Ce chapitre d"écrit la manière dont le déplacement des articulateurs et le jeu des cordes vocales permet de produire les différents sons du langage. Nous allons dans un premier temps définir les notions physiques qui permettent d'expliquer les processus mis en jeu. Nous nous intéresserons alors à la manière dont on peut modéliser le conduit vocal, c'est à dire en simuler le fonctionnement à partir d'une description simplifiée.

Reprenons l'exemple de la flûte présenté au chapitre précédent. Nous avons vu que le son est produit au niveau d'un biseau lorsque le musicien souffle dans le bec de l'instrument. L'intensité sonore de la note jouée est liée à la force avec laquelle le musicien souffle. Par contre, la hauteur de la note (s'il s'agit d'un do, d'un ré, etc.) ne change pas lorsque l'on souffle plus ou moins fort. Cette note dépend uniquement du doigté adopté, c'est-à-dire du nombre de trous laissés libres par le musicien et de leur positions.

Tout le monde a, un jour ou l'autre, fait de la musique en soufflant dans une bouteille. Il s'agit d'un autre exemple de résonance, appelé résonance de cavité. L'air est mis en vibration au niveau du goulot selon le schéma suivant :
L'air soufflé entre dans la bouteille, ce qui entraîne une augmentation de la pression par rapport à la pression extérieure ; Cette différence de pression entraîne la formation d'un flux d'air vers l'exterieur de la bouteille qui génère du coup une dépression dans la bouteille, "aspirant" de nouveau l'air soufflé. Ce cycle est à l'origine de l'onde acoustique qui va résonner dans la bouteille.

les exemples précédents ont permis d'introduire la notion de résonance. La résonance est le phénomène se produisant lorsqu'un résonateur est excité par une vibration à une fréquence donnée, appelée logiquement fréquence de résonance. Elle est liée aux caractéristiques physiques du résonateur (volume, forme, matière) et nous allons maintenant étudier les mécanismes qui expliquent l'existence de ce phénomène.

Les résonateurs que nous avons vu ont tous une fréquence de résonance qui dépend de leurs caractéristiques physiques (volume, forme, etc.). Cette fréquence correspond à une fréquence de vibration naturelle de l'objet. Il n'est pas nécessaire de fournir beaucoup d'énergie pour obtenir un son. Si, par contre vous essayez de forcer le résonateur à vibrer à une autre fréquence, il faudra considérablement plus d'énergie pour y parvenir. Pour bien comprendre, on peut faire l'analogie avec un autre type de résonateur physique, le pendule (ou la balançoire).

Si vous êtes assis sur une balançoire, il est facile de vous balancer à la fréquence de résonance du système. Par contre, si vous essayez de contrarier ce mouvement et de vous balancer à un autre rythme, le mouvement périodique devient fortement instable et, non seulement vous devez dépenser beaucoup plus d'énergie, mais vous courez le risque de finir par terre...

L'exemple de la balançoire semble indiquer que l'existence d'une fréquence de vibration naturelle, propre à chaque système résonant est liée à la notion d'énergie.
Chacun d'entre nous a entendu parlé de la scène ou une chanteuse brise un verre en chantant une note bien précise. Cette situation, qui ne relève pas de la science-fiction, est un phénomène de résonance : si la cantatrice produit la fréquence de résonance du verre, celui-ci commence à vibrer et le mouvement est amplifié par le chant de la cantatrice, entraînant une plus grande amplitude de déformation du verre jusqu'à ce qu'il éclate.

Film	Lorsque le verre entre en résonance, l'énergie relativement faible des vibrations sonores est amplifiée jusqu'à faire éclater le verre.

Les deux exemples ci-dessus indiquent que la fréquence de résonance d'un système est une fréquence naturelle de vibration à laquelle l'énergie donnée au système (poussée dans le cas de la balançoire, onde sonore dans le cas du verre) est amplifiée. Reste à comprendre comment cette amplification se produit...

De quoi dépend le phénomène de résonance ?

