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Dr. K. CHEBBAH Chapitre III : perception auditive
M1 : Instrumentation Cours Ă©lectroacoustique Page 1
Chapitre III : perception auditive
III. 1 Les niveaux acoustiques :
Les unités acoustiques sont divisées classiquement en deux catégories distinctes à savoir les
unitĂ©s physiques et les unitĂ©s physiologiques. Les unitĂ©s physiologiques (phone, sonâŠ.)
purement subjectives seront dĂ©finies lorsquâon abordera ce chapitre (la perception auditive).
Par contre les unitĂ©s physiques (Niveaux de pression, Niveaux dâintensitĂ©, Niveaux de
puissance,âŠ) purement objectives (mesurables) sont dĂ©finies dans cette section.
LâunitĂ© de base des diffĂ©rents niveaux est le dĂ©cibel notĂ© (dB) en hommage Ă Graham Bel. Le
décibel est une unité sans dimension, utilisé pour exprimer le niveau relatif de deux grandeurs
de mĂȘme nature. Cependant, en acoustique il est possible dâexprimer en dĂ©cibel nâimporte
quelle grandeur physique rapportĂ©e Ă une grandeur de rĂ©fĂ©rence de mĂȘme nature qui sera
toujours spécifiée.
III. 1.1 niveau de pression acoustique Lp :
Lp = 20 log (đ·
đ·đ) (dB) ou P0 : est la pression e rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă : 2.10
-5 Pa
III. 1.2 niveau dâintensitĂ© acoustique LI :
LI = 10 log (đ°
đ°đ) (dB)
Ou I0 : est lâintensitĂ© de rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă : 10-12
W.m-2
correspond a lâintensitĂ© juste
perceptible par lâoreille dâun sujet normal.
Dans son aspect physique lâintensitĂ© acoustique est un flux dâĂ©nergie totale traversant une
surface .on dĂ©duit la valeur de lâintensitĂ© de rĂ©fĂ©rence I0. En posant les approximations
suivantes :
I0= đ0
2
đđ =
đ02
đđ W.m
-2, Zc : est lâimpĂ©dance caractĂ©ristique de lâai Ă©gale a : 400 m.K.s
et P0= 2.10-5
Pa.
III. 1.3 niveau dâintensitĂ© acoustique Lw :
LW = 10 log (đŸ
đŸđ) (dB)
Ou W0 est la puissance de référence égale à 10-12
W qui correspond Ă lâĂ©mission sonore dâune
isotrope qui produirait lâintensitĂ© I0 et la pression de rĂ©fĂ©rence P0 sur une sphĂšre de surface
1m2 entourant la source.
W0= I0 . S , S= 1 m2
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III. 1.4 niveau de densitĂ© dâĂ©nergie LD :
LD = 10 log (đ«
đ«đ) (dB) Ou D0 est la densitĂ© de rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă 10
-2 J.m
-3.
III. 1.5 niveau de vitesse Lv :
Lv = 20 log (đ
đđ) (dB) Ou v0 est la vitesse de rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă 10
-9 m.s
-1.
III. 1.6 niveau dâaccĂ©lĂ©ration Lđž :
Lđž = 20 log (đž
đžđ) (dB) Ou đž0 est lâaccĂ©lĂ©ration de rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă 10
-6 m.s
-2.
III. 1.7 niveau de force LF :
LF= 20 log (đ
đđ) (dB) Ou F0 est lâaccĂ©lĂ©ration de rĂ©fĂ©rence Ă©gale Ă 10
-6N.
III. 2 Notion de bandes dâoctave et de tiers dâoctaves :
- Les courbes d'isosonie
Iso : mĂȘme
Sonie : force sonore
Figure 1: lignes isosonique normale por Ă©coute binauriculaire en champ libre.
S=seuil dâaudition. La graduation des courbes ( niveau Ă 1000 Hz en dB) est lâĂ©chelle des
phones.
S
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La sensation de volume sonore perçue par lâoreille dĂ©pend de la frĂ©quence.
Ce phĂ©nomĂšne est prĂ©sentĂ© par les courbes dâisosonie, figure 1. Les courbes reprĂ©sentent la
mĂȘme perception de volume sonore pour une frĂ©quence donnĂ©e. Le test est rĂ©alisĂ© en faisant
Ă©couter Ă un groupe de personnes un son sinusoĂŻdal soutenu dont on va faire varier la
frĂ©quence et lâamplitude. Chaque courbe reprĂ©sente un mĂȘme niveau de sensation de volume
sonore.
Les courbes du haut montrent une allure peu modifiée pour une grande gamme de fréquences.
Pour des sons trĂšs forts, le niveau dâintensitĂ© pour produire la mĂȘme sensation de volume
sonore, ne varie pas beaucoup avec la fréquence. Par contre pour des sons trÚs faibles, la
sensation de volume sonore en fonction de la fréquence varie considérablement
Pour attĂ©nue une bruit il faut connaitre lâĂ©nergie dans chaque zone de frĂ©quence.
Lâintervalle de frĂ©quence F2/F1 : đđ đđĂ©đđđđđđ đđđđđđđđđđđ đđĂ©đđđđđđ đđđđđđđđđ
Lâintervalle logarithmique : Câest le rapport entre deux frĂ©quences f1, f2
et đđ
đđ : la forme logarithmique
III. 2.1 la bande dâoctave :
f1, f2 forment une bande octave si đđ
đđ =2
đ„đšđ đđđ
đđ =1
III. 2.2 la bande de tiers dâoctave :
đ„đšđ đđđ
đđ =
đ
đ f1, f2 forment une bande tiers dâoctave si
đđ
đđ =đ
đ
đ
III. 2.3 La fréquence centrale :
La frĂ©quence centrale câest une frĂ©quence qui divise la bande de frĂ©quence on deux
intervalles Ă©gaux f2=2f1
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F centre= đđ
đđ =
đđ
đđ
La fréquence centrale normalise : 31.5 Hz, 63 KHz, 126 Hz dans un sonomÚtre. Les courbes
de pondération A et B, C, D, E, F représenter sur (la figure 2 )
Figure 2 : courbes de pondération A,B,C,D,E,N.
