Oreille moyenne

Les ondes sonores captées par l'oreille externe font vibrer le tympan, qui mobilise la chaine ossiculaire de l'oreille moyenne. Par la platine de l'étrier, appliquée sur la fenêtre ovale, la vibration est ainsi transmise à la périlymphe cochléaire.

Schéma de l'oreille moyenne

S. Blatrix

Le tympan (4), vestige branchial, sépare le conduit auditif externe de la cavité de l'oreille moyenne qui est en relation avec la cavité buccale par la trompe d'Eustache (6). La fenêtre ovale, sur laquelle s'applique la platine de l'étrier (3), et la fenêtre ronde (5) séparent oreille moyenne et oreille interne. La chaîne ossiculaire comprend le marteau (1), l'enclume (2) et l'étrier (3) : elle relie le tympan à la fenêtre ovale. Le rapport des surfaces (>20/1) permet une amplification qui assure le transfert des pressions acoustiques entre le milieu aérien et le milieu liquidien de l'oreille interne. L'oreille moyenne peut ainsi être considérée comme un adaptateur d'impédance sans lequel une très grande partie de l'énergie acoustique serait perdue.

Tympan

M. Mondain

Photo du tympan humain (in situ) On aperçoit par transparence les osselets, en particulier le marteau qui vient s'appliquer jusqu'au centre de la membrane tympanique.

M. Lenoir

Vue en microscopie électronique à balayage d'un tympan de cobaye. La membrane tympanique, est ici vue côté oreille moyenne, avec le bras du marteau ancré en son centre; elle a été légèrement abimée par la préparation histologique.

Réflexe ossiculaire (stapédien)

Lorsqu ’un son fort est détecté par la cochlée (> 80 dB) l’information est transmise aux noyaux du tronc cérébral. Une boucle réflexe commande la contraction de ces muscles (chez l’homme seul le stapédien se contracte). Ceci entraîne une augmentation de la rigidité de la chaîne tympano-ossiculaire, une limitation des déplacements aux fréquences basses et moyennes (< 2000 Hz) et donc une diminution de l ’énergie transmise à l’oreille interne (par contre, ce réflexe ne protège pas l’oreille aux fréquences élevées).
Voir plus de détails sur le fonctionnement de ce reflexe

- (1) Marteau  - (2) Ligament du marteau  - (3) Enclume  - (4) Ligament de l'enclume  - (5) Muscle de l'étrier  - (6) Platine de l'étrier  - (7) Tympan  - (8) Trompe d'Eustache  - (9) Muscle du marteau  - (10) Corde du tympan sectionnée

Cette vue interne de la cavité de l'oreille moyenne permet de comprendre comment la chaîne des osselets peut être mobilisée par commande réflexe des muscles du marteau (9) et de l'étrier (5). Ce réflexe ossiculaire réduit la fonction de transfert entre l'oreille externe et la cochlée ; il protège la cochlée contre les surstimulations sonore...mais avec des limites :

• il est fatigable : pas de protection lors de bruits de longue durée ;
• il n'entre en jeu que pour des fréquences graves (ne dépassant guère 1 kHz);
• il n'intervient pas, ou trop tard (latence du reflexe = 30 ms), lors de bruits impulsifs (explosions, armes à feu, pétards, cornes de brume, etc.).

Un autre rôle du réflexe ossiculaire, qui est déclenché par la vocalisation, est d'atténuer la perception de sa propre voix : ceci est particulièrement important chez les chanteurs.

Fonctionnement de l'oreille moyenne

L’oreille moyenne transmet l'énergie acoustique du tympan à l’oreille interne, en réalisant une adaptation d’impédance entre un milieu aérien et un milieu liquidien.

Si les vibrations aériennes étaient appliquées directement aux liquides de l’oreille interne, 99,9% de l’énergie acoustique serait perdue par réflexion au niveau de l’interface air-liquide (- 30 dB).

L ’oreille moyenne est un amplificateur de pression : de cette manière elle « récupère » l ’énergie acoustique disponible dans le milieu aérien et augmente l ’amplitude des stimuli mécano-acoustiques dans l’oreille interne.

Grâce au rapport des surfaces (~ 20) entre le tympan (S1 = 0,6 cm2) et la platine de l’étrier (S2 = 0,03 cm2), et au rapport des leviers (l’axe de la chaîne ossiculaire passe au voisinage de l ’articulation marteau/enclume, mais les deux « bras » de cette chaîne ont des longueurs inégales) (d1/d2 ~ 1,3), l’amplification théorique de pression atteint un facteur x 26 (soit + 28 dB).

Attention! Cette approximation est à manier avec précaution car, du fait de ses caractéristiques mécaniques, le comportement et « l’efficacité » de l’oreille moyenne varient très fortement avec la fréquence (f).
 En effet, le fonctionnement de l ’oreille moyenne (comme celui de n’importe quel système mécanique) dépend des frottements (R) des articulations, de la masse (M) de la chaîne tympano-ossiculaire, et de la rigidité (K) des membranes, des ligaments, des volumes aériens 

Fonction de transfert de l'oreille moyenne

Les phénomènes décrits ci-dessus sont clairement observables lorsqu’on étudie la fonction de transfert de l’oreille moyenne, c’est-à-dire le rapport complexe (amplitude et phase) existant entre la pression acoustique à l’entrée de l’oreille interne (Pv : dans la périlymphe à la base de la rampe vestibulaire) et la pression acoustique devant le tympan (Pt) : Pv/Pt. On remarque d’autre part qu’aux basses fréquences la pression à l’entrée de la cochlée (Pv) est en avance de phase de 90° par rapport à la pression devant le tympan (Pt). Ceci signifie que le signal d’entrée de la cochlée : la pression acoustique dans la périlymphe à la base de la rampe vestibulaire (Pv) est fonction de la vitesse de l’étrier (ve) : Pv = Zc • ve.

N. B. Dans la gamme des fréquences audibles, l’impédance d‘entrée de la cochlée (Zc) est purement résistive (R) : il n’y a pas de composante équivalente à une masse (M) ou à une rigidité (K). Cette caractéristique a des conséquences très importantes sur l’allure des seuils de sensibilité auditive en fonction de la fréquence, et sur la susceptibilité de la cochlée aux bruits.

Chez l ’homme, l’amplification maximale ne dépasse guère 20 dB... et varie fortement en fonction de la fréquence : 13 dB à 200 Hz, 20 dB à 1000 Hz, 12 dB à 8000 Hz

Deux conclusions s'imposent :

• ce sont l’oreille externe et l’oreille moyenne qui, en fonction de la quantité d’énergie acoustique transmise pour chaque fréquence, « modèlent » la courbe des seuils de sensibilité auditive.
• l’oreille interne est un détecteur dont le seuil est constant en fonction de la fréquence dans la quasi totalité de la gamme audible (environ 1.10^-18 W chez l’homme) !

Seuils de sensibilité auditive

L’allure de la courbe de seuils de sensibilité auditive (ici chez l’homme en trait plein) est comparable à celle de la fonction de transfert globale de l’oreille externe et de l ’oreille moyenne (en pointillés). Ceci est valable pour tous les mammifères.