Traitement de l’information : la perception de la parole

1. Licence 2002-2003 UE2 Traitement de l’information :la perception de la parole Pr. Claude Bonnet Université Louis Pasteur (Strasbourg 1) Faculté de Psychologie et des Sciences de l’Education bonnet@imfs.u-strasbg.fr

2. PSYCHOLOGIE COGNITIVE ET TRAITEMENT DE L'INFORMATION Pr Claude BONNET INTRODUCTION I. TRAITEMENT DE L'INFORMATION ET ACTIVITES MENTALES I.1 La problématique du Traitement de l’Information I.2 Physique des sons 1.2.1 Les sons purs 1.2.2 Les sons complexes 1.2.3 Les sons de parole I.3 Méthodes expérimentales d’étude de la Perception I.3.1 Les temps de réaction I.3.2 Mesures psychophysiques de la sensibilité I.3.3 Facteurs perceptifs et facteurs décisionnels II LES PROCESSUS SENSORIELS DANS LA PERCEPTION DU LANGAGE II.2 Physiologie de l’audition II.3. Description des sons de parole II.4 Audibilité et compréhensibilité III PERCEPTION DE LA PAROLE III.1 Les étapes de traitement III.2 Le lexique mental III.3 Interactions audio-visuelles IV ROLE DES REPRESENTATIONS DANS LA PERCEPTION IV.1 Les processus mnésiques dans la perception IV.2 Les représentations conceptuelles IV.3 Les représentations pragmatiques CONCLUSIONS

3. BIBLIOGRAPHIE Bonnet C. (1998) La Perception. In J.L. Roulin (Ed.) Psychologie Cognitive. Paris, Editions Bréal, collection Grand Amphi Psychologie. Botte M-C (1989) L’audition : système auditif, perceptions et organisation perceptive élémentaire. In C. Bonnet, R. Ghiglione & J.-F Richard (Eds.) Traité de Psychologie Cognitive Vol.1 Perception, Action, Langage. Paris, Dunod. Buser P., Imbert M. (1987) Audition. Paris, Hermann. Duchet J.-L. (1986) La phonologie. Presses Universitaires de France, Que sais-je ? (n°1875) MacAdams S., Bigan E. (Eds.) (1994) Penser les sons. Paris PUF. Richelle M., Requin J., Robert M. (Eds.) (1993) Traité de Psychologie Expérimentale. (2 vol.) Paris, PUF. Segui J. (1989) La perception du langage parlé. In C. Bonnet, R. Ghiglione & J.-F Richard (Eds.) Traité de Psychologie Cognitive Vol.1 Perception, Action, Langage. Paris, Dunod. Segui J., Ferrand L. (2000) Leçons de parole. Paris, Editions Odile Jacob. Virole B. (ED.) (1996) Psychologie de la surdité. Bruxelles, De Boek Université.

4. Problématique du traitement de l’information • Traitement =opération de transformation. Implique une succession de traitements spécialisés (voir les notions de niveaux) • Information = le terme est pris ici dans son sens technique et fait référence aux signaux quantifiables et non leur signification • Les signaux traités, élaborés, doivent être interprétés. C’est le rôle des représentations

5. - NIVEAUX D’APPROCHE ou de GRANULARITE • comportemental (psychophysique, neuropsychologie) • neurophysiologique global • imagerie cérébrale • méthode lésionelle (neuropsychologie chez l’homme) • populations de neurones • aires et noyaux • hypercolonnes • neuronal • neurone ‘isolé’ • moléculaire • - NIVEAUX DE TRAITEMENT • traitements sensoriels = codages sélectifs • récepteurs • aires primaires • groupements • aires associatives • traitements cognitifs = représentations • traitements décisionnels • - NIVEAUX D’EXPLICATION • modèles ‘purement’ psychologiques (mentaux) ? • notion de niveau critique de traitement • liens structure - fonction • liens niveau d’approche - niveau d’explication

6. Système de communicationClaude Shannon (1948) Emetteur codage transmission décodage Récepteur En donnant un sens mathématique à la notion floue d’information, Claude Shannon a permis de la mesurer, que son support soit une langue, le patrimoine génétique ou la musique. L’information désigne les signaux quantifiables et non leur signification (le message).

7. Application à la parole • Pour communiquer : L’émetteur doit générer des sons de paroles correspondant aux mots de sa pensée Ces sons (vibrations aériennes) sont transmis Ils vont ébranler mécaniquement différentes structure de l’oreille Puis générer des signaux nerveux Transmis au cerveau ces signaux vont activer des représentations phonétiques Qui à leur tour vont activer des représentations lexicales, syntaxiques et sémantiques permettant la compréhension du message.

8. Schéma des étapes de traitement • Structuralement : différentes structures du système nerveux concerné par l’audition effectuent différents traitements (spécialisation) • Fonctionnellement on peut distinguer en première approximation les étapes suivantes: 1) transduction 2) analyse sensorielle 3) groupements 4) interprétation cognitive 5) décision sur la réponse 6) production d’une réponse motrice

9. Spécialisations syntaxe

10. Méthodes d’étude de la perception de la parole • Physique des sons • Les sons de paroles • Psychoacoustique • Imagerie cérébrale • Neuropsychologie • Neurophysiologie

11. Physique des sonsSon = vibration Un son est une vibration (une perturbation) qui se propage dans un milieu. Les molécules de ce milieu oscillent sur place réalisant une succession de zones de compression et de dilatation. Le son est une perturbation audible.

