II. LA PSYCHOACOUSTIQUE

La psycho-acoustique étudie tout le phénomène de la perception du son. C’est un domaine en pleine évolution. La partie mécanique et la transduction sont maintenant connus et il reste la partie cognitive à investiguer davantage.

2.1 physiologie de l’oreille.

2.1.1 Le pavillon de l’oreille
La partie extérieure de l’appareil auditif a de multiples fonctions.
C’est d’abord un système d’amplification qui permet d’élever le niveau sonore en le captant sur une plus grande surface.
De part sa forme irrégulière il permet de marquer le son avec une information de direction qui sera décodée par le cerveau. La forme du pavillon est aussi personnelle qu’une empreinte digitale. Les enregistrements binauraux réalisés en plaçant les microphones dans les conduits auditifs ne peuvent pas s’échanger avec d’autres personnes : ils leurs paraissent très étrange car ces informations de directions ne sont pas juste par rapport à leurs propres empreintes.
Ensuite la forme des différents cartilages du pavillon permettent d’éviter à la poussière de pénétrer dans le conduit auditif.

2.1.2 Le conduit auditif
C’est un conduit de forme un peu irrégulière qui sert à créer une résonnance avec le tympan dans la plage de fréquences de la voix.

2.1.3 Le tympan
Au fond du conduit auditif se trouve le tympan. C’est une membrane en peau qui est mise en vibration par les sons qui entrent dans le pavillon.
La pression à l’intérieure de l’oreille moyenne est régulée par les trompes d’Eustache qui permettent l’équilibre avec la pression atmosphérique.

2.1.4 Les osselets et les muscles de l’oreille moyenne
Entre le tympan et la cochlée se trouvent trois petits os tenus ensemble par deux petits muscles.
Le premier os, celui qui touche le tympan, est le marteau. Puis vient l’enclume et finalement l’étrier qui appuie sur la membrane de la fenêtre ovale.
Ce dispositif permet de faire une adaptation d’impédance acoustique entre l’air et le labyrinthe membraneux de l’oreille interne. Il faut faire passer un signal d’une membrane de 80mm² de surface excitée par un son aérien vers la membrane de la fenêtre ovale qui fait 3mm² qui fait l’interface avec un fluide visqueux de l’autre côté. L’efficacité de ce mécanisme est remarquable puisqu’il permet de percevoir des vibrations d’une amplitude d’un dixième du diamètre d’une molécule d’hydrogène.
De plus lorsqu’on est exposé à des niveaux sonores élevés la tension des muscles de l’oreille moyenne peut varier pour limiter la transmission des vibrations à l’oreille interne et la protéger.

2.1.5 La conduction osseuse
Les sons passent aussi par le crâne. En particulier les sinus qui sont des cavités osseuse poreuses servent de résonateurs. Les vibrations se transmettent directement à l’oreille interne sans passer par l’oreille moyenne.

2.1.6 L’oreille interne
L’oreille interne a deux fonctions principales : l’audition, avec la conversion du signal mécanique en influx nerveux, et la perception du corps dans l’espace, de l’équilibre.
L’oreille interne communique avec les osselets de l’oreille moyenne par la membrane située dans la "fenêtre ovale". La membrane de la cochlée apparaît à un autre endroit de l’oreille moyenne : la fenêtre ronde. Il pourrait y avoir une excitation de la cochlée dans les hautes fréquences par voie aérienne directement entre le tympan et la fenêtre ronde.
La cochlée est un organe complexe. Globalement ce serait un ensemble de résonateurs accordés chacun individuellement sur certaines fréquences. Dans chaque résonateurs se trouvent des cellules ciliées qui sont excitées par les vibrations et qui convertissent ces vibrations en influx nerveux.
De plus il existe de nombreux mécanismes qui ont pour rôle d’atténuer les sons provenant de l’intérieur de notre corps (bruits de respiration, bruits du système sanguin, bruits articulaires et même notre propre parole qui devrait être assourdissante).

La description de l’organe et de toutes les théories prendrait quelques pages d’explications. Aussi je renvoie le lecteur à la première partie du livre "La clef des sons" de Bernard Auriol (éditions érès) qui donne un bon aperçu de l’ensemble des théories présentes et passées. Il existe d’autres ouvrages, mais ce livre à l’intérêt de proposer une vulgarisation bien imagée de nombreuses choses.

2.1.7 Le cerveau
Là les choses deviennent encore plus complexes. Différentes zones du cerveau interviennent pour décoder toutes les informations : nature et localisation des sons, analyse du langage, adaptation aux stimuli sonores, etc. Dans la partie suivante je décrirai les principaux mécanismes de la localisation puisque c’est ce qui est le important en matière de prise de son.

2.2 Localisation biaurale.

2.2.1 Localisation latérale
Les sources sont perçues à 180° autour de notre tête. La localisation latérale permet de savoir si une source provient de la gauche ou de la droite. On verra plus loin la localisation avant arrière.
Plusieurs phénomènes entrent en jeux :
- L’intensité perçue et le temps de réception. La différence de trajet d’une oreille à l’autre permet de savoir si la source est plus à gauche qu’à droite. Les limites de la différence en intensité sont de l’ordre de 7dB et en temps de l’ordre de 0,7 ms.
- La différence de timbre entre les sons captés par chaque oreille. Il y a des diffractions sur le nez, les pommettes et les pavillons qui colorent le son en fonction de l’incidence du son. Le cerveau peut décrypter ces informations pour localiser la source.
La localisation sur les côtés de la tête est très mauvaise car l’une des deux oreilles est vraiment masquée, l’adaptation sera de tourner la tête dans la direction générale perçue pour affiner la localisation.

2.2.2 Localisation avant-arrière
Il y a peu de différences entre la perception d’un son provenant de l’avant et un provenant de l’arrière. Des micro-mouvements de tête permettent de lever le doute.

2.2.3 Localisation d’élévation
Ce n’est pas une localisation très performante, mais les réflexions sur les épaules ajoutent des informations qui peuvent être décodées par le cerveau. Là encore, la réorientation de la tête permettra d’affiner la localisation.
Des phénomènes cognitifs peuvent influer. Une source typiquement aérienne (oiseau, avion, hélicoptère...) sera plus vraisemblablement au dessus de nous. Cet aspect peut entraîner des erreurs.

2.2.4 Localisation de profondeur
Comment sait-t-on si une source est lointaine, si une source est devant une autre ?
Les variations de perception pour une sources lointaine lorsqu’on tourne la tête seront plus minimes que si la source est proche.
Ensuite le niveau d’une source lointaine sera plus faible que celui d’une source proche. Ceci sera particulièrement utile si les puissances sonores des sources sont connues.
Finalement le rapport entre le son direct et le son réverbéré sera une indication. Plus la source est proche et plus le son émis par la source sera fort par rapport au son réverbéré. En plus, les premières réflexions ainsi que le temps pour que le son diffus apparaisse donnent des informations de distance.

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