LNG 1400A Phonétique Acoustique & Classification (Voyelles) 18 Sept. 2024 PDF

LNG 1400A Jendi PHONÉTIQUE ACOUSTIQUE & CLASSIFICATION (VOYELLES) 18 SEPT. 2024 Phonétique acoustique 4 Les sons = « Good vibrations » Les sons sont, dans le fond, des modifications de pression atmosphérique transmises (typiquement mais pas...

LNG 1400A Jendi PHONÉTIQUE ACOUSTIQUE & CLASSIFICATION (VOYELLES) 18 SEPT. 2024 Phonétique acoustique 4 Les sons = « Good vibrations » Les sons sont, dans le fond, des modifications de pression atmosphérique transmises (typiquement mais pas nécessairement) dans l’air via des ondes vibratoires. Ils sont normalement impossibles à percevoir visuellement, mais quelques tours futés photographiques peuvent nous aider à nous faire une idée, ainsi qu’un petit détour par le fonctionnement de l’oreille. On peut concevoir l’oreille d’abord comme un système mécanique de membranes et de leviers. 1. La membrane externe (tympan) se déplace avec tout déplacement d’air et retourne à sa place de repos lorsqu’elle n’est pas dérangée. 2. Les leviers (chaîne des osselets) transmettent ces séquences à une membrane interne (fenêtre ovale) qui fait de même au liquide de la cochlée. 3. Les extrémités du nerf auditif qui se trouvent à l’intérieur de la cochlée détectent des vibrations et les transmettent au cerveau, qui les interprète comme la sensation que nous connaissons comme le son. 6 Changeons d’air Rappelons que dans l’air ambient il s’agit de molécules gazeuses qui, dans leur état normal, se répandent automatiquement pour remplir l’espace dans lequel elles se retrouvent de façon équilibre, ce qui correspond à la notion de pression atmosphérique normale. L’air, comme d’autres bons moyens de propagation possibles, est élastique dans le sens que les molécules peuvent facilement reprendre leur position de repos après une force externe. Munot & Nève représente les molécules d’air comme des traits (tirets) horizontaux qui, suite à un ébranlement de l’air (ici, les pointes d’un diapason), vont démontrer cette élasticité. Dans les images qui suivent, les chiffres correspondent à des moments dans le temps. 7 Élasticité Encore mieux, imaginez que dans les séquences  les molécules sont beaucoup plus proches les unes aux autres que d’habitude, et les séquences  beaucoup plus éloignées. Il s’agit donc de pochettes d’air comprimées (plus denses) et rarifiées (moins denses), respectivement. 8 Métaphores Une métaphore se trouve dans une file d’attente où… 1. La dernière personne se heurte à la personne suivante suite à une force externe. 2. Elle va par la suite se reculer à sa place de départ, mais… 3. La « compression » introduite par la rencontre entre elle et la personne suivante va se propager. 4. L’avant-dernière personne va se reculer par la suite, etc. etc. Si, à la fin, cette rencontre atteint la première personne, le caissier ou la caissière va l’apercevoir (l’oreille, dans notre métaphore). Évidemment, ni dans cette métaphore ni dans l’illustration précédente, cet ébranlement ou cette chaîne ne va continuer à l’infini. L’énergie investie dans l’action initiale est finie et quantifiée. Mais lorsqu’elle est suffisante, elle peut atteindre un point d’observation donnée. Sinon, l’action doit être entretenue. 9 Qu’est-ce qu’une onde? Dans les exemples précédents, une simple motion aller-retour de chaque élément d’une chaîne cause une propagation de ce même mouvement, sans que les éléments eux-mêmes ne se déplacent. Cette propagation de mouvement oscillatoire est la définition d’une onde. Les ondes peuvent d’bord être périodiques ou apériodiques. Dans la parole, il s’agit souvent de ce premier (surtout concernant les voyelles), mais on trouve certains types de sons (consonnes) dans ce dernier. Apériodique : fluctuations aléatoires ou imprévisibles, sans cycle ◦ ‘Bruit blanc’ : impossible de prévoir le degré de fluctuation à un moment donné Exemples : les ‘parasites’ (radio, téléphone), le vent, les fricatives ◦ Transitoire : fluctuation soudaine et isolée Exemples : clics, claquements, les plosives 10 Ondes périodiques Consistent en une ou plusieurs phase(s) répétée(s) d’une façon régulière. Peuvent aussi être simples ou complexes. Éléments cruciaux : ◦ 1 répétition (ou une oscillation complète) = 1 cycle ◦ Durée d’un cycle = période ◦ Fréquence = nb. cycles/sec., en Hertz (Hz), qui correspond à la vitesse d’ouverture et de fermeture des cordes vocales en phonétique Axe vertical = amplitude (en dB, écart de la pression atmosphérique normale), qui provient physiquement du déplacement maximal des cordes vocales. 