Réglage de la hauteur :
Le réglage de la hauteur de la voix est donc le réglage de la fréquence de la vibration.
Il peut s’agir, au terme des équations vues plus haut, du réglage de la masse et/ou du réglage de la tension, que cette tension soit active grâce à la contraction des muscles intralaryngés ou passive grâce à la contraction des muscles périlaryngés.
L’épaisseur de la corde vocale a également été démontrée comme ayant un effet sur la hauteur de la voix : si l’épaisseur baisse, le ton de la voix (pitch) augmente aussi bien chez l’homme que chez la femme.
En réalité, ce qui compte n’est pas la masse totale de la corde vocale mais sa masse vibrante qui peut n’être qu’une partie de la corde en fonction de la hauteur et en fonction de l’intensité.
FRÉQUENCE VIBRATOIRE DE BASE :
Mécanismes de la modification de la fréquence :
D’une manière générale, la fréquence de vibration (Fo) d’un dispositif, quel qu’il soit, est inversement proportionnelle à sa taille.
La Fo est donc plus basse si l’instrument est plus gros (équation 1).
La fréquence peut également s’écrire avec l’équation 2 où l’on voit que la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur mais proportionnelle à la racine carrée de l’étirement (la densité q ne variant pas dans une première analyse).
Équation 2 Fo = 1 2L s r Avec L : longueur, r : étirement, q : densité
En fait, cette équation doit être mise en parallèle avec l’équation 1 et finalement la masse de la corde vocale dans ce type d’équation est la quantité de matériel effectivement en vibration.
Cette quantité est une fonction assez complexe de la géométrie glottique et de la contraction musculaire.
Globalement, on peut considérer que de toute façon, la Fo est une fonction « racine » du module élastique que ce soit dans l’une ou l’autre des équations.
Ainsi, on peut prédire qu’un changement de quatre fois de la raideur entraîne un changement de deux fois dans la Fo et qu’un changement de 16 fois de la raideur entraîne un changement de quatre fois dans la fréquence.
La raideur est largement une fonction de la longueur mais uniquement s’il s’agit d’un tissu inerte.
Dans ce cas, si les fibres sont étirées, elles sont plus tendues et plus raides.
Dans le cas du muscle vocal, un muscle en action (raccourci) a une raideur plus grande.
De plus, la contraction du muscle antagoniste peut entraîner un changement de la tension sans changement de la longueur (contraction isométrique).
Ainsi, si le CT est contracté et le TA relâché, la totalité de la longueur de la corde est augmentée et sa raideur est globalement augmentée dans toutes ses couches et la Fo est augmentée.
Inversement, si le TA est augmenté et le CT désactivé, la rigidité de la masse musculaire augmente et la Fo augmente malgré la diminution de la longueur de la corde.
Il existe donc un contrôle différentiel de la Fo par ces deux muscles dont on peut rappeler qu’ils reçoivent une innervation motrice différente, l’un par le NLS (pour le CT) l’autre par le NLI (pour le TA).
En fait, les capacités élastiques des cordes (module élastique) sont élevées.
Il faut donc une augmentation importante de la longueur pour que la tension soit significativement modifiée.
La Fo ne peut augmenter que si la racine carrée de l’étirement augmente avec la longueur plus que la longueur n’augmente elle-même ce qui nécessite une relation non linéaire entre la tension et la longueur.
La tension peut également être augmentée par l’amincissement de la tranche de section de la vibration.
Cette solution est celle adoptée pour le changement vers un registre plus léger comme le passage en voix de falsetto.
Une diminution de la profondeur effective peut entraîner des modifications de la Fo telles qu’elles auraient été obtenues par les modifications autres de la tension et de la longueur.
La profondeur de la vibration peut être régulée par l’activité du muscle thyroaryténoïdien.
Bien qu’il n’existe pas de données quantitatives précises, on peut penser que le ligament vocal plutôt que l’épithélium absorbe la majeure partie de l’étirement dans les hautes fréquences.
Chez l’homme, le relâchement du TA fait porter au ligament vocal la majeure partie de l’étirement.
Le ligament vocal permet d’augmenter considérablement l’étirement dans la corde vocale sans entraîner de stress effectif dans la muqueuse (rôle des macula flava ?).
Dans les hautes fréquences, le ligament vocal assume donc la plus grande partie de l’étirement, la muqueuse restant relativement laxe.
Ainsi, la muqueuse de recouvrement peut être libre de propager une ondulation muqueuse dont la vélocité relativement basse peut être utile pour réguler le transfert de l’énergie aérodynamique vers la vibration glottique.
Un ligament vocal tendu et une muqueuse « libre » et souple semblent donc la configuration idéale pour la phonation dans l’aigu.
Dans les basses fréquences et dans les fréquences intermédiaires, la portion musculaire du body peut participer à l’étirement et à la mise en tension.
Ainsi la muqueuse et le ligament vocal peuvent rester laxes tous les deux et permettre une plus grande « profondeur » de la vibration dans le registre modal.
La prédictibilité de la Fo en relation avec l’activité du TA reste faible.
Cette imprédictibilité peut être attribuable au fait qu’une portion significative du body (c’est-à-dire du corps du TA) soit en vibration dans les fréquences graves et à forte intensité en particulier.
Comme suggéré par Hirano, la contraction du muscle TA devrait entraîner une augmentation de la tension du body tout en diminuant la tension du cover.
