Experimental and theoretical contribution to the analysis and the modelling of the vocal folds vibration.
Contribution expérimentale et théorique à l'analyse et la modélisation de la vibration des cordes vocales
Résumé
The production of the human voice is generated by vocal folds auto-oscillation, due to the interaction between the air flow coming from the lungs and the elastic structure of the vocal folds. The purpose of this thesis is to realise an experimental and theoretical study in order to improve the understanding and modelling of this phenomenon and some of its perturbations.Firstly, the MSePGG algorithm is proposed for the calibration of a non-invasive device for in vivo glottal area measurements. The algorithm is validated on mechanical replicas and illustrated for measurements on human speakers.Secondly, the vocal folds are covered by a thin layer of liquid, essential for phonation. An experimental approach is proposed to systematically study the influence of the presence of liquid on vocal fold replicas. Water spraying is shown to impact basic voice parameter as well as their perturbation. A simplified theoretical flow model accounting for the presence of both air and water is proposed and validated.Thirdly, the effect of vertical vocal fold angular asymmetry, as occurring in the case of unilateral vocal fold paralysis, on the fluid structure interaction is experimentally assessed. It is found that loss of vocal folds full contact leads to important variation on phonation features and their variations.A simple theoretical model is shown to fit the increase of auto-oscillation onset threshold pressure. For future clinical applications obtained results suggest the further development of the MSePGG device and illustrate the multiple of potential causes of voice perturbation.
La production de la voix humaine est générée par l’auto-oscillation des cordes vocales, due à l’interaction entre le flux d’air venant des poumons et la structure élastique des cordes vocales. Le but de cette thèse est de réaliser une étude expérimentale et théorique permettant de mieux comprendre et de modéliser ce phénomène et certaines de ses perturbations.Premièrement, l'algorithme du MSePGG est proposé pour la calibration d'un dispositif non-invasif de mesure in vivo de l’air glottique. Cet algorithme est validé sur des répliques de cordes vocales et illustré pour des mesures sur locuteurs.Deuxièmement, les cordes vocales sont recouvertes par une fine couche de liquide, essentielle à la phonation. Une approche expérimentale est proposée afin d’étudier l'influence de la présence ce liquide sur des répliques de cordes vocales. Elle démontre que la pulvérisation d'eau a un impact sur les paramètres basique de la voix et sur leur perturbation. Un modèle théorique simplifié tenant compte de la présence de l'air et de l'eau est ensuite proposé et validé.Troisièmement, l'effet de l'asymétrie angulaire verticale des cordes vocales, dans le cas d'une paralysie unilatérale, sur l'interaction fluide-structure est évalué expérimentalement. Il est observé que la perte initiale de contact des cordes vocales entraîne une variation importante des caractéristiques de phonation et de leurs variations. Un modèle théorique simple est adapté pour permettre de prédire l'augmentation de la pression seuil de l'auto-oscillation des cordes vocales. Pour les applications cliniques futures, les résultats obtenus suggèrent la poursuite du développement du MSePGG et illustrent les multiples de causes potentielles de perturbation de la voix.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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