Brevet FR2537429A1 — publié le 19840615

La présente invention, concernant l'analyse des ondes sonores, est plus spécifiquement relative à un procédé pour mesurer le degré de nasalité dans la voix humaine. Dans les domaines de l'oto-rhino-laryngologie, de la dentisterie et de la chirurgie orale maxillo-f a- c'.ale, il est important de mesurer le degré de nasalité. Par exemple, une personne ayant un palais fendu produit beaucoup de sons nasaux en comparaison d'une personne ayant un palais normal Si le degré de nasalité est clairement indiqué sous la forme de chiffres, l'importan- ce du palais fondu peut être évaluée de façon objective. On a proposé un indicateur de nasalité pour indiquer sous une forme numérique le degré de nasalité. Cet indicateur de nasalité classique sera décrit ci-des- sous en se référant à la figure 1 Un détecteur de vibra- tions 1 est placé en une position choisie sur la figure de la personne pour détecter les vibrations qui sont pro- duites dans la paroi nasale au cours de l'émission de sons vocaux passant à travers la cavité nasale En m 8 ie temps, un microphone 2 est disposé devant les lèvres, à une distance prédéterminée, de façon à détecter les ondes acoustiques produites au cours de l'émission sonore Les signaux de sorties du détecteur et du microphone sont en- suite comparés en accord avec la relation ( 1) ci-après pour trouver le degré de nasalité. Degré de nasalité tension de so:tie du détecteur de vibra- t ions tension de sortie du microphone ( 1) Comme on voit sur la figure 1, les signaux de sortie individuels du détecteur 1 et du microphone 2 sont amplifiés par des amplificateurs 3, 4, détectés par des circuits incluant un détecteur/redresseur 5, 6, ap- pliquées à un circuit de comparaison 7, qui détermine le rapport V/8 des deux signaux de sortie (V marque le ni- veau de sortie du détecteur de vibrations 1, et S le ni- veau de sortie du microphone 2 et le signal do sortie du circuit V/A 7 est fourni par un instrumen' de lecture 8. La figure 2 est une coupe de la t 8 te qui mon- tre les voies servant à transmettre les sons vocaux Le détecteur de vibrations 1 est installé sur une partie la- térale supérieure du nez par un noyen convenable, tel qu'une bande adhésive des deux cetes, ou analogue Les signaux recueillis par le détecteur de vibrations I sont constitués par un signal b, qui fait vibrer les parois d'un conduit vocal lorsque la voix modu 1 ée passe par le conduit vocal et qui est affecté par une résonance dans la cavité nasale, et par des signaux a, c, qui-ne sont pas affectés par une résonance dans la cavité nasal,. Ici le signal a, au cours de la phonation, est transmis au détecteur de vibrations I par lintomédiaire d'une cavité orale Le signal b est transmis au détecteur de vibrations 1 par l'intermédiaire d'une cavité nasale et le signal c est transmis au détecteur de vibrations 1 par des trajets autres que ceux passânt par les cavités ora- le et nasale Les deux flèches montrent les trajets sui- vis par la voix. Le degré de nasalité est donné par: V/S (V + 72)/S o VI désigne un niveau de signal qui est affecté par une résonance dans la cavité nasale et V 2, un niveau de si- gnal qui n'ést pas affecté par une résonance dans la ca- vité nasale Par conséquent, si V 2 est nettement plus pe- tit que V 1, le degré de nasalité est donné approximative- ment par 1/S, c'est-à-dire que le degré de nasalité est sensiblement en proportion des composants nasalisés Néan- moins, dans le cas d'une personne ayant un palais légère- ment ou moyennement fendu, la condition V 1 V 2 est sou- vent vérifiée et le niveau de signal V 2 est plus impor- tant Par conséquent le degré de nasalité n'est pas né- cessairement en proportion des composants nasalisés. Ainsi, d'après la technique classique, le degré de nasa- lité n'est pas exactement déterminé dans tous les cas, c'est-i-dire que les valeurs ne sont pas discernables clairement et exactement pour une personne ayant un pa- lais normal, en comparaison d'une personne ayant un pa- lais légèrement fendu. En outre, d'après la méthode classatue ci-des- sus mentionnée, il est diffieile de détacter seulement la vibration pneumatique qui a