Cours Audio Chap2 Perception 2015
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Ce chapitre comprend deux parties.
Fonctionnement de l'oreille et la manire par laquelle une onde sonore est
transforme en signal lectrique pour tre par la suite interprtepar le cerveau.
Mode de perception du son par le cerveau.
Dans ce cas, il est plus convenable de parler de perceptionvu que celle-ci ne correspond
pas la ralit du son mais en est l'interprtation subjective, conditionne par le
fonctionnement de l'appareil auditif.
Pour confirmer ultrieurement ce fait, certains mcanismes qui modifient la perception du
son mme par rapport certains paramtres seront tudis
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Chapitre 2. Perception du son
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L'oreille recouvre le rle de transducteurdans la transformation de l'nergie acoustique.
Transforme lnergieacoustique en nergie mcanique, puis en nergie lectrique.
Une fois l'nergie convertie nergie lectrique, les impulsions lectriques arrivent aucerveau travers les terminaisons nerveuses. C'est l qu'elles sont labores, permettant
ainsi la perceptiondu son.
L'appareil auditif est divis conventionnellement en trois sections:
l'oreille externe,
l'oreille moyenne,
l'oreille interne.
I- L'oreille humaine
Chapitre 2. Perception du son
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L'analyse du fonctionnement de ces trois sections nous permet de comprendre le
mcanisme de perception du son pour tre en mesure d'identifier quels paramtres
peuvent tre modifis sur le son que nous traitons afin d'obtenir diffrents effets sur
l'audition.
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Chapitre 2. Perception du son
I- L'oreille humaine
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Le pavillon auriculaire est le premier organe que le son rencontre.
Ce dernier offre une vaste superficie au front sonore et permet de recueillir une ample
portion du front de l'onde.
Le son est projet partir du pavillon et concentr vers le conduit auditif .
Oreille externe
Chapitre 2. Perception du son
I- L'oreille humaine
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Oreille externe
Chapitre 2. Perception du son
I- L'oreille humaine
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Le conduit auditif se termine sur , le tympan
Tympan=une membrane, qui vibre en accord avec le son qui est parvenu l'oreille.
De l'autre ct du tympan, se trouvent trois osselets:
le marteau
l'enclume
l'trier.
Ils ont pour fonction d'amplifierla vibration du tympan pour la retransmettre la cochle.
Cette amplification devient ncessaire vu que le tympan est une membrane trs lgre et
suspendue en l'air, contrairement la cochle remplie d'un fluide dense et donc beaucoup
plus difficile pouvoir vibrer. 6
Chapitre 2. Perception du son
Oreille moyenne
I- L'oreille humaine
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Chapitre 2. Perception du son
Oreille moyenne
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Une ouverture l'intrieur de l'oreille moyenne mne la trompe d'Eustache, canal
conduisant la cavit orale.
Sa fonction sert donner un accs vers l'extrieur afin d'quilibrer la pression
atmosphrique sur les deux cts du tympan
Les trois osselets sont maintenus ensemble par une srie de petits ligaments qui ont
ensuite la fonction d'empcher qu'une vibration trs ample se produise, avec pour risque
de subir des dgtssi l'oreille venait a tre soumise une pression sonore trop leve.
Au del de laudio
Chapitre 2. Perception du son
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La conversion de l'nergie mcanique en impulsions lectriques envoyer au cerveau
pour l'laboration du son;
l'trier est en contact avec la cochle travers une membrane appele fentre ovale.
La cochle est un os en forme de limaon contenant un fluide
Le fluide reoit la vibration de l'trier travers la fentre ovale et la transporte la
Corti.
Au sein de la corti se trouve la membrane basilaire qui contient une multitude de cils
(environ 4000), qui vibrent en accord avec la vibration du fluide.
Chaque groupe de cilsest reli une terminaison nerveuse en mesure de convertir
la vibration reue du fluide en impulsions lectriques envoyer au cerveau pour tre
labores et perues comme sons. 9
Chapitre 2. Perception du son
Oreille interne
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Oreille interne
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Oreille interne
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II- Perception du son par le cerveau
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La perception d'un son est un concept en gnral subjectifet dpend d'innombrables
facteurs;
Notre position par rapport au son,Ltatde notre appareil auditif,
La forme que le cerveau octroie au son.
L'oue peut seulement percevoir une partie des ondes acoustiques qui nous entourent
et en consquence nous restituerun cadre partiel.
Le cerveau interprte la ralit sonore plutt que de la restituer fidlement.
Chapitre 2. Perception du son
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Les courbes isophoniques 14
A- Sensibilit vis avis la frquence et lamplitude
Chapitre 2. Perception du son
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Le contrle du volume loudness des amplificateurs domestiques est justement rgl par
le cheminement de ces courbes;
Quand le volume est trop bas, l'introduction du circuit de loudness aura pour effet
d'augmenter les frquences basses en alignant l'ampleur sur celle des autres.