12. Sons purs • Le son est défini comme représentant la partie audible du spectre des vibrations acoustiques. On définit des sons purs (diapason) comme une vibration sinusoïdale • La fréquence désigne le nombre de périodes par seconde ou Hertz. Lorsque la fréquence est basse, le son est grave, lorsqu’elle est élevée, le son est aigu. Temps (ms) Temps http://www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition/

13. Fréquence et amplitude d’un son pur Un cycle = une période (P). La fréquence (F) est l’inverse de la période. P = 7,25 ms F = 137,7 Hz P = 12 ms F = 83,3 Hz

14. Logarithmes Le logarithme (de base 10) d’un nombre est la puissance de 10 de ce nombre : log(1) = 0 1 = 100 log(10) = 1 10 = 101 log(100) = 2 100 = 102 log(1000) = 3 1000 = 103 log(10000) = 4 10000 = 104

15. Echelles des décibels Puissance acoustique en Watts (W) = énergie mécanique d’une source sonore Pression acoustique en microPascals (Pa) niveau sonore qui atteint un récepteur Intensité en watts/m² = puissance par unité de surface. Par le terme d’intensité (langage courant), nous voulons généralement désigner le niveau sonore (ou niveau d’intensité). Ce niveau s’exprime sur une échelle logarithmique de décibels. N = 10 log (I / I0) = 20 log (p / p0)* où I est une intensité et I0 une intensité de référence. L’intensité (ou la puissance) étant proportionnelle au carré de la pression, cela explique le passage d’un facteur 10 à un facteur 20 selon que l’on utilise des intensités ou des pressions. Le choix de cette intensité de référence entraîne l’existence de plusieurs échelles de niveaux sonores.

16. Echelles de niveau sonore • dB SPL (Sound Pressure Level) Le niveau de référence choisi est un son de 1000 Hz avec I0 = 10 - 6 W/m² (ou 20 Pa en pression acoustique), valeur proche du seuil inférieur standard d’audibilité. • dB HTL (Hearing Threshold Level) Comme le seuil d’audibilité varie avec la fréquence des sons, la valeur de référence I0 changera ici avec cette fréquence. Un audiogramme normal en dG HTL est par définition plat. • dB SL (Sensation level) Ici la valeur de référence I0 est le seuil du sujet considéré et non plus une valeur standard.

17. Sons complexes • Tous les sons peuvent être décrits comme une somme de sons purs dont les fréquences, les amplitudes et les phases sont correctement choisies (Théorème de Fourier) http://www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition/ Dans un son complexe périodique, toutes les fréquences sont dans un rapport entier avec la fréquence fondamentale (la plus basse). Dans un son complexe non périodique, toutes les fréquences sont représentées (spectre continu)

18. Sons complexes périodiques Théorème de Fourier : tous les sons peuvent être décrits comme une somme de sons purs (sinusoïdaux) correctement choisis en fréquence en amplitude et en phase. http://www.cermep.fr/docs/cinotti/sonaudit.pdf Son complexe (en bleu) : il est décrit (et synthétisé) par la somme de deux sons purs. à gauche en fonction du temps à droite en fonction des fréquences

19. Son complexe périodiqueexemple 2 A gauche : représentation du son en fonction du temps, enveloppe du son complexe (en noir), en couleur trois sons purs entrant dans la composition du son complexe. A droite : spectre d’amplitude du son complexe avec en abscisse les fréquences sur une échelle logarithmique et en ordonnée les amplitudes (en log.)

20. Sons d’instruments de musique Les sons des instruments de musiques sont des sons complexes périodiques. Exemples : violon violon clarinette hautbois hautbois cor trompette Jean-Claude Risset

21. Caractéristiques de la voix • La voix humaine résulte de l’émission de sons au moyen de la vibration des cordes vocales et du choc de la glotte sur les muscles du larynx. • Elle se caractérise par 4 paramètres : hauteur, durée, intensité et timbre. • La hauteur se caractérise sur la dimension grave – aigu. Dépend de la fréquence du son. • La durée (ou tenue) du son dépend de la pression de l’air expiré. • L’intensité se caractérise sur la dimension faible – fort (en décibels). • Le timbre est la qualité du son qui permet de reconnaître la voix d’une personne, ou l’instrument de musique à l’origine d’un son.

22. Sons de la voix humaine L’analyse acoustique des sons de parole utilise le spectrogramme (ou sonogramme) : représentation dans laquelle le temps est en abscisse, les fréquences en ordonnée et les niveaux sonores représentés par des variations d’intensité. « samedi »

23. Sonogramme L e Ba t eau R ou ge En haut : sonogramme de l’énoncé « le bateau rouge » Au milieu : enveloppe de l’énergie acoustique En bas : évolution de la fréquence fondamentale