HENRICH BERNARDONI
Nathalie
Directrice de Recherche CNRS
Production et perception de la voix
Méthodes d'analyse
Voix chantée
Interaction source-filtre
Effort vocal, forçage
Qualité vocale

 

Analyse acoustique et électroglottographique de productions vocales chantées



Nous possédons tous un même appareil vocal, mais la façon de s'en servir est multiple. Cela va dépendre des connaissances et compétences techniques du chanteur, des possibilités et limitations physiologiques de l'individu, de l'esthétique du son recherchée, du style choisi ou de la culture vocale dans laquelle cela s'inscrit. Je vais détailler ici les connaissances acquises ces dernières années sur différentes gestes vocaux et styles de chant.



CHANT LYRIQUE OCCIDENTAL



Les registres en voix chantée: la voix mixte

2003-xx / Coll. Michèle Castellengo, Sylvain Lamesch, Robert Expert (équipe LAM, IJLRDA, Paris)

Dans le chant lyrique occidental, la production vocale se distingue par l’utilisation de différents registres, qui représentent des zones de la tessiture du chanteur présentant un timbre homogène (Henrich, 2006). Dans ce projet, nous nous intéressons à un registre connu sous le nom de « voix mixte » qui se retrouve chez les hommes comme chez les femmes. Nous cherchons à caractériser la production vocale dans ce registre, en terme de mouvement vibratoire laryngé et en rapport avec un ajustement résonantiel.
Une étude préliminaire menée sur cinq chanteurs professionnels (Castellengo et al., 2004) avaient montré que ce registre est produit selon les chanteurs par l’utilisation de l’un ou l’autre des deux principaux mécanismes laryngés de la voix humaine (Roubeau et al., 2007). Une étude plus approfondie menée sur deux chanteurs professionnels (un contre-ténor et une soprano) a confirmé ces observations, et elle a permis d’expliquer comment les chanteurs gèrent leur tessiture par rapport à la voix mixte (Lamesch et al., 2007; Castellengo et al., 2007). Nous pouvons distinguer deux types de production en voix mixte : la première (mixte 1) utilise le mécanisme laryngé M1, et la seconde (mixte 2) utilise le mécanisme laryngé M2. La voix mixte en M1 est produite dans le haut de la tessiture correspondant à ce mécanisme et à des intensités piano à mezzo-forte, avec diminution de l’énergie spectrale dans les hautes fréquences. La voix mixte en M2 est produite dans le bas de la tessiture correspondant à ce mécanisme et à des intensités mezzo-piano à forte, avec un enrichissement du timbre. Les stratégies résonantielles mises en place par ces chanteurs restent encore à explorer.



  • Henrich N. (2006) Mirroring the voice from Garcia to the present day: Some insights into singing voice registers, Logopedics Phoniatrics Vocology, vol. 31, pp. 3-14.
  • Roubeau B., Henrich N., Castellengo M. (2007) Laryngeal vibratory mechanisms: the notion of vocal register revisited, Journal of Voice, in press.
  • Castellengo M., Chuberre B. and Henrich N. (2004) Is voix mixte, the vocal technique used to smoothe the transition across the two main laryngeal mechanisms, an independent mechanism?, ISMA, Nara, Japan, April. 2004.
  • Lamesch S., Expert R., Castellengo M., Henrich N., Chuberre B. (2007) Investigating voix mixte: A scientific challenge towards a renewed vocal pedagogy, 3rd Conference on Interdisciplinary Musicology, Tallinn, Estonia, Aug. 2007.
  • Castellengo M., Lamesch S., Henrich N. (2007) Vocal Registers and Laryngeal Mechanisms, a case study: The French "Voix Mixte" , 19th International Congress on Acoustics, Madrid, Spain, Sept. 2007.