traversé la cavitk nasale en utilisant le détecteur de witbrtions Le dé 6 Ueteur de vi- brations détecte les vibrations pneumatiques Dassant par le conduit vocal plut 8 t que par la cavité na Uale, par 1 ' intermédiaire du tissu corporel entourant le détecteur de vibrations Par conséquent il est difficile d'extraire seulement les sons nasalisés et les résultats sont ine- xacts. L'objet principal de la présente invention con- siste & déterminer exactement le degré de nasalité sous une forme numérique en mesurant le débit d'air exhalé au travers de la cavité nasale pendant la phonation et en comparant ce débit avec le débit d'air exhalé par la ca- vité orale. Ainsi qu'on voit sur la figure 3, le son vocal est produit en augmentant et en diminuant le déb Lt exhalé partant des poumons et traversant les cordes vocales 11, ce qui est la source de la v Oix Parmi les sons vocaux, les phonèmes qui ne sont pas nasalisés, c'est, dire /t/, /k/, /p/, /s/9/B/, et analogues sont émis par les lèvres 13 comme sons passant par la cavité o=a&e 12 Dans le cas de phonèmes nasalisés, tels que /n/,, /I/ et analo- gues, le nasopharynx 14 est ouvert et les p A&,mes sont émis sous la forme de sons passant par la eavité nasale Dans ce cas, une partie des phonèmes masalisés passe à travers la cavité orale 12 et est émise sous la forme de sons. Des sons non vocaux sont produits par le siffle- ment de la respiration passant par des étranglements tels que les lèvres et l'état d'articulation de la langue Par exemple des plosives, telles que /t/ et analogues, sont produites en fermant complètement les lèvres 13 et la luet- te 14 de façon à augmenter le débit d'air exhalé par les poumons et en ouvrant brusquement les lèvres Ainsi la pro- duction du son au cours de la phonation dépend du proces- sus d'écoulement de l'air exhalé La présente invention est basée sur ce fait et tire parti des voies par lesquel- les l'air exhalé s'écoule Plus spécifiquement, dans le procédé de la présente-invention, on compare les débits d'air exhalé pour déterminer numériquement le degré de na- salité. La présente invention sera mieux expliquée et comprise par la description ci-après, donnée à titre non limitatif avec référence aux dessins parmi lesquels: la figure 1 est un schéma-bloc d'un indicateur de nasalité classique; la figure 2 est une vue en coupe d'une tête humaine et montre l'emplacement d'un microphone et d'un dé- tecteur de vibrations utilisé dans le système indicateur classique de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'une tête humaine et montre les voies par lesquelles l'air de la pa- role s'écoule; la figure 4 est un schéma-bloc qui montre un mode de réalisation d'un système électronique pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention; la figure 5 est un graphe des temps en rela- tion avec le mode de réalisation de la figure 4; la figure 6 est un schéma-bloc d'un autre mode de réalisation d'un système électronique pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention; la figure 7 est un schéma-bloc d'un système utilisant des débitmètres d'air du-type à fil chaud; la figure 8 est un diagramme montrant la rela- tion entre le débit d'air exhalé et le signal de sortie, dans le mode de réalisation de la figure 7; et les figures 9 A, 9 B et 9 C sont respectivement une vue en perspective, un profil arrière et un profil en coupe transversale d'un entonnoir ou masque combiné pour le nez et pour la bouche, qu'on peut dans la mise en oeuvre de la présente invention. Sur les dessins les mêmes repères désignent les mêmes parties ou des parties correspondantes. On décrira d'abord le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention. En se référant en premier lieu à la figure 4, la tête humaine 21 est pourvue, pour la mise en pratique de l'invention, d'un masque ou entonnoir de nez 22 entourant la cavité nasale, c'est-à-dire le nez, et un masque à lè- vres 23 entourant la cavité orale, c'est-à-dire les lèvres, de sorte que les écoulements d'air exhalé résultant d'une phonation sont isolés et reçus indépendamment et sans fuite. Les masques 22, 23 sont faits par exemple en caoutchouc flexible, pratiquement avec une forme