C’est cette action complexe du TA sur la Fo qui est en relation avec des couches de différentes tensions et de différentes caractéristiques biomécaniques : si la partie vibrante correspond uniquement à la muqueuse, la théorie du cover suffit et la contraction du TA entraîne un abaissement de la Fo.
Inversement, si la partie vibrante est essentiellement musculaire, la contraction du TA entraîne une élévation de la fréquence.
La Fo est « d’autant plus » en corrélation positive avec l’activité du TA que la vibration va plus en profondeur.
La « carte d’activation musculaire » proposée par Titze est la clé de la théorie body-cover.
Il s’agit du graphique de l’activité des muscles CT (en ordonnées) et TA (en abscisses).
On voit qu’il existe une grande variété de combinaisons possibles de l’activité des deux muscles pour produire chaque fréquence voulue.
Il existe même des effets paradoxaux.
Dans la partie basse de la carte, pour les fréquences les plus graves, on voit que les courbes sont presque verticales, ce qui montre une corrélation positive entre TA et Fo.
Dans les fréquences aiguës au contraire, la pente s’inverse et on retrouve une corrélation négative entre Fo et TA.
C’est dans cette zone que la vibration des cordes vocales obéit aux équations du « cover simple ».
On peut donc conclure que l’élévation de la Fo est généralement obtenue par l’augmentation de l’activité de TA dans les fréquences médium et graves et par l’augmentation de CT dans les fréquences aiguës (registre de falsetto dans la voix chantée).
En fait chaque couche de la corde vocale a ses propres caractéristiques biomécaniques en relation avec ce que l’on appelle la relation longueur–tension c’est-à-dire la tension induite au sein du matériau par un changement de sa longueur (stress-strain curve).
On sait par exemple que les fibres de collagène sont plus résistantes à l’élongation que les fibres d’élastine.
On comprend que les différentes couches de la lamina propria qui ont des contenus en collagène et en élastine différents se comportent différemment en fonction de leur élongation.
Au total, il existe donc une courbe longueur–tension résultante pour toute la corde vocale.
Cette tension peut être approchée par le terme k de l’équation.
On sait que si on augmente la longueur de la corde vocale, on augmente passivement la tension de la corde ce qui se traduit par une élévation de la fréquence vibratoire comme cela a été démontré sur des larynx excisés.
La tension totale de la corde (tension « résultante ») correspond à la combinaison des phénomènes actifs et passifs de mise en tension.
La tension de la corde est en fait réglée par la combinaison des effets du CT et du TA.
Au total, il existe un réglage « bipolaire » de la tension entrant globalement dans le cadre de la théorie body-cover de Titze.
Vibrato :
Le vibrato est une caractéristique de la voix chantée dans certaines cultures musicales et particulièrement dans le chant lyrique occidental.
Il correspond à une vibration de la ligne de base de la Fo.
Cette oscillation a elle aussi une fréquence Fvib qui est de 4,5 à 6,5 Hz avec une amplitude de plus ou moins 3 %, c’est-à-dire plus ou moins un quart de ton.
L’origine du vibrato peut être considérée comme une sorte de stabilisation grâce à l’expérience et aux sensations du chanteur d’un tremblement « physiologique » au niveau des muscles laryngés.
Cette hypothèse repose entre autres sur une expérience de Titze sur un chanteur.
Une électrode a été implantée dans le CT d’un chanteur et le muscle a été stimulé à plusieurs fréquences pendant que le chanteur essayait de maintenir un son « droit ».
Il a ainsi été obtenu un vibrato artificiel. La réponse a été particulièrement nette à 5 Hz qui pouvait être considérée comme la fréquence naturelle de l’oscillateur.
De plus, le chanteur dont le vibrato naturel était à 5,6 Hz parvenait à synchroniser cependant son vibrato avec l’oscillateur périphérique dans la gamme de 5 à 6 Hz.
Ce point démontrait que le vibrato était susceptible d’influences extérieures.
C’est dans ce cadre général que l’on pourrait comprendre le cas de chanteurs réussissant à synchroniser leur vibrato lors d’un duo.
Une certaine confusion dans les termes vient du fait que des modifications contemporaines du vibrato peuvent être retrouvées non seulement au niveau du larynx mais aussi au niveau du pharynx, des lèvres, de la langue et même de l’abdomen.
Mais les chanteurs expérimentés et les professeurs de chant savent bien que même si une certain vibrato peut être créé de cette manière, il ne s’agit pas d’un vibrato « correct ».
Le vibrato naturel reste sous la dépendance de la cocontraction des muscles intrinsèques du larynx.
Il existe de nombreux ajustements de l’amplitude.
Le vibrato a ainsi une étendue plus grande lorsque l’intensité vocale augmente mais une étendue plus petite lorsque de nombreuses notes doivent être chantées en peu de temps, le but étant sans doute de ne pas interférer avec la justesse.
Il existe également de nombreux ajustements de la fréquence.
Il peut s’agir d’ajustements culturels (au début du siècle, le vibrato était plus rapide que de nos jours (7 Hz pour Caruso, 5,5 Hz pour Pavarotti) ou encore d’ajustements liés à l’âge (le vibrato tend à ralentir avec l’âge).
La fonction physiologique, musicale et artistique du vibrato n’est pas parfaitement élucidée.
Plusieurs explications ont été avancées qui d’ailleurs ne s’excluent pas.
Il peut s’agir d’un moyen d’identifier la particularité de la voix humaine parmi les éléments de l’orchestre.
