Analyse du tremblement vocal et application ` a des
locuteurs parkinsoniens
Laurence Cnockaert
Th`ese pr´esent´ee en vue de l’obtention du grade de
Docteur en Sciences de l’Ing´enieur, r´ealis´ee sous la direction des Prof. F. Grenez et J. Schoentgen
Bruxelles, D´ecembre 2007
R´ esum´ e
L’analyse quantitative de la parole est pratiqu´ee couramment en milieu cli- nique. Il s’agit d’un moyen d’´evaluation non-invasif en vue de la documentation quantitative de la qualit´e de voix, et de son suivi au cours du temps. En milieu clinique, les m´ethodes d’analyse de signaux de parole doivent ˆetre fiables pour traiter des signaux de parole de locuteurs dysphoniques et ˆag´es. De plus, les r´esultats de ces analyses doivent pouvoir se r´esumer `a un faible nombre d’in- dices acoustiques pertinents et interpr´etables par les cliniciens.
Dans le cadre de cette th`ese, nous nous sommes int´eress´es `a la caract´erisation des modulations basse-fr´equence du signal de parole, et `a son application `a des locuteurs atteints de la maladie de Parkinson et `a des locuteurs normophoniques.
Nous avons ´etudi´e d’une part l’estimation des modulations de la fr´equence phonatoire, qui est la fr´equence fondamentale du signal de parole. D’autre part, nous avons examin´e les m´ethodes de caract´erisation des modulations des fr´equences des formants, qui sont les effets des r´esonances du conduit vocal dans le signal de parole. Nous avons d´evelopp´e des m´ethodes bas´ees sur des transform´ees en ondelettes continues pour analyser ces modulations. Nous nous sommes ´egalement int´eress´es `a l’application de m´ethodes d’estimation d’un conduit vocal acoustiquement ´equivalent `a partir du signal de parole.
Nous avons appliqu´e ces m´ethodes `a des signaux de parole de trois corpora.
Le premier corpus est compos´e de locuteurs atteints de la maladie de Parkinson et de locuteurs normophoniques, le deuxi`eme de locuteurs parkinsoniens enre- gistr´es dans deux ´etats pharmacologiques, et le troisi`eme de locuteurs parkin- soniens enregistr´es avant et apr`es une th´erapie vocale. Des analyses statistiques ont montr´e des diff´erences significatives entre les indices de modulation en fonc- tion de l’´etat de sant´e, en fonction de l’´etat pharmacologique, et au cours de la th´erapie vocale.
Remerciements
En premier lieu, je voudrais remercier Francis Grenez, qui m’a accueillie dans son service et qui a toujours veill´e `a ce que je m’y sente `a l’aise, qui a
´et´e disponible, m’a conseill´ee et m’a soutenue tout au long de ce travail. Je remercie ´egalement Jean Schoentgen, pour m’avoir fait d´ecouvrir son domaine de recherche, ainsi que pour avoir partag´e avec moi sa rigueur, ses conseils scientifiques et pour le temps pass´e `a remplir mes manuscrits d’am´eliorations.
Merci `a Canan Ozsan¸cak et Pascal Auzou, pour m’avoir fourni les enre- gistrements de locuteurs parkinsoniens, et pour les discussions sur les aspects cliniques de ce travail. Merci ´egalement `a Bernard Teston pour m’avoir fourni les enregistrements de locuteurs parkinsoniens d’Aix-en-Provence.
Mes remerciements vont ´egalement aux membres du jury de cette th`ese pour avoir accept´e de participer `a mon jury de th`ese, ainsi qu’au F.R.I.A. pour le soutien financier.
Je tiens `a remercier tous les chercheurs et personnes travaillant `a l’universit´e qui, par le partage de leur temps et de leurs exp´eriences, m’ont permis d’avancer vers la cr´eation de cette th`ese : Yves, Ra`ul, Rui et Sophie, pour les moments de d´etente et le soutien entre doctorants, Jim pour les conseils d’informatiques, de statistique et de jeune parent, Samia et Agn`es pour les moments de convivialit´e f´eminine dans le service, Philippe, St´ephane, les trois Fran¸cois et Xavier pour les midis conviviaux, St´ephanie pour les cappuccini de l’apr`es-midi, Sandrine et Claire pour les moments de d´etente `a la piscine, France et Virginie pour avoir pris soin de Cathline, et toutes les autres personnes qui ont rendu le travail `a l’universit´e agr´eable.
Ma gratitude va ´egalement `a ma famille et mes amis, pour m’avoir soutenue de plus loin, et m’avoir permis de me sentir bien en dehors de l’universit´e, pour s’ˆetre int´eress´es `a mon travail mˆeme sans comprendre mes r´eponses, et pour avoir, parfois, ´et´e encore plus stress´es que moi.
Je ne manque pas de remercier mon mari, Olivier, pour ses lectures et son
´ecoute, pour m’avoir aid´e `a r´esoudre les probl`emes rencontr´es, et surtout pour avoir ´et´e `a mes cˆot´es et m’avoir soutenue pendant ces quatre ann´ees.
