Theoretical and experimental study of vocal tract acoustics

par Rémi Blandin

Thèse de doctorat en Signal image parole telecoms

Sous la direction de Xavier Pelorson.

Le président du jury était Oriol Guasch i Fortuny.

Le jury était composé de Annemie Van Hirtum, Rafael Laboissière.

Les rapporteurs étaient Murray Campbell, Joël Gilbert.

  • Titre traduit

    Étude théorique et expérimental de l'acoustique du conduit vocal


  • Résumé

    L'acoustique du conduit vocal est souvent décrite avec de simples modèles ondes planes à une dimension. Cependant, cela n'est pas satisfaisant quand à haute fréquence (à partir d'environ 5 kHz) des variations tridimensionnelles du champ acoustique sont présentes. La théorie acoustique multimodale a été implémentée pour prendre en compte les aspects tridimensionnels de l'acoustique du conduit vocal.Un système expérimental a été conçu pour mesurer avec précision des fonctions de transfert, des champs de pression et des diagrammes de directivité sur des maquettes de conduits vocaux. Les données expérimentales obtenues ont été comparées avec les simulations réalisées avec la théorie implémentée et avec la méthode des éléments finis. Le champ acoustique tridimensionnel et les diagrammes de directivité ont été prédit avec succès par les deux méthodes de simulation. Il a été observé que la propagation de mode acoustique d'ordre supérieur induit des variations tridimensionnelles du champ acoustique, génère des antirésonances et des résonances additionnelles et affecte la directivité du son rayonné de façon significative. L'excentricité de la forme du conduit vocal apparaît comme critique pour l'excitation et la propagation des modes d'ordre supérieur.Il est conclu qu'à haute fréquence (au-delà de 5 kHz), la fonction de transfert du conduit vocal peut avoir des variations significatives dans des intervalles de fréquences petit (de l'ordre de 100 Hz) et dans des régions angulaires restreintes (de l'ordre de 30°) qui nécessitent d'être prise en compte dans les études de la parole qui se focalisent sur les hautes fréquences.


  • Résumé

    The vocal tract acoustics is often described witha simple one dimensional plane wave approach.However, this is not satisfying when at high frequency(from about 5 kHz) three dimensional variations ofthe acoustic fieldare present. The multimodal acoustic theory has beenimplemented in order to account for the threedimensional aspects ofthe vocal tract acoustics.An experimental setup has been designed to measure accuratelytransfer functions, pressure field maps and directivitypatterns of vocal tract replicas.The experimental data obtained have been compared withsimulations performed with the implemented theory andwith a finite element method.The three dimensional acoustic fields and the directivitypatterns were successfully predicted by both simulationmethods.It has been observed that the propagation of higher orderacoustical modes, induces three dimensional variations ofthe acoustic field, generates anti-resonances andadditional resonances, and significantly affects the directivityof the radiated sound.The eccentricity of thevocal tract shape appears as critical for the excitation and thepropagation of the higher order acoustical modes.It is concluded thatat high frequency (above 5 kHz), the transfer functionof the vocal tract can have significant variationswithin short frequency intervals (of the order of 100Hz) and within small angular regions (of the order of30°) which need to be taken into account inthe studies of speech which focus on high frequencies.


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