Psychoacoustique

Caractères de la sonie

Seuil absolu
 On appelle seuil absolu d'audition, le niveau minimal de pression acoustique efficace qui produit une sensation auditive dans un environnement silencieux. Ce seuil varie pour chaque auditeur et chaque fréquence.

Seuil d'inconfort
 Pour un auditeur et une fréquence donnés, il correspond au niveau minimal de pression acoustique efficace qui produit une sensation auditive d’inconfort.

Seuils normaux
 Le seuil normal (absolu et d'inconfort) correspond à la valeur moyenne des seuils (absolus et d'inconfort) d’un grand nombre d’auditeurs normo-entendants.

Champ auditif

Aux fréquences audibles, l’aire délimitée par le seuil d’audition et le seuil d’inconfort (qui est aussi le seuil des sons traumatiques pour l'oreille) définit le champ auditif, domaine de sensation auditive ou aire d’audition. La dynamique du champ auditif est l’écart entre les deux seuils.

Le champ auditif de l’homme s’étend d’une pression acoustique 0,02 mPa (0 dB SPL) à 20 Pa (120 dB SPL). Cela n’est vrai que pour les fréquences comprises entre 0,5 et 8 kHz où la sensibilité de l’oreille est meilleure. Pour les fréquences inférieures ou supérieures, on constate qu’il faut une pression acoustique beaucoup plus importante pour atteindre le seuil d'audition.
 Plus on s’approche des extrémités du champ auditif, plus la dynamique est faible.

NB: Par anthropomorphisme, nous qualifions d'infrasons toute fréquence inférieure à 20 Hz, même si l'oreille de certains animaux (taupe par exemple) peut capter des "sons" de quelques Hertz : leur gamme de perception est étendue de une ou de deux octaves dans les graves. De même, nous qualifions d'ultrasons tout ce qui est au-delà de 20 kHz, alors qu'un chien, ou un chat, entend jusqu'à 40 kHz et une chauve-souris jusqu'à 160 kHz, soit respectivement une et trois octaves de plus que l'homme dans les aiguës.

Courbes d'égales intensités sonores ou courbes isosoniques

Une ligne isosonique représente l’ensemble des sons purs produisant la même sensation d’intensité, la même sonie, en fonction de la fréquence (d'après la norme iso 206 et 2003).

Ce graphe représente les courbes d’isosonies moyennes de 50 sujets jeunes normo-entendants, obtenues en chambre anéchoïque,  en écoute binaurale et en champ libre (d'après Robinson et Dadson, 1956).  L’unité utilisée pour caractériser une courbe isosonique est le phone. Il correspond au niveau sonore exprimé en dB SPL à 1000 Hz. . Par exemple un son pur de fréquence 1000 Hz émis à 20 dB SPL sera de 20 phones tout comme un son pur de fréquence 100 Hz émis à 43dB SPL.
NB. Le phone est égal au dB SPL uniquement pour un son de fréquence 1000Hz.

Le sone

Le phone n’étant pas un indice de sensation mais d’égales sensations, une seconde unité a été créé : le sone.
 Pour des niveaux supérieurs à 40 phones et pour les fréquences médiums, le sone est lié au phone par la relation :
 sone = 2^{(phone-40)/10}. Ainsi à 1000Hz, un son de 40 phones vaudra  2^(40-40)/10= 1 sone

La sonie évolue différemment en fonction de la fréquence. Par comparaison avec des sons de 1 et 8kHz, la sonie d’un son de 0.1kHz augmente bien plus rapidement. Cela traduit notamment l’idée que la dynamique auditive à cette fréquence est inférieure à la dynamique auditive pour un son de 1kHz ou de 8kHz (voir ci-dessus, champ auditif).

Seuil différentiel absolu d'intensité

C’est la plus petite variation d’intensité physique provoquant une variation de sonie. Il dépend à la fois du niveau d’intensité et de la fréquence. Aux intensités les plus fortes l’oreille est ainsi capable de différencier des intensités ne variant que de 0,4 dB. On estime à environ 150 le nombre d’échelons de sonie.

Sonie et bandes critiques de l'oreille

Si on fait entendre sur une même oreille un son complexe composé de deux sons purs de fréquences différentes mais proches, la sonie reste la même tant que l’écart entre ces deux fréquences est inférieur à la largeur de la bande critique ; dès que cet écart dépasse la largeur de la bande critique, la sonie augmente.

On peut assimiler les bandes critiques à une batterie de filtres passes bandes juxtaposés dont les fréquences de coupures ne sont pas figées le long de la cochlée mais fonction de la composition fréquentielle du son en présence.

Effet de masque

La perception des diverses composantes d’un son complexe ne se fait pas indépendamment. En effet, pour des raisons physiologiques, la perception de certaines fréquences empêche la perception d’autres composantes : c’est l’effet de masque.

Cette figure montre les seuils auditifs obtenus sans masquage en vert, puis avec un masquage par une bande bruit [1100 à 1300]Hz à divers niveaux d’intensité.

En rouge, on peut voir la modification des seuils auditifs obtenus pour un niveau de bruit de 60 dB SPL. Par exemple, un son pur de 1000 Hz ne sera perçu qu’à une intensité de 45dB SPL au lieu de 3dB SPL en l’absence de bruit.

Ce graphe montre également que l’effet masquant du bruit augmente avec l’intensité, et son étendue est plus prononcée dans les hautes fréquences. Autrement dit, les basses fréquences masqueront plus facilement les hautes fréquences que l’inverse.

Il existe également un masquage central c’est à dire une modification de perception d’intensité du son testé, au niveau central et non périphérique. Par exemple, lorsqu’on émet sur une oreille un son pur et sur la seconde un bruit, l’influence de masquage du bruit sur les centres va modifier la sonie du son pur. Ainsi, on crée un masque sans agir directement sur l’oreille testé.

Autres facteurs influençant la sonie

L’effet de durée
 La sonie augmente jusqu’à une valeur critique comprise entre 50 et 400 ms puis décroit légèrement

La prévisibilité du signal
 Quand l’auditeur s’attend à l’émission d’un son fort, la sonie qu’il provoque est plus faible que lorsqu'il ne s’y attend pas.   

Réflexe stapédien
 Ce réflexe agit essentiellement sur des sons brefs de fréquences médiums et des niveaux supérieurs à 80 dB. En agissant, il rigidifie la chaine tympano-ossiculaire ce qui se traduit par un amoindrissement de la vibration sonore et par conséquent à une diminution de sonie. Cependant, ce réflexe est fatigable.

La fatigue auditive
 Après exposition de l’oreille à un son trop intense, on observe une élévation du seuil d’audition liée à la fatigue des fibres nerveuses. On peut se rendre compte de ce phénomène lorsqu’on sort de discothèque ou encore après le port d’un baladeur MP3.