Le Human Beatbox : aux limites des frontières de la production vocale humaine

Human Beatboxing : pushing the boundaries of human voice production

• Auteur / Autrice : Annalisa Paroni
• Direction : Nathalie Henrich-Bernardoni, Hélène Loevenbruck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie de la cognition, de l'interaction, de l'apprentissage et de la création
• Date : Soutenance le 05/09/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Benjamin Lecouteux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Susanne Fuchs, Claire Pillot-Loiseau, Shrikanth Narayanan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudio Zmarich, Sten Ternström

Mots clés

Mots clés contrôlés

Voix

Phonétique expérimentale

Mots clés libres

Phonétique expérimentale

Human beatbox

Production vocale artistique

Experimental phonetics

Human beatboxing

Artistic voice production

Résumé

Le human beatboxing (HBB) est un art vocal en pleine évolution : les beatboxeurs utilisent leurs organes vocaux pour imiter et créer des sons afin de faire de la musique. La clé de cet art est l'expérimentation vocale. Cependant, seules quelques études se sont penchées sur le beatbox jusqu'à présent. Les mécanismes de production et l'étendue de l'exploitation du conduit vocal humain que cet art permet d'atteindre restent largement inexplorés.Si d'une part, les sons de HBB sont produits de manière à ce que l'auditeur naïf ne comprenne pas l'origine humaine de cette production musicale, d'autre part, les beatboxers s'appuient fortement sur les sons linguistiques pour apprendre, enseigner et discuter des boxèmes (sons de HBB).Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons mené une enquête à multiples facettes pour caractériser les mécanismes de production de 5 boxèmes de base (kick, hi-hat, snare, rimshot, cymbale), en mettant en évidence ce qui est spécifique au HBB et ce qui est similaire aux homologues de la parole.Nous avons enregistré 6 beatboxers et analysé les données physiologiques de deux corpus, comprenant des données articulatoires, acoustiques, électroglottographiques, respiratoires et vidéo collectées de manière synchrone, et d'un corpus de données endoscopiques.Nous avons comparé les boxèmes de base kick, hi-hat, rimshot aux homologues parlés [pu, ti, ka] et avons constaté que les trois boxèmes étaient produits comme des articulations occlusives et partageaient le lieu d'occlusion avec les consonnes parlées. Cependant, alors que les consonnes étaient produites par un flux d'air pulmonaire, les boxèmes étaient produits par une action de piston glottique. Ce mouvement laryngé a affecté le mouvement de la langue dans la cavité orale. Des vitesses articulatoires plus élevées lors du relâchement de l'occlusion ont été mesurées pour les boxèmes.Le comportement respiratoire différait entre la parole et le HBB. Pour les tâches de parole, un schéma d'inspiration suivi d'une expiration pendant la production du son a été décrit. Pour les tâches de HBB, un comportement spécifique au HBB a été décrit, avec une tendance à stabiliser la circonférence thoracique et éventuellement abdominale pendant la production du son, et des petites variations locales accompagnant la production acoustique. L'inspiration pendant la production sonore peut être réalisée en passant d'un mécanisme égressif à un mécanisme ingressif pour certains boxemes. Cependant, une variabilité inter-sujet et inter-stimuli a été observée.Nous avons étudié 12 boxèmes appartenant à 5 catégories de sons de batterie (kick, hi-hat, rimshot, snare, cymbales) produits par un beatboxer et avons constaté qu'une classification automatique non supervisée était capable de regrouper correctement les données acoustiques, suggérant que chaque boxème a sa propre signature acoustique. Une variété de gestes articulatoires a été décrite, certains différents de ceux attestés en parole, et une annotation phonétique utilisant l'alphabet IPA a été proposée, soulignant la complexité de la production sonore et les limites de l'annotation basée sur la parole pour les sons de HBB.Deux types de HBB ont été comparés : régulier et humming. La technique du humming permet aux beatboxeurs de superposer une ligne mélodique à une ligne rythmique, alors que le HBB régulier ne permet de produire que l'un ou l'autre à la fois. Cependant, la manière dont cela est réalisé n'est pas très bien décrite d'un point de vue scientifique. Nous avons constaté que les mécanismes respiratoires et articulatoires sont liés dans le HBB régulier, alors que en humming, ils sont dissociés. La cavité orale est isolée du reste du conduit vocal et fonctionne seule pour produire la ligne rythmique via un mécanisme d'initiation oral. Cela laisse la partie en amont du conduit vocal disponible pour la respiration ou la production de la ligne mélodique. Les vocalisations se propagent à travers les cavités nasales.

