L`oreille musicale

L'oreille musicale
E. Kierlik
Licence Sciences et Technologies de l'UPMC
1 avril 2007
er
E Kierlik
(UPMC)
L'oreille musicale
er
1
avril 2007
1 / 16
Plan du cours
I Mesure et perception des sons
Intensité et fréquence d'un son pur.
La loi de Weber - décibel et octave.
Psychoacoustique : sonie et tonie.
E Kierlik
(UPMC)
L'oreille musicale
er
1
avril 2007
2 / 16
Plan du cours
I Mesure et perception des sons
Intensité et fréquence d'un son pur.
La loi de Weber - décibel et octave.
Psychoacoustique : sonie et tonie.
II L'oreille : de la
physiologie à la physique
la tête (diraction)
l'oreille externe (amplication)
l'oreille moyenne (adaptation)
l'oreille interne (détection)
E Kierlik
(UPMC)
L'oreille musicale
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avril 2007
2 / 16
Plan du cours
I Mesure et perception des sons
Intensité et fréquence d'un son pur.
La loi de Weber - décibel et octave.
Psychoacoustique : sonie et tonie.
II L'oreille : de la
III L'oreille sensible
physiologie à la physique
la tête (diraction)
l'oreille externe (amplication)
l'oreille moyenne (adaptation)
l'oreille interne (détection)
E Kierlik
(UPMC)
sensibilité au niveau sonore
sensibilité à la hauteur
eet de masque
illusions auditives
L'oreille musicale
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Le son pur
Les équations de l'acoustique linéaire
∂v
∂t
∂v
∂x
1
∂p
ρ0 ∂ x
∂p
= −χs
∂t
= −
E Kierlik
(UPMC)
( , ) =
p0
cos(2π[ν t −
( , ) =
v0
cos(2π[ν t −
p x t
v x t
L'oreille musicale
er
1
x
λ
x
λ
] + φ)
] + φ)
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Le son pur
Les équations de l'acoustique linéaire
∂v
∂t
∂v
∂x
1
∂p
ρ0 ∂ x
∂p
= −χs
∂t
= −
( , ) =
p0
cos(2π[ν t −
( , ) =
v0
cos(2π[ν t −
p x t
v x t
x
λ
x
λ
] + φ)
] + φ)
Fréquence et
déphasage
fréquence ν en
hertz.
phase φ en
radian.
E Kierlik
(UPMC)
L'oreille musicale
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Le son pur
Les équations de l'acoustique linéaire
∂v
∂t
∂v
∂x
1
∂p
ρ0 ∂ x
∂p
= −χs
∂t
= −
Fréquence et
déphasage
fréquence ν en
hertz.
phase φ en
radian.
E Kierlik
(UPMC)
( , ) =
p0
cos(2π[ν t −
( , ) =
v0
cos(2π[ν t −
p x t
v x t
x
λ
x
λ
] + φ)
] + φ)
Impédance
p0
= Zv0 .
Z
= ρ0 c =
impédance.
q
ρ0
χs
L'oreille musicale
:
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Le son pur
Les équations de l'acoustique linéaire
∂v
∂t
∂v
∂x
1
∂p
ρ0 ∂ x
∂p
= −χs
∂t
= −
Fréquence et
déphasage
fréquence ν en
hertz.
phase φ en
radian.
E Kierlik
(UPMC)
( , ) =
p0
cos(2π[ν t −
( , ) =
v0
cos(2π[ν t −
p x t
v x t
Impédance
p0
Z
impédance.
λ
x
λ
] + φ)
] + φ)
Intensité
= Zv0 .
= ρ0 c =
x
:
intensité acoustique
2
−
0
I =
ρ0 en W.m .
I
q
ρ0
χs
L'oreille musicale
:
=< pv >
p
2
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1
2
c
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Pourquoi des échelles logarithmiques ?
La loi de Weber
L'accroissement d'intensité du stimulus nécessaire pour avoir une diérence
juste perceptible de sensation est une fraction constante de ce stimulus
(argent, poids, ouïe, vue, . . .).
E Kierlik
(UPMC)
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Pourquoi des échelles logarithmiques ?
La loi de Weber
L'accroissement d'intensité du stimulus nécessaire pour avoir une diérence
juste perceptible de sensation est une fraction constante de ce stimulus
(argent, poids, ouïe, vue, . . .).
