INDICATEURS DE PATHOLOGIE DE LA VOIX Avec VOCALAB 4 Etienne.sicard@insa-toulouse.fr Anne.sicard2@orange.fr Mars 2016 www.vocalab.org > Pédagogie

Sommaire Introduction Altération de l’attaque Instabilité en Hauteur Instabilité en Amplitude Rapport Bruit/Signal Pauvreté Harmonique Exemples Limitations Synthèse Publications

Note Cette présentation utilise certaines fichiers sons de la base de données de voix pathologiques en ligne, accessible depuis www.vocalab.org > Base de données de voix

Introduction De nombreux outils évaluent la voix MDVP EVA2 PRAAT VOCALAB Ils se basent sur de nombreux indicateurs de pathologie Etude bibliographique conduite pour classer ces indicateurs http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836900

Introduction Indicateurs communs PRAAT Fondamental usuel moyen Etendue vocale Temps maximum de phonation (TMP) Instabilité en hauteur: Jitter , Jita, DDP, ratio, RAP, PPQ5, jDDP Instabilité en amplitude: Shim, ShdB, APQ3, APQ5, APQ11, ADDP Bruit : HNR Marqueurs spécifiques : Ruptures et irrégularités : FLUF, DVB EVA Fondamental usuel moyen Etendue vocale Temps maximum de phonation (TMP) Aire dynamique vocale Instabilité en hauteur : JittA, Jitt Factor, Jitt Ratio, vF0, RAP Instabilité en amplitude : Shim Factor, APQ Bruit : Sr, Sr>1KHz Marqueurs spécifiques : Débit : pression, rendement, efficacité, fuite, résistance glottique MDVP Fondamental usuel moyen Etendue vocale Temps maximum de phonation (TMP) Aire dynamique vocale Instabilité en hauteur: PPQ, Jitt, RAP, Jita, sPPQ , STD, vf0, Instabilité en amplitude: APQ, Shim, ShdB, sAPQ, vAm Bruit : VTI, NHR, SPI , FTRI, ATRI Harmoniques : DSH, NSH Marqueurs spécifiques : Ruptures et irrégularités : DVB, DUV, NVB, NUV VOCALAB Fondamental usuel moyen Etendue vocale Temps maximum de phonation (TMP) Aire dynamique vocale Rapports s/z, a/z VOCALAB 4 Instabilité en hauteur Instabilité en amplitude Rapport Signal/Bruit Pauvreté harmonique Marqueur spécifique : Altération de l’attaque http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836900

Introduction New ! 5 indicateurs: d'altération de l'attaque du son d'instabilité en hauteur associé au portrait de phase d'instabilité en amplitude de rapport bruit / signal de pauvreté harmonique Indicateurs de pathologie de la voix Portrait de phase Onglet « Indicateurs » AS004

Normalisation Indicateurs normalisés, facilitant l’interprétation : seuil voix normale/voix pathologique autour de 1.0 pour tous les indicateurs Valeur < 0.8 : vert 0.8 < Valeur < 1.5 : orange Valeur > 1.5 : Rouge Le calcul porte sur: Le son entier (par défaut) Une seconde après l’attaque Zone sélectionnée par le thérapeute

Normalisation Histogramme des Voix normales Histogramme des voix pathologiques Probabilité 0.0 1.0 2.0 3.0 Indicateur Les voix normales ont la plupart des indicateurs dans le vert Les voix pathologiques ont certains indicateurs dans le rouge

Normalisation Les voix normales ont la plupart des indicateurs dans le vert (un ou deux parfois dans l’orange) Les voix pathologiques ont certains indicateurs dans le rouge (ici: pauvreté harmonique, bruit/signal)

Altération de l’Attaque L’attaque est déterminante dans l’analyse. Elle est révélatrice du mode de fonctionnement laryngé Le « coup de glotte » est souvent associé à une hyperkinésie laryngée. Se retrouve dans les dysphonies, le bégaiement ainsi que certaines dysarthries. L’attaque est à travailler afin de réduire le régime d’instabilité qui suivra ce démarrage violent. Zone d’attaque dure AS011

