Un des problèmes qui a suscité le plus de travaux est le mécanisme de la discrimination des fréquences. D’après la théorie de la résonance de Hermann von Helmholtz (1863), chaque point de la membrane basilaire entrait en résonance pour une fréquence particulière et constituait le récepteur spécifique d’une seule fréquence. Les travaux modernes ont confirmé le phénomène de la localisation, mais celle-ci est moins étroite que ne le supposait Helmholtz, en particulier pour les basses fré-
quences. À l’encontre de la théorie de la localisation, on peut citer les théories
dites « téléphoniques » (William Rutherford [1886]), qui envisageaient que la membrane basilaire vibre dans son ensemble de la même manière, comme une membrane de récepteur téléphonique. Dans ce cas, il n’y aurait pas d’analyse, et les fréquences des sons seraient reconnues par le rythme des influx nerveux, qui correspondraient à la fréquence du son. D’autres théories, comme celle d’Ernest G. Wever (1949), tiennent compte à la fois du rythme des influx et de la localisation.
Étant donné que les influx nerveux ne peuvent dépasser 1 000 par seconde, seules les basses fréquences pourraient suivre la fréquence du son. Cependant, les fibres peuvent fonctionner de ma-nière alternée, l’une émettant un influx alors que la voisine est au repos, de sorte que l’ensemble des fibres pourrait transmettre des cadences, peut-être jusqu’à 4 000 par seconde (principe de la volée, de Wever). Le phénomène de la localisation ayant été prouvé, on tend à admettre actuellement que la hauteur des sons dépend du rythme des influx pour les basses fréquences, et de la localisation dans la cochlée pour les fréquences élevées.
L’étude des influx dans les voies et les centres nerveux confirme l’existence de ces deux mécanismes : la localisation, qui se traduit par la spé-
cificité des neurones pour certaines fré-
quences, et leur disposition ordonnée dans les centres selon leur fréquence spécifique. Cet arrangement, désigné sous le nom de tonotopie, a été retrouvé dans tous les centres, et particulièrement au niveau du cortex.
En ce qui concerne l’intensité des sons, elle serait représentée dans le nerf auditif par le nombre d’influx transmis pendant l’unité de temps. La sensation d’intensité peut dépendre aussi d’autres mécanismes. En effet, il existe des fibres stimulées par des sons faibles et d’autres seulement par des sons forts. Cela expliquerait la grande marge de fonctionnement des récepteurs auditifs dans l’échelle des intensités.
La sensation auditive
La sensation auditive comporte pour
l’homme de nombreuses nuances, que l’on peut désigner sous le terme de qualités sonores et qui dépendent des caractéristiques physiques du son.
Ainsi, on pourra décrire, pour les signaux sonores, une intensité, une hauteur, une brillance, etc.
La sensation d’intensité, ou intensité sonore subjective, appelée encore sonie, dépend de la pression acoustique. Au niveau du seuil humain, la pression sonore est de 10– 5 Pa à 1 000 Hz, mais l’oreille peut percevoir des sons dont la pression acoustique atteint 109 Pa, ce qui, en valeur absolue, représente une marge d’intensité énorme, d’où l’intérêt de mesurer les pressions acoustiques en unité logarithmique, le décibel (dB). Cette unité se définit ainsi : si la pression s’accroît de P0 à P1, l’intensité du son sera accrue d’un nombre de décibels égal à 20 fois le logarithme de la fraction Dans ce système de mesure, il faut toujours une pression de référence P0, qui est souvent le seuil humain à 1 000 Hz, soit 10– 5 Pa.
La sensibilité de l’oreille humaine varie selon la fréquence. Elle est la plus grande aux environs de 1 000 Hz, et diminue vers les fréquences basses et les fréquences élevées. Pour les intensités très élevées, on atteint une limite au-delà de laquelle la sensation devient inconfortable, puis douloureuse. Dans la zone des fréquences moyennes, le champ auditif s’étend sur une échelle d’environ 120 dB.
