HAL Id: jpa-00230418
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Submitted on 1 Jan 1990
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ANALYSE DE LA VOIX DE PILOTES EN
SITUATION DE STRESS DANS UN SIMULATEUR DE VOL
R. Ruiz, C. Legros
To cite this version:
R. Ruiz, C. Legros. ANALYSE DE LA VOIX DE PILOTES EN SITUATION DE STRESS DANS UN SIMULATEUR DE VOL. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-527-C2-529.
�10.1051/jphyscol:19902124�. �jpa-00230418�
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Colloque C2, supplément au n°2, Tome 51, Février 1990 C2-527 1er
Congrès Français d'Acoustique 1990
ANALYSE DE LA VOIX DE PILOTES EN SITUATION DE STRESS DANS UN SIMULATEUR DE VOL
R. RUIZ et C. LEGROS
Laboratoire d'Acoustique, de Métrologie et d'Instrumentation, 38, Rue des 36 Ponts, ¥-31400 Toulouse, France
Résumé :
L'objet de l'étude est l'estimation, par des procédés acoustiques (analyse de la voix) de l'état de stress d'un individu, consécutif à sa soumission à une charge de travail physique ou mentale. Ce premier travail se propose de mesurer les variations de la fréquence fondamentale de voix de pilotes soumis à des incidents de vol en simulateur avion.
Abstract:
We plan to study the influence of a workload (mental or physical) on the acoustical characteristics of the voice.
This first study shows that the fundamental frequency increase when a pilot is submitted to incidents in a flight simulator. More, when the workload increases, the fondamental frequency too, leading to the possibility of evaluating the workload by the way of the voice characteristics.
I. INTRODUCTION
L'étude du comportement de pilotes dans le domaine aéronautique ou spatial met en évidence des états de stress consécutifs à des charges de travail mentales ou physiques. Les états de stress peuvent être particulièrement préjudiciables au bon déroulement de la mission confiée aux pilotes, et notamment dans le domaine spatial, par exemple, lors d'activités extra-véhiculaires des spationautes. Le problème de la mise en évidence de cet état de stress a donc toujours été à l'ordre du jour, sans, jusqu'à présent, avoir trouvé de solution satisfaisante, et ce, d'autant moins qu'il est nécessaire de pouvoir estimer, en continu, l'évolution temporelle des conséquences de ce stress.
Certaines études récentes/1/, ou plus anciennes/2/, ont permis de montrer que les caractéristiques acoustiques de la voix des pilotes pourraient constituer un bon estimateur de cet état.
L'étude envisagée ici a pour objectif final cette estimation des conséquences d'un stress par des méthodes acoustiques. Il s'agit d'une étude pluridisciplinaire rassemblant les efforts d'une équipe d'ergonomes- ayant pour mission la définition de charges de travail croissantes- et d'une équipe acoustique chargée du traitement du signal de parole.
La première partie de cette étude, que nous présentons ici, s'est fixé la recherche d'indices acoustiques pertinents dans le cas de pilotes à l'entraînement en simultateur de vol.
II LA METHODE EXPERIMENTALE
La définition de charges de travail étant très délicate -peu de travaux existent en ce domaine- il a été décidé de débuter les expérimentations en utilisant des charges de travail qui, bien que non quantifiables, pouvaient être organisées de manière croissante, sans toutefois connaître les degrés entre ces charges : un simulateur de vol réunit ces conditions.
II. 1 Les charges de travail
La séance de simulation, objet de la présente étude, a été réalisée avec deux pilotes instructeurs et selon une procédure spéciale incluant une gradation des incidents de vol depuis les plus anodins jusqu'aux plus graves (crash de l'avion à l'attérissage), en passant par les plus préoccupants (incendie réacteur incontrôlable).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19902124
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Ii.2 Les enregistrements
La procédure d'enregistrement nécessite d'être le plus possible "transparente" aux pilotes. Pour c e faire, nous avons utilisé d e petits microphones à électret installés e n microphone d e proximité sur un serre-tête léger. Leur directivité est cardioïde, leur bande passante va de 100 Hz à 10 000 Hz (+ 3 dB) et la sensibilité est 3mV/Pa. Le matériel d'enregistrement a été placé à l'extérieur du simulateur pour maintenir les pilotes dans des conditions normales d'entraînement. II s'agit d'un enregistreur stéréophonique professionnel analogique à bande (NAGRA type SJ). La durée de la séance était de 90 minutes.