conique Dans l'es- prit de l'invention, les masques 22, 23 sont pourvus de dé- bitmètres d'air 24, 25, servant à mesurer les débits d'air exhalé qui résultent d'une phonation et qui sont émis dans les masques 22, 23 Ainsi le débit d'air exhalé qui est émis dans le masque 22 par l'intermédiaire de la cavité na- sale est mesuré par le débitmètre 24 et le débit d'air exha- lé qui est émis dans le masque 23 par la cavité orale est mesuré par le débitmètre d'air 25. Les tensions électriques provenant des débitmè- tres d'air 24, 25, qui représentent des débits d'air, sont appliquées à deux bornes d'entrée d'un circuit additionneur 26 dans lequel ils s'ajoutent Ce circuit additionneur 26 ici décrit peut être réalisé par des amplificateurs opéra- tionnels tels que décrits par exemple dans "Burr-Brown Ope- rational Amplifiers", McGraw-Hill Book Company, 1971 Le signal de sortie du circuit additionneur est ensuite appli- qué à un circuit détecteur/redresseur 27 dans lequel il est détecté et redressé et converti en une tension de sortie qui est une fonction logarithmique de la tension d'entrée à travers un amplificateur logarithmique 28 et alimente l'une des deux bornes d'entrée d'un circuit soustracteur 29 Une autre tension de sortie est fournie par le débit- mètre 24, détectée et redressée par un circuit détecteurl redresseur 30, convertie en une torsion de sortie qui est une fonction logarithmique de la tension d'entrée par l'in- termédiaire d'un amplificateur logarithmique 31, et alimen- te une autre borne d'entrée du circuit soustracteur 29 Par conséquent le circuit soustracteur 29 fournit une tension de sortie qui est indiquée par la relation suivante ( 2): Signal de sortie du circuit soustracteur ( 29), en d B: log (débit d'air exhalé par le nez) -20 log (débit d'air exhalé par la bouche) + (dé- bit d'air exhalé par le nez) = 20 log débit d'air exhalé par le nez débit d'air exhalé par la bouche + débit d'air exhalé par le nez Le circuit soustracteur 29 produit ainsi une ten- sion de sortie correspondant à une valeur logarithmique qui représente le rapport d'un débit d'air exhalé passant par le nez à un débit d'air exhalé total se produisant dans la phonation En conséquence, en appliquant le signal de sor- tie d'un circuit soustracteur 29 à un indicateur numérique 32, le degré de nasalité peut être déterminé sous une forme chiffrée De façon semblable, si un instrument 32 compor- tant un indicateur visuel est relié au circuit sous-trac- teur 29, le signal de sortie peut être déterminé et obser- vé visuellement. La figure 5 est un graphe en fonction du temps, pour le mode de réalisation mentionné ci-dessus, dans lequel la courbe (a) montre une forme d'onde de sortie du circuit détecteur/redresseur 30 lorsqu'un son /ana 7 est prononcé, 253 ? 429 la courbe (b) montre une forme d'onde de sortie de l'ampli- ficateur logarithmique ( 28) et la courbe (d) est une forme d'onde de sortie du circuit soustracteur 29 Ainsi qu'il ressort de la forme d'onde de sortie (d), le son vocal na- salisé / a 7 a une faible amplitude, tandis que la première voyelle /a/, non nasalisée, possède une amplitude élevée. Par conséquent les deux sons peuvent être clairement dis- tingués l'un de l'autre. Lorsqu'on désire simplement distinguer les sons vocaux nasalisés des sons vocaux qui ne le sont pas, c'est- à-dire lorsqu'il n'est pas nécessaire de déterminer le de- gré de nasalité, les signaux de sortie des débitmètres d'air 24, 25 peuvent être ajoutés et comparés avec le signal de sortie du débitmètre d'air 25, représentant le débit d'air à partir de la bouche seulement, ce qui est une al- ternative au mode de réalisation mentionné ci-dessus, de sorte que le circuit soustracteur 29 produit un signal de de sortie donné par le terme ci-après: log débit d'air exhalé par la bouche débit d'air exhalé par la bouche + débit d'air exha- lé par le nez Le circuit soustracteur 29 produit une forme d'on- de de sortie telle que représentée sur la figure 5 (e);c'est- à-dire que le son vocal nasalisé manifeste une forte ampli- tude et le son vocal qui n'est pas nasalisé, une faible am- plitude Par conséquent, ce procédé permet également de faire des