Hauteurs et résonances

2004-xx / Coll. Joe Wolfe, John Smith, Maëva Garnier (School of Physics, University of New South Wales, Australie)

Ce projet explore les stratégies résonantielles mises en place par les chanteurs lyriques en fonction de la hauteur fondamentale, de l’intensité vocale et de la  voyelle chantée, ainsi que leur interaction avec le mouvement vibratoire des cordes vocales. Trois grandes bases de données ont été constituées :
1.    en 2004 : 22 chanteurs, de niveau amateur à professionnel (4 barytons, 8 ténors, 4 altos et 6 sopranos)
2.    en 2005 : 14 chanteurs professionnels, pour la plupart de l’Opéra de Sydney (2 barytons, 7 ténors, 5 sopranos).
3.    en 2008 : 12 chanteuses de niveau amateur à professionnel
La tessiture de chaque chanteur a été explorée pour quatre voyelles anglaises ([ ],[ ],[ ],[ ]). Pour ces trois séries d’expériences, la position fréquentielle des résonances acoustiques a été mesurée en phonation par application d’une méthode innovante d’impédance-métrie développée par l’équipe australienne qui collabore sur ce projet (Epps et al., 1997). En parallèle, le mouvement vibratoire de la source glottique ainsi que les mouvements laryngés ont été enregistrés par électroglottographie.

Les stratégies d’adaptation résonantielle des chanteurs ont été étudiés (Smith et al., 2007). De façon générale, on observe que les fréquences des deux premières résonances restent relativement constantes sur l’ensemble de la tessiture des chanteurs, tant qu’elles restent dans des valeurs supérieures à la fréquence fondamentale de vibration des cordes vocales. Elles peuvent augmenter en corrélation avec une augmentation de la fréquence fondamentale, ce qui traduit un mouvement d’ouverture de la mâchoire du chanteur lorsque le chanteur chante plus aïgu. Dans les cas où la fréquence de la première résonance rejoint celle de la fréquence fondamentale (dans l’aïgu des tessitures ou pour la voyelle [ ]), nous observons un phénomène d’ « accrochage » de la résonance au fondamental, similaire à ce qui est observé dans le cas des sopranos (Joliveau et al., 2004). Ces résultats devraient donner lieu à une publication de revue, en cours de rédaction.    

Les stratégies résonantiels des chanteurs d’opéra dans la zone du formant du chanteur ont été explorées en détail (Henrich et al., 2007). Nous avons observé pour ces chanteurs professionnels que les résonances R3, R4 et R5 restaient relativement constantes quand le chanteur explorait sa tessiture, et proche des valeurs obtenues en parole. L’émergence du formant du chanteur, c’est à dire une accentuation spectrale marquée dans la zone 2000-4000 Hz, ne semble pas forcément liée au rapprochement fréquentiel de ces trois résonances, puisque nous avons observé que, pour des valeurs de résonance identiques dans deux mécanismes laryngés différents, nous avions dans un cas une émergence du formant du chanteur, et dans le second cas, une absence d’émergence. L’impact de l’interaction source-filtre dans l’émergence du formant du chanteur doit à présent être approfondi.

Un chanteur lyrique utilise bien souvent plusieurs registres vocaux pour couvrir l’ensemble de sa tessiture vocale. Ces registres sont produits dans l’un ou l’autre des principaux mécanismes vibratoire laryngés : M1 ou M2. Ils se caractérisent également par des différences de timbre notables, ce qui les distingue aussi souvent perceptivement. Ces différences de timbre sont-elles uniquement induites par le comportement vibratoire des cordes vocales, différent selon le mécanisme laryngé, ou également par des ajustements résonantiels différents ? Pour répondre à cette question, nous avons mené une étude comparative des fréquences des deux premières résonances dans la zone de recouvrement des deux principaux mécanismes laryngés M1 et M2 pour 7 chateurs, 2 barytons et 5 ténors (Henrich et al., 2008). Comme attendu suite aux travaux menés sur le quotient ouvert et l’intensité vocale en voix chantée (Henrich et al., 2005), nous avons trouvé des valeurs plus basses de quotient ouvert et des valeurs plus élevées d’intensité vocale en M1 qu’en M2, ce qui confirme un comportement vibratoire différent. Nous avons également mis en évidence des différences pour les deux premières fréquences de résonance, celles-ci étant en général plus basses en M2 qu’en M1. Des hypothèses sur l’impact de l’ouverture glottique, du quotient ouvert et d’un mouvement d’élévation du larynx ont été proposées, qui demandent à être validées expérimentalement.