L’auditeur perçoit le vibrato comme un élément du timbre et le vibrato aurait une fonction de « glue » qui permettrait de lier les harmoniques entre eux et de participer à la perception de la qualité vocale.
De même, la perception exacte de la hauteur par l’auditeur dépendrait de l’amplitude et de la cadence du vibrato.
Enfin, il faut rappeler que la sensation tonale d’un son persiste pendant 0,14 s ce qui correspond à la durée moyenne d’un cycle de vibrato.
Registres :
Les registres peuvent être définis de façon perceptive à la fois en voix parlée et en voix chantée.
Il s’agit de qualités de la voix qui se maintiennent dans une certaine gamme de fréquences et d’intensité.
Dans la voix parlée, on distingue la voix pulsée (ou craquée ou « fry »), la voix modale « normale » et falsetto.
Dans la voix chantée, on distingue souvent la voix de poitrine, la voix de tête ou intermédiaire et la voix de fausset.
Il existe en fait un ensemble extrêmement complexe de définitions des registres tels que les pédagogues du chant les utilisent dans le but d’un classement des voix des chanteurs.
Il existe en fait deux mécanismes glottiques principaux souvent appelés « registre lourd » (ou encore « voix de poitrine » ou mécanisme I) et « registre léger » (ou encore « voix de tête » ou mécanisme II).
Dans le registre lourd, c’est la totalité de la masse musculaire qui entre en vibration.
Dans le registre léger, la masse musculaire ne vibre pas et seul le bord libre est le siège de la vibration.
Habituellement les hommes utilisent principalement le registre lourd (sauf les ténors) et les femmes plutôt le mécanisme léger (sauf les mezzos).
La transition entre deux registres se fait de façon brutale sur le plan perceptif.
Le changement dans la configuration de l’appareil phonatoire n’est cependant pas nécessairement aussi brutal.
En effet la notion de registre est au moins partiellement en rapport avec la perception catégorielle qui est la perception d’entités discrètes dans un continuum (comme les couleurs d’un arc-en-ciel).
De ce fait, des différences de catégories peuvent apparaître alors que la variable physiologique a évolué de façon continue (comme dans la perception des couples de consonnes voisées/non voisées par exemple).
Sur le plan du changement de la configuration glottique, le phénomène de registre est en effet extrêmement lié au réglage de la hauteur de la voix.
Chez l’homme, dans les notes graves, on a vu que l’augmentation de la hauteur est assurée par la mise en tension du TA.
Dans ces conditions, il a été démontré que l’activité musculaire du TA est importante tandis que l’activité du CT est faible.
Lorsque le TA arrive à un certain seuil de tension, il peut déclencher le passage de registre modal à registre de falsetto.
En effet, il est encore possible d’augmenter la Fo par contraction du CT lorsque le TA est complètement contracté mais cet effort serait réalisé avec une très grosse dépense d’énergie.
À l’inverse, le relâchement du TA et la contraction du CT font alors porter l’augmentation de tension au ligament vocal, ce qui permet de désengager la masse musculaire du travail de mise en tension.
Pour éviter le changement brutal de registre, les chanteurs expérimentés désengagent progressivement le TA au fur et à mesure qu’ils engagent le CT. Ainsi la transition entre les deux registres n’est pas perceptible.
Cependant ce changement d’utilisation du TA doit aller de pair avec l’utilisation de la pression pulmonaire. Dans une sirène avec un crescendo–decrescendo, il n’y a pas de changement de registre.
L’amplitude de la vibration augmente dans la phase crescendo et l’abduction doit être augmentée pour maintenir le ratio inchangé.
De même, le decrescendo s’accompagne d’une augmentation de l’adduction pour maintenir le ratio.
Le contrôle de l’adduction peut aussi être utilisé pour compenser les effets de la résonance du tractus vocal sous-glottique.
Quand les cordes vocales sont amenées à vibrer de façon intense à certaines hauteurs caractéristiques en raison des phénomènes de résonance, une abduction limitée peut être utile pour compenser l’excès vibratoire.
Dans ce type de configuration, une augmentation du débit aérien peut être notée.
La configuration glottique et en particulier l’adduction glottique peut être mise en rapport avec la qualité du son produit. Titze rapporte les données d’expériences perceptives réalisées avec un panel d’auditeurs.
Le timbre était jugé riche (voix de poitrine) lorsque les cordes vocales étaient complètement closes pendant la phase de fermeture de la vibration cordale.
En pratique, cela correspond à une mise en contact préphonatoire des apophyses vocales. Le timbre était à l’inverse jugé pauvre lorsqu’il existait une fuite.
Plus les cordes vocales sont indépendantes, plus le flux d’air produit est sinusoïdal et la pente spectrale est faible (signal pauvre en harmoniques).
Mais les effets de la forme glottique et de la puissance de la voix, c’est-à-dire de l’amplitude de la vibration muqueuse se combinent pour donner la forme finale du flux.
Si l’adduction est faible, le moyen d’obtenir un meilleur accolement peut être d’augmenter l’intensité du son, c’est-à-dire l’amplitude vibratoire.
On voit donc qu’il existe une forte interaction entre le réglage de la hauteur de la voix et le réglage de l’intensité.
Réglage de l’intensité :
Il correspond au réglage de l’amplitude de la vibration par la combinaison des réglages de la pression sous-glottique, de la géométrie glottique, de la force d’adduction des cordes vocales et de la géométrie du tractus vocal dans son ensemble.
