Son pur

UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 11/12/12
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L’audition
- Fonction périodique décomposable en somme de sinusoïde de fréquence fondamentale
- Harmoniques
- Son pur = sinusoïde simple à une fréquence donné sans harmonique
- Sinusoïde a une fréquence fondamentale
- Signal périodique de même fréquence fondamentale, mais pas la même harmonique, (par
exemple sinusoïde carré)
- Au cours du temps, diminution du son dans les fréquences élevés (presbyaccousie)
- Son : vibration mécanique des milieux matériels+ sensation chez l’homme par l’intermédiaire
de l’ouïe (20-20000 Hz)
- > : infra son (<20 Hz)
- < : ultra son (>20000 Hz)
Piston en variation de mouvement
- Variation sinusoïdale de la pression acoustique, de pression locale propagée à une vitesse V,
la célérité du son
Son pur
- Vibration sinusoïdale des particules du milieu matériel
- Célérité d’onde : vitesse de propagation de la déformation, cette déformation elle-même :
vitesse de variation de la déformation
- La déformation est dans la direction de la propagation
- Pas de transport de matière dans le son, les oscille mais pas de mouvement net, mais
transport d’énergie.
Vitesse de propagation
- Ordre de 300m.s-1
- Air : ρ= 1,29 eau 10^3
- Seule la fréquence ou la période est caractéristique d’un son, ne se modifie pas quand passe
une interface, ne change pas quand elle passe d’un milieu infini à un autre
- Pression, oscillation sinusoïdale à la fréquence du son se propageant à une certaine célérité
selon le milieu, est appelé pression acoustique se surajoutant à la pression atmosphérique et
est extrêmement faible, pression oscillante
Pression acoustique
- Déplacement des molécules au cours du mouvement vibratoire, modulation de pression qui
varie sinusoïdalement autour d’une valeur moyenne de P0.
- Cette pression acoustique est extraordinairement faible par rapport à P0, varie entre 2.10^ -
5 à 20 Pa

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Notion d’impédance
- Résistance à la propagation du son (Z), notion fondamentale pur comprendre la propagation
du son à travers des interfaces.
- La propriété fondamentale du milieu de propagation ne dépend QUE des caractéristiques
mécaniques du milieu !
- Impédance de l’air : 400 rayl
- Impédance dans l’eau 1,5.10^6 rayl
Energie acoustique
- Puissance acoustique surfacique, en watt.m-1
- Proportionnel au carré de la pression sur Z
- L’énergie au cours d’un cycle oscille, l’énergie moyenne est de type P²/2Z
- L’énergie I = ZΩ²XU0² / 2
- L’amplitude de déplacement est inversement proportionnelle à la fréquence.
- Plus la fréquence est élevé plus l’amplitude de vibration est faible et inversement
Intensité sonore
- Les pressions acoustiques peuvent varier dans un rapport de 10^6
- Les intensités acoustiques peuvent donc varier dans un rapport de 10^12
- Utilisation donc de l’échelle logarithmique
- Fréquence I0 : seuil d’audibilité (son pur de 1000 Hz) I0=10^-12 W.m^-2
- Seuil de douleur =1 : on parle de décibel à cause de l’échelle logarithmique
Intensité sonore :
S=10Xlog (I/I0) (en décibels (dB))
- L’étendue des sons audibles va de 0dB à 120 dB.
- Superposition de 2 sons de même intensité : S2
- S2= 10 log 2I/I0= 10 log I/I0 = 3 + S
- 2 sons de 100 db S=103dB
- 2 sons de -2 dB (inaudibles) S= 1 dB (audible)
- I*10 => + 10dB
- I* 100 => +20 dB
Propriétés de l’onde sonore
- Pouvoir de réflexion : se qui est réfléchie apr rapport à l’incidence
- Ii= Ir+It
- Pouvoir de réflexion : R= Ir/Ii
- Pouvoir de transmission T= It/Ii
- En incidence normale
- R= (Z2-Z1)²/(Z1+Z2)²