Et le tableau suivant donnĂ©es les valeurs de frĂ©quence centrale normalisĂ©es dâoctave, de tiers
dâoctave et les valeurs des pondĂ©rations A,B et C.
fc
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Tableau 1 : FrĂ©quence centrale frĂ©quence centrale normalisĂ©es dâoctave, de tiers dâoctave et
les valeurs des pondérations A,B et C.
III. 2.4 lâaddition des niveaux sonores :
đłđ°đ = 10 log (đ°đ
đ°đ)
đ°đ
đ°đ = đđ
đłđ°đđđ
đłđ°(đđđđđđ) = 10 đ„đšđ đđ[ đđ
đłđ°đđđđ
đ=đ ]
đłđ°đ = 10 log (đ°đ
đ°đ)
đ°đ
đ°đ = đđ
đłđ°đđđ
Exemple : L1=60, L2=80 đłđ°(đđđđđđ) = 10 đ„đšđ đđ[ đđ
đłđ°đđđ +đđ
đłđ°đđđ ]
đłđ°(đđđđđđ)= 10 đ„đšđ đđ[ đđđ +đđđ] = 80.04 W/m
2
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III. 2.5 la soustraction des niveaux sonores :
đłđ°(â) = 10 đ„đšđ đđ[ đđ
đłđ°đđđ - đđ
đłđ°đđđ ]
III. 3 mesure subjectives « unité Phone et Sone » :
La définition admise par I.S.O unité sans dimension pour caractériser le niveau de
sonorisation
1dB en 1KHz= 1Phone
Le sone est purement arithmĂ©tique, il est relie Ă lâunitĂ© des niveaux dâisosonie
S : sonie (lâordre dâun son dans une Ă©chelle).
S = 2(đâ40)
10 si P = 40 phone S =1
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Figure 3 : reprĂ©sente le calcule de la sonie dâun son complexe : abaque des sones en
fonction du niveau en dB par bande de frĂ©quence. LâĂ©chelle de droite donne la valeur en
phones à partir du nombre total de sones calculé.
Exemple : (solution Ă partir la courbe de calcule de la sonie)
Donner la sonie dâun son de f=1 KHz est 40dB ?
Sol : S = 1.5
Formule de STEVENS :
S = đđđđ„ + đč [ đđ + đđđđ„đđ=1 ] avec
đč = 0.15 (1
3đđđĄđđŁđ)
đč = 0.3 ( đđđĄđđŁđ)
III. 4 L'oreille humaine
L'appareil auditif de l'homme se subdivise en trois parties (figure 4): l'oreille externe, l'oreille
moyenne et l'oreille interne.
Figure 4 : Appareil auditif de l'homme
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L'oreille externe se compose du pavillon et du conduit auditif; elle est séparée de l'oreille
moyenne â remplie d'air â par le tympan. L'oreille interne est baignĂ©e de liquide; la cochlĂ©e,
en raison de sa forme typique, est aussi appelée le limacon3. Les ondes sonores qui pénÚtrent
dans le conduit auditif font vibrer le tympan. Via les trois osselets de l'oreille moyenne (le
marteau, l'enclume et l'Ă©trier), cette vibration se transmet a la "fenĂȘtre ovale" qui constitue
l'entrée de l'oreille interne. Les osselets jouent un rÎle de levier : la vibration (relativement)
importante du tympan est convertie en une vibration de moindre amplitude mais de plus forte
intensitĂ© au niveau de la fenĂȘtre ovale. Le limaçon (figure 5) est un canal de forme hĂ©licoĂŻdale
(3,5 spires, environ 30 mm de long) qui est partage en deux par une membrane (la membrane
basilaire) sur la presque totalité de sa longueur.
Figure 5 : Le limaçon (dĂ©roulĂ©). Les vibrations de la membrane basilaire âqui, en
fonction de la frĂ©quence, atteignent une amplitude maximale Ă un endroit prĂ©cis â
permettent à l'homme de discerner différentes fréquences. Cette membrane est recouverte, sur toute sa longueur, de cellules ciliees4 (environ 10.000 au
total) qui sont reliĂ©es au nerf auditif, qui est lui-mĂȘme relie a zone auditive du cerveau. La
vibration transmise par l'Ă©trier Ă la fenĂȘtre ovale va faire bouger la colonne de liquide de
l'oreille interne et, de ce fait, la membrane basilaire qui se met en quelque sorte a onduler. On
peut comparer ce phénomÚne au mouvement des vagues, qui ondulent du large vers le rivage.
L'endroit ou l'ondulation de la membrane basilaire atteint son amplitude maximale dépend de
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la fréquence du signal auditif entrant : les sons a haute fréquence feront principalement
bouger la membrane basilaire a proximitĂ© de la fenĂȘtre ovale, tandis que les sons a basse
fréquence provoqueront le mouvement a l'autre extrémité. Chaque fréquence stimulant des
cellules ciliées spécifiques, l'homme est ainsi capable d'établir une distinction entre ces
différentes fréquences. Les cils et les cellules ciliées n'ont pas une implantation réguliÚre; ils
se présentent en rangs et forment des groupes en V.