Techniques expérimentales pour la caractérisation mécanique de maquettes in vitro de cordes vocales

National audienceLa validation des modèles élaborés en production vocale nécessite la mise au point de dispositifs in-vitro simples mais pouvant reproduire des phénomènes physiques impliqués dans la production vocale humaine. Depuis les travaux de Van den Berg (1957), de nombreuses maquettes ont été développées avec une complexité croissante. Dans cette communication, nous nous intéressons à la caractérisation mécanique des structures vibrantes, dont la connaissance est indispensable à la reproductibilité et la répétabilité des mesures ultérieures sur la maquette ainsi qu'à l'analyse des résultats. Plusieurs techniques expérimentales sont testées sur une maquette de cordes vocales. Les résultats sont comparés en fonction des différents principes de mesure (vibrométrie laser, mesure de l'ouverture glottique, accéléromètres piézo-électriques), actionneurs (pot vibrant et source acoustique) et types d'excitation (fréquence par fréquence, sinus glissant et bruit large bande)

Etude de l'Effet de Masses Ajoutées sur la Production de Sons Voisés

National audienceL'objectif de ce travail est la compréhension et la modélisation physique des troubles de la voix associés à la présence d'excroissances à la surface d'un ou des deux plis vocaux. Si les conséquences de la présence de kystes, nodules et polypes ont été largement étudiées du point de vue perceptif avec des descripteurs essentiellement basés sur le signal acoustique, nous nous intéressons ici à la compréhension de l'origine des phénomènes physiques sous-jacents à la production normale ou pathologique de la voix. La présence d'une excroissance peut mener à des perturbations diverses, comme une modification locale de masse volumique ou d'élasticité des tissus biologiques, une mise en concurrence dues à l'asymétrie entre les plis, et/ou un changement substantiel de l'écoulement glottique. Une réplique expérimentale en latex des cordes vocales a été élaborée, permettant un maintien et un positionnement de masses rigides de dimension et masse variables. Des caractérisations mécaniques et des mesures de seuils d'oscillation ont été réalisées. Ces résultats sont comparés à ceux issus de simulations et d'analyse linéaire de stabilité sur une extension du modèle simplifié à deux masses

Laser scanning vibrometry and modal analysis to characterize a vocal fold replica

International audienceVocal folds are composed of elastic, soft, multilayer material, and are set to various vibration regimes during phonation, while speaking or singing. To explore such vibration phenomena, a vocal folds replica has been built, allowing to control physical parameters (subglottal pressure, vocal folds stiffness, and glottal aperture) in order to understand their respective contribution. Vocal folds are imitated by latex tubes filled with water under variable pressure. The present study aims at presenting mechanical measurements performed on a single vocal fold replica by means of a shaker provided with an accelerometer in conjunction with a laser vibrometer. This vibration measurement protocol yields a series of frequency response functions over a specific area of the vocal fold. Modal analysis is then performed using an algorithm based on the least square complex exponentials (LSCE) method, which has been developed for single input-multiple output (SIMO) systems. Results are further compared with those from the rational fraction polynomial (RFP) method. Although results are in fair accordance, the observed discrepancies are quantified and discussed

Hydro-elastic finite element model of a vocal fold replica

International audienceExperimental vocal fold replicas are currently used in speech production studies in order to validate simplified models on controllable devices. In addition to in-situ mechanical characterization, it is important to be able to understand their behavior when changing assembly properties or using parameters control to tune the folds, by developing a model able to predict their static and dynamic motions. This also enables to describe more complex vibration behaviors which could be harder to observe experimentally. This paper first presents a hydro-elastic finite element model of a single vocal fold. Numerical results are discussed, along with a parametric analysis. Then this model is extended to take into account the effect of the water pressure on the inflation of the folds and on the resonance frequencies. A hyper-elastic calculation is first used to simulate the latex inflation. An updated Lagrangian approach processes it as a pre-stress term in a modal analysis calculation for the small amplitude vibrations of the hydro-elastic structure, which allows to model the water pressure influence on the mechanical resonances of the simulated replica

Angiotensin Converting Enzyme and Angiotensin II Type 1 Receptor Polymorphisms in Patients with Coronary Aneurysms

BACKGROUND: Conflicting results have been reported regarding the association of gene polymorphisms in the renin-angiotensin system (RAS) with different aspects of coronary artery disease (CAD), such as myocardial infarction, neointimal hyperplasia or coronary artery vasomotion. Since previous studies have linked angiotensin II to aneurysmal disease, our study hypothesis was that RAS gene polymorphisms may be associated with aneurysm remodeling in response to CAD. METHODS: The study population was selected from a series of 3862 consecutive patients who underwent coronary angiography in our institution. One hundred and thirteen consecutive patients with at least one coronary aneurysm (CA) were compared to 226 randomized control patients without CA. DNA was extracted from white blood cells. The angiotensin-converting enzyme (ACE) I/D and angiotensin type 1 receptor (AT1-R) A/C polymorphisms were detected using previously published techniques. RESULTS: The distributions of the three ACE genotypes were similar in both groups: CA: 13%, 46%, and 41% for II, ID, and DD respectively; controls: 18%, 41%, and 41% for II, ID, and DD respectively, p = 0.45. The distributions of the three AT1-R genotypes were also similar in both groups: CA: 54%, 41%, and 5% for AA, AC, and CC respectively; controls: 55%, 33%, and 12%, for AA, AC, and CC respectively, p = 0.08. CONCLUSION: Our results provide further information on the role of RAS polymorphisms on specific mechanisms implicated in CAD. Although an activated RAS may theoretically promote aneurysm formation, the 2 RAS polymorphisms analyzed in this study are not associated with this process in coronary arteries