La clef de la compréhension du phénomène de résonance est liée à la physique de la propagation des ondes. Etudions les remarques suivantes :

1. Quand vous criez dans une pièce vide ou un lieu extérieur encaissé (canyon, etc.), un phénomène d'écho se produit et notre parole nous revient déformée et différée.
2. Quand vous criez sur une grand eétendue plane (plage, etc.) où aucune paroi n'arrête votre cri, aucun écho se produit.
3. Quand on chante devant une bouteille vide, on peut arriver à faire entrer la bouteille en résonance si on produit la bonne note.
4. Quand nous parlons dans une pièce meublée normalement, le son émis au niveau de notre bouche se propage dans l'air mais aucun phénomène de résonance ne semble se produire.
5. Quand un camion passe dans la rue, il arrive que les parois (sol, vitres, murs, etc.) de la pièce où l'on se trouve entre en résonance et vibre fortement.

L'explication : les ondes stationnaires

		Equivalence Flûte et Tube Ouvert Ouvert
		Exemple de possibilité

Schéma	Relation entre longueur d'onde et longueur de la flûte	Autre formulation
	Lambda = 2 x L	Lambda = (2 x L)/1
	Lambda = L	Lambda = (2 x L)/2
	3 x lambda = 2 x L	Lambda = (2 x L)/3
	2 x Lambda = L	Lambda = (2 x L)/4
Etablissement d'un régime d'onde stationnaire avec comme longueur d'onde : Lambda = 2L/n avec n = 1, 2, ...

Le tube Ouvert - Fermé

		Equivalence Bourdon et Tube Ouvert-Fermé
		Exemple de possibilité où la pression est égale à la pression atmosphérique au niveau du biseau et maximale à l'extrémité bouchée du tube.

Schéma	Relation entre longueur d'onde et longueur du bourdon	Autre formulation
	Lambda = 4 x L	Lambda = (4 x L)/1
	1,5 x Lambda = 2 x L	Lambda = (4 x L)/3
	2,5 x lambda = 2 x L	Lambda = (4 x L)/5
	3,5 x Lambda = 2 x L	Lambda = (4 x L)/ 7
Etablissement d'un régime d'onde stationnaire avec comme longueur d'onde : Lambda = 4L/(2n+1) avec n = 0, 1, ...

Le résonateur de Helmholtz

Exemple de possibilité où la pression est égale à la pression atmosphérique au niveau du biseau et maximale à l'extrémité bouchée du tube.

Nous allons voir dans ce paragraphe que notre conduit vocal, aussi complexe soit-il, peut-être schématisé par une suite de tubes dont les fréquences de résonance nous en apprennent beaucoup sur les sons produits...

Le conduit vocal, du larynx aux lèvres (et aux narines !), est une structure tridimensionnelle complexe, en particulier à cause de sa forme courbe, comme on peut le voir sur l'image suivante. Pourtant, des études ont montré que si l'on "redresse" ce conduit coudé, on conserve une grande partie des caractéristiques acoustiques du conduit vocal. Si de plus, on considère que le conduit est de section ronde, ont arrive à la conclusion qu'il s'agit d'un tube droit dont la section varie en fonction de la distance à la glotte. La section varie en fonction de la position des articulateurs : par exemple la section au niveau des dents est nettement plus grande lorsqu'on prononce 'a' que quand on prononce 'i'.
En fonction de la section du conduit vocal, la propagation de l'air peut être complétement laminaire, partiellement laminaire avec un début de turbulences ou bien entièrement turbulente. Bien évidemment, c'est la position des articulateurs qui va déterminer ce mode de propagation et donc les sons produits. Une différence fondamentale est faite entre les sons où l'air circule librement de la glotte aux lèvres (il s'agit des voyelles) et ceux où l'air rencontre des obstacles sur son trajet (il s'agit des consonnes et des semi-voyelles). Les obstacles peuvent être plus ou moins marqués, allant de la fermeture totale au rétrécissement plus ou moins marqué du conduit vocal (on parle de degrés de constriction), et ils peuvent être situés à différents lieux du conduit vocal (par exemple, au niveau des lèvres, des dents, du palais, etc.)

Les voyelles sont des sons produits en laissant librement l'air s'écouler du conduit vocal. Les différents timbres des voyelles dépendent de plusieurs paramètres dont les deux principaux sont :

Le conduit vocal est modélisé par une suite de tuyaux. Plusieurs étapes : 1. Redresser. 2. segmenter en fonction du diamètre. 3. Passer en 2D.