Altération de l’Attaque Evalue les caractéristiques dans les 300 ms qui succèdent à l'attaque du son. Début: trait noir vertical Fin: trait vertical vert. Le marqueur d'attaque évalue : L'instabilité en hauteur L'instabilité en amplitude par rapport à une rampe idéale Le bruit par rapport aux harmoniques de la voix 300 ms

Altération de l’Attaque Après rééducation Stable en hauteur Attaque moins dure Encore des traces de bruit Avant rééducation Instabilité en hauteur Attaque dure Bruit significatif Instabilité en amplitude AS013 avant AS013 après

Instabilité en Hauteur Caractérise la variation de la fréquence fondamentale au cours du temps Liée à l’intégrité des structures anatomiques et fonctionnelles du larynx. Instabilités dans les dysphonies organiques (œdème, kystes et polypes) qui altèrent les propriétés vibratoires, les dystonies laryngées et certaines pathologies neurologies (dysarthries) L’instabilité en hauteur est corrélée au Jitter de la fréquence fondamentale F0 Variation de la hauteur de la voix au cours du temps Variation du fondamental de la voix (F0)

Instabilité en Hauteur Le zoom 0-1000 Hz permet de mieux voir F0 Indicateur d’instabilité en hauteur. basé sur l'évaluation de F0, qui apparait sous forme d'un trait noir horizontal en superposition à l'harmonique la plus basse traduit la variation de la fréquence fondamentale au cours du temps. Indicateur d’instabilité en hauteur > 1.0 F0 instable Portrait de phase illustrant l’instabilité de F0 AS009 avant

Instabilité en Hauteur Indicateur d’instabilité pathologique Indicateur d’instabilité non pathologique Portrait de phase décentré Portrait de phase centré AS005 AS005 Sélection d’une portion de signal instable L'instabilité en hauteur est significativement au dessus de 1.0. Le portrait de phase est décentré à cause de l’instabilité de F0 Sélection d’une portion de signal stable L'instabilité en hauteur est sous le seuil de pathologie (1.0). Le portrait de phase est centré sur F0

Instabilité en Hauteur Portait de phase. Autre représentation graphique de l’instabilité en hauteur Ecart de F0 au cours du temps par rapport au F0 moyen. La version dans VOCALAB définit 3 zones: Au centre, le signal stable en hauteur (vert) Un peu éloigné, un signal moins stable (jaune) Encore plus éloigné, un signal fortement éloigné (rouge) Le comportement chaotique correspond à des points éparpillés dans l’espace (erratiques) 0.82 0.30 6.18 1.34

Instabilité en Hauteur Instabilité en hauteur au cours du temps La variation de l'indicateur d'instabilité d’un son pré-enregistré est dessinée au cours du temps. On retrouve les portions stables et instables du signal, corrélées directement avec les fluctuations plus ou moins importantes du fondamental F0 Zone plutôt instable Zone plutôt stable Seuil de pathologie AS005 Onglet « Instabilité en Hauteur » Cet écran permet au patient de s’ajuster précisément à l’aide du thérapeute et de contrôler ce paramètre isolément . Il fait ainsi un lien direct entre ce qu’il entend, ce qu’il sent et ce qu’il voit.

Instabilité en Hauteur Instabilité en hauteur en temps réel. La variation instantanée de l'indicateur d'instabilité est dessinée en temps réel, en parallèle avec le spectrogramme. L’indicateur passe sous la barre de 1.0 sur les portions stables et au-dessus sur les portions instables. Cet écran permet de repérer d’un seul coup d’œil les portions normales et les portions pathologiques Zone plutôt instable Zone plutôt stable Seuil de pathologie Accès au mode temps réel Cet écran permet au patient de s’ajuster précisément à l’aide du thérapeute et de contrôler très finement la qualité de la mise en vibration des cordes vocales

