CM 4 Fougeron 24 sept. 2024 PDF

UE 1.1.4 Connaissances fondamentales en sciences de la parole appliquées à l’orthophonie (S3) CM – 24 sept. 2024 (CM Claire Pillot-Loiseau + TD : Analyse acoustique de la VOIX (normal vs. pathologique) CM1 Analyse acoustique de...

UE 1.1.4 Connaissances fondamentales en sciences de la parole appliquées à l’orthophonie (S3) CM – 24 sept. 2024 (CM Claire Pillot-Loiseau + TD : Analyse acoustique de la VOIX (normal vs. pathologique) CM1 Analyse acoustique de la PAROLE (normal vs. pathologique) I. Aspects segmentaux visibles sur le signal (CM2 II. Aspects supra-segmentaux) Cécile Fougeron Laboratoire de Phonétique et Phonologie, UMR7018, CNRS & Sorbonne Nouvelle [email protected]  Phonétique clinique ou Connaissances phonétiques appliquée à la clinique -– Pourquoi? ¡ Le clinicien est face à une production de parole/voix potentiellement ‘atypique’ (’pathologique’, ’anormale’, ‘déviante’…) ¡ ‘atypique’? -- en quoi? comment? Pourquoi? Þ nécessité de pouvoir qualifier et quantifier les caractéristiques déviantes de la parole/voix § Utile pour : ¡ Le diagnostique et l’évaluation - des troubles de parole, leur sévérité, leurs conséquences potentielles sur la communication et la qualité de vie - de possibles indices sur l’origine des troubles ¡ Le suivi : identification de marqueurs/indices pour suivre l’évolution d’un trouble et/ou pour l’évaluation d’un traitement médicamenteux ou d’une thérapie (+ marqueurs précoces) Phonétique clinique ou Connaissances phonétiques appliquée à la clinique -– Comment? Face au besoin de qualifier et quantifier les caractéristiques déviantes de la parole/voix : § Apports de la phonétique clinique Þ Des connaissances sur la parole normale et les mécanismes de production/perception Þ Une formation à l’utilisation d’outils et à des méthodes rigoureuses et normées (et scientifiquement validées) § Des méthodes variées (et complémentaires) ¡ Évaluation perceptive (‘gold standard’, cf CM SB & TD) ¡ Évaluation acoustique ¡ Évaluation articulatoire 1. l’analyse acoustique : intérêts ¡ Elle permet une évaluation objective, quantifiable et reproductible. ¡ non-invasive ¡ Permet de quantifier ce que l’oreille ne peut pas entendre et/ou ce qui contribue à l’aspect déviant perçu (ex: impression perceptive d’une lenteur du débit de parole, peut être liée à l’allongement des sons (lenteurs des articulateurs??) ou à l’augmentation des pauses (difficultés de planification du discours?) difficilement dissociable à l’oreille => intéressant de faire la distinction…) (garder en tête la complémentarité des approches) 1. l’analyse acoustique : inconvénients ¡ Analyse coûteuse en temps et en expertise ¡ L’identification de mesures acoustiques pertinentes pour quantifier ce qu’on entend/voit et discriminantes par rapport à de la variation normale n’est pas simple… Objectifs du cours (CM+TD+dossier) Vous donner des clés pour : ¡ savoir quoi regarder dans le signal acoustique ¡ savoir l’interpréter : est-ce ‘atypique’? quel peut en être l’origine? Vous présenter certains paramètres acoustiques et leurs intérêts ¡ (relativement) simples ¡ utilisables en clinique Vous exercez à les mesurer (en TD et dossier) (dossier : en groupe, à rendre pour le ? décembre => cf prochain cours) 2. Qu’est-ce qu’on entend par parole ‘atypique’ Les ‘déviances’/’altérations’ mesurables sur le signal acoustique peuvent être : ¡ liées à des déficits qui peuvent apparaître à différents niveaux (= troubles d’origines diverses) ¡ et donc toucher divers dimensions/aspects de la parole Production de la parole (rappel) De la conception du message à sa forme sonore articulée conceptualisation ‘encodage’ = CONCEPT transformation des représentations dans une forme lisible par le module suivant forme linguistique formulation forme