LA VOIX ET L`OREILLE HUMAINE

Émetteurs
et récepteurs
sonores
Séance 1
LA VOIX ET L’OREILLE HUMAINE
La voix est considérée comme le plus ancien des instruments de musique, l’oreille comme le plus ancien récepteur sonore.
Comment la voix est-elle créée ? Comment l’oreille capte-t-elle les sons ?
Document 1 : Comment naît la voix ?
 Extrait vidéo de l’émission « C’est pas sorcier » (2 min 35 s) : Vibrations des cordes vocales
 La formation de la voix est déterminée par un
ensemble de structures :
1. L’appareil respiratoire, producteur de souffle
Il produit le souffle nécessaire à la production de la
voix. Les poumons, par l’intermédiaire du diaphragme,
envoient un flux d’air qui remonte le long de la trachée
et atteint les cordes vocales.
Les dimensions des cordes vocales varient entre 17 et
25 mm de long chez un homme et entre 13 et 18 mm
chez une femme. La fréquence de vibration des cordes
vocales dépend de leur tension et de leur épaisseur. Plus
les cordes vocales sont courtes et fines plus elles
peuvent vibrer rapidement lors du passage de l’air et
produire les sons émis sont aigus.
2. Le vibreur laryngé, producteur du son de la voix
Le passage du souffle d’air entre les deux cordes
vocales les fait vibrer. C’est l’origine du son de la voix.
Les deux cordes sont placées horizontalement dans le
larynx à hauteur de la pomme d’Adam.
3. Les espaces d’amplification et de résonance
Ce sont la gorge, la bouche et le nez. Ces espaces, ou
cavités, changent de volume et de forme grâce au jeu
des muscles du voile du palais, des lèvres, de la langue
etc. Ils peuvent ainsi modifier les qualités de la voix.
Document 2 : Description la voix
La voix peut-être caractérisée par quatre paramètres principaux :
- La hauteur : c’est la sensation auditive liée à la fréquence des vibrations des cordes vocales (son grave, son aigu).
L’unité de mesure est le hertz (Hz).
- L’intensité : c’est la sensation auditive liée à l’amplitude des vibrations des cordes vocales (son fort, son faible).
L’unité de mesure est le décibel (dB).
- Le timbre : c’est la sensation auditive liée aux harmoniques présents dans le son (son « sombre », son « clair »).
- La tenue : c’est la sensation auditive liée à la durée des vibrations des cordes vocales (son long, son court).
Le registre d’une voix est l’étendue de son échelle
vocale, de la note la plus grave à la note la plus aigu.
Document 3 : Acoustique physiologique
L’oreille comporte trois parties :
 L’oreille externe est la seule partie en communication
directe avec l’extérieur. Elle est composée d’un pavillon et
d’un conduit auditif. C’est une simple structure de
transmission des sons vers le tympan.
 L’oreille moyenne tient le rôle de protection et de
transmission mécanique. Les vibrations du tympan sont
transmises au marteau, à l’enclume et à l’étrier.
 L’oreille interne est la partie la plus fragile de l’oreille. Elle
est constituée de quelques milliers de cellules ciliées, situées
dans la cochlée, qui convertissent les vibrations mécaniques
en signaux électriques. C’est notre capital auditif.
Consulter l’animation sur le fonctionnement de l’oreille : http://bruit.erasme.org/images/films/oreille-m.swf .
Document 3 : Sensibilité de l’oreille
L’oreille perçoit convenablement les sons dont le niveau
d’intensité sonore est compris entre le seuil d’audibilité et le
seuil de douleur. Sa sensibilité varie en fonction de la fréquence.
Cela peut être représenté par une série de courbes (diagramme
de Fletcher et Munson) dites d’égale sensation auditive. Ces
courbes montrent, par exemple, qu’un son de 1000 Hz dont le
niveau d’intensité sonore est de 60 dB donne la même sensation
d’intensité qu’un son de 50 Hz de 90 dB (points rouges). Par
ailleurs, la sensibilité diminue avec l’âge, ce qui conduit à des
pertes auditives.
Document 4 : Les dangers du bruit
Les sons deviennent nocifs lorsque leur intensité dépasse les possibilités de réception de l’oreille. Le niveau
d’intensité sonore est exprimé en décibel (dB). L’échelle va de 0 à 120 dB, mais certaines sources (avion, fusée,
canon) émettent des sons d’un niveau supérieur. La réglementation limite à 100 dB le niveau de sortie des baladeurs
et à 105 dB celui dans les lieux musicaux. La limite de nocivité est située entre 85 et 90 dB.
Après une exposition prolongée à un niveau proche de 100 dB, par exemple après une soirée en discothèque, on
constate divers états auditifs que l’on peut classer par gravité croissante :
- aucun phénomène auditif particulier, c’est le cas le plus fréquent, mais à coup sûr, quelques cellules ont été
fragilisées.
- phénomènes temporaires tels que des bourdonnements ou des sifflements (acouphènes) ;
- phénomènes de type acouphènes persistants et irréversibles, baisse sensible de l’audition.
Analyse et synthèse :
1. Quelles sont les trois parties du corps qui interviennent dans la voix ?
2. Schématiser, à l’aide d’une chaîne, les principales étapes de la production d’un son par la voix.
Représenter, de même, une chaîne illustrant la perception d’un son par l’oreille.
