PHYSIOLOGIE DE LA VIBRATION DES CORDES VOCALES

Gérard CHEVAILLIERORL - Phoniatre

DUEFO Module 2 : PHONATION

Théorie myoélastique EWALD 1898

• La corde vocale est une anche vibrante• Elle vibre passivement au passage de

l’air• Le son émis est fonction de la pression

d’air et de la tension du muscle vocal• La fréquence = nombre de cycles/sec• L’amplitude est fonction de la pression

sous glottique

Théorie myoélastique complétéeVAN DEN BERG 1957

Théorie muco-ondulatoire PERELLO 1962

• Intervention d’une troisième force rétro-aspiratoire : l’effet Bernoulli (phénomène de la trompe à eau)

Bernoulli

Tube de Venturi

Théorie impulsionnelleCORNUT, LAFON 1979

• Le fonctionnement laryngé est impulsionnel et non fréquentiel : les cordes s’ouvrent et se ferment alternativement

• C’est un oscillateur à relaxation qui produit rythmiquement des impulsions

• Ces impulsions ou « pufs » forment des variations brèves de pression dont le nombre par seconde va constituer la fréquence de la voix

Théorie neurochronaxique HUSSON 1950

• Les cordes vocales ont un rôle actif• Notion du coup pour coup récurentiel :

la fréquence de la voix est réglée par la fréquence des influx nerveux du nerf récurent

• Il y a donc indépendance entre le réglage de la fréquence (récurent) et celui de l’intensité du son (pression)

• Le fonctionnement en régime monophasépermettait d’atteindre la fréquence max. de 300 Hz car au delà il y a tétanisation du muscle cordal

• Déphasage des impulsions au delà de 300 Hz par la mise en jeu de contingents nerveux différents fonctionnant en régime bi- tri- voire quadriphasé

• Explication des registres• Classification des chanteurs (chronaxie IX)

Cinématographie de l’ouverture de la glotte d’après Timcke

La courbe représente l’amplitude de l’ouverture glottique en fonction du tempsO1 F1 est le temps d’ouverture de la glotteF1 O2 est le temps de fermeture de la glotte, plus il est grand plus l’intensité est forte

Théorie neuro-oscillatoireMAC LEOD, SYLVESTRE 1968

• Théorie basée sur le rapprochement entre le muscle vocal et les muscles phasiques ou asynchrone du vol des insectes

• Ces muscles se contractent en présence d’une charge réactive : charge + ressort, sur un mode oscillatoire

In Le Huche, La voix tome 1, Masson

• La fréquence est uniquement fonction de l’inertie et de l’élasticité des parties en mouvement et indépendante de la fréquence des influx nerveux ; ceux-ci ne font qu’entretenir leur état d’activité

• Si la charge devient résistive (masse) la vibration s’arrête (tétanos)

• C’est la composante réactive qui règle la fréquence du son

Les concepts physiques élémentaires

• Vibration passive des cordes vocales par l’air expiré

• Théorie myoélastique de Van Den Berg

• Système oscillant : le pendule avec :– Une masse– Un ressort

• m = masse• k = tension, raideur

mkFo π2

1=

Oscillateur Harmonique

• Signal sinusoïdal• La F° n’est pas influencée par l’énergie

du système : note de guitare• Le système doit être entretenu en

énergie : la balançoire, le pendule

Oscillateur Inharmonique à relaxation

• Système alternatif mais non sinusoïdal : l’énergie est emmagasinée puis relâchée : le vase de Tantale

• Transformation d’une énergie continue en énergie alternative

• La F° est directement proportionnelle au débit donc àl’énergie du système : modèle plus robuste

L’Effet Bernoulli

• L’accélération d’un écoulement dans un tube crée une dépression sur les parois du tube

• C’est l’effet de « rétro-aspiration »• Il augmente avec la vitesse du flux

Les modèles de la vibration

• Passage d’un mouvement continu à un phénomène périodique

• Lutte entre les forces de fermeture : contraction musculaire, élasticité

• Et les forces d’ouverture : pression sous glottique

Seuil de déclanchement

• La raideur de la partie vibrante• La viscosité du système• L’épaisseur du bord libre des c.v.• La largeur de la fente glottique pré-

phonatoire• La différence de pression trans-glottique

(2 à 6 hPa)

Modèle à une masse

• Système auto-entretenu grâce à :– La différence

entre la pression sus et sous glottique

– L’effet Bernouilli• Modèle fragile

Passage à des modèles plus complexes

• La cinématographie ultra-rapide a montré le rôle capital de la « muqueuse » des cordes vocales

• Il y a « glissement » de la muqueuse du bas vers le haut

• Grande importance de la forme, du profil, de l’épaisseur des C.V. dans l’initialisation et l’auto-entretien de la vibration

Rôle de la muqueuse

Modèle à deux masses

Modèle à 3 masses

Réglage de la Hauteur

• Fonction – de la masse– de la tension des muscles intrinsèques et

extrinsèques : k– de l’épaisseur de la corde– de la masse vibrante

• Réglage bipolaire entre les forces de contraction (TA) et d’étirement (CT)

• Importance des fibres élastique et de collagène de la « lamina propria »

Réglage de la hauteur tonale

Réglage de l’intensité

• Fonction – de la pression sous glottique– de la forme de l’onde– de la géométrie glottique

• Plus le temps fermé est long plus le son sera fort ; évolution vers la forme d’onde carrée à pente raide (risque de forçage)

• Régulation de l’indépendance du réglage entre intensité et hauteur

Réglage de l’intensité

Synthèse : modèle Slip Stick

• Il y a 2 CV, elles doivent être synchrones de par – leur proximité de forme– leur proximité de tension– l’effet Bernoulli– leur contact direct via le mucus et la

viscosité du système• L’augmentation de la viscosité augmente la

durée de la phase fermée donc favorise les graves

Modèle de l’archet du violon

Modèle de l’archet du violon

Modèle du « glisser - coller »

Configuration glotte serrée

• Type oscillateur à relaxation• Théorie du « glissé-collé » (archet)

– Pression sous glottique– Effet Bernoulli– Contact des CV avec mucus

• C’est la phase collée qui synchronise les CV (voir effet sur les PR)

Synthèse globale

• Pour le violon le réglage de la F° est une caractéristique linéaire de l’oscillateur

• L’entretien de l’oscillation repose sur le système de l’oscillateur à relaxation

• Pour la voix c’est plus compliqué car l’élément linéaire (la pression sous glottique) fait varier la F°

Mécanisme du forçage vocal

Transformation du modèle linéaire en modèle inharmonique à relaxation

• Au total on a :

– Un système oscillateur harmonique avec un son quasi sinusoïdal dans les voix douces

– Un système non linéaire à relaxation dans les voix fortes et forcées

Schémas : Pr A Giovanni, Marseille