lisible par le articulation système moteur En sortie : Multiples actions à différents niveaux de l’appareil de production (respiratoire, phonatoire, …) qui doivent être exécutées avec précision, rapidité, flexibilité et pour un but acoustique/aérodynamique précis Ex de modèle de production de la parole – psycholinguistiques = Dell, 1986; 1988; Levelt, Roelofs, & Meyer, 1999, Caramazza, 1997 … Production de la parole (rappel) Préparation conceptuelle Formulation - Sélection lexicale (lèmme = sens et propriété syntaxique) - Encodage de la forme morphologique - Encodage des propriétés phonologique (nb phonèmes, syllabation,…) - Encodage des propriétés phonétiques (ex. cibles articulatoires) Articulation (de la cible à produire au mouvement des articulateurs pour le produire) encodage du programme moteur (paramétrisation des mouvements) (Levelt 1999) exécution du programme (envoi des commandes aux muscles) Production de la parole (rappel) Préparation conceptuelle (ex: « mode de transport individuel motorisé ») Formulation (ex: « voiture ») sens + Nom, fem. - Sélection lexicale (lèmme = sens et propriété syntaxique) - Encodage de la forme pluriel en …) morphologique - Encodage des propriétés /vwa.tyR/ 2 syllabes phonologique (nb phonèmes, syllabation,…) - Encodage des propriétés Cibles = [v] constriction phonétiques (ex. cibles lèvre inf./incisive + voisement simultané… articulatoires) Articulation (de la cible à produire au mouvement des articulateurs pour le produire) Spécifications des paramètres à contrôler (e.g. force, vitesse, encodage du programme moteur (paramétrisation coordination…) des mouvements) (Levelt 1999) exécution du programme (envoi des commandes aux muscles) Production de la parole (rappel) Préparation conceptuelle g e g a Formulation la n - Sélection lexicale (lèmme = sens et d u s propriété syntaxique) u bl e Tr o - Encodage de la forme morphologique - Encodage des propriétés phonologique (nb phonèmes, syllabation,…) - Encodage des propriétés o l e phonétiques (ex. cibles p ar articulatoires) a d el Articulation le s (de la cible à produire au mouvement des u b articulateurs pour le produire) Tr o encodage du programme moteur (paramétrisation des mouvements) (Levelt 1999) exécution du programme (envoi des commandes aux muscles) Production de la parole (rappel) Préparation conceptuelle g e g a Formulation la n - Sélection lexicale (lèmme = sens et d u s propriété syntaxique) u bl e Tr o - Encodage de la forme morphologique - Encodage des propriétés phonologique (nb phonèmes, syllabation,…) - Encodage des propriétés o l e phonétiques (ex. cibles p ar articulatoires) avec des répercussions mesurables sur le signal de a el parole le sd Articulation (de la cible à produire au mouvement des u b articulateurs pour le produire) Tro encodage du programme moteur (paramétrisation des mouvements) (Levelt 1999) exécution du programme (envoi des commandes aux muscles) Production de la parole (rappel) Préparation conceptuelle g e g a Formulation la n - Sélection lexicale (lèmme = sens et d u le s propriété peuvent dont certaines répercussions syntaxique)aussi être u b mesurées sur le signal de parole Tro - ex. problème- deEncodage fluence lié àde unlaaccès formelexical perturbé mesurable sur lamorphologique durée des pauses - Encodage - ex. pb d’encodage des propriétés phonologique avec mauvaise sélection de phonème (/fwatyR/ (nb phonologique ex. jitter, hnr, écart type de f0 o Paramètres testant le fonctionnement linguistique/intelligibilité ex. contraste sourdes vs. sonores => ex. périodicité/barre de voisement pdt tenue des consonnes ex. différence entre question et affirmation => modulation de f0… (notes : nombreux paramètres apportent des informations à plusieurs niveaux , ex. f0/périodicité du signal = contraste de