Pourquoi la voix des hommes est-elle plus grave que celle des femmes ?
― À la mue, les « cordes » de la gorge s'allongent et s'alourdissent
Ce qui fixe la hauteur de la voix, ce sont deux petits replis au fond de la gorge : les cordes vocales. Elles vibrent comme une corde de guitare. Plus la corde est longue ou lourde, plus le son est grave. Chez un garçon, les cordes vocales ont presque la même longueur que chez une fille. En quelques années de mue, elles s'allongent d'environ 1,6 fois et s'épaississent aussi.
À l'école primaire, garçons et filles chantaient avec la même voix aiguë.
Puis, au collège, la voix des garçons se met soudain à se casser, à partir dans les aigus. Un an ou deux plus tard, c'est déjà une voix grave d'adulte.
Au téléphone, on devine le plus souvent si l'on parle à un homme ou à une femme. D'où vient cette différence dans le corps ?
Deux raisons seulement expliquent une voix plus grave
Plus une corde est longue, plus elle vibre lentement. La partie qui vibre des cordes vocales d'un homme adulte est environ 60 % plus longue que celle d'une femme.
Tirée avec la même force, une corde lourde ne vibre que lentement. C'est pour cela que les cordes graves d'une guitare sont épaisses.
Dans les deux cas, ce sont les hormones masculines, plus abondantes à la puberté, qui font grandir la charpente de la gorge (le larynx). La pomme d'Adam qui saille est le signe que cette charpente s'est avancée vers l'avant.
La voix naît de plus de 100 ouvertures et fermetures par seconde
Les cordes vocales sont deux replis mous, un de chaque côté, placés derrière la pomme d'Adam. Quand on retient son souffle ou qu'on émet un son, elles se ferment l'une contre l'autre.
L'air chassé des poumons les repousse par en dessous. Quand l'air s'échappe, les replis se referment par leur élasticité. Ce va-et-vient se répète environ 100 à 130 fois par seconde chez un homme adulte, et 190 à 230 fois chez une femme. Ce nombre donne directement la hauteur de la voix.
La figure 1 montre le lien entre la longueur des cordes vocales et le nombre de vibrations. Changez la longueur avec le curseur. Plus elle augmente, plus les ondes s'espacent et plus le son devient grave.
La longueur seule explique l'essentiel de l'écart entre hommes et femmes
Le nombre de vibrations d'une corde est inversement proportionnel à sa longueur. Si la longueur double, la fréquence est divisée par deux : le son descend d'une octave.
Selon les estimations courantes en recherche sur la voix, la partie vibrante des cordes vocales mesure environ 1,6 cm chez un homme adulte et environ 1,0 cm chez une femme. Le rapport des longueurs est de 1,6. La hauteur réelle de la voix est d'environ 120 hertz chez l'homme et autour de 200 hertz chez la femme, soit là aussi un écart d'environ 1,6. La seule différence de longueur explique donc la plus grande partie de l'écart.
S'y ajoutent l'épaisseur et le poids. Chez l'homme, la couche musculaire des cordes vocales est plus épaisse, et la partie qui vibre est plus lourde. Une corde lourde, tendue avec la même force, réagit plus mollement et donne un son plus grave.
Pendant la mue, le larynx grandit beaucoup en un an ou deux seulement. Or la façon d'utiliser les muscles qui règlent la tension des cordes vocales a été apprise sur de petites cordes. On n'arrive donc plus à viser la bonne hauteur, et la voix part de travers. Quand le corps s'habitue à son nouvel instrument, ces dérapages disparaissent d'eux-mêmes.
On croit souvent que la mue ne concerne que les garçons. En réalité, les cordes vocales des filles s'allongent un peu à la puberté, et leur voix devient légèrement plus grave. Le changement est si faible qu'on le remarque à peine.
Pour résumer
La hauteur de la voix dépend du nombre d'ouvertures et de fermetures des cordes vocales par seconde. Comme une corde d'instrument, plus elles sont longues et lourdes, plus elles vibrent lentement. Chez un garçon, pendant la mue, les cordes vocales s'allongent jusqu'à environ 1,6 fois celles d'une femme et s'épaississent. La voix descend ainsi d'environ une octave et devient la voix grave d'un homme adulte.
La gravité de la voix, c'est la longueur de la « corde » au fond de la gorge.