L’intensité est mesurée en dB et fait référence à la pression sonore (SPL pour Sound Pressure Level), proportionnelle au carré de la distance entre la source et le dispositif de recueil selon l’équation.
La pression sous-glottique dépend de la pression pulmonaire qui est en rapport avec la pression imposée par les forces qui régissent l’appareil respiratoire.
Il existe une relation quasi linéaire entre la pression pulmonaire et trachéale et l’intensité du son.
En fait si on augmente la pression sous-glottique, toutes choses étant égales par ailleurs, la fréquence augmente en même temps que la pression, ce qui n’est pas prévu dans l’équation classique de la Fo (voir équations 1 et 2).
Il s’agit d’un des facteurs qui ont poussé les chercheurs à proposer une autre théorie du mouvement des cordes vocales.
Pour compenser cette élévation de la fréquence, il est nécessaire d’augmenter la force d’adduction des cordes et d’augmenter ainsi le temps de contact entre les cordes.
L’augmentation du temps de contact est un facteur qui s’oppose à l’augmentation de fréquence et qui permet la transformation en augmentation de l’intensité vocale.
Que ce soit chez les hommes ou chez les femmes, l’augmentation de l’intensité va de pair avec la diminution du temps pendant lequel les cordes vocales restent ouvertes.
Plus l’adduction est importante et plus le temps de contact est important, plus l’onde glottique est à pente abrupte.
La pente de fermeture est d’autant plus abrupte que les conditions de phonation sont plus intenses.
La forme de la courbe de fermeture de l’onde glottique peut être définie comme le taux de déclinaison maximum du flux TDMF.
Une diminution du quotient ouvert et une augmentation du TDMF correspondent à une augmentation de la force d’adduction c’est-à-dire schématiquement à une augmentation de l’intensité des conditions phonatoires (forçage vocal).
On peut se demander s’il existe un degré d’adduction idéal puisque si les cordes vocales ne se touchent pas, la voix n’est ni forte ni même bonne mais si elles sont trop serrées avec une force d’adduction trop importante, la voix est « serrée », « étranglée » et il s’agit d’un effort vocal.
Une configuration idéale semble être celle où les cordes vocales sont presque en contact avant la mise en phonation (diminution de la largeur glottique préphonatoire).
Cette configuration assure un fonctionnement presque libre des cordes qui sont ainsi capables d’exprimer leurs modes de vibration. En pratique, le signal produit est presque sinusoïdal.
Ce type de fonctionnement correspond à ce que les pédagogues du chant appellent « la voix qui flotte sur le souffle » ou une image mentale voisine.
On peut supposer que l’image de parler ou de chanter sur le souffle est utilisée pour ajuster la résistance glottique de manière à assurer le meilleur rendement possible de la conversion de l’énergie aérodynamique en énergie acoustique en modifiant le moins possible la vibration des cordes vocales.
Lorsqu’il est nécessaire d’augmenter l’intensité, on a vu que la forme de l’onde glottique change, ce qui correspond à un mode de fonctionnement glottique plus proche d’un modèle « ouvert-fermé » du type oscillateur à relaxation.
Ce mode de fonctionnement a un rendement plus faible et une énergie importante est dissipée au niveau des cordes vocales sous forme de frottements qui sont susceptibles d’entraîner une inflammation locale et même des lésions des cordes.
Ces lésions, appelées, lésions dysfonctionnelles, siègent préférentiellement au niveau de la zone des cordes vocales sur laquelle les phénomènes d’accolement sont les plus importants, c’est-à-dire le tiers moyen.
Dans la parole, l’augmentation des tensions dans l’appareil vocal correspond à un ensemble comportemental de la part du locuteur qui est appelé « effort vocal » ou encore forçage vocal lorsqu’il tend à se pérenniser.
Dans la littérature anglo-saxonne, il est souvent fait référence à la notion de vocal misuse ou de vocal abuse.
En réalité, les configurations glottiques correspondent, au-delà du fonctionnement des cordes vocales, à tout l’ensemble des phénomènes physiologiques qui sous-tendent la communication.
Dans une communication parfaitement « détendue », les phénomènes de tension musculaire sont au minimum.
La tension des cordes vocales et de l’appareil respiratoire correspondent au fonctionnement idéal que l’on vient de voir.
Dans une communication dont l’objectif est de modifier le comportement de l’interlocuteur (voix projetée), une tension musculaire plus grande est requise pour produire une voix plus forte et plus « efficace ».
En réalité, il existe une augmentation de la tension à tous les niveaux de l’organisme : il a été démontré que tous les muscles, y compris les muscles de la posture voient leur activité augmenter.
Au niveau comportemental, on observe en général une attitude de redressement du corps avec un regard tourné vers l’interlocuteur.
Au niveau respiratoire, on observe une inspiration plus ample (anticipation préphonatoire) pour faire face à l’augmentation prévue de la pression sous-glottique.
Il est à noter que certains sujets peuvent avoir des difficultés à obtenir le relâchement musculaire nécessaire à une inspiration profonde suivie d’une expiration contrôlée par les muscles de la paroi abdominale.
Au niveau postural, on observe également une augmentation de la raideur de tous les muscles, qu’il s’agisse des muscles du cou et du larynx ou de muscles situés plus à distance comme les muscles des mollets et du dos.
Les modifications de l’activité musculaire en rapport avec l’augmentation de l’intensité sont donc génératrices d’une dépense d’énergie.
Normalement, le sujet compense cet excès d’énergie par un repos compensateur.