Pour les volumes levs, cet alignement est effectu naturellement par l'oreille et donc
la mise en action du loudness ces volumes aura un effet presque nul.
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II- Perception du son par le cerveau
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Courbes isophoniques
Ces courbes sont des graphiques trs importants qui reprsentent une rfrence pour
voir comment l'oreille humaine ragit aux diffrentes frquences. Elles ont t obtenues
en laborant les donnes sur un chantillon statistique soumis une srie de sons
produits dans une chambre anchoque. Une telle chambre est ralise dans le but de
rduire au minimum les rflexions sur les parois afin d'atteindre l'auditeur seulement
travers le signal direct.
Les courbes indiquent galement comment l'oreille humaine ragit diffremment aux
diverses frquences en termes d'intensit sonore perue.
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A- Sensibilit vis avis la frquence et lamplitude
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
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Supposons une source sonore en mesure de produire des ondes
sinusodales avec une frquence variable et une ampleur constante. En
fixant l'ampleur 80dBspl, on remarquera qu'un auditeur peroit les
frquences basses comme ayant un volume trs bas et que, au fur et mesure que la frquence en est augmente, aurait la perception que
mme le volume augmente (alors que la pression sonore effectivement
produite est toujours la mme, soit 80dBspl).
Ce comportement s'explique par le fait que l'oreille humaine a uneperception de l'intensit sonore diffrente par rapport la variation de la
frquence.
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A- Sensibilit vis avis la frquence et lamplitude
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
Ch i 2 P i d
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Seuil d'coute (0 phons) La courbe isophonique la plus basse est appele seuil d'coute et indique la plus
petite variation de pression que l'oreille est susceptible d'identifier aux diverses
frquences.
Il est rappel que ces courbes sont obtenues travers des donnes statistiques,et qu'en consquence les valeurs en question peuvent subir des diffrences,
mme importantes, d'une personne l'autre.
Certaines valeurs de rfrence relatives cette courbe pourrait servir dans la
pratique:
18Frquences de rfrence sur la courbe 0phons
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Seuil de la douleur (120 phons)
Pour les pressions sonores dont les valeurs dpassent cette courbe, l'oreille
commence sentir une douleur physique et si l'exposition ces pressions se
prolonge, des dgts irrversibles peuvent s'ensuivre.
Le volume idal pour un mixage (en anglais mixdown) se situe autour des 80-90
phons . A ces valeurs, il en rsulte une balance des volumes des frquences
presque uniforme. Si le mixage est effectu un volume trop bas, par exemple
40 phons, on obtiendrait une plus faible perception des frquences basses et il
se pourrait qu'on ait tendance, arrivs ce point, les compenser en utilisant
les galiseurs. Si aprs, on rcoute le mixage 80 phons, on se rendra compte
qu'il contient normment de frquences basses.
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Prenons une des courbes, par exemple celle 80 phons, et suivons la depuis les
basses jusqu'aux hautes frquences. Nous constatons que:
20 Hz, il faut produire une pression sonore de 118 dBspl; et ceci nous
dmontre que l'oreille humaine a moins de sensibilit aux basses
frquences.
En parcourant la courbe vers les hautes frquences, on peut voir que pour
que l'oreille peroive toujours la mme intensit sonore, on a besoin que
les niveaux de la pression sonore soient plus bas.
A 1 KHz, on trouve la valeur de rfrence de la courbe isophonique en
examen, donc de 80 dBspl. Cette valeur dpasse, on peut voir que la
courbe a atteint un minimum en correspondance des 3 KHz et on peut
constater qu'afin que l'oreille peroive toujours la mme pression sonore, la
frquence de 3 KHz doit produire 70dBspl.
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Chapitre 2. Perception du son
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En confrontant cette valeur avec celle de 20Hz, on constate une diffrence d'environ
50dBspl en moins, ce qui reprsente en fait une diffrence norme. Cette valeur
minimum dpend du fait que la frquence de rsonance du canal auditif est de 3 KHz
en moyenne , et donc qu'une telle frquence est dj perue en correspondance de
basses valeurs de dBspl. Au-del des 3 KHz, la courbe remonte indiquant le niveau de
dBspl ncessaire pour obtenir la mme perception de volume aux frquences hautes.
Les courbes sont indiques pour diverses valeurs de phons vu que le comportement
de l'oreille varie selon les diffrentes valeurs de la pression sonore. Notons cependant
que, pour des valeurs leves de la pression sonore, le cheminement des courbesisophoniques est presque plat.
Suite
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Une frquence ampleur leve peut camoufler les frquences voisines, ampleur
infrieure,
celles-ci sont dcodifies par les cils appartenant la mme bande critique.
Cette proprit est en grande partie exploite pour raliser des algorithmes afin de
compresser des donnes du son en format numrique, tels que le MP3.
