Ce chapitre est consacré à l'appareil que l'être humain utilise pour produire des sons durant la phonation. En guise d'introduction, nous allons faire un parallèle entre la production de la parole et la pratique de certains instruments de musique.
Lorsqu'un musicien joue de la musique, il utilise un instrument qu'il a appris à maîtriser pour produire les notes souhaitées. Quand nous parlons, nous sommes également des musiciens de la parole. Au fur et à mesure que nous progresserons, nous étudierons les organes mis en jeu lors de la phonation.

Lorsqu'un musicien joue de l'orgue, il utilise un instrument que l'on peut schématiser selon la figure suivante.



Une soufflerie envoie un flux d'air sur un biseau, placé au bas du tube au niveau d'un rétrecissement. Sous l'action du flux d'air, un biseau est mis en vibration et génère ainsi une onde périodique qui se propage alors dans un tube, générant une note. Un biseau est une pièce très fine qui peut se déformer sout l'action d'un souffle d'air, tout comme une feuille de papier peut vibrer si l'on souffle sur sa tranche.

Le son produit dépend :

L'exemple précédent était très simple. En effet, le tube étant de dimension fixe, la note produite est toujours la même si la soufflerie ne varie pas. Etudions maintenant l'exemple d'un musicien jouant de la flûte à bec :




le joueur souffle dans le bec de l'instrument ; le flux d'air met en vibration un biseau et l'onde périodique créée se propage dans le corps de l'instrument. En agissant sur la forme du tube (en bouchant les trous), on modifie le son produit.
Ce son dépend :

L'appareil de production de la parole fonctionne selon un schéma proche de l'ensemble musicien + flûte. Le cerveau humain commande à la fois la soufflerie et le choix des "notes" ou sons du langage produits. Les parties du cerveau entrant en jeu lors de la production de parole sont appelées système de production central, par opposition avec les organes ci-dessous, regroupés dans le système de production périphérique.

le tube où se propage le son et qui permet de choisir les "notes" produites est le conduit vocal. L'ensemble soufflerie + résonateur, qui constitue la source de son est appelé source laryngée.
Les deux paragraphes suivants vont décrire plus en détail les différents systèmes périphériques de production.
L'étude du système de production central, relevant de la linguistique et des sciences cognitives bien plus que de la phonétique, ne sera pas abordée ici.

Note préliminaire : d'un point de vue de l'évolution, il est fondamental de garder à l'esprit que les organes constituant le système de production périphérique (poumons, trachée, langue, lèvres), ont tous une fonction première qui n'est pas liée à la production de la parole : respiration, déglutition, mastication, etc.

Lors de la phonation, l'air stocké dans les poumons est expulsé sous l'action de différents muscles de l'abdomen, créant ainsi un courant d'air qui parcourt la trachée jusqu'à la glotte, au niveau du larynx.
Comme signalé plus haut, la glotte n'est pas un organe, mais un espace de section variable délimité par les cordes vocales. Les mouvements des cartilages aythénoïdes permettent de modifier à la fois l'ouverture de la glotte et la longueur des cordes vocales en fonction de l'action désirée. La figure suivante illustre quatre formes de glottes caractéristiques :

Respiration normale	Inspiration forcée	Phonation	Voix chuchotée

Tout comme le biseau d'une flûte peut vibrer dans certaines conditions, les cordes vocales peuvent elles aussi entrer en vibration.


Pourquoi les cordes vocales vibrent-elles ?
Cette question est au coeur du processus de phonation. Schématiquement, on peut dire que si la glotte est fermée et que l'on cherche à souffler, la pression subglottique (c'est-à-dire dans la trachée) augmente. Les cordes vocales ne sont pas complétement rigides et sous l'effet de la pression, elles s'écartent et laissent passer l'air, diminuant ainsi la pression sub-glottique. Ensuite, plusieurs phénomènes aérodynamiques (effet Bernoulli) et biomécaniques (myoélasticité) se conjuguent pour ramener les cordes vocales en position accolée, entraînant une hausse de la pression sub-glottique... et le cycle peut recommencer (cf. schéma ci-dessous).