Il est plus difficile d’évaluer les sensations auditives autres que celles que l’on détermine au seuil. Cependant, par des méthodes de comparaison, on peut décrire, dans le champ auditif, des lignes isosoniques qui représentent la même sensation subjective d’intensité pour les différentes fréquences. On remarque que les fréquences extrêmes du champ auditif nécessitent une intensité physique plus grande pour donner la même sensation d’intensité. Chaque ligne isosonique correspond donc à la même sensation d’intensité, et celle-ci se mesure par une unité appelée phone.
Le nombre de phones pour une ligne
isosonique est donné par le nombre de décibels mesurant un son de 1 000 Hz dont l’intensité est jugée équivalente.
Pour les sons complexes, on re-
marque que l’intensité sonore subjective dépend, en partie, du nombre de fréquences qui composent le son et de leurs intensités respectives, et aussi d’autres facteurs assez compliqués. La détermination de la sonie que peut provoquer un son complexe nécessite par conséquent des méthodes particulières (v. bruits).
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La Grande Encyclopédie Larousse - Vol. 2
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La finesse de discrimination sonore de l’oreille dépend non seulement de sa sensibilité en valeur absolue, mais aussi de sa capacité de percevoir les variations d’intensité. Cette capacité se mesure par le seuil différentiel d’intensité, qui est la plus petite différence qui puisse être perçue (ΔI). On considère également un seuil différentiel relatif, qui correspond au rapport ΔI étant la plus petite différence perceptible et I0
l’intensité au départ. Le seuil différentiel relatif est constant, tout au moins dans certaines limites. Cette constance du seuil différentiel relatif est une loi classique de psychophysiologie, dite
« loi de Bouguer-Weber » (du nom du mathématicien français Pierre Bouguer [1698-1758] et du physiologiste allemand Ernst Heinrich Weber [1795-1878]), qui se vérifie donc pour l’audition. Pour des raisons mathématiques, elle permet de conclure que la sensation d’intensité varie comme le logarithme de l’intensité, ce qui correspond à une autre loi psychophysiologique énoncée par Gustav Theodor Fechner (1801-1887) et dite « loi de Fechner ».
La validité de cette loi apporte une justification de l’emploi des unités logarithmiques (décibels) pour mesurer l’intensité sonore.
La sensation de hauteur, ou tonie, dépend principalement de la fréquence, mais aussi un peu de l’intensité. Selon la fréquence, les sons seront qualifiés
de graves ou d’aigus. Dans certaines limites, la capacité de discrimination est assez constante. Par exemple, à partir de 1 000 Hz et au-dessus, le seuil différentiel relatif de fréquence est de 3 p. 100 si l’intensité est de 80 dB au-dessus du seuil. Les lois de Bouguer-Weber et de Fechner s’appliquent donc (au moins approximativement) pour la hauteur. Cela explique que, lorsque la fréquence s’accroît selon une progression 1, 22, 23, ..., la sensation d’accroissement de hauteur varie comme 1, 2, 3,
... Toutefois, cela n’est pas vérifié pour toutes les fréquences.
Il faut remarquer que, si la capacité de discriminer une différence de fré-
quence est assez grande, l’oreille est beaucoup moins capable de reconnaître une fréquence présentée isolément (ouïe absolue).
Le timbre est une sensation com-
plexe qui dépend des fréquences contenues dans un son. C’est grâce au timbre que l’on reconnaît les divers instruments de musique et la personnalité d’une voix humaine.
L’audition binaurale et
l’orientation auditive
L’existence de deux oreilles placées symétriquement par rapport à l’axe du corps joue un rôle important pour la physiologie auditive. L’avantage offert par l’utilisation des deux oreilles, par rapport à une seule, est faible sur le plan de l’intensité. Il procure un abaissement du seuil de 3 dB seulement.