Mais dans certains cas, le sujet n’observe pas ce repos et risque l’apparition de complications à type de laryngopathies dysfonctionnnelles (malmenage vocal).
On comprend que la prise en charge rééducative des patients présentant un malmenage vocal ne puisse se résumer à la modification de la configuration glottique même si elle est nécessaire et que la prise en charge d’aspects aussi divers que la tension musculaire générale, le niveau de stress, la posture, la respiration préphonatoire soient des éléments indispensables d’une rééducation.
Modèles non linéaires de la vibration :
La compréhension de la vibration glottique comme un oscillateur à masse et à ressort ne permet donc pas de comprendre complètement les phénomènes présents au niveau laryngé.
Plusieurs arguments sont en faveur de l’introduction de modèles non linéaires : présence de phénomènes « non linéaires » comme des modulations, des subharmoniques, des bifurcations, rapports entre fréquence vibratoire et intensité du son, synchronisations des cordes vocales.
A – PRESSION SOUS-GLOTTIQUE ET FRÉQUENCE :
La pression sous-glottique intervient dans le réglage de la fréquence.
Sur des larynx excisés, on peut démontrer que l’augmentation de la pression sous-glottique est responsable d’une augmentation de la fréquence.
Ce phénomène bien connu et déjà présent dans la théorie « body-cover » de Titze est d’interprétation difficile dans un modèle classique à masses et à ressort.
Il ressort en effet de l’équation qui gouverne ces modèles, qu’il n’existe pas de place pour les phénomènes de pression.
Sur le plan clinique, la notion d’élévation de la fréquence de la Fo lorsqu’un sujet émet une voyelle tenue et qu’on lui applique une brusque augmentation de pression au niveau du sternum est bien connue.
Sur le plan expérimental, l’augmentation de la pression sous-glottique augmente la tension dynamique de la corde vocale (qui dépend du rapport longueur/amplitude), ce qui augmente à la fois l’amplitude de la vibration et sa fréquence.
En pratique, la pression sous-glottique augmente la Fo surtout dans les notes basses (lorsque les cordes vocales sont courtes et détendues).
Le fait que ce soit plutôt les notes graves qu’il est possible de faire monter avec la pression d’air est d’ailleurs un phénomène bien connu des chanteurs.
Il est donc possible de combiner les effets de la pression pulmonaire avec les effets des contractions des muscles intrinsèques pour parvenir au réglage de la Fo.
B – PHÉNOMÈNES DE SYNCHRONISATION ENTRE LES CORDES VOCALES :
Les modèles à masses et à ressort ont en commun la description du mouvement des cordes vocales et de leur muqueuse sans que ce mouvement ne soit modifié par le contact avec la corde vocale controlatérale.
De nombreuses observations expérimentales ainsi que l’évidence clinique commandent cependant de mettre en place des modèles qui font place aux effets mécaniques des contacts physiques entre les cordes.
En particulier, il est difficile de comprendre à l’aide des équations classiques comment deux cordes vocales qui sont forcément différentes du point de vue de la tension ou de leur longueur, comme sont différentes les deux mains, les deux moitiés du visage, etc peuvent vibrer exactement à la même fréquence.
Nous avons étudié ce type de phénomènes sur des larynx excisés à l’aide d’un banc expérimental.
Nous avons pour cela mis au point un dispositif d’optoréflectométrie miniaturisé qui nous permettait d’avoir une information sur la composante verticale de la vibration glottique.
Celle-ci est nécessairement couplée à sa composante horizontale et cette information sur la composante verticale donne en réalité une information sur la totalité du cycle vibratoire.
Puis nous avons provoqué des asymétries entre les cordes vocales en modifiant la tension de leur partie vibrante à l’aide de dispositifs de micromanipulateurs.
Notre hypothèse était que, en cas d’asymétrie et en l’absence de toute interaction, les cordes vocales vibreraient chacune à une fréquence propre sans qu’il existe de relation entre les deux fréquences.
À l’inverse, en cas d’interaction, il existerait une modulation d’une fréquence par l’autre.
Cette interaction a été démontrée à la fois sur le signal glottique détecté par électroglottographie (EGG) et grâce aux optoréflectomètres (ORM).
Sur le signal glottique global tel qu’il est détecté par l’EGG, nous avons pu démontrer qu’il existe dans huit cas sur dix des phénomènes présents dans le signal et qui correspondent à une modulation, c’est-à-dire à un mélange non linéaire des deux fréquences.
C’est dans ce cadre que nous avons retrouvé des attracteurs étranges, des modulations, des subharmoniques.
L’apport des ORM a été de mettre en évidence des modifications de la trajectoire d’une des deux cordes vocales lorsqu’elle est en contact avec la corde vocale controlatérale.
Les facteurs de synchronisation entre les cordes sont nombreux.
Le premier est la relative proximité de forme et de tension entre les cordes vocales à l’état normal.
La situation des paralysies laryngées unilatérales est à l’évidence la situation la plus opposée.
Il est à noter que la récupération d’une vibration correcte peut être obtenue lorsque le contact entre les cordes vocales est rétabli comme on le voit en cas de rééducation orthophonique ou en cas de « manipulation » laryngée.
Un autre facteur est l’effet Bernoulli luimême qui s’exerce de façon symétrique sur les deux cordes vocales et qui tend donc, en fonction de la géométrie glottique, à provoquer les mêmes phénomènes au niveau des deux cordes vocales.