11 Ondes simples Examinons d’abord une sinusoïde pure, comme le mouvement d’un pendule ou d’un diapason (p. 32). Nous voyons un motif de creux et de pics qui se répètent. Tant que l’énergie est entretenue, la valeur du creux est égale à (mais l’inverse de) celle du pic. Dans une telle représentation d’un son, ces notions correspondent à des différences de pression: compression des - molecules ◦ Creux = raréfaction des molécules (vide), moins bondées L ◦ Pic = compression des molécules, plus bondées rarefraction des - molecules 12 Exemple Période = 0.01 sec. Fréquence = 1 cycle / 0.01 sec = 100 Hz On peut également synthétiser ce son dans Praat... 13 Ondes complexes On ne rencontre presque jamais d’ondes simples dans la nature, particulièrement pas dans la parole. Il s’agit plutôt d’ondes complexes, soit la superposition de plusieurs (2+) sinusoïdes pures (ou simples), ou en d’autres termes, la répétition d’un motif complexe. (Prenons comme métaphore la fluctuation de températures au cours et de la journée et de l’année.) Le motif formé par la combinaison de ses ondes composantes ne commencera à se répéter que lorsqu’elles commenceront à se répéter toutes les deux en même temps, et chaque onde constituante complète un nombre entier de périodes à l’intérieur de chaque période de l’onde complexe. Exemple: ◦ Une onde à 3 Hz va se répéter à 0,33, 0,66 et 1 seconde (soit 1/3, 2/3, 3/3). ◦ Une onde à 5 Hz va se répéter à 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 et 1 seconde (soit 1/5 … 5/5). ◦ Une onde complexe avec ces deux ondes va donc avoir un motif complexe qui se répète à 1 seconde. La fréquence du cycle complexe (ou la durée nécessaire pour la répétition du motif le plus long) s’appelle la fréquence fondamentale, ou F0. 14 Exemple 1 cycle/0,01 sec. = 100 Hz 10 cycles/0,01 sec. = 1 000 Hz Encore une fois, on peut synthétiser ce son dans Praat, et on peut aussi regarder son spectre, soit une représentation de l’amplitude (y) de ses fréquences (x). Le temps ne fait plus d’objet du graphique ; il s’agit de toute l’onde générée. 15 Comment? Mathématiquement parlant, à chaque point dans le temps, l’amplitude d’une onde complexe est égale à la somme des valeurs d’amplitude de ses ondes simples constituantes. Regardons mon script pour l’illustrer. ◦ Ici, f1 veut dire la fréquence de la première onde et a1 l’amplitude maximale de cette même onde, et ainsi de suite. Nous allons générer 100 points sur des courbes sinusoïdales de façon aléatoire. ◦ Nous pouvons voir que chacune des ondes est simple. Prenons la valeur du deuxième moment de chaque onde. Si nous en faisons la somme, nous pouvons voir que la valeur à ce même moment de l’onde complexe est la même. Pourquoi ? Lorsqu’un corps vibre entre deux points, avec une action soutenue émanant d’une extrémité (disons la gauche), les impulsions atteignant le bord droit seront réfléchies vers la gauche et interagiront avec les impulsions venant de l’autre côté. Voici un exemple brut d’interférence constructive (elle peut aussi être destructive). 16 Vers la phonétique L’origine de la complexité spécifique de la phonation est souvent passée sous silence dans les cours d’introduction. Nous en ferons de même. Grosso modo, elle serait à chercher du côté de faits anatomiques des cordes vocales mais aussi de l’action elle-même de leur mise en vibration. Durant la phonation, les cordes vocales ondulent comme des rideaux, se déplaçant à la fois sur leur longueur et sur leur épaisseur, c’est-à-dire, vibrant à différents points simultanément. Ceci nous donne une source de son riche, composée de multiples fréquences. On peut entendre ici une synthétisation d’impulsions glottales sans quoi que ce soit d’autre (comme pharynx, bouche, etc.) au-dessus. 17 Harmoniques La fréquence fondamentale de la phonation dépend de l’anatomie de l’individu mais est typiquement aux alentours de 150 Hz (1 cycle/0.0067 sec.). Les personnes avec un F0 typique plus basses auront une voix plus grave, et celles avec une F0 plus élevée une voix plus aigüe. Mais puisqu’il s’agit d’une onde complexe, elle se compose beaucoup d’autres fréquences. (Notez qu’elles diminuent en amplitude en fonction de leur fréquence croissante.) Dans le spectre du son synthétisé précédent, on peut voir que ces fréquences sont des multiples entiers de la F0 (ici, 100Hz), soit 200, 300, etc. Ceci est dû (à titre de rappel) au fait que chaque onde qui constitue une onde complexe complète un nombre entier de périodes à l’intérieur de chaque période de l’onde complexe. (C’est tout simplement un fait de la nature). Ces fréquences s’appellent des harmoniques (ou partiels). 