distinctions. Dans le mode de réalisation de système précédent, le degré de nasalité a été déterminé numériquement par les termes: débit d'air exhalé par le nez débit d'air exhalé par la bouche + débit d'air exhalé par le nez ou débit d'air exhalé par la bouche débit d'air exhalé par la bouche + débit d'air exhalé par le nez D'après un deuxième mode de réalisation de systè- me pour la mise en oeuvre de l'invention représentée sur la figure 6, le degré de nasalité est déterminé numériquement par les termes: débit O exaé par le nez débit d'air exhalé par la bouche ou débit d'air exhalé par la bouche débit d'air exhalé par le nez A cet effet, la tension électrique de sortie du débitmètre d'air 24 relié au masque du nez (non représenté) alimente l'une des deux bornes d'entrée du circuit sous- tracteur 29 par l'intermédiaire du circuit détecteur/redres- seur 30 et de l'amplificateur logarithmique 310 La tension électrique de sortie du débitmètre d'air 25 relié au masque de bouche (non représenté) alimente l'autre borne d'entrée du circuit soustracteur 29 par l'intermédiaire du circuit détecteur/redresseur 27 et de l'amplificateur logarithmique 28 Par conséquent le circuit soustracteur 29 produit le signal de sortie qui est fourni par la relation suivante ( 3) signal de sortie du circuit soustracteur ( 29), en d B = log (débit d'air exhalé par le nez) -20 log (débit d'air exhalé par la bouche) = 20 log débit d'air exhalé-par le nez ébit d'air exhalé par la bouche Ainsi le circuit soustracteur 29 produit une ten- sion de sortie qui représente, sous une forme logarithmique, le rapport d'un débit d'air exhalé passant par la bouche et d'un débit d'air exhalé passant par le nez, au cours d'une phonation Le degré de nasalité est ainsi déterminé par des chiffres La figure 5 (f) montre une forme d'onde de sortie du circuit soustracteur 29 La voix nasalisée apparait du côté plus et la voix qui n'est pas nasalisée, du côté moins. Naturellement il est possible de réaménager les circuits composants de façon que le circuit soustracteur 29 produise un signal de sortie fourni par le terme suivant: log débit d'air exhalé par la bouche débit d'air exhalé par le nez Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 6, il peut être souhaitable de convertir les signaux de sortie analogiques des débitmètres d'air 24,25 en quantités numériques par l'intermédiaire de convertis- seurs A/D analo-logiques/digitaux) et de traiter ces signaux de sortie par un calculateur. La figure 7 est le schéma d'un système incluant des débitmétres d'air du type à fil chaudqui conviennent particulièrement bien pour la mise en oeuvre de la présen- te invention Un débitmètre d'air incluant un fil chaud 24 a est employé pour détecter le débit d'air exhalé par le nez et est relié au masque de nez 22 Si un détecteur de débit d'air du type à fil chaud est utilisé, l'air exhalé s'écou- le par la cavité nasale au cours de la phonation et la ré- sistance du fil chaud se modifie Cette modification est convertie en une variation de tension par l'intermédiaire d'un amplificateur à réaction 24 b Dans ce cas, à cause de la modification de résistance résultant de l'écoulement d'air, la chute de tension aux bornes du fil chaud 24 e cor- respond au débit d'air exhalé décrit une courbe du second degré telle que représentée sur la figure 8 La courbe a est interpolée par une ligne droite telle que représenté par b sur la figure 8, en utilisant un circuit non linéài- re 24 c et est amplifié par un amplificateur variable 24 d pour régler le degré d'amplification de façon qu'on obtien- ne une tension voulue Un débitmètre d'air incluant un fil chaud 25 a est employé pour détecteve un débit d'air exhalé passant par la bouche et est relié au masque de bouche 23. Comme pour le débitmètre d'air pour le nez, le débitmètre d'air pour la bouche est relié à un amplificateur à réac- tion 25 b, puis au circuit non linéaire 25 c et à l'amplifi- cateur variable 25 d Les coefficients d'amplification des amplificateurs variables 24 d, 25 d sont réglés de façon que les signaux de sortie puissent produire la même modifica- tion de tension pour un même débit d'air. Conformément à la présente