Le déplacement des cartilages aryténoïdes entraîne des modifications de la forme de la glotte et de la longueur des cordes vocales. Quel est l'effet d'un tel changement sur les vibrations créées au niveau de la glotte ?
On peut prévoir grossièrement l'effet par analogie avec la corde d'une guitare ou d'un violon : plus on tend une corde de guitare, plus le son émis est aigü, et donc plus la fréuqence de vibration de la corde est élevée. A l'inverse, si on détend la corde, le son est plus grave (vibration de basse fréquence). Le phénomène est semblable avec les vibrations des cordes vocales, et la variation de tension appliquée (et donc leur allongement) influence la fréquence de vibration et donc la fréquence du son périodique généré. On peut également noter qu'une corde de guitare épaisse vibre à plus basse fréquence qu'une corde fine :le phénomène est le même chez l'être humain et il explique certaines différences en terme de fréquence fondamentale de la parole entre les hommes (qui ont des cordes plutôt épaisses) et les femmes (qui ont des cordes vocales plutôt minces).

Dans ce paragraphe, nous nous sommes principalement concentrés sur les vibrations des cordes vocales ; nous allons cependant voir maintenant que tous les sons produits lors de la phonation ne mettent pas en oeuvre une telle vibration et que le répertoire d'utilisation de notre larynx est bien plus riche !

Si vous placez votre main au contact de la gorge au niveau de votre larynx (c'est-à-dire au niveau de la pomme d'Adam) et que vous parlez à voix haute, vous percevrez la vibration des cordes vocales.En y faisant un peu plus attention, vous constaterez que pour certains sons (comme le 's' de son, le 's' et le 'k' de ski,...) les cordes vocales ne vibrent pas.
Par exemple, lorsque vous imitez une abeille ('bzzzz'), vos cordes vocales vibrent alors qu'elles ne vibrent pas lorsque l'on imite le serpent ('pssssss').
Il est donc possible de produire deux types de sons, selon que les cordes vocales vibrent (on dit alors que le son est voisé) ou pas (le son est alors non voisé).

• Sons voisés

Dans le premier cas, les vibrations des cordes vocales modulent le flux d'air issu des poumons. Cela résulte en une variation de la pression de l'air passant la glotte. Les oscillations des cordes vocales étant sinusoïdales, l'onde sonore produite au dessus de la glotte est également périodique sinusoïdale, en première approximation. Cette onde se propage alors dans le conduit vocal jusqu'aux lèvres. La figure suivante schématise le mouvement des cordes vocales au cours de la phonation d'un son voisé. La fréquence d'oscillation des cordes vocales est élevée  : pour les hommes, elle se situe entre 100 Hz et 150 Hz lors de la phonation normale (c'est à dire lors d'une conversation classique). Pour les femmes, elle est plus élevée (200 Hz à 300 Hz) et encore plus élevée pour les enfants (300-450 Hz).

Légende : voici une coupe schématisée du larynx durant deux cycles de production de sons voisés. Les couleurs indiquent les zones de pression (bleu pour des dépressions et rouge pour des surpressions).

• Sons non voisés

Lorsqu'on produit des sons non voisés, les cordes vocales ne vibrent pas. Le son est alors produit par le frottement de l'air dans le conduit vocal entre la glotte et les lèvres.
Si l'air ne rencontre aucun obstacle sur son chemin, le son produit est très faible (son de la respiration). Par contre, si l'air rencontre une constriction, c'est-à-dire un rétrécissement du conduit vocal, sur son passage (par exemple entre les dents et les lèvres pour un 'f'), le son produit est un bruit (son apériodique continu) plus fort.
Cela est dû à des propriétés mécaniques de l'écoulement de l'air à travers un tube : dans certaines conditions, le flux d'air qui sécoule librement et régulièrement avant la constriction (on dit qu'il s'agit d'un écoulement laminaire) est transformé en écoulement turbulent plus du tout régulier au passage d'une constriction. C'est cet écoulement turbulent, généré par le frottement de l'air dans la constriction qui provoque le bruit des sons non voisés. Notez que l'écoulement ne devient turbulent que pour certaines valeurs de la vitesse du flux d'air et du diamètre de la constriction (cf. figure ci-dessous).






D'autres sons non voisés peuvent être produits, comme les sons 't' de tennis ou 'k' de kaki. De tels sons sont produits lorsqu'on écarte brutalement les cordes vocales après les avoir gardées en contact (fermeture totale de la glotte). Il s'agit alors de sons non voisés apériodiques impulsionnels.
Enfin, si les cordes vocales vibrent mais que le flux d'air rencontre ensuite une constriction telle que le flux devient turbulent, le son produit résulte de la superposition d'un son périodique et d'un bruit apériodique (par exemple pour le son 'v' de vivant).