18 Résonance Les cordes vocales ne sont évidemment pas exposées à l’air. L’ensemble de l’appareil étudié la semaine dernière s’y repose. Les différents espaces qui composent cet appareil ont leurs propres propriétés acoustiques (voir la discussion sur bandes de résonances dans Munot & Nève), et lorsqu’une onde sonore les atteint, ils vont se mettre à vibrer également et agissent donc comme des résonateurs. On peut y penser comme un filtre avec sa propre structure acoustique (potentielle). 19  formants ‘Filtration’ Source Filtre Résultat Harmoniques (chaque ligne) Adapté de http://www.haskins.yale.edu/featured/heads/mmsp/acoustic.html 20 En résumé Les résonateurs ont pour but de renforcer et d’atténuer certaines harmoniques de l’impulsion glottale. Les fréquences renforcées par une certaine configuration de résonateur(s) = les formants Les deux premiers formants (F1 & F2) servent principalement à distinguer les voyelles les unes des autres! 21 F1 Modifié principalement par la racine de la langue, en fonction de l’ouverture de la mâchoire inférieure  taille du résonateur pharyngal [i] = beaucoup d’espace pharyngal, vs. [ɑ] = très peu in e en Mais entre [i, y], [e, ø], etc. = pas aussi extrême Exemples de valeurs F1: ◦ [i] = 240 Hz ◦ [ɑ] = 650 Hz Bouche ouverte (résonateur pharyngal moins grand)  valeur élevée du F1 22 F2 Modifié principalement par la position horizontale de la langue et l’arrondissement des lèvres  taille du résonateur buccal [i] = peu d’espace, vs. [u] = beaucoup d’espace Mais entre [u, ɒ] = peu de différence Valeurs typiques (F2) : ◦ [i] = 2 500 Hz ◦ [u] = 750 Hz Langue avancée (résonateur moins grand)  valeur élevée du F2 L’arrondissement des lèvres ajoute de l’espace (un petit résonateur supplémentaire)  diminution du F2 23 Points importants Ce qu’est le son et comment il se propage Nature d’ondes complexes Définition des fréquences et des formants Rapport, articulateurs & directionnalité : ◦ F1 et résonateur pharyngal ◦ F2 et résonateur buccal (& lèvres) 24 Classification des voyelles 25 Introduction Les voyelles sont nécessairement produites sans obstruction – conséquences : ◦ Mode d’articulation (comment ?) en est le même d’une voyelle à une autre ◦ Lieu d’articulation n’est pas pareil entre consonnes & voyelles Classement selon ajustement des résonateurs majeurs (où ?) de deux façons : Ouverture ◦ Paramètre vertical : aperture buccale (mâchoire inférieure) ◦ Paramètre horizontal : position de la langue D’autres facteurs (arrondissement, nasalité) vont jouer un rôle aussi. Illustration & rangement par le trapèze vocalique 26  Ouverture Aperture Position de la mâchoire inférieure (qui influence légèrement la position de la langue) 4 degrés avec 2 extrêmes : ◦ Fermée (haute) : mâchoires serrées, langue soulevée, peu d’espace (p. ex. si) ◦ Ouverte (basse) : grande ouverture, langue abaissée (p. ex. ça) Et 2 catégories intermédiaires (voyelles moyennes) : ◦ Mi-fermée (p. ex. pré) ◦ Mi-ouverte (p. ex. prêt) 27 Antériorité Position de la langue (légère interaction avec l’aperture) 3 degrés avec 2 extrêmes : ◦ Antérieure : langue près des dents (p. ex. si, c’est) ◦ Postérieure : langue reculée vers l’arrière de la bouche (p. ex. sous, seau) 1 catégorie intermédiaire : voyelles centrales (comme le vrai schwa : ang. photograph) 28 Arrondissement Insuffisance d’aperture & d’antériorité toutes seules Arrondissement : paires écartée – arrondie pour chaque combinaison (sauf le schwa) Préférences dans les langues du monde : ◦ Ouverte & écartée ◦ Antérieure & écartée ◦ Postérieure & arrondie Pourquoi ? Ces combinaisons tolèrent plus de variation (les autres requièrent une cible acoustique plus précise) 29  Trapèze API e A appee 30 Aperture & la langue Pourquoi un trapèze ? Considérons les voyelles antérieures… ◦ Fermées : position de la langue soulevée, derrière les dents supérieures ◦ Ouvertes : dents inférieures Recul léger proportionnel avec l’aperture – les voyelles ouvertes ne sont pas aussi antérieures que les voyelles fermées – mais d’habitude pas assez reculées pour être considérées comme centrales (à la limite, centralisées) 31 Retour à l’acoustique Valeurs typiques (F1, F2) des voyelles : Voyelle F1 F2 /i/ 240 2400 /u/ 250 595 /e/ 390 2300 /o/ 360 640 /a/ 850 1610 Quelles tendances remarquez-vous ? 32 Synthèse : trapèze vs. Les formants 33 Voyelles du français À ajouter: [ɑ̃, ɛ̃, ɔ̃, œ̃] ( ) ( ) ( ) 34