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- Plus les impédances acoustiques sont différentes, plus l'intensité réfléchie est grande, et donc
la transmission est mauvaise
- Si Z1=Z2-> R=0
- T=4Z2Z1/(Z2+Z1)²
- Surdité de transmission = même perte sur toute les fréquences : pouvoir de transmission air-
eau : T=10^-3 on perd donc 30 dB
Adaptation d’impédance
- Passage air muscle : It/Ii = 0,001 les bruits internes (poumon cœur) ne sont donc
pratiquement p as transmis dans l’air. Leur auscultation nécessite une adaptation
d’impédance
Ex : le stéthoscope est un adaptateur d’impédance
- Fonctionne avec un diaphragme permettant l’adaptation d’impédance
Propriété d’une onde sonore
- Si l’absorption est négligeable l’énergie sonore se conserve lors de la propagation mais la
puissance surfacique décroit en 1/r²
- Ex : I2d = Id/4
- S2s = Sd-6dB
Diffraction
- Les ondes sonores peuvent contourner les obstacles, quand lambda petit par rapport à la
taille de la tête diffraction négligeable
- Si lambda grand par rapport à la taille de la tête, diffraction importante
Audition binaurale (codage de la localisation du son) :
- La diffraction ou la non diffraction agit
- Pour fréquence faible diffraction important
- Si la diffraction arrive à l’oreille opposé avec un certain retard, décalage dans le temps,
déphasage que le cerveau interprète pour connaitre la direction
- Si fréquence haute, on n’entend rien du coté opposé du fait de l’absence de diffraction. Donc
le son provient bien du côté d’où il vient.
Oreille
- Rappels anatomiques
OE
- Pavillon : aide à localisation
- CAE : gain de pression : effet de résonnance

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Déplacement du tympan
- Tout passe par le tympan, la vibration du tympan est très fine
- Transmission du milieu aérien au milieu liquidien via chaine des osselets et la fenêtre ovale
- Rôle de la chaine des osselets
o Adaptateur d’impédance : augmentation de la pression acoustique entre le tympan
et la fenêtre ovale, via effet d’un bras de levier, augmentation de la pression
acoustique, rapport des aires tympan/fenêtre ovale
o Perte de 30dB du fait de transmission entre aérien et liquide, d’où le besoin de
l’augmentation de la pression acoustique
Oreille interne
- Son aigu : résonnance dans la zone basale
- Les sons graves : résonnance dans la zone apicale
- De façon très schématique les sons grave font vibre la partie apicale de ka cochlée, et les son
aigues dans la région basale.
Biophysique sensorielle
- Entre environnement et la perception du son : il y a fonction sensorielles (ex audition), on
décrit environnement à partir de signal physique, mais on en déduit quelque chose via un
phénomène psychologique, passage de l’un à l’autre via un transfert d’info
- La biophysique c’est élargie aux centres au-delà de l’oreille, le message physique est recueilli
o Transduction de ce dernier (passage de l’énergie mécha à énergie électrique au
niveau de cellules ciliées de l’OI
o Transmission aux voies nerveuses => il s’y passe l’interprétation du message arrivera
alors la sensation qui est subjective. (quantifiés à partir de qualités physiologiques,
pour le son, la hauteur)
Techniques d’exploration des fonctions sensorielles
- Méthodes objectives : technique d’enregistrement électro physique
- Méthode subjective
Notion de psycho-physique
- Entre signal et sensation présence d’une boite noire, on essaye de quantifier à partir de
paramètre psycho-physique : le signal physique entraine une sensation avec message
sensoriel
- Recherche du seuil absolu (plus petite valeur du stimulus pouvant engendrer un sensation) et
des différentiels (plus petite variation perceptible du stimulus
- Loi de Wever et Fechner : relation entre intensité des stimule et la grandeur des sensations
Loi de Weber
- La plus petite différence de stimulation perceptive (seuil différentiel) est proportionnelle à
l’intensité du stimulus
- Fonctionnement en logarithmique, les réponses aux stimuli varient comme le log de ces
stimuli

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Loi d’Adrian
- On retrouve cette proportionnalité entre log de l’intensité et la fréquence de PA, les
caractéristiques psychophysiques de la sensation sont donc due au fonctionnement de
l’organe lui-même (ici l’oreille)
- La détection du son requiert la conversion des ondes sonores en une forme d’énergie qui
permette l’analyse de ce dernier
Psycho acoustique
- Audiogramme : courbe donna le seuil minimal d’audibilité pour chaque fréquence et oreille.
Condition Monaurale
- Variation interindividuelle, presbyacousie, vers 30-40 ans chute importante de la fréquence
audible
Ondes sonores : qualité physio
- Hauteur
- Intensité
- Timbre
- Sensation hauteur de son
- Le signal physique c’est sa fréquence
- Ou qu’on soit sur le spectre fréquentiel il y aura toujours des rapports de fait de la
progression logarithmique
- Sensation : = sonie
Sonie
- Qualité physiologique : message sensoriel => intensité : son fort ou faible ?
Courbes isosonique
- Donne des mêmes sensations d’intensité, courbes non horizontale, relie tous les points une
même sensation des intensités sonores en fonction de la fréquence
Le timbre
Qualité physiologique, permet de distinguer 2 sons de même hauteur et sonie => correspond au
spectre de fréquence et de la richesse en harmoniques.