Étude de la contribution acoustique de la structure formantique à la perception du ton chuchoté (A study of the acoustic contri bution of formant structure to tone i dentificati on in whis pered speech) (2016)

Abstract: Cette étude examine la contribution de la structure formantique du segment vocalique à l’identification du ton que ce segment porte, et cela en voix chuchotée. Le mandarin a été choisi en tant que langue cible parce que les traits tonals (tone features) en mandarin s’appuient acoustiquement sur deux dimensions : le registre et le contour. Nous supposons qu’en l’absence d e F0, la structure formantique subirait néanmo ins une modification, en fonction du ton et fournirait des indices acoustiques des traits tonals à l’auditeur. Nous nous intéressons aux rapports entre les deux dimensions de traits tonals et à la modification de la structure formantique. À travers l’analyse des données acoustiques issues de 13 sujets locutrices, nous avons observé une divergence d’importance dans les intervalles F2-F3 et F3-F4, en fonction du ton. Cette divergence semble liée aux contrastes tonals en registre et non au x contours mélodiques. Cette d istinction semble dépendre d’ailleurs de la nature de voyelle.

## introduction le ton lexical est un phénomène bien étudié dans le do maine de la phonologie. en tant que composante de la structure lexicale, le ton permet de réaliser une distinction au niveau sémantique à travers des patterns figés de modification mélodique. ce phénomène suprasegmental varie d'une langue à l'autre. il est pourtant possible de décomposer tous types de tons en traits tonals (tone features). selon le pattern de modification du p itch, un système tonal pouvait être catégorisé en tant que système de registre (level-pitch register system), système de contour (gliding-pitch contour system) ou système qui co mb ine ces deu x premiers (register-contour combination). depuis le développement de la phonologie autosegmentale, la notion du système de contour est remise en question : on considère que le contour tonal peut être subdivisé davantage. go ldsmith considérait le contour tonal comme une séquence de tons de registre, et l'a décrit en emp loyant des traits binaires. jusqu'aujourd'hui, b eaucoup d'études sur les tons dans des langues asiatiques emplo ient cette description à traits binaires, mais aussi un système de traits tonals à quatre registres que yip a proposé en 1980. dans les études sur le mandarin et sur d'autres variantes du chinois, le système tonal de chao y.r. à cinq partit ions (soit cinq registres) est toujours d'actualité. dans toutes ces descriptions, le registre reste la base des traits tonals : le ton est défini par des registres cibles à atteindre. cependant, d'autres phonologues insistent sur une description des tons à contours avec la direction du mouvement du pitch en tant que trait tonal. @xcite a rév isé le système de traits tonals à registres tout en prenant en compte la réalisation phonétique de différents types d e tons, et elle est arrivée à la conclusion que la description des tons à contours, selon un tel système, n'est pas satisfaisante. phonétiquement, un ton à contour consiste plutôt en une cible à atteindre et un éloignement de la cible, alors qu'un ton à registre se centre sur les cibles et non sur le mouvement. nous nous intéressons donc à cette problématique de représentation des traits tonals, et nous considérons qu'il serait probablement nécessaire de repenser la définit ion des traits tonals suivant l'analyse des réalisations phonétiques du ton. dans cette étude, nous avons choisi le mandarin en tant que langue cible, parce que dans cette langue monosyllabique, le ton se réalise dans le même cadre temporel que la syllabe, ce qu i facilite l'observation et l'analyse. de plus, le système tonal du mandarin présente une combinaison de tons à registres et de tons à contours, et étant donné ce fait complexe, il connaît effectivement des désaccords dans sa description. le mandarin possède quatre tons lexicau x. les études phonétiques et phonologiques existantes ont montré que ces tons se produisent dans deux partit ions de toute l'étendue du pitch tonal ( pitch range). le 1er ton et le 4ème ton se réalisent, durant toute syllabe, dans une partition plus haute alors que le 2ème et le 3ème ton se réalisent dans une partition plus basse. cette division est décrite comme [+/-upper] (+/-u). les registres cibles des deux tons dans chaque partition sont en contraste, actes de la conférence conjointe jep-taln-recital 2016, volume 1 : jep et leurs contrastes peuvent être transcrits par [high/low] 1 (h/l). les quatre tons du mandarin peuvent être transcrits comme suit : ton 1(t1) : [+u, h] ton 2(t2) : [-u, h] ton 3(t3) : [-u, l] ton 4(t4) : [+u, l] l'analyse dans cette recherche reposera principalement sur cette description des tons du mandarin. et nous tenterons de remettre ces traits tonals en question en l'absence d e f0 (le paramètre acoustique principal de la perception du ton). autrement -d it, le but de cette recherche est de trouver des indices acoustiques des traits tonals, lorsque ces derniers ne