Instabilité en Amplitude Indicateur d’instabilité en amplitude. Changements de couleurs au cours du temps, éraillures Indicateur proche du Shimmer moyen-terme. Par défaut, le calcul porte sur l'ensemble du son. Sélectionné dans le spectrogramme d’une portion du signal où l'instabilité en amplitude est la plus élevée. Indicateur d’instabilité en amplitude Amplitude instable AS014

Instabilité en Amplitude Onglet puissance L’instabilité en amplitude est aussi illustrée grâce à l’onglet « puissance ». Le contrôle de l’intensité est lié à la pression expiratoire. Celle-ci doit être finement régulée par le jeu des muscles respiratoires Zone plutôt instable Zone plutôt stable AS014 Onglet « Puissance » Une certaine souplesse diaphragmatique associée à un maintien de l’écartement des côtes flottantes permet d’assurer une pression expiratoire adaptée à l’intensité adaptée aux modalités d’interaction.

Rapport Bruit/Signal Indicateur Bruit/Signal L’indicateur de bruit effectue une analyse du rapport entre l’amplitude des harmoniques et l’amplitude du bruit, dans la zone de 500 à 5000 Hz Le coefficient est normalisé de façon à obtenir 1.0 quand le niveau du bruit atteint, par rapport au niveau des harmoniques, un seuil pathologique.

Rapport Bruit/Signal Eraillures Détecteur d’éraillures Eraillures L’indicateur comptabilise aussi la présence de sous-harmoniques entre les harmoniques L’éraillure entraine une augmentation importante de l’indicateur Visible avec le bouton « Eraillures » Présence de sous-harmoniques Visualisation des résultats du détecteur d’éraillures au dessus du spectrogramme AS008

Rapport Bruit/Signal Indicateur Bruit/Signal Le spectrogramme révèle la présence de bruit entre les harmoniques, particulièrement visible dans la bande 700-1800 Hz. Dans ce cas, le niveau de bruit normalisé indique une valeur au dessus du seuil de pathologie. Bruit entre les harmoniques Indicateur pathologique SP029 Elle est liée à la qualité de fermeture des cordes vocales. Faibles valeurs Dans les immobilités laryngées, fuite glottique, hypokinésie ou visible aussi pour le serrage

Rapport Bruit/Signal Bruit/Signal au cours du temps L’onglet « bruit/signal » permet de tracer en temps différé ou en temps réel l’évolution du marqueur au cours du temps Accès au mode temps réel Onglet « Bruit/Signal » Pour obtenir une certaine propreté spectrale, le patient doit obtenir une bonne impédance ramenée sur le larynx, sans serrage mais en obtenant un accolement tonique et souple des cordes vocales sans compensation. SP029

Pauvreté Harmonique Pauvreté harmonique L’indice de pauvreté harmonique lié aux nombre d'harmoniques correspondant aux fréquences de 75 à 2500 Hz Voix normale : indicateur < 1.0 Nombreuses harmoniques 0-2500 Hz Indicateur normal AS003

Pauvreté Harmonique Pauvreté harmonique Voix pathologique : indicateur > 1.0 Très peu d’harmoniques 0-1000 Hz Indicateur pathologique AS005

Exemples AS006 – Enfant, 8 ans, nodule cordes vocales Bilan: Bruit: serrage Instabilité en hauteur Axes thérapeutiques: Décontraction péri-laryngée Diminuer l’hyper-adduction Travail de l’attaque Travail des sons à faible intensité Confort vocal AS006 - Avant

Exemples AS009 – Femme, 64 ans, Dysphonie Bruit et instabilité lors de l’attaque Instabilité en hauteur importante Peu d’harmonique Axes thérapeutiques: Pression expiratoire Diminuer les mouvements compensatoires AS009 - Avant

Exemples AS009 – Femme, 64 ans - Dysphonie Après rééducation: Attaque avec trace d’éraillure et augmentation de la hauteur Moins d’instabilité en hauteur Grande richesse harmonique AS009 - Après

