Synthèse des voix pathologiques

Texte intégral

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Faculté des Sciences Appliquées

Laboratoires d’Images, Signaux et Dispositifs de Télécommunications

Synthèse des voix pathologiques

Samia Fraj

Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences de l’Ingénieur,

réalisée sous la direction des Professeurs Jean Schoentgen et Francis Grenez

Année académique 2009-2010

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Résumé

L’objectif de la thèse est le développement et la validation d’un synthétiseur des voix pathologiques. Peu d’études ont été consacrées à la synthèse des voix avec des dyspériodicités vocales malgré les nombreux arguments en faveur du développement et de l’amélioration des simulateurs des voix dysphoniques. Dans le cadre de ce travail, nous avons mis en œuvre un synthétiseur permettant de contrôler l’excitation glottique d’une manière fine et par conséquent de simuler efficacement les différentes catégories des dysphonies.

Les troubles simulés sont la gigue vocale, le tremblement vocal, la biphonation, la diplophonie et les vibrations aléatoires. Le shimmy vocal résulte de la distorsion de modulation dans le conduit vocal qui transforme la gigue en shimmy vocal. Le souffle est synthétisé par la modulation d’un bruit Brownien.

Des expériences préliminaires ont montré la capacité du synthétiseur à produire différentes catégories de voyelles. Pour la validation, nous avons utilisé des modèles de troubles simulés. Les résultats des expériences d’évaluations perceptives, portant sur des corpus de stimuli synthétiques ou humains, modales ou dysphoniques, sont encourageants et montrent la capacité du synthétiseur à produire des voix aussi bien modales que troublées avec des timbres indiscernables des humains. Enfin, les résultats d’une expérience d’exploitation concernant la classification des stimuli synthétiques selon les échelles ordinales GRB suggèrent que troubles simulés et évaluations perceptives concordent. Aussi, les scores perceptifs prédits à partir des paramètres de contrôle du synthétiseur et les scores attribués par des experts sont fortement corrélés.

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Table des matières

Table des matières ... Erreur ! Signet non défini.

Table des figures ... Erreur ! Signet non défini.

Avant propos ... Erreur ! Signet non défini.

1. Introduction ... Erreur ! Signet non défini.

1.1.Motivations ... Erreur ! Signet non défini.