Dans l’aigu de leur tessiture, vers 600Hz (Ré4-Mi4), les sopranes présentent une zone de « passage », encore appelée « secondo passagio » dans la pédagogie du chant. Selon son degré d’expertise, la chanteuse peut présenter des difficultés voire une incapacité à produire des sons dans cette zone de fréquence et au-delà (instabilité vocale, modification de timbre et d’intensité). Les raisons de ces difficultés ne sont pas actuellement comprises. Une étude a donc été menée pour explorer les stratégies phonatoires et articulatoires des chanteuses dans l’aigu. Les productions vocales de douze chanteuses de niveau amateur à professionnel ont été étudiées du La3 (440 Hz) jusqu’au maximum de leur tessiture respective (Garnier et al. 2008, 2009). Cette étude a montré que toutes les chanteuses étudiées présentent un ajustement de la fréquence de la première résonance près du premier harmonique (accord R1-f0), quelque soit le niveau d’expertise. Cet ajustement s’accompagne d’un ajustement de la fréquence de la seconde résonance près du second harmonique chez certaines chanteuses (accord R2-2f0). Pour produire les sons les plus aigu, certaines chanteuses étendient la zone d’accord R1-f0 jusqu’à 1300 – 1500 Hz (Mi5-Fa#5). D’autres ajustent la fréquence de la seconde résonance près du premier harmonique (R2-f0) jusqu’à 2350 Hz (Ré6).  


  • Epps, J., Smith, J.R. & Wolfe, J. (1997) A novel instrument to measure acoustic resonances of the vocal tract during speech, Measurement Science and Technology 8, 1112-1121.
  • Joliveau, E., Smith, J., & Wolfe, J. (2004) Vocal tract resonances in singing: The soprano voice, J. Acoust. Soc. Amer., Vol. 116 (4), pp. 2434-2439.
  • Henrich N. , d'Alessandro C. , Castellengo M.  and Doval B.  (2005) Glottal open quotient in singing: Measurements and correlation with laryngeal mechanisms, vocal intensity, and fundamental frequency, J. Acoust. Soc. Amer., Vol. 117 (3), pp. 1417-1430. 
  • Garnier M., Henrich N., Smith J. and Wolfe J. (2008) « Sopranos’ secondo passagio: a resonance adjustment and/or a laryngeal transition to the whistle voice? », Acoustics'08, Paris, in J. Acoust. Soc. Am. 123(5), pp. 3243
  • Garnier M., Henrich N., Smith J., Wolfe J. (2010) Vocal tract adjustments in the high soprano range, J. Acoust. Soc. Amer., vol. 127 (6), pp. 3771–3780.
  • Henrich N., Smith J., Wolfe J.  (2007) Direct measurements of vocal tract resonances and of output spectrum in the 2-4 kHz range in Western operatic singing, 7th  Pan European Voice Conference, Groningen, The Netherlands, Aug. 2007.
  • Henrich N., Smith J. and Wolfe J. (2008) « Resonance strategies and glottal behaviour in the two main laryngeal mechanisms for professional operatic singers », Acoustics'08, Paris, in J. Acoust. Soc. Am. 123(5), pp. 3243
  • Henrich, N., Smith, J., & Wolfe, J. (2011). Vocal tract resonances in singing: Strategies used by sopranos, altos, tenors, and baritones J. Acoust. Soc. Amer., vol. 129 (2), pp. 1024-1035.
  • Smith J., Henrich N., Wolfe J. (2007)  Resonance tuning in singing , 19th International Congress on Acoustics, Madrid, Spain, Sept. 2007.