III L E DEPOUILLEMENT DES ENREGISTREMENTS
Les enregistrements ont été examinés en prenant en compte les incidents d e vol. Les échantillons d e parole sélectionnés ont été choisis juste après la survenue des incidents. Nous avons extrait les voyelles, qui ont été échantillonnées et stockées sur ordinateur à fins d e traitement ultérieur. Un logiciel spécifique d e traitement du signal a permis, dans un premier temps, d'extraire, des phonèmes sélectionnés, la fréquence fondamentale.
Nous avons donc comparé les valeurs moyennes, par phonème, des fréquences fondamentales dans le cas d e repos et après un incident d e vol. Une étude statistique a par ailleurs permis d e mettre e n évidence la significativité des résultats.
IV RESULTATS OBTENUS 1- Résultats globaux.
La figure 1 présente la distribution des valeurs d e la fréquence fondamentale pour les phonèmes prononcés pendant les périodes de vol sans incident (état de repos) et immédiatement après les incidents d e vol (état supposé d e stress). Toutes les situations suivant les incidents ont été prises en compte pour la construction d e l'histogramme
"stressé".
On note une variation très significative d e la fréquence fondamentale, qui croît dans un rapport 1,4 entre la situation de repos et la situation d e stress.
"Repos "
" S t r e s s "
w.m
70.80 9o.m
d
Al 4u w wmn
Pourcentage Fréqvence fondamentale (Hz)
F i g 1 : D i s t r i b u t i o n d e l a f r é q u e n c e fondamentale pour l e s p é r i o d e s d e r e p o s e t d e s t r e s s
2- Evolution d e Fo en fonction du temps :
Afin de mieux prendre en compte la gradation au cours du temps des incidents susceptibles d'être stressants, nous avons étudié la fréquence fondamentale moyenne pour les phonèmes en état de repos, et celle pour les phonèmes prononcés en état de stress.
On remarque que l'ensemble des phonèmes "stressés" ont une fréquence fondamentale significativement plus élevée que pour les phonèmes non stressés.
Par ailleurs, les charges de travail ayant cru au cours du temps, il est remarquable de noter que la fréquence évolue de manière significative avec la charge.
V CONCLUSION
Les quelques expérimentations menées en simulateurs montrent que le paramètre fréquence fondamentale croit avec la charge de travail de manière significative. A cet égard, les résultats obtenus vont dans le même sens que ceux obtenus par certains auteurs, avec toutefois une variation plus forte dans notre cas.
Par ailleurs, nous avons pu mettre en évidence, pour la première fois, la continuité d e l'évolution d e cette fréquence en fonction de la charge de travail.
Les résultats rapportés ici ne sont que préliminaires, et nécessiteront d'être complétés par d'autres simulations mais aussi par des tests en laboratoire pour garantir la reproductibilité. Dans le but enfin d'espérer pouvoir chiffrer les charges de travail, il sera aussi nécessaire d'accomplir un travail de fond sur les charges mentales et physiques.
REMERCIEMENTS
Cette étude est supportée par le Centre National d'Etudes Spatiales et nous devons remercier la Société Aéroformation pour l'aide qu'elle nous apportée à l'accès à ses simulateurs pour les expérimentations.
BIBLIOGRAPHIE
1. Griffin G.R, Williams C.E, The effects of different levels of task complexity oii three vocal measures.
Aviat.Space Environ. Med., December 1987.
2. Lieberman P., Perturbations in vocal pitch. Journal of the Acoustical Society of America, Vol 33, N05, May 1961.