voisement, fonctionnement laryngé, fonctions prosodiques) ¡Présentation de quelques paramètres acoustiques ‘relativement faciles’ à observer/quantifier organisée par aspect/dimension de la parole qui peut être ‘déviant’ => NOTE: dans ce cours, présentation de mesures sans tjrs rentrer dans le détail, le but est d’insister sur les aspects potentiellement déviants, et où les observer dans le signal acoustique => mise en pratique en TD  Paramètres acoustiques (1) : aspects lié à la voix (vu au CM1) Altération sur phonation, qualité vocale (système laryngé) ¡ Mesures de f0 et d’intensité ¡ moyenne, max-min-plage, stabilité (std dev) => fonction laryngée anormale, flexibilité et contrôle de la fonction laryngée dans le temps ¡ Mesures de perturbations: variabilité de la f0 et de l’intensité ¡ A court terme (cycle à cycle): jitter & shimmer => variation du patron vibratoire et instabilité des cycles ¡ À long terme (sur plusieurs cycle, sur une voyelle…): coef de variation de f0 et intensité => stabilité/variabilité à long terme (ex. tremor) ¡ Mesures de bruit : ¡ harmonic to noise ratio (dB) => turbulences apériodiques ds le signal (ratio de l’énergie total du signal sur l’énergie de la composante apériodique) etc ….  Paramètres acoustiques (2) : aspects segmentaux Altération/imprécisions dans l’articulation des sons de la parole qui capturent des aspects : (a) de justesse/précision des articulations (laryngées et supra- laryngées -- orale & nasale) (b) de la coordination entre gestes articulatoires (c) de l’organisation temporelle entre les sons successifs dans la chaîne parlée => deux dimensions principales pour caractériser les ‘évènements’ de la parole : le temps et l’espace articulatoire rappel : parler = planifier, paramétrer et exécuter une série de mouvements articulatoires dans le temps et l’espace (cibles). § (a) Gestion d’un mouvement articulatoire dans l’espace articulatoire pour atteindre la bonne cible ET être précis /p/ /i/ /p/ /a/ Cible Corps de la langue Cible rappel : parler = planifier, paramétrer et exécuter une série de mouvements articulatoires dans le temps et l’espace. § (a) Gestion d’un mouvement articulatoire dans l’espace pour atteindre la bonne cible ET être précis /p/ /i/ /p/ /a/ Cible Corps de la langue Cible ¡ (b) mais aussi dans le temps : initier le mouvement, durée du déplacement vers la cible, stabilisation en position cible, déplacement vers autre cible, cessation du mouvement....../... dans le temps …. + Gestion de l’orchestration temporellement des mouvements - (b) à coordonner entre des articulateurs convoqués pour la production d’un son (ex. lèvres et corps de la langue pour /u/) - (c) à coordonner pour atteindre des cibles successives (ex. corps de la langue pour /i/ puis /a/) p i p a p ouvert Lèvres fermé Corps de la haut langue bas  ouverture vélopharyngée la coordination entre les différents gestes articulatoires est propre à chaque langue ex. anglais vs. français En anglais ‘palm’ [phãm] : (a) aspiration au relâchement du /p/ en anglais crée par la non [p h ã m] synchronisation du relachement de ‘palm’ en anglais l’occlusion labiale et la fermeture glottale (la glotte est encore ouverte quand les lèvres s’ouvrent ouverture => bruit de friction glottale) vélopharyngée (b) nasalisation de la voyelle /a/ en anglais due à une non synchronisation entre l’ouverture du port vélopharyngé pour /m/ par rapport à la fermeture des lèvres => nasalisation du /a/ ue a l’anticipation de l’ouverture des cavité nasales [p a m] ‘pâme’ en français Voisement Que regarder pour quantifier des pb de voisement? = du dévoisement (partiel ou total) de sons voisés et/ou du voisement (partiel ou total) de sons sourds v présence/absence de périodicité du signal (ou barre de voisement) pendant la tenue de la consonne (ou