3. Comment expliquer la différence de registre entre un baryton et une soprano ?
4.a. Quelle serait l’allure des courbes du diagramme de Fletcher et Munson si la sensibilité de l’oreille ne variait pas en
fonction de la fréquence ?
4.b. Pour quelle fréquence, une oreille est-elle la plus sensible ? Justifier.
4.c. L’échelle des fréquences est logarithmique : quelles sont la particularité et l’utilité de cette échelle ?
4.d. Comparer les niveaux d’intensité sonore permis par la réglementation avec les limites de nocivité et le seuil de
douleur. Quel autre paramètre est aussi à prendre en compte pour évaluer la nocivité du son ?
5. Expériences : brancher votre lecteur MP3 à un sonomètre (Range : Hi ; Response : F ; Funct : C). Noter le niveau
d’intensité sonore lorsque le volume est réglé au maximum. Votre lecteur respecte-t-il la règlementation sur les
baladeurs ? Faire une mesure avec un casque audio et conclure.
Spécialité
Émetteurs et
récepteurs
sonores
Séance 1
LA RECONNAISSANCE VOCALE
Identifier une personne par sa voix est une tâche complexe. La voix dépend de nombreux paramètres physiologiques. En
outre, elle peut être imitée ou volontairement déformée. Cependant, l’expérience montre que la voix d’un proche ou
d’une personne publique peut être reconnue et de plus en plus de machines utilisent la reconnaissance vocale.
Document 1 : les phonèmes
L’une des étapes de la reconnaissance
vocale est le repérage des phonèmes. La
voix peut être décomposée en une suite
de sons distinctifs appelés phonèmes.
Par exemple, les mots « lait » et « loup »
diffèrent
par
un
phonème
respectivement repéré, en alphabet
phonique, par [] et [u].
Quelques phonèmes classiques de la langue française sont donnés cidessous :
[i] : il ; ami ; souris ; lit ;
[e] : blé ; clé ; donner, nez ;
] : colère ; lait ; jamais ; fer ;
[a] : plat ; rat ; maman ;
[o] : mot ; peau ; dos ; faux ;
[u] : genou ; loup ; clou ; mou ;
[y] : rue ; but ; abus ; culotte ;
[ø] : peu ; deux ; feu ; jeu ;
~
[ə] : le ; me ; semer ; premier ;
[  ] : plein ; fin ; pain ; demain ;
~
[  ] : sans ; temps; banc ; dent ;
[ɔ] : bon ; fond ; ombre ; mon ;
Document 2 : spectre d’un phonème
Le spectre d’un son correspondant à un phonème fait apparaître
plusieurs pics, appelés formants. Ils sont dus à des phénomènes de
résonance à l’intérieur du conduit vocal ; leur fréquence dépend de la
position des divers organes mis en jeu dans la voix (langues, lèvres,
etc.). Les formants sont caractéristiques du phonème prononcé. Les
analyses spectrales montrent que quatre à cinq formants importants
sont présents dans tous les spectres de voix.
Document 3 : spectrogramme.
Un spectrogramme est la représentation visuelle d’un son. Il
représente la fréquence en fonction du temps et l’intensité sonore
associée à chaque fréquence est représentée par un code couleur.
Sur un spectrogramme, les formants sont repérés par des zones
nettement colorées.
Spectre du phonème [].
Spectrogramme du phonème [].
Répondre aux questions suivantes en utilisant Word ou PowerPoint. Utiliser des copies d’écrans pour illustrer les
réponses ainsi que des extraits sonores enregistrés avec les logiciels Vocalab et Audacity.
 Brancher le micro sur la borne bleue à l’arrière de l’unité centrale et ouvrir le micro (bouton sur le point rouge).
 Ouvrir le logiciel Frequency Analyseur.
1. Réaliser le spectrogramme du phonème [], suffisamment fort, pendant 2 à 3 secondes environ.
a. Décrire l’allure du spectrogramme réalisé.
b. Comment repère-t-on les formants sur le spectrogramme ? Repérer les cinq premiers. À quoi correspondent-ils ?
c. À quel paramètre du son du phonème correspond la fréquence du premier formant ?
d. Comparer les spectrogrammes des phonèmes [] prononcés par une voix féminine et une voix masculine.
2. Montrer, en réalisant quelques enregistrements, qu’il est possible de reconnaître des phonèmes dans un mot par
l’observation de leur spectrogramme.
Avec le logiciel Audacity (voir fiche à la fin du manuel p. 206-207) :
3. Enregistrer le signal sonore associé au phonème [] et en réaliser le spectre. Repérer les fréquences des cinq premiers
formants. Que remarque-t-on ?
4. Enregistrer les signaux sonores associés à deux phonèmes parmi ceux du document 1 puis, sur le même
enregistrement, celui d’un mot contenant ces deux phonèmes. Comparer les formes des signaux et des
spectrogrammes.
Le système de reconnaissance vocale SIRI équipe l’Iphone 4GS ; consultez la démonstration en vidéo : Spe2-Siri.flv.
Windows 7 dispose d’un système de reconnaissance vocale qui permet de commander le PC par la voix.