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C-Masquage
Un mme son est peru plus aig si on en augmente beaucoup le volume. Les raisons
d'un tel phnomne ne sont encore pas tout fait claires.
B- Volume et frquence perus
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Si un son produit par une source sonore dans une pice:
le signal provenant directement de la source nous parviendra dans un premier temps.
celui produit par les rflexions du signal mme, sur les parois de la pice nous parviendradans un deuxime temps.
Ce retard est d au fait que le son reflt traverse un parcours plus long que le signal
direct. Si les deux signaux parviennent avec un lger retard l'un par rapport l'autre, le
cerveau peroit un son unique provenant d'une seule direction.
La direction perue par le cerveau comme la direction de provenance du son est celle de
l'onde qui arrive la premire mme si l'intensit de la seconde onde est suprieure la
premire.
C'est pour cette raison que cet effet prend le nom d'effet de prcdence.23
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
D- Effet Haas
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Cet effet se produit quand le retard entre les deux signaux est suffisamment court, plus
prcisment il ne doit pas dpasser les 30-35 ms.
Cet intervalle temporel est ainsi dfini zone de Haas: [0 - 35ms]
Quand le retard entre les signaux sort de la zone de Haas, on avertit deux signaux distincts
et nous entrons dans le cas de l'effet cho.
Le son d'un instrument change par rapport l'environnement o il se trouve. Les
premires rflexions tombent toutes au sein de la zone de Haas et contribuent d'une
manire fondamentale caractriser l'espace de l'instrument.
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
D- Effet Haas
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F- Effet cocktail party
Cet effet dcrit la capacit du cerveau trouver un signal parmi un groupe de signaux
sonores superposs.
Prenons comme exemple une salle de restaurant o on entend un bruissement
gnralis, et o on peut galement se concentrer sur une conversation.
G- Fusion binaurale
C'est la capacit du cerveau par laquelle deux signaux semblables qui arrivent aux deux
oreilles se fondent en un signal unique; le nouveau signal est pour ainsi dire une cration
du cerveau qui, pratiquement n'existe pas.
Cest l'un des secrets de la magie de la musique: chaque instrument excute sa lignemlodique, et si nous sommes attentifs, on arrive les isoler et les couter un un,
mme quand les instruments jouent tous ensemble. Mais si nous abandonnons cette
perspective et que nous nous dplaons sur un plan plus abstrait, c'est l que nous
arrivons percevoir ce qui en fait n'existe pas, la combinaison de tous les sons qui crent
une harmonie: c'est l'instant o nat la musique.
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
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Quand nous nous trouvons en prsence de deux sons dont les frquences sont
lgrement diffrentes, on peroit un autre son qui ressemble un battement dont le
rythme est produit par l'cart entre les deux frquences d'origine.
Si ces frquences sont trop diffrentes entre elles, le cerveau les peroit diffremment.
Ceci est d au fait que les deux frquences, pour tre perues comme battement,
doivent stimuler les cils appartenant la mme bande critique.
H- Effet de Battements: diffrence de frquences
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
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Examinons un exemple pratique: deux sinusodes pures d'une frquence gale 400 Hz
et 405 Hz.
Onde sinusodale pure (f=400 KHz) [Piste 11]
Onde sinusodale pure (f=405 KHz) [Piste 12]
Somme des deux sinusodes de 400 Hz et 405 Hz de frquence[Piste 13]
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La frquence du battement est gale au nombre de fois que les deux sinusodes qui le
composent sont en phase ou hors phase dans l'espace d'une seconde.
Chapitre 2. Perception du son
H- Effet de Battements: diffrence de frquences
II- Perception du son par le cerveau
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I- L'effet Doppler
Ce phnomne se manifeste quand la source
sonore ou l'auditeur sont en mouvement. Un
exemple classique de ce phnomne est dmontr
par la sirne d'une ambulance qui arrive vite vers
nous, nous dpasse et continue sa course touteallure.
On notera donc que lorsque la source s'approche
de l'auditeur, un son plus aig par rapport au son
d'origine lui parvient puisque les fronts d'onde se
compressent. Quand en revanche, la source dpassel'auditeur, les fronts d'onde s'cartent et le son peru
est plus grave que celui l'origine.
Chapitre 2. Perception du son
II- Perception du son par le cerveau
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Le son suivant illustre le phnomne ci-dessus trait: Effet doppler (source: clakson de
voiture) [Piste 16]
L'exemple prcdent reproduit une des manifestations classiques de l'effet doppler.
En revanche, dans l'exemple suivant le son a t obtenu en utilisant une seule source
sonore (de frquence gale 500 Hz) et simulant son mouvement par rapport un auditeur
fixe au moyen d'un algorithme mathmatique.
Sinusode de frquence gale 500 Hz [Piste 17]
Effet doppler (source: 500 Hz) [Piste 18]
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I- L'effet Doppler
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Fin du chapitre