Finite element model of a vocal fold replica

International audienceThe biomechanical parameters of the multiple tissue layer structure of the vocal folds are of primary importance in order to understand their vibrating behaviour during phonation. A lot of models have been used to study the complex inhomogeneous structure of the vocal fold and its influence on the dynamics involved during the flow-induced vibration. However one of the major problem is to link all the different parameters of the physical models with the anatomical and physiological reality. The aim of this paper is to develop and describe a Finite Element Model for the vocal folds, using the open-source software FreeFem++. The study will use different continuum based models with increasing theoretical complexity and geometrical details. Starting with a simple 2D single layered structure using a linear elastodynamics theory, the model will tend - through different steps - to a 3D structure using a hydroelastic coupling. All these models are systematically compared with in-vitro measurements. The focus of this comparison is firstly upon the modal analysis of the vocal fold. A setup of experimental modal analysis, is used to characterize the frequency response of the vocal fold replica. The frequency responses of the measurement and its corresponding finite element model can then be compared

New measurement method to derive mechanical parameters on a vocal fold replica

International audienceComprendre le comportement oscillatoire des cordes vocales lors de la phonation est nécessaire pour expliquer les nombreuses particularités des sons voisés en condition physiologique (mécanismes laryngés) ou pathologique (asymétrie fonctionnelle, polype). De nombreuses études in-vivo ont permis de récolter de précieuses données descriptives concernant ces conditions. Des hypothèses ont été formulées quant aux mécanismes physiques qui conduisent à ces comportements. Pour autant, la plupart des phénomènes intervenant restent inexpliqués ou du moins mal quantifiés. C'est pourquoi la modélisation physique des cordes vocales est un outil précieux pour étudier la phonation. Néanmoins, pour alimenter les modèles théoriques et leurs paramètres il faut avoir accès à des grandeurs qui souvent sont inaccessibles chez l'être humain. Ainsi, les caractéristiques mécaniques des cordes ont rarement été étudiées [1], [2]. Dans cette étude, nous utilisons le modèle à deux masses des cordes vocales couplé à un modèle d'écoulement de l'air respiratoire et à une description acoustique du conduit vocal. Les paramètres mécaniques des cordes vocales (masse, raideur, amortissement), nécessaires en entrée de ce modèle, sont déterminés au moyen d'un banc d'essai expérimental basé sur une maquette de cordes vocales [3], auquel est ajouté un nouveau dispositif de mesure de la réponse mécanique. La méthode proposée ici pour la mesure des paramètres mécaniques de la maquette des cordes vocales est une méthode déjà bien connue en vibrométrie, elle utilise un pot vibrant comme excitation vibratoire et un système optique pour mesurer la réponse des cordes vocales. Cette méthode permet notamment d'être plus précis sur la localisation de l'excitation vibratoire (donc de mesurer la réponse mécanique propre à chacune des cordes vocales) et de déterminer de façon exacte l'amplitude des pics de résonances. Ainsi on peut définir une valeur précise de la masse vibrante de chaque corde vocale. Dans ce papier nous présenterons les réponses mécaniques mesurées sur nos différentes maquettes de cordes vocales et nous évaluerons différentes méthodes d'excitation (tige relié au pot vibrant, maquette sur plateau vibrant...). Une comparaison (dynamique, précision, répétabilité) avec l'ancien système acoustique développé par Ruty et col. [3] sera également réalisée. Les maquettes de cordes vocales étant constituées de latex remplis de liquide dont on contrôle la pression, nous présenterons donc des mesures de réponses mécaniques faites avec différentes sortes de liquides (eau, huile, savon,...) afin de faire varier les paramètres mécaniques et d'observer l'influence sur la réponse mécanique et sa mesure

A set-up to test vocal-folds biomechanical models

International audienc

Modèle Éléments Finis d'un Pli Vocal Artificiel avec Couplage Hydro-élastique

National audienceLes répliques expérimentales de plis vocaux sont couramment utilisées dans l'étude de la production de parole. La caractérisation mécanique expérimentale in-situ des plis vocaux permet la validation de modèles numériques. Ces modèles peuvent alors servir à décrire des comportements vibratoires plus complexes et plus difficilement observables lors de la mesure. Les simulations présentées ici reposent sur une méthode éléments finis avec une formulation variationnelle du couplage hydro-élastique. Un premier calcul hyper-élastique simule le gonflement du latex soumis à la pression d'eau, ce résultat est ensuite reporté comme terme de précontrainte dans l'analyse modale des vibrations de petite amplitude du système hydro-élastique, permettant ainsi de caractériser l'influence de la pression d'eau sur les résonances mécaniques de la maquette simulée. Nous nous intéresserons ici aux différentes étapes nécessaires à la formulation variationnelle du problème complet, leur validation et la discussion sur les hypothèses réalisées. Les résultats d'études de convergence et études paramétriques du modèle numérique seront présentés et comparés aux résultats expérimentaux obtenus par une méthode de caractérisation mécanique des maquettes de plis vocaux, présentés dans une autre communication