voyelle) valeryT0- « jamais » dévoisement partiel valeryT0- « il mange » dévoisement total du /Z/ (nasale en plusieurs phases) Que regarder pour quantifier des pb de voisement? v mesures disponibles sous Praat : voice report/voicing/ ‘portion of unvoiced frame’ , ‘voice breaks’ (cf TD) Tenue de /t/ dans intéressante l7_left-2.wav & ‘voice report’ donné par Praat v indices ‘secondaires’ du contraste de voisement : durée de la voyelle précédant une voisée plus longue que devant une sourde Ex. cf. travaux de L. Baqué en aphasie => préservation ou non des indices secondaires de voisement pour des consonnes /b,d,g/ produites sans périodicité. Cherche à diagnostiquer trouble phonétique (réalisation du voisement) vs. trouble phonologique (mauvaise sélection de consonne) Mode et lieu d’articulation des cibles Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 1. altération du « mode d’articulation » des consonnes : ex. pour une occlusive incapacité à bloquer complètement et rapidement le flux d’air et/ou de relâcher la pression intra-orale rapidement => perte du caractère occlusif d’une occlusive : désocclusion/occlusion incomplète => spirantisation: si devient spirante (=approximante) (i.e. une consonne produite par un rapprochement modéré des organes phonateurs qui ne va pas jusqu’à produire le bruit caractéristique de friction : semi-consonne et liquides (/l/ et /R/) => assibilation : si devient fricative => vocalisation : si devient une voyelle Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 1. altération du « mode d’articulation » des consonnes : v Caractéristiques spectrales pendant la tenue ou le relâchement de la consonne Ø distribution/concentration de l’énergie dans certaines zone de fréquences Ø type de signal présent : silence (ou absence de silence), signal périodique ou apériodique ex:.../...  Activité 2 – quels indices acoustiques sur les signaux/spectro vous permettrait de décrire les altérations de la prononciation suivantes? valeryT0- « âgé » africation = occlusion puis friction christelleT3- « à réparer » - vocalisation : desocclusion du /p/ valeryT0- « des chaussures » /s/ instable Que mesurer pour quantifier ces altérations?  valeryT0- « âgé » africation = occlusion puis friction christelleT3- « à réparer » - vocalisation : desocclusion du /p/ valeryT0- « des chaussures » /s/ instable  Voicing + Omission CA : ALS Unintell Retraction 0% 3% 1% 53% d’altération de Voix. CA Retraction Dans les 2 directions (=). 2% Stopping 1/3 d’IncClo 2% Nasalization Omission 5% 8% IncClosure Voicing+IncC Retraction 22% losure 12% 11% Stopping IncClosure 5% 50% Devoicing Voicing Voicing 29% 24% 24% PD ALS : Devoicing Unintell 2% 2% majorité d’occlusions Voicing + incomplètes Retraction PD : puis de voisement. Très peu 1% Omission 54%d’altération de Voix, de dévoisements Retraction 12% Dans les 2 directions, 3% IncClosure avec assymétrie : Stopping 27% 3% dévoisement > voisement. 1/3 d’InClo Voicing Exemple d’étude sur les 15% consonnes Devoicing 37% Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 2. altération de l’articulation des voyelles Cordonnier – Parkinson CCM-3148 Sonne – Parkinson CCM-3148 Cordonnier – Cérébelleux MTO-KRLM surdité-L_peri_voyelles Que mesurer pour quantifier M_voyelles ces altérations? Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 2. altération de l’articulation des voyelles v Caractéristiques spectrales des voyelles (= ‘timbre’ des voyelles) Ø Mesure des formants Ø Mesures de l’espace vocalique pour quantifier : ¡ Si altération sur des dimensions particulières ¡ Si neutralisation/pertes de contrastes phonologiques Contrôle M ‘ref’ Contrôle F ‘ref’ Patient M : forte réduction sur F1/F2, centralisation mais préservation des contrastes /i,e,a/ Patient M : réduction sur F1/F2, centralisation et fort chevauchement entre les catégories de voyelles Patient F : compression sur F1 (pas F2) mais préservation de 3 niveaux d’aperture Patient F : compression sur F1 (pas F2) => perte d’un niveau d’aperture Patient M : aire assez réduite mais précision des cibles (préservation des contrastes, les catégories se chevauchent peu) Patient F : aire peu réduite mais grande imprécision sur F2, chevauchement F1&F2  Exemple d’étude sur les voyelles 79 dysarthric patients, 3 types of dysarthria 26 patients w/ Amyotrophic Lateral Sclerosis -- ALS (paralytic dysarthria, muscular weakness, atrophy) 31 patients w/ Parkinson’s disease –PD (perturbed control & regulation of movements, slowness, rigidity, akinesy) 22 Cerebelar Ataxia --AT (perturbed temporo-spatial flow of movement and movements coordination) 26 healthy control speakers 10 to 12 exemplars of /i, E, a, o, u/ per speakers, extracted from the reading of a text (comparable contexts) N = 5746 vowels  Fougeron & Audibert (2011, 2012) Audibert et al. (2015) – Working space reduction: reductions of movements towards peripheral vowel targets, restriction of articulator mobility in specific dimensions. i pVSA DistCentroid u i u di du F1RR F2RR i u i u do e o e de o da e o e o a a Mean distance to vowel a Acoustic a space area space centroid Ambitus on F1 Ambitus on F2 – Distinctiveness/contrasts among vowels in the system vowel centralization overlap between vowel categories misclassification rate in a linear predictive model of vowel class membership from F1 and F2 values = measure of the accuracy in categorization from acoustic values Vowel variation in dysarthria Plus de chevauchement entre catégorie des voyelles (moins de Healthy Spk ALS contrastes) pour SLA, Park, Ataxia) Réduction de l’espace vocalique = mouvements réduits pour SLA (F2) & /ɛ /ɔ Park (F1); mais pas Park Ataxia Ataxia Dispersion intra- categories = cibles instables pour Ataxia & Park; mais pas pour SLA F1 range reduction (restriction in jaw mvt – LSVT) Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 3. Altérations liées a un problème d’orchestration temporelle des gestes articulatoires Ex.1 coordination entre gestes laryngés et supralaryngés en français: Etat de la glotte en début de mot? Initiation/cessation du voisement? Organisation temporelle dans séquence /di/, /ti/? Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 3. Altérations liées a un problème d’orchestration temporelle des gestes articulatoires Ex.1 coordination entre gestes laryngés et supralaryngés vVOT ‘voice onset time’ = délai d’établissement du voisement. [CV]=durée de l’intervalle entre relâchement supraglottique de la constriction consonantique et l’apparition du voisement (ou de la structure formantique) de la V suivante.  En français : VOT négatif pour les En anglais : contraste voisées, positif et court pour les sourdes sourde/voisée marqué par durée du VOT (positif dans les deux cas) - x ms + x ms VOT en français et en anglais (valeurs de VOT en ms de Serniclaes (1987). Figure de la thèse de Christophe Dos Santos (2007) Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 3. Altérations liées a un problème d’orchestration temporelle des gestes articulatoires Ex.1 pb dans la coordination entre gestes laryngés et supralaryngés vVOT ‘voice onset time’ = délai d’établissement du voisement. [CV]=durée de l’intervalle entre relâchement supraglottique de la constriction consonantique et l’apparition du voisement (ou de la structure formantique) de la V suivante. vVTT ‘voice termination time’ = délais de cessation du voisement [VC]=durée de l’intervalle entre disparition de la structure formantique de V (= disparition provoquée par l’occlusion supraglottique de la consonne) à l’arrêt du voisement dans la phase consonantique.  