Mais c’est surtout le contact direct entre les cordes vocales et la mise en commun d’une certaine partie de leur masse qui doit être mis en lumière.
Ce contact est amélioré par le mucus de revêtement des cordes vocales et on comprend le rôle majeur joué par la viscosité de ce mucus sur le contact entre les cordes.
Nous avons ainsi pu démontrer que la fréquence de vibration de larynx excisés est directement fonction de la viscosité du mucus artificiel utilisé.
Plus le mucus utilisé est visqueux, plus la fréquence vibratoire diminue par augmentation du temps « fermé » des cordes vocales.
Dans le même temps, nous savons que plus le mucus est visqueux plus le seuil de phonation est élevé.
On voit donc la complexité des relations qui régissent fréquence et amplitude.
Il en est de même lorsque la configuration glottique change comme on a vu dans le chapitre « Réglage de l’intensité ».
C – NOTION D’OSCILLATEUR À RELAXATION :
Dans le cas d’une corde de guitare, on comprend que la Fo ne dépend que des caractéristiques d’étirement et de longueur et qu’elle ne dépend pas de la force avec laquelle le doigt du guitariste agit sur la corde.
À l’inverse des oscillateurs harmoniques, on peut décrire des oscillateurs dits « à relaxation » parce qu’il s’agit de systèmes dans lesquels l’énergie est successivement emmagasinée puis relâchée.
Un exemple intuitif est un siphon.
Si un robinet d’eau continu (analogue à l’air pulmonaire qui est une énergie continue) remplit un récipient, le récipient se remplit jusqu’au niveau du siphon.
Lorsque l’eau atteint le niveau du siphon, le récipient se vide complètement d’un seul coup puis recommence à se remplir.
Le niveau de l’eau dans le récipient est donc alternatif (plein, vide) mais non sinusoïdal.
On dit qu’il y a accumulation puis relaxation.
Ce type d’oscillateur transforme donc aussi l’énergie continue en une énergie alternative, mais on comprend que ici la fréquence du phénomène est directement fonction du débit, donc de l’énergie introduite.
Ce type d’oscillateur est plus « robuste » que les oscillateurs harmoniques.
Au niveau des cordes vocales, on peut considérer que ce type d’oscillateur est le modèle convenable lorsque la configuration glottique est « serrée ».
D – MODÈLE « SLIP STICK » :
Il correspond en français à un modèle « glissé-collé » et de façon plus intuitive au fonctionnement des cordes de violon.
Dans un tel modèle, la force dirigeante de la vibration (driving force) est l’archet qui correspond à l’ensemble des phénomènes de synchronisation déjà vus : l’air phonatoire avec l’effet Bernoulli bien sûr mais également le contact avec la corde vocale controlatérale avec son mucus de revêtement.
D’ailleurs, le violoniste dépose sur la surface de l’archet du collophane dont le but est précisément d’augmenter la viscosité de surface de l’archet et d’améliorer l’adhésion de la corde.
La corde elle-même répond bien sûr aux équations habituelles de la vibration.
Lorsque l’archet commence à entraîner la corde hors de sa position d’équilibre, les forces élastiques tendent à s’opposer à ce mouvement jusqu’au moment où ces forces de rappel sont plus importantes que la force d’adhésion à l’archet.
Dès lors, la corde « se décolle » de l’archet et se met à osciller.
Lorsqu’elle a dissipé suffisamment d’énergie, elle est à nouveau capable d’être collée par l’archet et à nouveau entraînée.
On voit qu’il existe dans ce fonctionnement une partie libre pendant laquelle la corde oscille (vibre) à la fréquence correspondant à sa tension propre et à sa masse propre et une partie « forcée » pendant laquelle le mouvement correspond à celui de la « driving force ».
Il s’agit donc bien d’un oscillateur à relaxation.
Ce type de modèle est ainsi capable de prendre en compte les phénomènes que nous avons vus concernant les rapports entre la fréquence et l’intensité ainsi que les phénomènes de synchronisation.
On peut considérer que lors d’un cycle normal, les deux cordes ne sont pas exactement identiques et leur vibration devrait permettre d’exprimer cette différence mais la partie « collée » du cycle met en commun leur masse vibrante ce qui les synchronise.
Aussi longtemps que les deux cordes restent dans une certaine gamme de différence, le mécanisme fonctionne.
Au-delà de ce point, d’autres phénomènes peuvent apparaître.
On peut observer des biphonations qui correspondent en réalité, comme on l’a vu plus haut, à une synchronisation lors d’un cycle sur deux.
Mais on peut observer aussi des phénomènes plus complexes correspondant aux modulations réciproques des cordes.
Ces phénomènes correspondent aux lois des mélanges non linéaires et sont caractérisés, entre autres, par la présence de subharmoniques et de bifurcations (c’est-à-dire des changements brusques d’état).
Lorsque les cordes vocales ne sont plus en contact et que leur tension et leur masse sont par trop différentes, comme on l’observe dans les immobilités laryngées unilatérales par exemple, on peut observer soit une disparition de toute vibration ce qui est le cas le plus fréquent soit deux cordes vocales vibrant chacune à sa fréquence propre.
L’analyse du signal dans ces cas retrouve non pas les traces d’un mélange non linéaire c’est-à-dire une mise en commun de la vibration comme précédemment, mais au contraire un mélange linéaire c’est-à-dire une simple coexistance des deux signaux.
Dans ce cas, l’analyse spectrale retrouve deux pics spectraux correspondant chacun à la fréquence d’une corde.
