Son pur
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UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 11/12/12 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 1 UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 11/12/12 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 2 UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 - - 11/12/12 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 aireau : 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 pas 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 - Pavillon : aide à localisation CAE : gain de pression : effet de résonnance OE 3 UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 11/12/12 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 4 UE 5 – Physiologie – Chapitre 15 11/12/12 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. 5