peuvent plus se réaliser à travers f0. afin d'observer des stratégies de compensation spontanée déployées par le locuteur, nous avons exigé des productions en voix chuchotée, lors du collectage des données acoustiques. il s'avère que lorsque des natifs qui pratiquent une langue tonale co mmuniquent en chuchotant, ils arrivent à se comprendre avec beaucoup d'aisance, malgré la perte d'informations t onales provoquée par l'absence de f0. ils doivent donc avoir trouvé un autre moyen de coder-décoder les informations relatives au x tons. et cela se ferait, d 'après nous, au niveau articulatori-acoustique grâce à un processus de réafférences sensorielles. ## compensation de la perte de f0 en voix chuchotée la littérature phonétique, dans le domaine du discours chuchoté , en liaison avec les tons, est assez limitée et relativement récente, même si elle est pourtant fascinante. les chercheurs qui ont étudié la prosodie dans le discours chuchoté ont découvert, en examinant divers paramètres acoustiques, des indices liés aux tons. selon segerbäck (1965), l'activ ité vibratoire des plis vocau x ne serait même pas indispensable pour toute intercompréhension dans une lang ue tonale. l'auditeur sinophone utilise des indices secondaires (étant donné que f0 fournit des indices primaires) de man ière flexib le dans le jugement du ton @xcite . la durée du segment vocalique, par exemple, varie en fonction du ton et cette variation pourrait être significative pour la perception du ton @xcite . un autre exemp le est le contour de l'intensité qui est corrélé avec f0. il fournirait également des informations tonales @xcite . nous portons un intérêt particulier au x rapports entre la structure formant ique du segment vocalique et le ton que ce dern ier porte. malgré le fait que la structure formantique n'influence pas de man ière systématique le jugement du ton perçu @xcite , une mod ification du spectre existe réellement lorsque le ton varie. cela imp lique une modification de la forme du conduit vocal au niveau supraglottique qui, bien-entendu, peut être issue du mouvement vert ical du laryn x en voix modale . cependant, l'amplitude des mouvements du laryn x est remarquablement réduite lorsqu'on chuchote. ainsi, l'emp loi de la voix chuchotée peut nous fournir de bonnes conditions pour l'observation des gestes liés au ton. nous supposons que si la structure formantique connais sait une modification en fonction du ton, mê me en voix chuchotée, cela apporterait davantage d'arguments à l'existence de gestes articulatoires au niveau supraglottique spécifiques, corrélés au ton, ou bien, aux traits tonals. de plus, du point de vue psychoacoustique, la structure formantique a le potentiel de transmettre des 1 si on considère le contour du pitch comme trait principal ici, on peut le décrire par [fall/rise] (wang, 1967, cité par zhang, 2014). ce bruit de bande que la voix chuchotée produit est issu de l'effet de filtrage que le conduit vocal a sur le bru it blanc produit au niveau du laryn x. par rapport à la voix modale, le spectr e de la voix chuchotée est différent selon les points suivants : 1) les valeurs formantiques sont plus élevées ; 2) l'énergie se diffuse davantage à des hautes fréquences ; 3) l'intensité acoustique est d'environ 20 d b au-dessous de celle de la voix modale. ces différences impliquent que la redistribution de l'énergie sonore dans le spectre est à prendre en compte dans l'analyse d'une voix chuchotée. et on se demande ainsi, quels sont les formants les plus affectés par le ton. sur cette dern ière problématique, les études existantes se contredisent. higashikawa et al. (1999) supposent q ue la perception du ton chuchoté est influencée par une variat ion simultanée du f1 et du f2, alors que meyer-eppler (1957) et @xcite considéraient que le déplacement des formants à des hautes fréquences vers le haut, tels le f3 et le f4, indique une courbe mélodique montante. leurs données avaient montré, de man ière générale, que le contour mélod ique était le t rait tonal le p lus associé à la mod ification de la structure formantique. ## réflexions et hypothèses co mme il est mentionné ci-dessus, nous portons un intérêt particulier au x rapports entre la modification de la structure formantique et les traits tonals. cet intérêt est dû principale ment au fonctionnement du système auditif dans la perception du bruit de bande et à la distribution de l'énergie sonore dans le spectre de la voix chuchotée. vu que la hauteur mé lodique du bruit de bande ne se réalise pas à travers une seule bande formantique mais plusieurs, l'un des objectifs de cette étude est de mettre au jour les formants qui seraient les plus conc ernés par un ton chuchoté. l'autre objectif est de mettre en lumière le trait tonal/les traits tonals suivant lequel/lesquels s'oriente la modification de la structure formantique. concernant les formants les plus liés au ton, et malgré la position @xcite , nous sommes assez en ligne avec les conclusions de meyer-eppler et celles de fónagy, pour les raisons suivantes : 1) dans le spectre du signal acoustique du chuchotement, nous avons observé plus