French stop consonant production : burst control

L’étude de la production des consonnes occlusives (/p/, /b/, etc) a un intérêtparticulier pour la compréhension du contrôle moteur de la production de la parole. Eneffet, la production de ces consonnes requiert une coordination fine des 3 niveaux deproduction : respiration, vibration des cordes vocales, articulation.L’objectif de mes travaux de thèse est d’étudier la coordination des gestesrespiratoires, laryngés et articulatoires permettant de contrôler la variation de certains traits acoustiques des consonnes occlusives, plus spécifiquement les caractéristiques acoustiques de leurs bruits de plosion (intensité, durée, spectre, cruciaux pour l’intelligibilité des consonnes occlusives). Une partie importante de mes travaux de thèse s’intéresse également au contrôle musculaire de cette coordination gestuelle.Ces objectifs demandent un travail méthodologique préliminaire pour comparer,développer et implémenter différentes techniques de mesure et d’estimation des effortsarticulatoires de production de parole, à différents points de vue, physiologiques etmécaniques (cinématique du mouvement labial, capteurs de force, électromyographieorofaciale). L’exploration de ces questions a donné lieu à l’acquisition d’une large base de données (acoustiques et physiologiques) de production de consonnes occlusives du français chez une vingtaine de locuteurs adultes sains, incluant 2 modes de phonation (modal et chuchoté), 2 débits de parole (normal et rapide) et plusieurs niveaux d’effort articulatoire.L’analyse de cette base de données a permis de confirmer certaines relations déjà établies en parole conversationnelle entre l’intensité acoustique du bruit de plosion et le maximum de Pression Intra-Orale (ou la vitesse d’ouverture des lèvres pour les consonnes labiales), et entre les paramètres spectraux du bruit de plosion (skewness et kurtosis) et les paramètres articulatoires de déplacement de la langue pour les consonnes alvéolaires et vélaires.D’autres relations (non décrites dans la littérature) ont été observées en paroleconversationnelle : 1- l’intensité acoustique du bruit de plosion augmente lorsque le degré de compression labial et la vitesse de fermeture des lèvres augmentent pour les consonnes labiales ; 2- l’intensité acoustique du bruit de plosion augmente lorsque la vitesse tangentielle du mouvement d’élévation de la langue augmente pour les consonnespalatales ; 3- le degré de compression labial, les vitesses de fermeture et d’ouverture des lèvres augmentent significativement lorsque les activités des muscles Orbicularis Oris Supérieur (OOS) et Dépresseur de la Lèvre Inférieure (DLI) augmentent (dans les phases du mouvement où ils sont agonistes). Ces relations évoluent en fonction du mode de phonation (l’accent est mis en qualité chuchotée sur l’utilisation de paramètres cinématiques au détriment des paramètres aérodynamiques, articulatoires et temporels) et du débit de parole (la plupart des paramètres physiologiques et articulatoires perdent avec le débit leur efficacité de contrôle des caractéristiques acoustiques).Stop consonants (/p/, /b/, etc) are of particular interest for the understanding of speech motor control. Indeed, the production of these stop consonant requires the coordination of the 3 production levels: breathing, vocal folds vibration and articulation.The main goal of my thesis is to study how respiratory, laryngeal and articulatory gestures coordinate to control the variation of acoustic features of stop consonants, especially of their burts (intensity, duration, spectrum), which are crucial for stop consonant intelligibility. An important part of my thesis work also focuses on the muscular control of lip gestures in the production of bilabial stops. These goals needed a preliminary methodological work to compare, develop and implement different techniques, in order to measure and estimate articulatory efforts of speech production, physiologically and mechanically (lip movement kinematics, force sensors, orofacial electromyography). This methodological exploration has given rise to theacquisition of a large database (acoustic and physiological data) of French stop consonant productions, for twenty healthy speakers, including 2 phonation modes (modal and whispered), 2 speech rates (normal and fast) and several levels of articulatory effort.The analysis of this database has confirmed relationships already established inconversational speech between burst intensity and the maximum of intra-oral pressure (or opening velocity of lips for labial stops), and between spectral features of the burst and articulatory parameters of tongue movements for alveolar and velar stops. New other relationships have been observed in conversational : 1- the burst acoustic intensity increase when the lips compression and opening velocity increase (for labial stop consonants) ; 2-the burst acoustic intensity increase when the elevation tangential velocity of the tongue increase (for palatal stop consonants) ; 3- the lips compression, lips opening and closing velocities significantly increase when the activities of the OOS (Superior Orbicularis Oris) and DLI (Depressor of the Inferior Lip) muscles increase (during the movement phasis where muscles are agonists). These relationships depend on phonation quality (in whispered speech the accent is made on using kinematic parameters at the cost of aerodynamic, articulatory and temporal ones) and speech rate (most of physiological and articulatory parameters lost efficacies for acoustic control when speech rate increase)