L'étude des sons différents sons produits par l'appareil phonatoire humain fait l'objet du chapitre suivant. Ils ne seront donc pas détaillés plus précisément ici. Notons cependant que les deux mécanismes de production (vibration des cordes vocales et frottement du flux d'air dans le conduit vocal) ne sont pas antagonistes : il est en effet possible de superposer les deux effets (en faisant frotter dans des rétrécissements du conduit vocal l'air mis en vibration au niveau de la glotte).

Le conduit vocal est le terme qui désigne la cavité remplie d'air qui s'étant de la glotte (larynx) aux lèvres. Cette cavité n'est pas rigide, et sa forme peut-être modifiée par le mouvement d'articulateurs (la langue par exemple).

Il se compose du pharynx (décomposé en laryngo-pharynx, oro-pharynx et naso-pharynx), de la cavité orale (ou buccale) de la cavité labiale et de la cavité nasale qui constitue une alternative à l'écoulement de l'air par la bouche. Sa longueur est en moyenne de 17,5 cm chez l'homme.




Notons que l'œsophage débouche également au niveau du laryngo-pharynx, et que le rôle d'aiguillage entre les aliments ingérés (dirigés vers le tube digestif) et l'air inspiré (dirigé vers les poumons) est assuré par l'épiglotte. En cherchant à parler en mangeant, on a donc toutes les chances de s'étouffer à cause d'une erreur d'aiguillage...

• Le pharynx

• La cavité orale

• La cavité labiale

• La cavité nasale

Tout comme le musicien modifie la forme de la cavité de son instrument pour moduler les sons produits, l'homme modifie la forme de son conduit vocal pour produire les sons de son langage. La phonation met en jeu un grand nombre de muscles qui exercent un contrôle précis sur différents articulateurs. Les mouvements de la langue mettent en jeu pas moins de 17 muscles ! Les principaux articulateurs sont la langue, le vélum, les dents, les lèvres et la mandibule (mâchoire inférieure). Leur rôle principal est de modifier la forme du conduit vocal. En effet, comme nous allons maintenant le voir, le son produit est intimement lié à cette forme, en particulier à l'existence ou à l'absence de rétrécissement du conduit et s'il existe, à sa position dans le conduit.

Le chapitre suivant est consacré à la relation existant entre le mouvement et la position des articulateurs d'une part, et les sons produits d'autre part. Avant d'aborder ces aspects techniques sur un plan théorique, nous vous proposons quelques experiences simples pour éveiller votre perception du "geste" de production :

• Tout d'abord, étudiez la position de votre mâchoire inférieure (la mandibule) et de vos lèvres lorsque vous produisez en enchaînant une séquence de voyelles de type 'a-i-y' (rappelons que la lettre y désigne le son central de zut !). Vous constaterez que le passage de a à i correspond à une fermeture des lèvres (mouvement de la mandibule) alors que le passage de i vers y se fait presque exclusivement en avançant les lèvres en position protruses (en créant un espace entre les dents et les lèvres). Enfin, si vous appuyez sur le dessus de votre langue avec un stylo (fermé !) et que vous produisez la séquence 'y-u' (la lettre u correspond au son 'ou' de loup), vous constatez que le stylo s'enfonce plus profondément dans la bouche. On utilise ce stratagème pour visualiser un autre mouvement de la langue : quand on produit certains sons, la langue est plus avancée dans la bouche (cas du 'y') ou à l'inverse plus reculée (cas du 'u').
  Cette petite expérience montre qu'en contrôlant trois paramètres (ouverture des lèvres, avancement de la langue et protrusion des lèvres), on est capable de produire des sons aussi différents que 'a, i, y, u...'.
• Prononcez maintenant le mot capter. Il est constitué d'une succession de sons que l'on peut décomposer comme suit : Le 'k' de ski, le 'a' de la, le 'p' de pain, le 't' de ton et le 'e' de les.
  Certains de ces sons sont produits en faisant vibrer les cordes vocales (le 'a' et le 'e') et en ayant les lèvres ouvertes, tandis que les autres ('k', 'p', 't') sont des sons non voisés, et produits en empechant le passage de l'air dans le conduit vocal, au niveau des lèves ('p'), des dents ('t') ou encore avant, au niveau de la langue ('k'). Ces sons ne sont manifestement pas produits de la même manière ! La réprésentation suivante montre un enregistrement du mot capter.