La mue, ce sont quelques années pendant lesquelles l'instrument lui-même est reconstruit.
Pourquoi sa propre voix enregistrée semble celle d'un inconnu : voir « Pourquoi ma voix enregistrée me semble-t-elle celle d'un autre ? ». Comment une colonne d'air se met à sonner : voir « Pourquoi un « ouuh » sort-il quand on souffle sur le goulot d'une bouteille ? ».
- Posez doucement un doigt près de la pomme d'Adam et dites « aaah » en montant lentement du grave à l'aigu. Vous sentrez la charpente de la gorge remonter un peu et les vibrations devenir plus fines.
- Passez un élastique autour de deux doigts et pincez-le. Comparez la hauteur du son quand vous écartez les doigts (élastique long) et quand vous les rapprochez (élastique court). La tension change aussi : vous verrez que la longueur n'est pas seule en cause, la façon de tendre compte aussi.
- Avec une application d'accordeur sur smartphone, mesurez la hauteur de la voix de vos proches. Entre un homme adulte et une femme, l'écart devrait être de 1,5 à 2 fois environ.
La hauteur de la voix parlée varie même au sein d'une phrase. Mesurez plusieurs fois et retenez la valeur la plus fréquente.
Pour aller plus loin ― termes, formules, lien avec les manuelsDu collège à l'université : le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeProgramme de sciences au collège
- LycéeProgramme de « physique » et de « biologie » au lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéMatière spécialisée de l'université, non vue au lycée (science de la voix, acoustique)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient en ce moment, qui ne sont pas encore enseignés comme acquis
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Cordes vocales : deux replis de muscle et de muqueuse, un de chaque côté, dans le larynx. Ils vibrent et produisent le son de base de la voix.
- Fréquence fondamentale : nombre d'ouvertures et de fermetures des cordes vocales par seconde. On l'entend comme la hauteur de la voix. Son unité est le hertz.
- Mue : changement de la hauteur et du timbre de la voix, quand le larynx et les cordes vocales grandissent à la puberté.
CollègeLycéeVérifier avec une formule : calculer la hauteur de la voix à partir de la longueur des cordes vocales
Si l'on assimile les cordes vocales à une corde bien tendue, la fréquence de vibration s'estime avec la formule de la corde. Calculons la hauteur de la voix d'un homme et d'une femme.
| En symboles | f ＝ ( 1 ÷ 2L ) × √( σ ÷ ρ ) ＝ c ÷ 2L |
| En mots | fréquence ＝ vitesse de l'onde le long de la corde ÷ (2 fois la longueur de la corde) |
| D'où vient cette formule | Pour une corde fixée aux deux bouts, le temps que met l'onde pour aller d'un bout à l'autre et revenir correspond à une vibration (mode propre de la corde, loi de Mersenne). La vitesse de l'onde dépend de l'équilibre entre la force de tension et le poids de la corde. |
| Symbole | Sens et unité |
| f | Nombre de vibrations des cordes vocales par seconde (fréquence fondamentale), en hertz |
| L | Longueur de la partie vibrante des cordes vocales, en mètres |
| σ | Intensité de la force de traction sur les cordes vocales, par mètre carré de section, en pascals |
| ρ | Masse volumique du tissu des cordes vocales, en kilogrammes par mètre cube |
| c | Vitesse de l'onde dans les cordes vocales (racine carrée de σ÷ρ), en mètres par seconde |
| Partie vibrante des cordes vocales d'un homme adulte | environ 1,6 cm ＝ 0,016 m |
| Partie vibrante des cordes vocales d'une femme adulte | environ 1,0 cm ＝ 0,010 m |
| Partie vibrante des cordes vocales d'un enfant | environ 0,7 cm ＝ 0,007 m |
| Vitesse de l'onde c dans les cordes vocales | estimée à environ 4 m par seconde pour une voix parlée |
| Homme : 2 fois la longueur | 2 × 0,016 ＝ 0,032 |
| Hauteur de la voix de l'homme | 4 ÷ 0,032 ＝ 125 hertz |
| Femme : 2 fois la longueur | 2 × 0,010 ＝ 0,02 |
| Hauteur de la voix de la femme | 4 ÷ 0,02 ＝ 200 hertz |
| Enfant : 2 fois la longueur | 2 × 0,007 ＝ 0,014 |
| Hauteur de la voix de l'enfant | 4 ÷ 0,014 ≒ 286 hertz |
| Rapport femme/homme | 200 ÷ 125 ＝ 1,6 |
Même en prenant la même vitesse d'onde pour les deux sexes, les valeurs calculées concordent bien avec la voix parlée réelle (homme environ 120, femme environ 200 hertz). De l'enfant à l'homme adulte, on passe d'environ 286 à 125, soit moins de la moitié : le calcul donne presque une octave de moins. L'écart de 1,6 entre hommes et femmes correspond, au piano, à environ 8 touches, blanches et noires comptées ensemble.
