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Traitement de l’information :la perception de la parole

Pr. Claude BonnetUniversité Louis Pasteur (Strasbourg 1)

Faculté de Psychologie et desSciences de l’Education

bonnet@imfs.u-strasbg.fr

Licence 2002-2003

UE2

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PSYCHOLOGIE COGNITIVE ET TRAITEMENT DE L'INFORMATION

Pr Claude BONNETINTRODUCTIONI. TRAITEMENT DE L'INFORMATION ET ACTIVITES MENTALES

I.1 La problématique du Traitement de l’InformationI.2 Physique des sons

1.2.1 Les sons purs1.2.2 Les sons complexes1.2.3 Les sons de parole

I.3 Méthodes expérimentales d’étude de la PerceptionI.3.1 Les temps de réactionI.3.2 Mesures psychophysiques de la sensibilitéI.3.3 Facteurs perceptifs et facteurs décisionnels

II LES PROCESSUS SENSORIELS DANS LA PERCEPTION DU LANGAGEII.2 Physiologie de l’audition

II.3. Description des sons de paroleII.4 Audibilité et compréhensibilité

III PERCEPTION DE LA PAROLEIII.1 Les étapes de traitementIII.2 Le lexique mentalIII.3 Interactions audio-visuelles

IV ROLE DES REPRESENTATIONS DANS LA PERCEPTIONIV.1 Les processus mnésiques dans la perceptionIV.2 Les représentations conceptuellesIV.3 Les représentations pragmatiques

CONCLUSIONS

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BIBLIOGRAPHIEBonnet 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.

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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

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• - 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

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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).

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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.

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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) transduction2) analyse sensorielle3) groupements4) interprétation cognitive5) décision sur la réponse6) production d’une réponse motrice

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Spécialisations

syntaxe

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Méthodes d’étude de la perception de la parole

• Physique des sons

• Les sons de paroles

• Psychoacoustique

• Imagerie cérébrale

• Neuropsychologie

• Neurophysiologie

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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.

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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.

http://www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition/

Temps (ms)

Temps

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Fréquence et amplitude d’un son pur

TEMPS (ms)

0 5 10 15 20 25 30 35

ampl

itude

0

1P = 7,25 ms

F = 137,7 Hz

P = 12 ms

F = 83,3 Hz

Un cycle = une période (P). La fréquence (F) est l’inverse de la période.

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Logarithmes

fréquences (Hz)

0 2000 4000 6000 8000 10000

log(

F)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

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

Le logarithme (de base 10) d’un nombre est la puissance de 10 de ce nombre :

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Echelles des décibelsPuissance acoustique en Watts (W) = énergie mécanique d’une source sonorePression acoustique en microPascals (Pa) niveau sonore qui atteint un récepteurIntensité 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.

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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.

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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)

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)

http://www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition/

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Sons complexes périodiquesThéorème de Fourier : tous les sons peuvent être décrits comme une somme de sons purs (sinusoïdaux) correctement choisis en fréquence en amplitude et en phase.

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

http://www.cermep.fr/docs/cinotti/sonaudit.pdf

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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.)

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Sons d’instruments de musiqueLes sons des instruments de musiques sont des sons complexes périodiques.

Exemples :

violon

hautbois

cor

violon

clarinette

hautbois

trompette

Jean-Claude Risset

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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.

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Sons de la voix humaine

« samedi »

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.

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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