Human beatboxing (HBB) is a rapidly evolving vocal art: beatboxers use their phonation organs to imitate and create sounds to make music. The key to this art is vocal experimentation. However, only a few studies have investigated beatbox sounds so far. The production mechanisms and the extent of paralinguistic exploitation of the human vocal tract this art achieves remain widely unexplored.If on the one hand HBB sounds are produced so that the naive listener does not fathom the human origin of this musical production, on the other hand, beatboxers heavily rely on speech sounds to learn, teach and discuss boxemes (beatbox sounds).Through this thesis work we have conducted a multifaceted investigation to characterize the production mechanisms of 5 basic drum-set boxemes (kick, hi-hat, snare, rimshot, cymbal), highlighting what is specific to HBB and what is similar to speech counterparts.We recorded 6 beatboxers and analyzed physiological data from two corpuses, comprising synchronously collected articulatory, acoustic, electroglottographic, breathing, and video data and from one corpus of endoscopic data.We compared the basic boxemes kick, hi-hat, rimshot to the speech counterparts [pu, ti, ka] and found that the three boxemes were produced as occlusive articulations and shared place of occlusion with the speech consonants. However, where speech consonants were produced via a pulmonic airstream, boxemes were produced via a piston-like action of the glottis. This laryngeal movement affected the motion of the tongue in the oral cavity. Higher articulatory speeds at occlusion release were measured for boxemes.Breathing behavior differed between speech and HBB. For speech tasks, a pattern of air intake followed by exhalation during sound production was described. For HBB tasks, especially the longer tasks, a HBB-specific behavior was described, where a tendency emerged to stabilize the thoracic and possibly the abdominal circumference during sound production, and small local variations accompanied the acoustic production. Air intake during sound production could be achieved by switching from an egressive to an ingressive airstream mechanism for certain boxemes, such as hi-hat. However, inter-subject and inter-stimuli variability was observed.We investigated 12 boxemes belonging to 5 drum categories (kick, hi-hat, rimshot, snare, cymbals) produced by a beatboxer and found that an automatic unsupervised classification was able to distinguish and correctly cluster together the acoustic data, suggesting that each boxeme has its own acoustic signature. A variety of articulatory gestures was described, some different from those attested in speech, and a phonetic annotation using the IPA alphabet was proposed, highlighting the complexity of sound production and the limits of speech-based annotation for HBB sounds.We contrasted two different kinds of HBB production: regular vs humming. The humming technique allows beatboxers to superpose a melodic line to a rhythmic line, whereas regular HBB allows only for one or the other to be produced at a time. However, how this is achieved is not very well described from a scientific standpoint. Based on our articulatory and breathing data, we found that breathing and articulatory mechanisms are related in regular HBB, whereas in the humming technique they are dissociated. The vocal tract is configured so that the oral cavity is isolated from the rest of the vocal tract and functions on its own to produce the rhythmic line via an oral initiation mechanism where the airstream is generated by tongue or cheek action. This leaves the upstream part of the vocal tract (laryngeal and pharyngeal spaces) available for breathing or producing the melodic line. In the latter case, the humming sound source generated by vocal-fold vibration is propagated into the nasal cavities. This is a skillful and original use of the vocal tract, regularly performed by beatboxers.