1.2. Anatomie ... Erreur ! Signet non défini.

1.2.1. Larynx ... Erreur ! Signet non défini.

1.2.2. Poumons et trachée ... Erreur ! Signet non défini.

1.2.3. Conduit vocal et fonctions d’aire ... Erreur ! Signet non défini.

1.3. Vibration des plis vocaux ... Erreur ! Signet non défini.

1.4. Modèle acoustique ... Erreur ! Signet non défini.

1.4.1. Fréquences de résonance du conduit vocalErreur ! Signet non défini.

1.4.2. Voix et sons de parole ... Erreur ! Signet non défini.

1.4.3. Voyelles ... Erreur ! Signet non défini.

1.5. Pathologies du larynx ... Erreur ! Signet non défini.

1.5.1. Dysphonies d’origines organiques ... Erreur ! Signet non défini.

1.5.2. Dysphonies d’origines neurologiques Erreur ! Signet non défini.

1.6. Troubles de la voix ... Erreur ! Signet non défini.

1.6.1. Régimes de vibrations non-modaux... Erreur ! Signet non défini.

1.6.2. Amplification de la gigue vocale et du shimmy vocalErreur ! Signet non défini.

1.6.3. Tremblement vocal ... Erreur ! Signet non défini.

1.6.4. Bruit de turbulence excessif ... Erreur ! Signet non défini.

1.6.5. Vibrations non sollicitées des bandes ventriculairesErreur ! Signet non défini.

1.6.6. Transitions incontrôlées entre différents régimes de vibrationErreur ! Signet non défini.

1.7. Indices acoustiques pour les troubles de la voixErreur ! Signet non défini.

1.8. Synthétiseurs vocaux ... Erreur ! Signet non défini.

1.8.1. Le vocodeur à canaux ... Erreur ! Signet non défini.

1.8.2. Le synthétiseur à formants ... Erreur ! Signet non défini.

1.8.3. Le synthétiseur LPC ... Erreur ! Signet non défini.

1.8.4. La synthèse par modèle articulatoire . Erreur ! Signet non défini.

1.9. Revue de la littérature sur la synthèse des voix pathologiquesErreur ! Signet non défini.

1.10. Objectif de ce travail ... Erreur ! Signet non défini.

1.11. Plan de la thèse ... Erreur ! Signet non défini.

2. Le synthétiseur ... Erreur ! Signet non défini.

2.1. Introduction ... Erreur ! Signet non défini.

2.2. Description du synthétiseur ... Erreur ! Signet non défini.

2.3. Modèle de l’aire glottique ... Erreur ! Signet non défini.

2.3.1. Coefficients des polynômes ... Erreur ! Signet non défini.

2.3.2. Contrôle de la fréquence instantanée Erreur ! Signet non défini.

2.3.3. Contrôle de la richesse en harmoniqueErreur ! Signet non défini.

2.4. Modèle du débit d’air glottique ... Erreur ! Signet non défini.

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2.5. Modèle du conduit vocal sans pertes .. Erreur ! Signet non défini.

2.5.1. Propagation de l’onde acoustique dans le conduit vocalErreur ! Signet non défini.

2.5.2. Délai de propagation ... Erreur ! Signet non défini.

2.5.3. Coefficient de réflexion à la jonction et équationsErreur ! Signet non défini.

2.5.4. Conditions aux limites ... Erreur ! Signet non défini.

2.5.5. Réponse fréquentielle du conduit vocalErreur ! Signet non défini.

2.6. Modèle du conduit sous-glottique ... Erreur ! Signet non défini.

2.7. Modèles des pertes dans le conduit vocalErreur ! Signet non défini.

2.7.1. Simulation des pertes par vibration des paroisErreur ! Signet non défini.

2.7.2. Simulation des pertes par frottement visqueux et conduction ...

thermique ... Erreur ! Signet non défini.

2.7.3. Simulation des pertes par rayonnement aux lèvresErreur ! Signet non défini.

2.7.4. Simulation des pertes à la glotte ... Erreur ! Signet non défini.

2.7.5. Simulation des pertes sous-glottiques Erreur ! Signet non défini.

2.8. Résumé ... Erreur ! Signet non défini.

3. Synthèse des troubles de la voix ... Erreur ! Signet non défini.

3.1. Introduction ... Erreur ! Signet non défini.

3.2. Simulation de la gigue vocale ... Erreur ! Signet non défini.

3.3. Simulation du shimmy vocal ... Erreur ! Signet non défini.

3.4. Simulation du tremblement vocal ... Erreur ! Signet non défini.

3.5. Simulation de la diplophonie ... Erreur ! Signet non défini.

3.6. Simulation de la biphonation ... Erreur ! Signet non défini.

3.7. Simulation des vibrations aléatoires ... Erreur ! Signet non défini.

3.8. Simulation du bruit additif ... Erreur ! Signet non défini.

3.9. Résumé ... Erreur ! Signet non défini.

4. Corpus et méthodes d’évaluations perceptivesErreur ! Signet non défini.

4.1. Introduction ... Erreur ! Signet non défini.

4.2. Description des corpus ... Erreur ! Signet non défini.

4.2.1. Corpus de six catégories de voyelles modalesErreur ! Signet non défini.

4.2.2. Corpus de voyelles [a] modales ... Erreur ! Signet non défini.

4.2.3. Corpus de voyelles [a] avec des valeurs croissantes de la gigue ...

vocale ... Erreur ! Signet non défini.

4.2.4.Corpus de voyelles [a] avec des valeurs croissantes du bruit additif ..

... Erreur ! Signet non défini.

4.2.5. Corpus de voyelles [a] avec des valeurs combinées de gigue ...

vocale et bruit additif ... Erreur ! Signet non défini.

