissance de l'air fournie par les poumons.
Pour ceux qui ne sont pas familiers avec ces termes, les définitions physiques de la puissance, du travail d'une force et de la propagation d'une onde sont disponibles sous forme de fichier postscript.
`` L'efficience '' vocale ainsi définie est un rapport de
puissance, c'est un nombre sans dimension, à condition que les deux
puissances soient exprimées avec la même unité (watt par ex.)
Si la puissance rayonnée est mesurée en décibel il faut la
convertir en watt. Ceci est bien indiqué dans l'article de Junnong
Tang et Elaine T. Stahopoulos (1995) mais moins clairement dans celui d'Eva
B. Holmberg, Robert E. Hillman et Joseph S. Perell(1988).
Par conséquent, si on veut faire des comparaisons entre des mesures
faites par des équipes différentes, il faut bien vérifier si les mesures sont faites avec les mêmes unités.
`` L'efficience '' vocale est un rapport de deux nombres. Son
interprétation pour qualifier une certaine efficacité du système vocal dépend des conditions de mesure. Il vaut mieux utiliser le mot
de rendement qui est plus neutre. Le rendement traduit qu'une partie
seulement de la puissance fournie par les poumons est convertie en
puissance acoustique.
Entre les poumons et le microphone il y a des
pertes. Titze (1992) en cite deux :
Pour relier ce rendement à une efficacité ou à une défience du
système vocal il faut connaître les conditions de la mesure.
Si le rendement diminue cela peut être dû à la diminution de la
puissance rayonnée ou à l'augmentation de la puissance fournie. Une
diminution du rendement entre deux expériences, traduit une
défience si la puissance fournie ou la puissance rayonné est est
maintenue constante.
Si la pression venant des poumons est maintenue constante entre les deux
expériences et que le rendement diminue cela veut dire que la
puissance rayonnée diminue. Pour une même puissance fournie la
puissance rayonnée est plus faible, donc le système vocal est
moins efficace dans la deuxième expérience.
Si la puissance rayonnée est maintenue constante, et que le
rendement diminue cela veut dire qu'il faut plus de puissance fournie
par les poumons, donc le système vocal est moins efficace.
Une autre situation où l'interprétation du rendement est
difficile, est celle où la fréquence du signal acoustique varie.
Supposons que le système vocal fonctionne comme une
machine. Règlons cette machine pour produire un /i/ à 150 Hz
(dans les équations définissant la propagation de l'onde plane,
l'amplitude a prend une certaine valeur). Cette valeur vient de la
façon dont la puissance fournie par les poumons est convertie en
puissance sonore. Puis la fréquence est doublée, en gardant le
même a c'est-à-dire en restant dans les mêmes conditions de
conversion de la puissance fournie en puissance sonore. La puissance
rayonnée est mutipliée par quatre car elle est proportionnelle au
carré de la fréquence. Le rendement est ainsi multiplié par
quatre sans que le système vocal soit plus `` efficace ''.
(ceci est une expérience fictive, faite en supposant que la façon dont
l'amplitude a est produite en fonction de la puissance fournie est
parfaitement connue et contrôlée).
Pour mesurer `` l'efficacité '' du système vocal il faut d'abord définir cette efficacité. Le rapport de la puissance rayonnée et de la puissance de l'air fournie par les poumons fait certainement partie des grandeurs à mesurer mais il ne suffit pas à caractériser cette efficacité. Il vaut mieux appeler ce rapport rendement plutôt que ``efficience ''. Le lien entre ce rendement et l'efficacité du système vocal reste à étudier.
Des mesures de pression sous-glottique ont été effectuées sur des sujets volontaires prononçant des combinaisons des consonnes /b,d,g,p,t,k/ avec les voyelles /i,a,u/. Ces mesures ont été effectuées de façon directes (par ponction trachéale sur Physiologia et Eva2) et indirectes (mesure de la pression sub-glottique).
Comparaison mesures directes / mesures indirectes
On observe une bonne concordance entre mesures directes et mesures indirectes pour les plosives (/p,t,k/). Par contre, la concordance est plus mauvaise pour les consonnes voisées (/b,d,g/). (observations sur la voyelle /a/)
Rapport entre intensité, fréquence fondamentale et pression sous-glottique
On retrouve le fait que, quand la pression sous-glottique augmente brutalement, la fréquence fondamentale augmente de même. On observe sur les trilles une augmentation de la pression sous-glottique.
Grâce à une expérience qui consiste à faire écouter à un sujet une voyelle sur une hauteur et une intensité déterminée et à lui demander de la reproduire, on retrouve également le fait que la pression sous-glottique contribue massivement à l'intensité vocale.
Effet de la pression sous-glottique sur les voyelles et les consonnes
Les voyelles étudiées sont le /a/, le /i/ et le /u/. On observe des différences marquées selon les voyelles (/a/ contre /i/ et /u/). On remarque également que les consonnes voisées présentent une pression plus élevée que les consonnes non voisées. Les consonnes bilabiales présentent une pression plus petite comparativement aux consonnes coronales et velaires.
L'explication de ces observations pourraient s'appuyer sur une modification de la forme du conduit vocal, de l'impédance à la glotte ou de l'effort respiratoire.