Exemples AS009 – Femme, 64 ans - Dysphonie Comparaison Avant/après disponible depuis la fiche patient. Les indicateurs de pathologie sont en net diminution AS009

Exemples AS013 – Femme, 44 ans - Oedème de Reinke Bilan: Attaque dure et instable Instabilité en hauteur Transitoires Perte harmonique Axes thérapeutiques: Améliorer la pression expiratoire Améliorer le rendement laryngé Travailler la qualité de fermeture glottique Améliorer l’attaque et la durée de phonation Améliorer la richesse harmonique AS013 - Avant

Exemples AS013 – Femme, 44 ans Oedème de Reinke Après 15 séances: Attaque stable Bonne stabilité en hauteur Encore un peu de variation d’amplitude Richesse harmonique encore insuffisante Important: auto-évaluation du patient AS013 - Après

Exemples AS013 – Femme, 44 ans Oedème de Reinke Comparaison avant/après rééducation AS013

Limitations Altération de l’attaque De très grands sauts de F0 sont possible lors de l’attaque L’indicateur prend alors une valeur très élevée F0 F0 F0 MD002 F0

Limitations Instabilité en hauteur Le détecteur de F0 peut s’accrocher sur du bruit basse fréquences Des sauts sont visibles sur la ligne de détection de F0 Ces sauts augmentent fortement l’indicateur d’instabilité en hauteur Ligne F0 discontinue MD001-v1

Limitations Instabilité en hauteur L’augmenter du niveau de détection de F0 à 160 Hz permet de détecter correctement F0 Valeur au dessous du bruit, en dessous de F0 L’indicateur d’instabilité redevient correct Ligne F0 continue Seuil 160 Hz MD001-v1

Limitations Si F0 est trop faible, le détecteur n’est pas évalué Il peut éventuellement s’accrocher sur des harmoniques élevées d’énergie significative F0 détecté F0 ignoré Médiathèque\a-60dB

Limitations Instabilité en intensité La portion de voyelle analysée doit être stable Si plusieurs voyelles enchaînées, les ruptures de puissance sont comptabilisées Il faut sélectionner et ne garder qu’une portion stable de la voyelle SP011

Synthèse VOCALAB dispose de 5 indicateurs de qualité de la voix Ces indicateurs donnent des informations utiles pour le bilan et la rééducation L’analyse de l’évolution avant/après rééducation est simplifiée Les indicateurs peuvent s’avérer plus performants que l’oreille exercée Différents effets parasites peuvent perturber les valeurs des indicateurs, notamment quand le signal est trop faible et la chaîne d’acquisition bruitée

Publications Sicard, E., Menin-Sicard, A. , Perriere, S. (2014), « Construction d’une base de données de voix pathologiques pour la recherche orthophonique » - N°257 pp.177-202 - Recherche en orthophonie et identité professionnelle, Rééducation Orthophonique, 2014, http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00968599 Sicard, E., Menin-Sicard, A., Perriere, S. (2013) " Développement et validation d'outils de mesures de la qualité de la voix dans le logiciel VOCALAB ", Glossa, N°113, pp. 63-80, Dec. 2013 , http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00977731 Sicard, E. , Menin-Sicard, A. (2013) "Utilisation des marqueurs de pathologie avec VOCALAB 37", Dossier spécial « L’évaluation vocale » Rééducation Orthophonique, n°254, http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836912 Menin-Sicard, A. (2013) Editrice invitée, dossier spécial « L’évaluation vocale » Rééducation Orthophonique, n°254 Sicard, E., Menin-Sicard, A. , (2013) "Etude Bibliographique sur les Indicateurs de Pathologie de la Voix", http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836900 Perrière, S., (2013) "La voix en images : comment l’évaluation objectivée par logiciel permet d’optimiser la prise en charge vocale ». Dossier spécial « L’évaluation vocale » Rééducation Orthophonique, n°254 http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00872413