dr. k. chebbah chapitre iii : perception auditive

Dr. K. CHEBBAH Chapitre III : perception auditive

M1 : Instrumentation Cours électroacoustique

Chapitre III : perception auditive

III. 1 Les niveaux acoustiques :

Les unités acoustiques sont divisées classiquement en deux catégories distinctes à savoir les

unités physiques et les unités physiologiques. Les unités physiologiques (phone, son….)

purement subjectives seront définies lorsqu’on abordera ce chapitre (la perception auditive).

Par contre les unités physiques (Niveaux de pression, Niveaux d’intensité, Niveaux de

puissance,…) purement objectives (mesurables) sont définies dans cette section.

L’unité de base des différents niveaux est le décibel noté (dB) en hommage à Graham Bel. Le

décibel est une unité sans dimension, utilisé pour exprimer le niveau relatif de deux grandeurs

de même nature. Cependant, en acoustique il est possible d’exprimer en décibel n’importe

quelle grandeur physique rapportée à une grandeur de référence de même nature qui sera

toujours spécifiée.

III. 1.1 niveau de pression acoustique Lp :

Lp = 20 log (𝑷

𝑷𝟎) (dB) ou P0 : est la pression e référence égale à : 2.10

-5 Pa

III. 1.2 niveau d’intensité acoustique LI :

LI = 10 log (𝑰

𝑰𝟎) (dB)

Ou I0 : est l’intensité de référence égale à : 10-12

W.m-2

correspond a l’intensité juste

perceptible par l’oreille d’un sujet normal.

Dans son aspect physique l’intensité acoustique est un flux d’énergie totale traversant une

surface .on déduit la valeur de l’intensité de référence I0. En posant les approximations

suivantes :

I0= 𝑃0

2

𝑍𝑐 =

𝑃02

𝜌𝑐 W.m

-2, Zc : est l’impédance caractéristique de l’ai égale a : 400 m.K.s

et P0= 2.10-5

Pa.

III. 1.3 niveau d’intensité acoustique Lw :

LW = 10 log (𝑾

𝑾𝟎) (dB)

Ou W0 est la puissance de référence égale à 10-12

W qui correspond à l’émission sonore d’une

isotrope qui produirait l’intensité I0 et la pression de référence P0 sur une sphère de surface

1m2 entourant la source.

W0= I0 . S , S= 1 m2



III. 1.4 niveau de densité d’énergie LD :

LD = 10 log (𝑫

𝑫𝟎) (dB) Ou D0 est la densité de référence égale à 10

-2 J.m

-3.

III. 1.5 niveau de vitesse Lv :

Lv = 20 log (𝒗

𝒗𝟎) (dB) Ou v0 est la vitesse de référence égale à 10

-9 m.s

-1.

III. 1.6 niveau d’accélération L𝜸 :

L𝜸 = 20 log (𝜸

𝜸𝟎) (dB) Ou 𝜸0 est l’accélération de référence égale à 10

-6 m.s

-2.

III. 1.7 niveau de force LF :

LF= 20 log (𝑭

𝑭𝟎) (dB) Ou F0 est l’accélération de référence égale à 10

-6N.

III. 2 Notion de bandes d’octave et de tiers d’octaves :

- Les courbes d'isosonie

Iso : même

Sonie : force sonore

Figure 1: lignes isosonique normale por écoute binauriculaire en champ libre.

S=seuil d’audition. La graduation des courbes ( niveau à 1000 Hz en dB) est l’échelle des

phones.

S

http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/images/articles/sons/isosonie.png



La sensation de volume sonore perçue par l’oreille dépend de la fréquence.

Ce phénomène est présenté par les courbes d’isosonie, figure 1. Les courbes représentent la

même perception de volume sonore pour une fréquence donnée. Le test est réalisé en faisant

écouter à un groupe de personnes un son sinusoïdal soutenu dont on va faire varier la

fréquence et l’amplitude. Chaque courbe représente un même niveau de sensation de volume

sonore.

Les courbes du haut montrent une allure peu modifiée pour une grande gamme de fréquences.

Pour des sons très forts, le niveau d’intensité pour produire la même sensation de volume

sonore, ne varie pas beaucoup avec la fréquence. Par contre pour des sons très faibles, la

sensation de volume sonore en fonction de la fréquence varie considérablement

Pour atténue une bruit il faut connaitre l’énergie dans chaque zone de fréquence.

