Laboratoire d'Audio-Phonologie Expérimentale et Clinique

de la Faculté de Médecine de Marseille (UPRES-EA 2668)

Le banc expérimental

Certaines des irrégularités retrouvées dans le signal vocal pathologique correspondraient à des phénomènes non-linéaires générés par des interactions complexes entre le flux d’air phonatoire et les cordes vocales à la faveur d’irrégularités muqueuses ou d’asymétries de tension entre les cordes vocales. [Herzel H, Berry D, Titze I, Saleh M. Analysis of vocal disorders with methods from nonlinear dynamics. J Speech Hear Res 1994]. Autour de Ingo Titze, l’équipe d’Iowa-City travaillait, lors de notre séjour en 1995, sur des asymétries de tension entre les cordes vocales d’un larynx animal. Leur étude, publiée depuis, montrait que, en cas d’asymétrie, il existait une instabilité du système vibratoire glottique avec des passages brutaux d’un régime vibratoire à un autre pour des modifications minimes des conditions expérimentales [Berry DA, Herzel H, Titze IR, Story B. Bifurcations in excised larynx experiments. J Voice 1996]. Nous avons voulu poursuivre ce travail en étudiant plus en détail les phénomènes non-linéaires présents pendant les parties apparemment stables de la vibration. Notre hypothèse était que les interactions entre deux cordes vocales dont la tension musculaire est différente sont responsables de phénomènes de modulation analogues à ceux décrits par la théorie des interactions entre deux signaux sinusoïdaux.

La première étape a été de réaliser le banc expérimental lui-même dont il n’existait pas, à notre connaissance, d’exemple en Europe. Dans le principe, il s’agit de fixer un larynx animal excisé (nous avons choisi le larynx de porc, très proche du larynx humain) sur une potence, de mettre les cordes vocales en contact puis de provoquer leur mise en vibration grâce à une soufflerie. Avec Maurice Ouaknine, ingénieur et chercheur dans le laboratoire d’Audio-Phonologie Clinique, nous nous sommes largement inspirés du banc expérimental que nous avions pu voir fonctionner à Iowa-City et nous avons conçu et réalisé tous les éléments constitutifs du banc expérimental.

Figure 1: le banc expérimental d'étude de la vibration sur larynx excisés montrant les deux optoréflectomètres

Notre objectif était de démontrer qu’il existait des phénomènes de modulation (d’amplitude, de fréquence ou de phase) présents dans le signal glottique produit par des larynx asymétriques. Nous avons choisi la méthode des portraits de phase qui est une méthode classique de l’analyse des phénomènes non-linéaires et nous avons ainsi pu démontrer que 11 larynx sur 13 présentaient des phénomènes de ce type avec des attracteurs asymétriques ou étranges. Cette étude a montré la réalité du couplage entre les cordes vocales et la nécessité de prendre en charge cette notion pour réaliser des modèles fiables du fonctionnement des cordes vocales pathologiques. Cependant, la méthode des portraits de phase reste d’interprétation intuitive et l’adaptation à des situations cliniques nécessitait une méthode quantifiable. Les coefficients de Lyapunov ont été élaborés initialement comme un indice d’instabilité des attracteurs pour répondre à cette demande (voir chapitre ).

 Notre hypothèse concernant les non-linéarités présentes dans le signal produit par des larynx asymétriques est donc l'existence d'interactions entre les cordes vocales, entre autres par contact au moment de la fermeture. Mais la démonstration de cette hypothèse nécessitait d'observer séparément la vibration de chaque corde vocale pour étudier les effets de leur interaction. Parallèlement aux travaux menés dans d'autres laboratoires à l'aide de caméras ultra-rapides [Moore P, White FD, VonLeden M. The importance of ultra-high speed photography in laryngeal physiology. J Speech Hear Dis 1962,27:165-171] et/ou à l'aide de la vidéokymographie [Svec JG, Schutte H. Videokymography: high speed line scanning of vocal fold vibration. J Voice 1996,10:201-205], nous avons mis au point un dispositif simple et performant de détection de la vibration séparée des cordes vocales utilsable pour l’instant seulement sur un banc expérimental même si l’application clinique est envisagée. Il s'agit d'un optoréflectomètre laser (figure 3) qui mesure la composante verticale de la vibration cordale par calcul en temps réel de la quantité de lumière réfléchie par chaque corde, quantité qui est proportionnelle à la distance (donc variable au cours du cycle vibratoire).

La mise au point des optoréflectomètres a permis d'analyser séparément la vibration des cordes vocales et de mettre en évidence, dans les situations d'asymétrie, les phénomènes de couplage qui correspondent aux interactions entre les deux cordes. Dans une première série d'expériences, nous avons observé une instabilité transitoire du signal vocal (Figure 2), qui n'apparaissait pas en situation de symétrie. L'analyse des courbes de vibration de chaque corde vocale montre qu'une des deux cordes commence à vibrer avec retard. Mais, dès cet instant, elle vibre exactement à la même fréquence, ce qui ne peut pas être le fait du hasard.

Ces travaux sont au coeur de nombreuses recherches actuellement menées dans le laboratoire autour du concept de synchronisation des cordes vocales. Cliquez ici.

Figure 2: instabilité transitoire du signal vocal causée par une importante asymétrie entre les cordes (le signal séparé de chaque corde vocale est visible sur les courbes du haut, le signa EGG de référence est sur la courbe du bas)

Parallèlement, la mise au point d’une endoscopie laryngée virtuelle à partir de données tomodensitométriques par B Nazarian est entrée dans sa phase d’application clinique avec les sténoses laryngo-trachéales (PHRC 97) tandis que la recherche fondamentale se poursuit en collaboration avec l’Université Libre de Bruxelles (modélisation du tractus vocal sur des IRM ultra-rapides) et avec le Laboratoire d’Informatique de Marseille (EA 6077) sur la modélisation des structures cartilagineuses non tubulaires. La recherche appliquée dans le domaine des caractéristiques acoustiques du conduit nasal a également fait l'objet d'un DEA sous la direction du P Dessi en collaboration avec le Laboratoire Parole et Langage.