Émergence des systèmes phonologiques. - article ; n°146 ; vol.36, pg 70-79

René Carré

Description

Langages - Année 2002 - Volume 36 - Numéro 146 - Pages 70-79
In this paper, it is shown that the speech production system can be explained from deforming an acoustic tube with the objective of producing sounds with both ieconomy of effortî and maximum acoustic contrast between one another. This deductive approach automatically infers standard places of articulation for vowels and consonants, thereby identifying physical bases for phonological distinctions. A brief discussion of the implications of the findings concludes the paper.
10 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

Informations

• Publié par: LANGAGES
• Publié le: 01 janvier 2002
• Nombre de lectures: 17
• Langue: Français

Extrait

René Carré
Émergence des systèmes phonologiques.
In: Langages, 36e année, n°146, 2002. pp. 70-79.
Abstract
In this paper, it is shown that the speech production system can be explained from deforming an acoustic tube with the objective
of producing sounds with both ieconomy of effortî and maximum acoustic contrast between one another. This deductive approach
automatically infers standard places of articulation for vowels and consonants, thereby identifying physical bases for phonological
distinctions. A brief discussion of the implications of the findings concludes the paper.
Citer ce document / Cite this document :
Carré René. Émergence des systèmes phonologiques. In: Langages, 36e année, n°146, 2002. pp. 70-79.
doi : 10.3406/lgge.2002.2402
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/lgge_0458-726X_2002_num_36_146_2402Carré René
ENST-CNRS
EMERGENCE DES SYSTEMES PHONOLOGIQUES
Introduction
Quelle est l'origine des langues et comment ont-elles pu évoluer pour arriver
jusqu'à nous dans leurs diversités ? Ces questions très générales peuvent être abordées
selon plusieurs aspects : besoins de communication et évolution de ces besoins, déve
loppement des capacités cognitives, disponibilité et d'outils pouvant être
exploités pour la communication parlée, innéité et grammaire universelle,... Pour
aborder ces questions du point de vue des systèmes phonologiques, nous disposons
d'un certain nombre d'informations sur l'évolution de familles de langues (avec des
travaux sur les changements phonétiques et phonologiques), sur des résultats de
comparaisons entre l'homme et le singe, mais aussi sur des ossements permettant de
reconstituer plus ou plus précisément la forme du conduit vocal ainsi que les sons
pouvant être produits au moyen d'un tel conduit. Pour être plus précis, en ce qui
concerne les outils par exemple, est-ce que l'absence de cavité du pharynx chez le
singe, ce qui peut limiter les capacités acoustiques du conduit vocal, est à l'origine du
fait qu'il ne parle pas (Lieberman and Crelin, 1971 ; Lieberman et al., 1972) ? Avec cette
hypothèse, la descente du pharynx, dont l'origine est très discutée, aurait été fonda
mentale pour le développement du système de communication parlée. Une autre ques
tion liée à la précédente : est-ce que le conduit vocal humain est aujourd'hui optimal
pour répondre aux besoins de communication acoustique ? S'il est optimal, est-ce par
hasard ou bien est-ce le résultat d'une évolution pilotée par les besoins de
communication ? Si c'est le cas, on devrait pouvoir prédire les phases d'évolution à
partir d'une situation non optimale donnée (de type ancestral).
Pour répondre à ces questions, nous développons une approche deductive permettant
d'aller au-delà des observations et des données accumulées sur les langues et sur les
formes du conduit vocal pour répondre à la question de l'optimalité du système actuel.
En effet, l'étude de la communication parlée, comme de tout phénomène physique, peut
être abordée en suivant deux approches complémentaires (Lindblom, 1990) :
• La première consiste à accumuler et à interpréter des données: sur le signal de
parole, la fonction d'aire du conduit vocal, les lieux d'articulation, les systèmes phonol
ogiques,... Ces données peuvent être représentées par des modèles qui en simplifient
la représentation mais qui n'expliquent pas les phénomènes sous-jacents : une donnée
est expliquée par les autres données.
• La deuxième approche est deductive : les données sont, dans la mesure du possible,
observées de l'extérieur. Par exemple, le signal de parole n'est plus analysé en termes