invention telle que décrite ci-dessus, le débit d'air exhalé par le nez et le débit d'air exhalé par la bouche sont détectés indépendam- ment et sans fuite Par conséquent il est possible d'ex- traire les signaux nasalisés seulement et de calculer numé- riquement le degré de nasalité, tout en maintenant une pré- cision élevée. Les figures 9 A, 9 B et 9 C sont des vues diverses d'un masque combiné 40 pour le nez et pour la face, qui peut être utilisé pour la séparation indépendante et sans fuite des débits de l'air exhalé par le nez et la bouche d'une personne portant le masque Le masque 40 comprend un récipient 41 en forme de bol en résine synthétique, une piè- ce en caoutchouc 42 formant joint qui est reliée à la par- tie 41 en forme de bol et qui fait contact avec la face de la personne portant le masque 40 et une cloison de sépara- tion 43 en caoutchouc reliée à la partie 41 en forme de bol et à la partie 42 en-caoutchouc formant joint La cloison 43 divise le masque en chambres collectrices de l'air exha- lé, 44 et 45, séparées l'une de l'autre pour recueillir in- dépendamment l'air exhalé respectivement par le nez et par la bouche Les trous 46 et 47 de passage de l'air exhalé sont formés respectivement dans les chambres 44 et 45 pour transmettre l'air à un détecteur tel qu'un fil chaud, de façon à produire un signal de sortie représentant le débit d'air Lorsque le masque 40 est placé sur la figure d'une personne, le débit d'air exhalé par son nez et par sa bou- che peuvent être isolés indépendamment et mesurés sans fui- te. ll REVENDICATIONS 1 Procédé pour mesurer le degré de nasalité, caractérisé en ce qu'il-comprend les stades de lisole- ment indépendant et de la mesure sans fuite du débit d'air exhalé par le nez et du débit d'air exhalé par la bouche d'une personne, résultant d'une phonation et la détermination du degré de nasalité par la comparaison de$ débits d'air. 2 Procédé pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour com- parer les débits d'air on obtient une valeur en divisant le débit d'air exhalé par la bouche par une grandeur de sortie représentant le débit d'air exhalé par le nez. 3 Procédé pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour com- parer les débits d'air on obtient une valeur en divisant une grandeur représentant le débit d'air exhalé par le nez par le débit d'air exhalé par la bouche. 4 Procédé pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en compa- rant les débits d'air on obtient une valeur en divisant une grandeur représentant le débit d'air exhalé par la bouche par une grandeur représentant la somme du débit d'air exhalé par la bouche et du débit d'air exhalé par le nez. Procédé pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en compa- rant les débits d'air on obtient une valeur en divisant une grandeur représentant le débit d'air exhalé par le nez par une grandeur représentant la somme du débit d'air exhalé par la bouche et du débit d'air exhalé par le nez. 6 Appareil pour mesurer le degré de nasali*t dans des sons vocaux humains, comprenant des moyens pour isoler et mesurer indépendamment et sans fuite le débit d'air exhalé par le nez et le débit d'air exhalé par la bouche d'une personne, résultant d'une phonation et des moyens pour déterminer le degré de nasalité en comparant les débits d'air. 7 Appareil pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 6, incluant un masque unitaire adapté à s'appliquer de façon étanche contre la face d'une personne pour recevoir le débit d'air exhalé sans fuite à la fois par le nez et par la bouche et comportant un diviseur pour isoler le débit d'air exhalé par le nez de celui exhalé par la bouche et la transmission du débit d'air à des détecteurs indépendants pour produire des si- gnaux de sortie représentant les débits d'air. 8 Appareil pour mesurer le degré de nasalité selon la revendication 6, incluant un masque pour le nez aussi bien que pour la bouche, adapté à s'appliquer de façon étanche contre la face d'une personne pour recevoir le débit d'air exhalé sans fuite, chaque masque incluant un détecteur pour produire un signal de sortie indépen- dant représentant le débit d'air exhalé.