d'énergie présente au niveau du f3, du f4 et du f5, alors que peu d'énergie se présente au niveau du f1 ; 2) la variation du f1 et celle du f2 subissent des contraintes que les frontières des actes de la conférence conjointe jep-taln-recital 2016, volume 1 : jep phonèmes vocaliques imposent au niveau articulatoire , ainsi ces formants peuvent être peu efficaces pour indiquer les contrastes tonals , surtout lorsqu'il s'agit d'une langue tonale à vocalis me riche. etant donné que le « pitch fantôme » de la voix chuchotée, qui n'existe pas dans le spectre mais est reconstitué dans le système perceptif, semble être lié à la modulat ion en fréquence dans le bruit, nous supposons que la hauteur et la variat ion de ce « pitch fantô me » se réaliseraient à t ravers les intervalles entre les fréquences centrales des formants voisins, probablement celui entre les formants à hautes fréquences. en ce qui concerne le(s) trait(s) tonal(s) qui se présente(nt) en voix chuchotée, nous supposons que la modification de la structure formantique est capable de réaliser, non seulement le contraste en contour, mais aussi celui en registre. une langue tonale dont les tons sont en contraste uniquement au niveau du registre n'empêche pas les utilisateurs de cette langue de chuchoter ces tons, alors les informations des registres ont la possibilité de se diffuser à travers la structure formantique 2 . ## protocole expérimental les résultats de cette étude s'appuient sur l'analyse de données acoustiques recueillies dans le cadre d'une expérience de production orale lancée en mars 2013 à beijing en chine. 13 locutrices d'origine chinoise, âgées entre 18 et 21 ans, ont pris part à l'expérience. elles maîtrisent parfaitement le mandarin. pour l'expérience, nous avons établi un corpus contenant 12 phrases en mandarin, chacune portant respectivement les syllabes /pa//pi//pu/, avec l'un des quatre tons dans le même contexte phonétique, soit /pv_tsƪ/. aucun sandhi tonal ne s'est produit dans cette expérience. chaque sujet locutrice a produit 10 répétit ions de ce corpus, respectivement en voix normale et en voix chuchotée. l'enregistrement des voix des locutrices a été réalisé dans un environnement silencieu x, avec un enregistreur marantz professional© pm d661 et un microphon e sennheiser e845 s®. le recueil des données a été réalisé sur praat et le traitement statistique des données a été réalisé sur excel 2010 et sur graphpad prism 5. ## conclusion et perspective à travers l'analyse des données acoustiques, nous avons trouvé qu'en mandarin, le ton du segment vocalique chuchoté n'influence pas les fréquences centrales des bandes formantiques, de man ière linéaire. toutefois, ce ton a effectivement une influence sur la structure formantique, et cela se man ifeste plutôt dans les intervalles entre les formants voisins qui sont, selon la littérature en psychoacoustique, associés à la sensation de la hauteur du son. les analyses statistiques révèlent que l'intervalle entre le f3 et le f4, et celui entre le f2 et le f3 connaissent le plus souvent une modification significative ou, au mo ins, une tendance remarquable lorsque le ton varie. la différence maximale que le ton peut provoquer en intervalle entre les formants, calculée en mel, se réalise au milieu du seg ment, et non au début ni à la fin du segment. ainsi, la mod ification de la structure formantique nous semble davantage s'orienter vers les traits tonals du type registre et non vers les traits tonals du type contour. ce résultat corrobore, jusqu'à un certain degré, la description phonologique des tons à base de registre. bien entendu, il est probable que le contour tonal se manifeste au moyen d'autres paramètres acoustiques, tel que l'intensité . de p lus, en co mparant des cas de mod ification spectrale en fonction du ton de t rois voyelles /a i u/, nous avons constaté que les structures formantiques de ces voyelles ont des sensibilités différe ntes par rapport à la variat ion du ton, plus précisément, dans l'ordre /a/>/u/>/i/. la modification spectrale en fonction du ton dépend également de la voyelle en question. cela est probablement la conséquence des différences de gestes et de configurations du conduit vocal, donc au n iveau supraglottique, dans la compensation de la perte de f0. malgré les conclusions présentées ci-dessus, l'étude est loin d'être achevée, car il nous reste deux questions principales à aborder : 1) si l'on emp lo ie un système t onal à base de registre, les deu x couches de traits tonals [+/-u] et [h/l] auront-elles une différence ou un ordre hiérarchique dans leurs influences sur la modificat ion de la structure formantique ? 2) puisque la modificat ion spectrale en fonction du ton dépend de la nature de la voyelle, quel/quels est/sont le/les aspect/aspects de cette modification qui aura/auront le poids le p lus lourd dans la perception de la hauteur de la voix chuchotée ? nous tenterons de répondre à ces questions ultérieurement avec des analyses plus avancées et des données actuelles dans la direct ion de la psychoacoustique, et en élaborant de nouvelles expériences qui ciblent davantage ces questions.