Il est intéressant de revoir la notion de configurations glottiques différentes vue dans le chapitre sur le réglage de l’intensité à la lumière de cette hypothèse.
On peut alors considérer que le mode de fonctionnement « idéal » qui est en bas correspond à un mode de fonctionnement dans lequel les tensions et les longueurs des cordes sont si semblables et si bien réglées qu’aucun processus de synchronisation n’est nécessaire.
Ce mode de fonctionnement correspond à un oscillateur « harmonique » et délivre un signal quasi sinusoïdal.
Au contraire, plus les asymétries sont présentes et plus les degrés de liberté auraient tendance à apparaître et plus la nécessité d’une synchronisation « forcée » apparaît.
On comprend donc que le mécanisme de forçage vocal tel qu’il est utilisé pour l’augmentation du volume sonore est très voisin du mécanisme utilisé pour compenser les anomalies vibratoires du larynx.
On peut même penser que c’est l’objectif de la rééducation que de faire revenir le plus possible la voix des patients vers ce modèle idéal.
Transformation du son en voyelles :
Toutes les réalisations vocales humaines nécessitent une configuration du tractus vocal.
L’idée générale de la théorie « source–filtre » est que le son source est le débit d’air pulsé au niveau glottique, ce son contenant de nombreuses fréquences.
Puis le son est filtré par le tractus vocal qui sélectionne un certain nombre de ces fréquences pour qu’elles irradient au niveau de la bouche.
Il s’agit des fréquences qui « résonnent » avec le tractus vocal.
La notion de résonance dans un tube correspond à des interférences entre des ondes soumises à de multiples réflections.
Le tractus vocal humain comme le corps d’un instrument à vent résonne pour certaines fréquences de la source.
Ces fréquences dépendent de la forme du tractus vocal, ce qui détermine l’apparition des sons du langage (phonèmes).
Un formant est une résonance du tractus vocal.
Les voyelles sont perçues et classifiées sur la base des deux formants les plus graves appelés F1 et F2.
Pour schématiser, le formant grave correspond au pharynx et le formant aigu à la cavité buccale.
Ainsi du point de vue de la perception des voyelles, le processus de filtrage aboutit à une simplification du code qui doit être perçu par l’auditeur.
Dans la phonétique articulatoire classique, les voyelles sont décrites en fonction de la position haute ou basse de la langue ainsi que de sa position reculée ou avancée : pour le /a/ la langue est basse et reculée, pour le /i/, elle est haute et avancée, pour le /u/, la langue est haute et reculée.
Ces trois voyelles déterminent donc sur une représentation orthonormée F1 et F2, le triangle vocalique.
La forme du tractus vocal pour le son /eu/ est approximativement tubulaire avec une section à peu près uniforme du fait d’une position neutre de la langue.
La position de F1 est environ 500 Hz et de F2 à 1 500 Hz.
On peut voir sur le même schéma la position de F1 et de F2 lorsque la position de la langue varie.
En pratique, on peut modéliser le tractus vocal dans /a/ avec un tube étroit pour le pharynx et un tube plus large pour la cavité buccale.
Les formants peuvent être modifiés par quelques manoeuvres articulatoires.
La première règle est que tous les formants diminuent uniformément au fur et à mesure que la longueur du tube s’allonge.
Ces modifications de longueur peuvent être obtenues par un abaissement du larynx ainsi que par une projection ou au contraire une rétraction des lèvres.
Ces modifications entraînent donc un glissement global des fréquences sans modification de l’intervalle entre les formants, donc sans modification de l’identification de la voyelle.
La seconde façon de modifier les voyelles est d’arrondir les lèvres, ce qui correspond schématiquement à obturer légèrement la bouche comme font parfois certains instrumentistes à vent.
Cette « couverture » aboutit à l’équivalent acoustique de l’augmentation de la longueur du tube et donc à un glissement des fréquences vers le grave.
La combinaison entre la hauteur du larynx et la position et la forme des lèvres permet effectivement d’éclaircir ou d’assombrir le timbre de la voix.
L’abaissement de la mâchoire peut également être utilisé.
En particulier, F1 peut être abaissé par un abaissement de la mâchoire, ce qui est utilisé par certaines sopranos pour amener leur F1 au contact de F0 et ainsi augmenter leur puissance acoustique.
Par ailleurs, la contraction de la bouche abaisse F1 et élève F2, ce qui donne une voyelle au spectre plus large avec un étalement de la puissance acoustique comme dans /i/.
Inversement, la contraction du pharynx élève F1 et diminue F2, ce qui rend la voyelle plus compacte comme /a/.
Les chanteurs parlent fréquemment du « placement » de la voix, affirmant que certaines voyelles sont censées avoir des localisations précises dans le tractus vocal.
Ces sensations de placement précis de telle ou telle voyelle peuvent correspondre à la localisation des maxima de pression des ondes stationnaires dans le tractus vocal.
Il y a donc plusieurs endroits dans lesquels les sensations doivent être maximales.
Pour la voyelle /i/ par exemple, les pressions sont hautes au niveau palatal.
Pour /u/, les pressions sont hautes dans la région vélaire et enfin pour /a/ elles sont hautes dans la région du pharynx.
On peut concevoir que certains chanteurs font confiance à ces sensations pour modifier les voyelles comme ils le désirent.
D’autres sensations comme chanter dans le masque, faire résonner le maxillaire ou encore viser la note au niveau du palais juste en arrière des incisives supérieures peuvent aussi être en relation avec l’obtention de maxima de pression à des endroits précis du tractus.