de fréquences de formants mais selon l'appareil de production (l'appareil vocal
humain) qui a généré ce signal ou/et l'appareil de perception qui analyse ce signal.
70 Une telle approche a conduit Liljencrants et Lindblom (1972), Lindblom (1986),
Schwartz (1997a) à déduire avec un certain succès, à partir de caractéristiques de
l'appareil de production associées à un critère de contraste perceptif, des systèmes
vocaliques expliquant les inventaires des langues du monde (Crothers, 1978 ;
Maddieson, 1984 ; Schwartz et ai, 1997b). En poursuivant ce type de démarche jusqu'à
l'extrême, on peut entreprendre une étude sur l'origine des caractéristiques de l'appar
eil de production (et de perception). Ces caractéristiques ne sont-elles pas le résultat
d'une évolution visant à disposer du meilleur système de communication acoustique
possible (en partant du principe que la communication est essentielle pour préserver
l'existence de l'individu) ?
Dans ce qui suit, nous essayons de répondre à cette question en exploitant les
caractéristiques acoustiques d'un tube de 18 cm de long (longueur du conduit vocal
humain) selon les seuls critères d'efficacité et de contraste acoustique. Le modèle
obtenu est ensuite comparé avec le système de production de parole chez l'homme.
Modèle acoustique de production
La parole est un outil de communication acoustique entre les hommes. Pour être
perçue, elle doit pouvoir émerger dans un environnement bruyant. Les phonèmes
doivent donc pouvoir se distinguer les uns des autres par des contrastes acoustiques,
contrastes qui peuvent s'apprécier en observant les pics d'énergie (correspondant aux
fréquences de résonance du tube et donc aux formants) qui émergent du bruit
ambiant. Selon le niveau de bruit, les contrastes doivent être plus ou moins importants
pour permettre la détection et la reconnaissance des sons. Avec un niveau de bruit
élevé, le contraste acoustique obtenu par déformation du tube de 18 cm (décrit par sa
fonction d'aire), doit être le plus grand possible. On peut aussi penser que les déformat
ions du tube sont effectuées de manière efficace, c'est-à-dire qu'elles produisent le
maximum de contraste acoustique pour un minimum de déformation (critère de
minimum d'effort). On peut enfin faire l'hypothèse que, si plusieurs solutions se déga
gent, le choix doit aller vers celles qui sont les plus simples. Les déformations du tube
doivent donc être simples et obtenues au moyen de commandes réduites en nombre ;
la taille de la mémoire représentant la succession des sons de parole sera réduite en
conséquence.
1 . Algorithme de déformation du tube acoustique
Dans l'expérience décrite ci-après, la déformation du tube est effectuée automati
quement à l'image de la fonction de sensibilité (Fant and Pauli, 1974) du tube. Cette
fonction décrit la variation de fréquence d'un formant donné pour une perturbation
locale de la fonction d'aire, perturbation qui se déplace sur toute la longueur du tube.
On déforme donc aux endroits les plus « sensibles » du tube pour apporter le
maximum de variation formantique (Carré et al., 1994; Carré et al, 1995). Cette défor
mation se fait donc avec le minimum d'effort mais elle est limitée à de petites perturbat
ions entraînant de petites variations de formants : il faut donc répéter cette opération
jusqu'à obtention des extrémités de plages possibles de variation pour chacun des
formants. On a reproduit figure 1 la déformation progressive et automatique de la
71 du tube pour obtenir une augmentation de la fréquence du deuxième formant. forme
En observant cette déformation, on peut dire qu'au milieu du tube, il n'y a pas eu de
déformation parce que la fonction de sensibilité est nulle à cet endroit (une déformat
ion à cet endroit n'a pas d'effet sur la fréquence du deuxième formant).
20 Fonction d'aire (cm2)
15
10
[sortie
» ^ _ longueur (cm)
0 5 10 15 20
Figure 1. Déformation « efficace » et automatique d'un tube de 18 cm pour une augmentation de
la fréquence du deuxième formant.
Cette opération permet de mettre en évidence, au sein du tube, 4 régions de
longueur inégale (de rapports 1-2-2-1). La réalisation de la constriction avant s'accom
pagne de la mise en place d'une cavité arrière. La cavité du pharynx chère à Lieberman
apparaît donc ici automatiquement. La déformation est anti-symétrique ; elle est
simple et se concrétise par deux gestes rectilignes de d