LycéeLycée+La hauteur de la voix et son « timbre » sont deux choses distinctes
LycéeLa fréquence propre d'une corde s'apprend en physique, au chapitre des vibrations de corde. Quand on augmente la tension, l'onde va plus vite et le son monte. Si l'on peut changer la hauteur de sa voix en parlant, c'est que les muscles qui tirent les cordes vocales règlent finement leur tension.
Lycée+Le son produit par les cordes vocales résonne dans la gorge et la bouche avant de sortir. Les pics de résonance de cet espace s'appellent les « formants ». Chez l'homme, le conduit vocal est aussi plus long, donc non seulement la hauteur, mais aussi le timbre est plus grave. Voilà pourquoi une voix d'homme reste reconnaissable même quand il parle en voix de fausset.
UniversitéPourquoi les cordes vocales continuent-elles de vibrer ?
Le fait que les cordes vocales vibrent en continu grâce au seul souffle s'explique par la théorie myoélastique-aérodynamique. À l'ouverture et à la fermeture, la direction de la force de poussée de l'air sur les replis est décalée. Ce décalage ajoute à chaque cycle un peu d'énergie, et l'oscillation se maintient. La « théorie corps-couverture », qui sépare les cordes vocales en deux couches, une « couverture » souple en surface et un « corps » musculaire à l'intérieur, a été proposée par Minoru Hirano, un oto-rhino-laryngologiste japonais. Pour les différences de voix entre hommes et femmes, l'analyse de Titze, qui les décompose en longueur, épaisseur et tension, est souvent citée.
📖 Dérivation de la formule et approfondissements : Cordes vocales (Wikipédia en japonais) ／ Titze (1989), différences physiologiques et acoustiques entre voix d'hommes et de femmes
RechercheCe qu'on ne sait pas encore bien
- Les différences individuelles dans le début de la mue. La seule quantité d'hormones n'explique pas assez bien l'âge de début ni l'ampleur du changement.
- Le sens évolutif d'une voix grave. Selon une hypothèse, une voix grave aurait servi de signal de la taille du corps. Mais on discute encore de la part qui revient à l'évolution.
- Pourquoi la voix change avec l'âge. Chez les personnes âgées, la voix des hommes tend à devenir un peu plus aiguë et celle des femmes un peu plus grave. Le lien avec les changements des tissus est encore à l'étude.
Le contenu de cet article n'est donc qu'une explication « dans l'état actuel des connaissances ». La formule de la corde n'est qu'une estimation très simplifiée de vraies cordes vocales vivantes.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : « propriétés du son » | Fréquence et hauteur, longueur de corde et son |
| Lycée | Physique : « vibrations de corde », biologie : « hormones » | Formule de la corde, croissance du larynx à la puberté |
| Lycée+ | Physique, approfondissement : « résonance » | Formants et timbre de la voix |
| Université | Science de la voix, acoustique | Théorie myoélastique-aérodynamique, théorie corps-couverture |
| Recherche | Physiologie de la voix, biologie évolutive | Différences individuelles de mue, sens d'une voix grave |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Comprendre les enfants en mue, santé de la voix |
- I. R. Titze (1989) Physiologic and acoustic differences between male and female voices, The Journal of the Acoustical Society of America
- I. R. Titze, Principles of Voice Production (manuel sur la production de la voix)
- Wikipédia en japonais, « 声帯 » (cordes vocales)
- Wikipédia en japonais, « 変声 » (mue de la voix)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique pour le grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur pour comprendre le mécanisme. Si un enrouement ou une douleur dure longtemps, consultez un oto-rhino-laryngologiste.