Modélisation articulatoire de la voix chantée lyrique

2004 Coll. Pierre Badin (DPC GIPSA-lab, Grenoble)
Stages 2004 N. Julio, J. Coignard

Un projet de caractérisation et de modélisation articulatoire du conduit vocal à partir de l’Imagerie par Résonance Magnétique dans la parole et le chant a débuté en Mars 2004, en collaboration avec Pierre Badin (ICP, Grenoble). Un corpus d'images IRM en plan multi-coupes a été constitué au CHU Michallon de Grenoble pour les 14 voyelles du français émises en voix parlée, puis chantées sur différentes hauteurs. Le signal acoustique correspondant a été enregistré préalablement à l'expérience, puis ré-enregistré simultanément pendant l'expérience. Deux sopranos professionelles et un baryton amateur ont participés à l'expérience. Les contours des divers articulateurs (mâchoire, langue, lèvres, velum, pharynx,…) ont été extraits de ces images à l’aide d’outils d’édition semi-automatique développés à l’ICP. Une reconstruction partielle en 3D du conduit vocal a également été effectuée. Néanmoins, en première approche, les stratégies articulatoires ont été explorées à partir des contours médio-sagittaux uniquement. Les mesures articulatoires ont portées sur l'aperture mandibulaire et labiale, la protrusion labiale, les configurations linguales et la hauteur du larynx. Les résultats montrent que les productions parlées et chantées à la même hauteur que la parole diffèrent essentiellement par la hauteur du larynx (abaissement dans le chant) et la configuration linguale (postériorisation dans le chant). L'ensemble des paramètres articulatoires, excepté la langue, semblent affectés par une montée en fréquence dans le cas des sopranos, tandis que seuls les gestes d'aperture sont amplifiés dans le cas du baryton. Les stratégies articulatoires semblent ainsi dépendre des mécanismes laryngés. La comparaison entre mécanisme 1 et 2 dans le cas d'une soprano montre qu'une production chantée en mécanisme 2 se différencie d'une production chantée en mécanisme 1 par une augmentation des apertures mandibulaire et labiale, une diminution du geste de protrusion, un abaissement du larynx et une postériorisation du lieu de constriction linguale.
Ce projet doit se poursuivre par une modélisation acoustique des différentes configurations et une comparaison des résonances ainsi estimées avec d'autres méthodes de mesures (mesures d’impédance acoustique, voir projet précédent) ou d'estimation (analyse par prédiction linéaire).



CULTURES VOCALES A TRAVERS LE MONDE



Etude de la voix du « bassu » dans le chant traditionnel « A Tenore » de Sardaigne

2006-2009 / Coll. Bernard Lortat-Jacob (Laboratoire d'Ethnomusicologie, Musée de l'Homme) et Michèle Castellengo (LAM-IJLRA, Paris); Frank Müller, Markus Hess, Anna-Katarina Licht, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Allemagne
Direction de thèse Lucie Bailly (GIPSA-lab) avec Xavier Pelorson (GIPSA-lab) et Joël Gilbert (LAUM, Le Mans)



Ce projet porte sur la compréhension physiologique et physique des mécanismes phonatoires  lors de la production de la voix de « bassu », c’est à dire la voix la plus grave du quatuor polyphonique traditionnel « A Tenore » de Sardaigne. Le bassu produit un son pour lequel la fréquence fondamentale de vibration des plis vocaux est située entre 140 et 240 Hz  et dont on perçoit l'octave inférieur (entre 70 et 120 Hz). Nous avons montré que cette production vocale s’accompagnait d’un phénomène de doublement de période, qui explique la perception d’un son produit une octave en-dessous de la fréquence fondamentale de vibration des plis vocaux (Henrich et al., 2006). Le phénomène de doublement de période se traduit sur le signal électroglottographique dérivé (DEGG) par une variation systématique de l’amplitude du pic de fermeture glottique toutes les deux périodes. Cela suggére la répétition tous les deux cycles glottiques d’une fermeture abrupte et d’une fermeture moins abrupte. Un rapprochement des bandes ventriculaires et  leur mise en vibration au cours de ce geste phonatoire avaient été observés lors d’une exploration vidéostroboscopique préliminaire. L’observation par cinématographie ultra-rapide a confirmé la mise en vibration des bandes ventriculaires lors de ce type de phonation (Bailly et al., 2010). Des analyses sur les images obtenues par cinématographie ultra-rapide combinées à l’électroglottographie ont permis de décrire précisément le mouvement vibratoire des bandes ventriculaires dans son interaction avec celui des plis vocaux (Bailly et al., 2007a, 2008, 2010).
Des travaux ont été menés en parallèle sur des maquettes pour mieux comprendre les propriétés aérodynamiques du système plis vocaux – bandes ventriculaires, et pour pouvoir modéliser l’effet de l’interaction entre le mouvement vibratoire de ces deux structures laryngées (voir la page Interaction source-filtre). Ils montrent que la présence de bandes ventriculaires obstruentes en aval des plis vocaux pourrait avoir un impact majeur sur le geste phonatoire, et donc sur le son résultant (Bailly et al., 2008c). L’enregistrement d’une base de données de gestes phonatoires de trois chanteurs et cinq locuteurs (par cinématographie ultra-rapide) a montré l’utilisation de ces structures  dans une grande diversité de gestes vocaux de parole et de chant : voix murmurée, voix pressée, voix criée, voix en M0, voix chantée très grave ou voix saturée (Bailly & Henrich, 2009). Le mouvement de cette structure laryngée supra-glottique va du simple rapprochement des deux bords libres à leur contact jusqu’à leur mise en vibration périodique ou non. Ces observations ouvrent un nouveau champ de recherche prometteur sur le rôle phonatoire de cette structure laryngée supra-glottique.