L’intervalle de fréquence F2/F1 : 𝑭𝟐 𝒇𝒓é𝒒𝒖𝒆𝒏𝒄𝒆 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒊𝒆𝒖𝒓𝑭𝟏 𝒇𝒓é𝒒𝒖𝒆𝒏𝒄𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒆𝒓𝒊𝒆𝒖𝒓

L’intervalle logarithmique : C’est le rapport entre deux fréquences f1, f2

et 𝒇𝟐

𝒇𝟏 : la forme logarithmique

III. 2.1 la bande d’octave :

f1, f2 forment une bande octave si 𝒇𝟐

𝒇𝟏 =2

𝐥𝐨𝐠𝟐𝒇𝟐

𝒇𝟏 =1

III. 2.2 la bande de tiers d’octave :

𝐥𝐨𝐠𝟐𝒇𝟐

𝒇𝟏 =

𝟏

𝟑 f1, f2 forment une bande tiers d’octave si

𝒇𝟐

𝒇𝟏 =𝟐

𝟏

𝟑

III. 2.3 La fréquence centrale :

La fréquence centrale c’est une fréquence qui divise la bande de fréquence on deux

intervalles égaux f2=2f1



F centre= 𝒇𝟐

𝒇𝒄 =

𝒇𝒄

𝒇𝟏

La fréquence centrale normalise : 31.5 Hz, 63 KHz, 126 Hz dans un sonomètre. 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 données les valeurs de fréquence centrale normalisées d’octave, de tiers

d’octave et les valeurs des pondérations A,B et C.

fc



Tableau 1 : Fréquence centrale fréquence centrale normalisées d’octave, de tiers d’octave et

les valeurs des pondérations A,B et C.

III. 2.4 l’addition des niveaux sonores :

𝑳𝑰𝟏 = 10 log (𝑰𝟏

𝑰𝟎)

𝑰𝟏

𝑰𝟎 = 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝟏𝟏𝟎

𝑳𝑰(𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍) = 10 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎[ 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝒊𝟏𝟎𝒏

𝒊=𝟏 ]

𝑳𝑰𝒏 = 10 log (𝑰𝒏

𝑰𝟎)

𝑰𝒏

𝑰𝟎 = 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝒏𝟏𝟎

Exemple : L1=60, L2=80 𝑳𝑰(𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍) = 10 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎[ 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝟏𝟏𝟎 +𝟏𝟎

𝑳𝑰𝟐𝟏𝟎 ]

𝑳𝑰(𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍)= 10 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎[ 𝟏𝟎𝟔 +𝟏𝟎𝟖] = 80.04 W/m

2



III. 2.5 la soustraction des niveaux sonores :

𝑳𝑰(−) = 10 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎[ 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝟏𝟏𝟎 - 𝟏𝟎

𝑳𝑰𝟐𝟏𝟎 ]

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 arithmétique, il est relie à l’unité des niveaux d’isosonie

S : sonie (l’ordre d’un son dans une échelle).

S = 2(𝑃−40)

10 si P = 40 phone S =1



Figure 3 : représente le calcule de la sonie d’un son complexe : abaque des sones en

fonction du niveau en dB par bande de fréquence. L’échelle de droite donne la valeur en

phones à partir du nombre total de sones calculé.

Exemple : (solution à partir la courbe de calcule de la sonie)

Donner la sonie d’un son de f=1 KHz est 40dB ?

Sol : S = 1.5

Formule de STEVENS :

S = 𝑆𝑚𝑎𝑥 + 𝐹 [ 𝑆𝑖 + 𝑆𝑚𝑎𝑥𝑛𝑖=1 ] avec

𝐹 = 0.15 (1

3𝑂𝑐𝑡𝑎𝑣𝑒)

𝐹 = 0.3 ( 𝑂𝑐𝑡𝑎𝑣𝑒)

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



L'oreille externe se compose du pavillon et du conduit auditif; elle est séparée de l'oreille

moyenne – remplie d'air – par le tympan. L'oreille interne est baignée de liquide; la cochlée,

en raison de sa forme typique, est aussi appelée le limacon3. Les ondes sonores qui pénètrent

dans le conduit auditif font vibrer le tympan. Via les trois osselets de l'oreille moyenne (le

marteau, l'enclume et l'étrier), cette vibration se transmet a la "fenêtre ovale" qui constitue

l'entrée de l'oreille interne. Les osselets jouent un rôle de levier : la vibration (relativement)

importante du tympan est convertie en une vibration de moindre amplitude mais de plus forte

intensité au niveau de la fenêtre ovale. Le limaçon (figure 5) est un canal de forme hélicoïdale

(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 (déroulé). Les vibrations de la membrane basilaire –qui, en

fonction de la fréquence, atteignent une amplitude maximale à un endroit précis –

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 reliées au nerf auditif, qui est lui-même relie a zone auditive du cerveau. La

vibration transmise par l'étrier à la fenêtre 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 phénomène 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



la fréquence du signal auditif entrant : les sons a haute fréquence feront principalement

bouger la membrane basilaire a proximité de la fenêtre 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 régulière; ils

se présentent en rangs et forment des groupes en V.

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