aba - apa VTT ‘voice termination time’ = délais de cessation du voisement [VC]=durée de l’intervalle entre disparition de la structure formantique de V (= disparition provoquée par l’occlusion supraglottique de la consonne) à l’arrêt du voisement dans la phase consonantique. /apa/ Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 3. Altérations liées a un problème d’orchestration temporelle des gestes articulatoires Ex.2 pb au niveau du relâchement (burst) des occlusives vPrésence/absence de relâchement vQualité du relâchement (net, avec aspiration, friction, palatalisation…) au niveau spectral : bruit, périodicité, à quelle fréquence… Au niveau temporel : long, court rappel du CM de l’année dernière : Affrication ¡ Désigne un processus par lequel des occlusives sont produites avec un bruit de friction au relâchement (entre l’explosion et le début de la voyelle) , ce bruit de friction s'apparente à celui de /s/ et /z/. On désigne aussi ce phénomène par le terme d'assibilation. Ex. Affrication de / t / et de / d / en franc ais québecois Quand elles sont suivies par les voyelles fermées antérieures / i / et / y /, de même que par les semi-consonnes / j / et / ç /, les consonnes / t / et / d / s'affriquent en [ ts ] et [ dz ]. Conditionnement linguistique A l'intérieur d'un mot, la règle s'applique de façon catégorique pour / t / et /d / , peu importe leur position dans le mot, lorsque ces deux consonnes se trouvent suivies de l'une des voyelles ou semi-consonnes / i y j ç /. Toutefois la règle est variable ou facultative lorsque la consonne et la voyelle appartiennent à deux mots différents, sauf peut-être dans certaines constructions avec un pronom clitique de type Vient-il ? où elle s'applique obligatoirement.  VOT + long Bruit - intense + diffu  Ne pas confondre Affrication et Aspiration ¡ L’aspiration : bruit ou souffle d’origine glottale qu'on peut entendre au moment du relâchement des consonnes occlusives (entre l’explosion et la voyelle) ou pendant la réalisation des constrictives /S Z/. ¡ Pour indiquer la réalisation aspirée, on utilise le symbole [ h ] placé en exposant à droite de la consonne. ¡ Il resulte d’un retard des plis vocaux (après l'émission de la consonne sourde) à se refermer pour émettre la voyelle. Il est noté à l'aide du signe diacritique [ʰ]. ¡ Il accompagne parfois une consonne voisée. Il se note alors [ʱ]. ex : [dʱ] espagnol: anglais: bruit VOT + long Ex. 3 pb de nasalisation : (coordination et/ou altération de la fonction vélo-pharyngé) Daine T1 « un petit » pre-nasalisation des occlusives v pré ou post-nasalisation, nasalisation pendant la tenue Altération de la fonction vélopharyngée : => ici présenté au niveau segmental mais pourrait aussi être considéré comme un aspect supra-segmental ! PHO-00024 ¡ difficile à mesurer/quantifier acoustiquement ! (articulatoire mieux) v Shifts des fréquences de formants, réduction amplitude des formants, augmentation des largeurs de bandes, apparition d’antiformants et formants nasals Que regarder pour quantifier des pb de réalisation phonétique des cibles? 4. Altérations liées au manque de stabilité dans l’articulation pendant la tenue de la cible ou au passage/transition de cible à cible v Observation de l’évolution des indices spectraux dans le temps valeryT0- « des chaussures » /s/ instable valeryT0- « il mange » nasale en plusieurs phases (+devoisement total du /Z/) v Observation de l’évolution des formants dans le temps Ø pendant la tenue = diphtongaison Ø observation des transitions de voyelle à consonnes ou consonnes à voyelle : transitions trop lentes, trop rapide, inexistantes... ex. transitions de F2 et lien avec l’intelligibilité (.../...) Rosen et al. Journal of Communication Disorders 41 (2008) 49–69 Kent et al. (1989) Clinical Linguistics & Phonetics, 3: 4, 347 — 358