Merci Cathline, pour ton optimisme face aux d´efis de la vie, pour tes sou- rires et ta confiance inconditionnels, et pour m’avoir montr´e qu’avec un peu d’obstination, on arrive toujours `a ses fins.
Table des mati` eres
1 Introduction 1
1.1 Pr´eliminaires . . . 1
1.2 Production de la parole . . . 1
1.2.1 Anatomie . . . 1
1.2.2 Mod´elisation de la production de la parole . . . 3
1.3 Application clinique de l’analyse de la parole . . . 5
1.3.1 Irr´egularit´es des cycles vocaux . . . 7
1.3.2 Tremblement vocal . . . 8
1.3.3 Maladie de Parkinson et tremblement vocal . . . 8
1.4 Revue de la litt´erature . . . 10
1.5 Objectifs de ce travail . . . 18
1.6 Plan du travail . . . 19
2 Transform´ee en ondelettes et fr´equence instantan´ee 21 2.1 Introduction . . . 21
2.2 Transform´ee en ondelettes . . . 21
2.2.1 Ondelettes . . . 22
2.2.2 Transform´ee en ondelettes . . . 25
2.2.3 Energie bas´ee sur la transform´ee en ondelettes . . . 27
2.2.4 Transform´ee en ondelettes et transform´ee de Fourier `a court-terme . . . 28
2.3 Fr´equence instantan´ee . . . 31
2.3.1 D´efinitions . . . 31
2.3.2 Estimation de la fr´equence instantan´ee pour un signal `a composante unique . . . 34
2.3.3 Estimation de FI pour un signal `a plusieurs composantes pseudo-harmoniques . . . 39
2.4 Application `a un signal de parole . . . 41
2.5 Conclusion . . . 45
3 Modulations li´ees `a la source vocale 47 3.1 Introduction . . . 47
3.2 M´ethodes d’estimation deF0 . . . 48
3.2.1 Introduction . . . 48
3.2.2 Signaux synth´etiques . . . 49
3.2.3 M´ethode bas´ee sur la d´etection d’´ev`enements . . . 50
3.2.4 M´ethode bas´ee sur une analyse `a court-terme . . . 52
3.2.5 M´ethodes bas´ees sur la fr´equence instantan´ee . . . 52 v
3.2.6 M´ethode d´evelopp´ee . . . 55
3.3 Comparaison des m´ethodes d’estimation deF0 . . . 66
3.3.1 TOC ou d´etection d’´ev`enements . . . 66
3.3.2 Analyse `a court-terme ou fr´equence instantan´ee . . . 67
3.4 Indices de modulation de F0 . . . 71
3.4.1 Soustraction de la tendance . . . 71
3.4.2 Amplitude de modulation . . . 71
3.4.3 Fr´equence de modulation . . . 72
3.4.4 Rapport d’´energie de modulation . . . 76
3.5 Conclusion . . . 77
4 Modulations li´ees au conduit vocal 79 4.1 Introduction . . . 79
4.2 Estimation des fr´equences des formants . . . 79
4.2.1 Etudes ant´erieures . . . .´ 80
4.2.2 M´ethode bas´ee sur un mod`ele auto-r´egressif compos´e . . . 84
4.2.3 M´ethode bas´ee sur la transform´ee en ondelettes . . . 86
4.3 Indices de modulation des fr´equences des formants . . . 110
4.3.1 Amplitude de modulation . . . 110
4.3.2 Fr´equence de modulation . . . 111
4.3.3 Illustration des indices de modulation . . . 111
4.4 Estimation de la forme du conduit vocal . . . 112
4.4.1 M´ethodes d’inversion acoustico-articulatoire . . . 112
4.4.2 Evaluation des m´ethodes d’inversion . . . 119
4.4.3 Indices caract´eristiques de la forme du conduit vocal . . . 126
4.5 Conclusion . . . 127
5 Analyse du tremblement vocal chez des locuteurs parkinso- niens 129 5.1 Introduction . . . 129
5.2 Locuteurs parkinsoniens et t´emoins . . . 132
5.2.1 Composition du corpus . . . 132
5.2.2 Indices . . . 133
5.2.3 R´esultats . . . 133
5.2.4 Discussion . . . 154
5.3 Locuteurs parkinsoniens dans deux conditions . . . 161
5.3.1 Composition du corpus . . . 161
5.3.2 Indices . . . 162
5.3.3 Conditions d’implant ON ou OFF . . . 162
5.3.4 Conditions m´edicament / sevrage . . . 163
5.4 Locuteurs parkinsoniens et LSVT . . . 168
5.4.1 Composition du corpus . . . 168
5.4.2 Indices . . . 170
5.4.3 R´esultats . . . 170
5.4.4 Discussion . . . 176
5.5 Conclusion . . . 177
6 Conclusion 179
A R´esultats complets 183 A.1 Locuteurs parkinsoniens et t´emoins . . . 183 A.2 Locuteurs parkinsoniens dans deux conditions . . . 192 A.3 Locuteurs parkinsoniens et LSVT . . . 196
References 205