Contrôle nerveux de la production vocale :
La production vocale est le résultat d’une coordination neuromotrice des muscles de tous les organes impliqués dans la phonation depuis les muscles de la posture et de la respiration jusqu’aux muscles du larynx et de l’appareil articulatoire pharyngo-bucco-labial.
A – INNERVATION SENSITIVE DU LARYNX :
Elle est assurée surtout par le nerf laryngé supérieur qui reçoit des fibres sensitives issues du vestibule laryngé et de la margelle.
Ces fibres rejoignent le nerf vague au niveau du ganglion inférieur du vague.
Elle est assurée également en ce qui concerne l’innervation de la corde vocale et de la région sous-glottique par des fibres qui rejoignent le nerf laryngé inférieur.
Il existe des récepteurs muqueux sensibles au contact (mécanorécepteurs) et qui entraînent, lorsqu’ils sont stimulés, le réflexe de toux.
Ceux-ci sont situés principalement au niveau de l’étage vestibulaire.
Il existe également des mécanorécepteurs articulaires et intramusculaires dans les muscles intrinsèques et extrinsèques de plusieurs types (corpusculaires, fuseaux neuromusculaires, spiralés) qui renseignent les centres nerveux sur les phénomènes proprioceptifs de tension et d’étirement présents au niveau des cordes.
Ces récepteurs plus particulièrement situés au niveau des cordes transmettent des messages qui sont acheminés par le nerf récurrent.
Les fibres pénètrent dans le bulbe avec le nerf vague et se dirigent vers le noyau du faisceau solitaire où certaines fibres issues du larynx se terminent.
Les autres fibres continuent leur chemin à travers le tronc cérébral vers le noyau rond.
À partir de celui-ci des deutoneurones rejoignent le lemniscus médian (ruban de Reil) et se projettent dans le noyau ventral postérieur du thalamus.
À partir du noyau du faisceau solitaire, il existe des projections thalamiques et de nombreuses projections dans le noyau ambigu.
B – CENTRES NERVEUX :
La zone cérébrale motrice du pharyngolarynx est au niveau de la partie basse de la circonvolution frontale ascendante (ou gyrus précentral) des deux hémisphères.
Il existe une autre zone qui a été mise en évidence expérimentalement qui est à la partie postérieure de la première circonvolution frontale, empiétant sur la face interne de l’hémisphère.
Lors de la stimulation de tout ou partie de ces zones, on observe une réponse laryngée globale avec vocalisation, inhibition du muscle cricoaryténoïdien postérieur et activation de un ou plusieurs muscles adducteurs de façon bilatérale (des lésions cérébrales à ce niveau n’entraînent pas d’immobilité unilatérale).
De très nombreuses connexions cérébrales existent, en particulier avec les centres impliqués dans le langage.
On cite en particulier les voies associatives entre les régions motrices pharyngolaryngées et les aires auditives corticales et sous-corticales.
C – CONTRÔLES RÉFLEXES :
Des ajustements articulatoires surviennent dans le processus de phonation à deux niveaux : lors de l’ajustement préphonatoire et lors de l’émission sonore.
L’ajustement préphonatoire est indépendant du contrôle audiophonatoire.
Ainsi en voix chantée, il est possible d’émettre un son qui soit d’emblée à la hauteur et à l’intensité voulues.
Ce réglage préphonatoire d’origine corticale dépend notamment des informations fournies par les mécanorécepteurs laryngés qui donnent aux centres des informations sur l’état de tension et la position des différents muscles et des différentes articulations.
En cours de phonation, ces informations permettent les ajustements instantanés nécessités par le maintien d’une configuration glottique donnée.
D’autres arcs réflexes d’origine abdominale, thoracique, cervicale, linguale etc, contribuent probablement aux ajustements permanents agissant par feed-back sur le larynx au cours de la phonation.
La rapidité du flux de la parole et la précision des points d’articulation nécessitent des adaptations à la fois très rapides et très fines, ces points d’articulation pouvant être très proches les uns des autres.
Ainsi le degré de constriction du conduit vocal est déterminé par l’espace entre différentes structures telles que la langue et le palais.
Ce degré de constriction définit à son tour le type d’écoulement de l’air (laminaire ou turbulent).
De très faibles variations de l’ordre du millimètre de la distance entre langue et palais permettent donc de produire des sons aussi différents qu’une voyelle, une consonne voisée ou encore une consonne occlusive.
Les adaptations sont assurées grâce à des arcs réflexes rapides reposant sur la sensibilité tactile et proprioceptive de la langue, du palais et des lèvres.
D – CONTRÔLE AUDIOPHONATOIRE :
La voix est sous le contrôle des centres auditifs comme le montre la voix perturbée et non modulée des sourds profonds.
Ce contrôle audiophonatoire semble comporter un processus automatique involontaire et un processus volontaire.
Il existe probablement des commandes induites volontairement par les voies corticobulbaires en réponse aux informations acoustiques parvenues jusqu’au cortex auditif de même qu’un ensemble de réflexes acousticolaryngés.
Ce contrôle s’exerce cependant en synergie avec le contrôle proprioceptif qui permet l’anticipation préphonatoire (c’est ce qui permet à un chanteur d’émettre d’emblée une note à la hauteur voulue sans attendre le contrôle auditif).
Cet ensemble proprioceptif explique la voix relativement peu altérée des sourds récents.
