Localisation

Audition binaurale et monaurale

L’audition faisant appel à un organe pair, on différencie l’écoute concernant une seule oreille, dite monaurale, de l’écoute binaurale qui concerne les deux oreilles.

Fonction binaurale

En écoute binaurale, on qualifie d’écoute diotique une stimulation égale ou une sensation identique sur chaque oreille et d’écoute dichotique une stimulation inégale ou une sensation dissemblable sur chacune des deux oreilles.
 Dans l’environnement, seule l’écoute dichotique existe et permet à la fonction binaurale de s’exercer. Si les deux oreilles recevaient la même information, nous serions incapables de suivre des conversations dans des ambiances  bruyantes, localiser des sources sonores et définir notre environnement sonore.

Localisation des sources sonores

La localisation s’exerce essentiellement sur les sources primaires dont le niveau domine l’environnement sonore et devient plus confuse lorsque plusieurs sources se superposent et lorsque la réflexion fait apparaître des sources secondaires.

De manière générale, l’oreille humaine utilise plusieurs indices pour localiser une source dans l’espace : dans le plan horizontal les principaux indices utilisés résultent des différences des signaux parvenant aux deux oreilles (indices binauraux). Dans le plan vertical, les principaux indices utilisés sont des indices monauraux, ils proviennent de la modification d’un son par le torse, la tête et l’oreille externe d’un auditeur.

Localisation dans un plan horizontal

Différence de temps interaurale (ITD)

La différence de temps d’arrivée d’une onde sonore à chaque oreille est un indice important pour estimer la position d’une source dans le plan horizontal.

Un signal sonore émis d’une source S localisée, dans un plan horizontal, par un angle α et une distance r du centre de la tête d’un individu aura un chemin différent à parcourir pour atteindre l’oreille droite (R) et l’oreille gauche (L) : dans notre cas, la  distance SL est plus importante que SR, le son arrivera, par conséquent plus rapidement à l’oreille droite. L’arrivée différenciée de l’onde sonore à chaque oreille est appelée différence de temps interaurale (ITD). Lorsque la source est aux azimuts 0° ou 180°, l’ITD vaudra 0. A l’opposé, l’ITD sera maximal lorsque la source sera aux azimuts +- 90° soit environ 0,7ms (pour la taille moyenne d’une tête d’être humain).

(d'après John Garas)

L’ITD est un indice fondamental pour localiser une source émettant des ondes dont la fréquence est inférieure à 1500Hz. Au-dessus de 1500Hz, l’ITD devient ambigu. Cependant, dans le cas de sons complexes, l’ITD de l’enveloppe (modulation lente) des hautes fréquences seraient perçues (différence interaurale d’enveloppe : IED).

Différence d’intensité interaurale (IID)

La tête tend à s’opposer au passage de l’onde sonore ; on parle également d’effet d’ombre de la tête. Ainsi, il apparaît une différence interaurale d’intensité (IID), qui traduit la différence d’intensité de l’onde qui parvient à chaque oreille. Cependant, cet indice dépend fortement de la fréquence du son incident. Lorsqu’elle est inférieure à 1500Hz, l’IID est quasi inexistant. En revanche, pour des fréquences supérieures à 1500Hz, l’IID devient un indice effectif.
 
 Ainsi, l’association de l’IID et l’ITD permet une localisation relativement précise dans un plan horizontal. Néanmoins, il existe une zone de confusion qui correspond aux azimuts 0° et 180° pour lesquels l’IID et l’ITD sont quasi identiques. Cette zone en avant et en arrière est souvent appelée zone de confusion.

Localisation dans le plan vertical

La capacité de localiser dans un plan vertical est souvent attribuée à l’analyse de la composition spectrale du signal parvenant à chaque oreille. En effet, les ondes incidentes réfléchies par des structures, telles que les épaules où le pavillon, interfèrent avec les ondes entrant dans le conduit auditif. Ces interférences conduisent à des modifications spectrales, renforcement (pics spectraux) ou dégradation (trous spectraux) de certaines zones fréquentielles, qui permettent de localiser une source dans un plan vertical.

L’Homme mémorise au cours de sa vie une multitude de fonctions de transfert correspondant à des directions différentes pour des sources sonores. Les filtrages mémorisés viennent pondérer le spectre de la source et permettent notamment de lever l’ambiguïté de localisation entre l’avant et l’arrière, le haut et le bas.

Ce schéma (d'après John Garas) montre la modification du spectre de l’onde originelle en fonction de l’azimut de la source (du haut vers le bas : -10°, 0°, 10°). On peut notamment voir que le trou spectral se déplace vers la droite. L’appréciation de la source dans un plan vertical reste cependant plus imprécise que dans le plan horizontal.

Appréciation de la distance

Les variations du niveau d’intensité et le rapport entre l’énergie du champ direct et du champ réverbéré sont les indices principaux permettant d’appréhender la distance d’une source sonore.

Variation du niveau d’intensité

Une source en mouvement voit son niveau d’intensité varié ; Si elle s’approche, le niveau d’intensité augmente, à l’inverse, celui-ci diminue lorsqu’elle s’éloigne. Cet indice ne peut s’appliquer que dans un environnement non réverbérant (champ libre, chambre anéchoïque). En effet, dans un contexte réverbérant, la distribution des ondes, et par conséquent leurs niveaux d’intensité respectifs, est dépendante des caractéristiques de réverbération de la pièce.

Rapport du champ direct au champ réverbéré

A une distance proche de la source, le champ direct prédomine. A l’inverse, plus on s’éloigne plus le champ réverbéré, dont l’origine est la réflexion des ondes directes sur les parois d’un local, prédomine. Ainsi, l’évolution du rapport champ direct/champ réverbéré permet d’apprécier dans un espace clos le déplacement, par extension la distance, de la source.

Résolution des situations confuses

L’être humain effectue instinctivement de petits mouvements de tête qui lui permettent de créer de nouveaux indices binauraux et monauraux, et ainsi de préciser la position de la source sonore. Ceci permet notamment de lever certaines ambiguïtés de localisation, notamment dans la zone de confusion (azimut à 0 et 180°).