  • Bailly L., Henrich N., Webb M., Müller F., Licht A.-K., Hess M. (2007a) « Exploration of vocal-folds and ventricular-bands interaction in singing using high-speed cinematography and electroglottography », 19th International Congress on Acoustics, Madrid, Spain, Sept. 2007.
  • Bailly L., Henrich N., Pelorson X. (2007b) « Exploration conjointe sur l'humain («in vivo») et sur maquette («in vitro») de l'interaction entre les cordes vocales et les bandes ventriculaires », Actes des 7èmes RJC Parole, Paris, Jul. 2007.
  • Bailly L., Henrich N. (2008a) « Physiological correlates implied in period-doubling occurrences in singing », in International Conference on Voice Physiology and Biomechanics, Tampere, Finland, Aug. 2008.
  • Bailly L., Henrich N. (2008b) La vibration des bandes ventriculaires dans le chant: caractérisation et influence sur la vibration glottique, LXIVe Congrès de la Société Française de Phoniatrie et des Pathologies de la Communication, Oct. 2008, Paris
  • Bailly L., Pelorson X., Henrich N., Ruty N. (2008c) Influence of a constriction in the near field of the vocal folds: Physical modeling and experimental validation, J. Acoust. Soc. Amer., Vol. 124 (5), pp. 3296-3308. 
  • Bailly L., Henrich N. (2009) Contribution des bandes ventriculaires lors d’un effort vocal. Impact sur la vibration glottique. 3ièmes Journées de Phonétique Clinique, Aix-en-Provence, Déc. 2009.
  • Bailly L., Henrich N., Pelorson X. (2010) Vocal fold and ventricular fold vibration in period-doubling phonation: Physiological description and aerodynamic modeling,  J. Acoust. Soc. Amer., vol. 127(5), pp. 3212-3222. 
  • Henrich N., Lortat-Jacob B., Castellengo M., Bailly L. and Pelorson X. (2006) Period-doubling occurences in singing: the "bassu" case in traditional Sardinian "A Tenore" singing, in International Conference on Voice Physiology and Biomechanics, Tokyo, Japan, Jul. 2006.


Chant Bulgare féminin

2005-2006 / Coll. Joe Wolfe, John Smith (School of Physics, University of New South Wales, Australie) et Mara Kiek (ACARMP Sydney Conservatorium of Music, The University of Sydney, Australia)



Nous nous intéressons au chant bulgare féminin, pour lequel un enregistrement avait été fait en Février 2005 en Australie sur une chanteuse maîtrisant deux techniques de chant bulgare : la technique « teshka », qui correspond à une production vocale très sonore, et la technique « leka », pour laquelle la production vocale est plus douce, se rapprochant en timbre du registre dit « de tête » chez la femme. L’analyse de ces deux types de production a mis en évidence la recherche d’un accord entre la première résonance R1 et l’harmonique le plus proche, soit H2 ou H3 selon les voyelles (Henrich et al., 2006a). L’analyse des signaux électroglottographiques enregistrés simultanément aux résonances acoustiques a montré que cette chanteuse produisait ces deux techniques dans le même mécanisme laryngé M1 (Henrich et al., 2006b). La différence d’intensité vocale entre ces deux types de phonation ne s’explique pas uniquement par l’ajustement résonantiel, puisque nous avons obtenu des valeurs similaires pour R1 entre la technique « teshka » et la technique « leka ». La source glottique semble participer à cette différence d’intensité, avec des valeurs de quotient ouvert plus basses en « teshka » qu’en « leka ».
Cette étude pilote doit à présent être élargie à plusieurs chanteuses maîtrisant ces deux techniques de chant bulgare.




 

Grenoble Images Parole Signal Automatique laboratoire

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