Perception humaine du son | Physique-Chimie Seconde

1 Les ondes sonores entrent dans le pavillon auditif
2 Elles se propagent dans le conduit auditif jusqu'au tympan
3 Le tympan vibre et transmet les vibrations aux osselets
4 Les osselets amplifient les vibrations vers la cochlée
5 La cochlée transforme les vibrations en signaux électriques
6 Le nerf auditif transmet les signaux au cerveau

Les trois osselets (marteau, enclume, étrier) agissent comme un système de levier qui amplifie la pression sonore d'environ 20 fois avant d'atteindre la cochlée.

L'oreille humaine perçoit la fréquence d'une onde sonore comme la hauteur du son :

• Basses fréquences (20-200 Hz) → Sons graves
• Moyennes fréquences (200-2000 Hz) → Sons médiums
• Hautes fréquences (2000-20 000 Hz) → Sons aigus

L'oreille humaine perçoit les sons entre environ 20 Hz et 20 000 Hz.

Les enfants peuvent entendre des fréquences plus élevées que les adultes.

Les sons en dehors de cette gamme sont inaudibles pour l'homme.

L'oreille perçoit l'intensité d'une onde sonore comme le volume ou la force du son :

• Faible intensité → Son faible
• Intensité moyenne → Volume normal
• Forte intensité → Son fort

L'oreille humaine perçoit les variations d'intensité de manière logarithmique :

• Une augmentation de 10 dB est perçue comme un son deux fois plus fort
• Une augmentation de 20 dB est perçue comme un son quatre fois plus fort

L'oreille humaine n'est pas également sensible à toutes les fréquences :

• L'oreille est la plus sensible aux fréquences entre 1000 et 4000 Hz
• Elle est moins sensible aux très basses et très hautes fréquences
• À volume faible, les sons graves et aigus paraissent encore plus faibles

Le seuil d'audition varie selon la fréquence :

• Seuil minimum autour de 1000-4000 Hz
• Seuil plus élevé pour les fréquences extrêmes

Le timbre est la caractéristique qui permet de distinguer deux sons de même hauteur et de même intensité provenant de sources différentes.

Il dépend de la forme de l'onde sonore et de la présence d'harmoniques.

Les sons complexes sont composés d'une fréquence fondamentale et de multiples harmoniques :

• Un son pur (sinusoïdal) a un timbre simple
• Les instruments de musique produisent des sons complexes
• Chaque instrument a un timbre caractéristique

L'oreille humaine présente plusieurs effets psychoacoustiques :

• Masquage : un son fort peut masquer un son plus faible
• Localisation : capacité à déterminer la direction d'un son
• Accoutumance : adaptation à des sons constants

Le cerveau analyse les différences entre les signaux reçus par chaque oreille :

• Différence de temps d'arrivée
• Différence d'intensité
• Effets de diffraction

1 Une octave correspond à un doublement de fréquence
2 Donc la fréquence du second la est : 440 × 2 = 880 Hz
3 Le second la est perçu comme plus aigu que le premier
4 Réponse : 880 Hz, perçu comme un son plus aigu

1 Une diminution de 10 dB correspond à une division de l'intensité par 10
2 Mais la perception du volume est divisée par 2 (effet logarithmique)
3 Le son est perçu comme deux fois plus faible
4 Réponse : Le volume est perçu comme deux fois plus faible

Les troubles de l'audition peuvent affecter la perception du son :

• Perte auditive conductive : problème dans l'oreille externe ou moyenne
• Perte auditive sensorielle : problème dans l'oreille interne ou le nerf auditif
• Perte auditive mixte : combinaison des deux

• Difficulté à percevoir certains sons
• Problèmes de discrimination des fréquences
• Risque de dommages avec des sons trop intenses

Les appareils auditifs exploitent la connaissance de la perception humaine :

• Amplification sélective selon la fréquence
• Suppression des bruits de fond
• Adaptation aux courbes de sensibilité

Les systèmes audio tiennent compte de la perception humaine :

• Correction des courbes de réponse
• Égalisation pour compenser la sensibilité auditive
• Reproduction fidèle des timbres

Le son de 1000 Hz semble plus fort que le son de 100 Hz.

En effet, l'oreille humaine est plus sensible aux fréquences moyennes qu'aux fréquences basses.

Malgré une intensité identique, le son de 1000 Hz est perçu comme plus fort car :

• L'oreille humaine est plus sensible aux fréquences entre 1000 et 4000 Hz
• À 100 Hz, l'oreille est moins sensible, donc le son est perçu comme plus faible
• Ceci est dû aux courbes d'égales sensations de Fletcher-Munson

• Hautes fréquences → Sons aigus
• Basses fréquences → Sons graves
• Spectre audible : 20 Hz - 20 000 Hz

• Perception logarithmique
• 10 dB = doublement perçu du volume
• Sensibilité variable selon la fréquence

• Caractérise la qualité sonore
• Dépend de la forme d'onde
• Permet de distinguer les sources