4.2.6. Corpus de voyelles [a] dysphoniques Erreur ! Signet non défini.

4.2.7. Corpus de voyelles soutenues et de couples de voyellesErreur ! Signet non défini.

4.3. Méthodes d’évaluations perceptives .. Erreur ! Signet non défini.

4.3.1. Catégorisation... Erreur ! Signet non défini.

4.3.2. Comparaison deux à deux ... Erreur ! Signet non défini.

4.3.3. Analyse multidimensionnelle ... Erreur ! Signet non défini.

4.3.4. Evaluation sur échelle ordinale ... Erreur ! Signet non défini.

4.4. Résumé ... Erreur ! Signet non défini.

5. Expériences de validation ... Erreur ! Signet non défini.

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5.1. Introduction ... Erreur ! Signet non défini.

5.2. Corpus versus expériences perceptivesErreur ! Signet non défini.

5.3. Expériences préliminaires ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.1. Identification des catégories phonétiques de voyelles synthétiques ..

... Erreur ! Signet non défini.

5.3.1.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.1.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.1.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.2. Evaluation des timbres des voyelles synthétiques en fonction du ...

quotient d’ouverture à la glotte et du coefficient de réflexion aux ...

poumon ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.2.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.2.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.3.2.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4. Expériences de validation ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.1. Classification des voyelles synthétiques modales en cinq ...

catégories selon le critère ‘naturel’ ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.1.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.1.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.1.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.2. Mise en rang de voyelles synthétiques modales par ...

comparaison deux à deux selon le critère ‘naturel’Erreur ! Signet non défini.

5.4.2.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.2.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.2.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.3. Classification binaire humaine/synthétique de voyelles modalesErreur ! Signet non défini.

5.4.3.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.3.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.3.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.4. Classification binaire humaine /synthétique des voyelles ...

modales : expérience en ligne ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.4.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.4.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.4.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.5. Dissimilarités entre les voyelles modales humaines et ...

synthétiques ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.5.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.5.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.5.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.6. Validation du modèle de la gigue vocaleErreur ! Signet non défini.

5.4.6.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.6.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.6.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.7. Validation du modèle du bruit additif Erreur ! Signet non défini.

5.4.7.1. Objectif ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.7.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.7.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.8. Validation du synthétiseur avec de la gigue vocale et du bruit ...

additif combinés ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.8.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

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5.4.8.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.8.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.9. Classification binaire humaine/synthétique de voyelles ...

dysphoniques : expérience en ligne ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.9.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.9.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.4.9.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.5. Expérience d’exploitation ... Erreur ! Signet non défini.

5.5.1. Objectifs ... Erreur ! Signet non défini.

5.5.2. Procédure ... Erreur ! Signet non défini.

5.5.3. Résultats ... Erreur ! Signet non défini.

5.6. Discussion ... Erreur ! Signet non défini.

5.6.1. Expériences préliminaires ... Erreur ! Signet non défini.

5.6.1.1. Identification des catégories phonétiquesErreur ! Signet non défini.

5.6.1.2. Evaluation des timbres des voyelles synthétiques en fonction du ...

quotient d’ouverture à la glotte et du coefficient de réflexion aux poumonsErreur ! Signet non défini.

5.6.2. Expériences d’évaluations perceptivesErreur ! Signet non défini.

5.6.2.1. Evaluation du critère ‘naturel’ des voyelles synthétiques par ...

deux méthodes différentes ... Erreur ! Signet non défini.

5.6.2.2. Classification binaire humaine/synthétique de voyelles modalesErreur ! Signet non défini.

5.6.2.3. Mesure de similarité entre voyelles modales synthétiques et ...

humaines ... Erreur ! Signet non défini.

5.6.2.4. Perception des différents niveaux d’enrouementsErreur ! Signet non défini.

5.6.2.5. Classification humaine/ synthétique des voix troubléesErreur ! Signet non défini.

5.6.3. Expérience d’exploitation ... Erreur ! Signet non défini.

5.7. Résumé ... Erreur ! Signet non défini.

6. Conclusion et perspectives ... Erreur ! Signet non défini.

Bibliographie ... Erreur ! Signet non défini.

Figure

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Références

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