L'octave
progression identique de la
hauteur d'un son par doublage
de fréquence.
le savart : 1000 log( 21 ).
l'octave : à partir d'un
fondamental f → 2f (∼ 300
Savarts).
f
f
0
E Kierlik
(UPMC)
0
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Pourquoi des échelles logarithmiques ?
La loi de Weber
L'accroissement d'intensité du stimulus nécessaire pour avoir une diérence
juste perceptible de sensation est une fraction constante de ce stimulus
(argent, poids, ouïe, vue, . . .).
L'octave
progression identique de la
hauteur d'un son par doublage
de fréquence.
le savart : 1000 log( 21 ).
l'octave : à partir d'un
fondamental f → 2f (∼ 300
Savarts).
f
f
0
E Kierlik
(UPMC)
0
le décibel
progression identique du
niveau sonore par doublage
d'amplitude.
le décibel : 10 log( −12 ).
doublage de l'intensité : + 3
dB !
L'oreille musicale
I
10
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L'échelle de perception de l'oreille humaine
Limites de la sensibilité de l'oreille
L'âge hélas !
20-20 000 Hz en fréquence, 0-120 dB en intensité.
sensibilité extrème vers 4000 hz (diminue avec l'âge).
zone moyenne : musique, conversation,. . .
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Les échelles subjectives I : la sonie
Courbe isotonique
E Kierlik
(UPMC)
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Point de départ à 1000
Hz : sensation
subjective d'intensité.
diérences entre graves
et aigüs : les aigüs
s'entendent mieux.
→ décibels A (dB-A)
d'intensité perceptive.
→ timbre riche plus
sonore .
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Les échelles subjectives II : la tonie
Quelques illustrations sonores . . .
Dénition des mels
Sensation d'octave 6= doublage de
fréquence pour les sons aigüs.
E Kierlik
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Les échelles subjectives II : la tonie
Quelques illustrations sonores . . .
Dénition des mels
Couplage sonie-tonie
Sensation d'octave 6= doublage de
fréquence pour les sons aigüs.
E Kierlik
(UPMC)
Plus un son est fort, plus il
paraît grave.
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L'oreille
Schéma général
E Kierlik
(UPMC)
Rôles de l'oreille
percevoir.
localiser.
se protéger.
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L'oreille externe
Allure
L'oreille externe amplie les
sons KhZ et permet la
localisation des sons.
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(UPMC)
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L'oreille moyenne
Allure
L'oreille moyenne assure
l'adaptation d'impédance entre
l'air et l'eau .
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(UPMC)
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L'adaptation d'impédance
Réexion et transmission
E Kierlik
(UPMC)
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L'adaptation d'impédance
Réexion et transmission
Résultats
T
=
4Z
1 Z2
(Z1 + Z2 )2
.
(air)=4,5×10 kg.m− .s− ,
− .s− ,
Z (eau)=1,48×10 kg.m
− .s− .
Z (os)=7,6×10 kg.m
Z
2
2
6
6
1
2
2
1
1
(air/eau)=0.001 → -30 dB !
T (eau/os)=0.55 → -2.6 dB !
T
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(UPMC)
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L'adaptation d'impédance
Réexion et transmission
Résultats
T
=
4Z
1 Z2
(Z1 + Z2 )2
.
(air)=4,5×10 kg.m− .s− ,
− .s− ,
Z (eau)=1,48×10 kg.m
− .s− .
Z (os)=7,6×10 kg.m
Z
2
2
6
6
1
2
2
1
1
(air/eau)=0.001 → -30 dB !
T (eau/os)=0.55 → -2.6 dB !
T
Eet de levier sur les pressions :
S d
0.6
=
× 1.3 = 26 → 28 dB !
S d
0.03
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(UPMC)
1
1
2
2
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L'oreille interne
Allure
Section axiale
1. vestibule.
1. canal cochléaire (→ organe de
3. organe de Corti.
Corti)
4. cochlée.
2. rampe vestibulaire (→ fenêtre ovale)
3. rampe tympanique (→ fenêtre
ronde)
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De helmoltz à Békésy
L'onde propagée
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JND : Just noticeable difference
Quelques illustrations sonores . . .
JND des intensités
JND des fréquences
Sensibilité moyenne ∼ 1 dB
Sensibilité moyenne
∼ mininum (3 Hz, 0.6 % )
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(UPMC)
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Le masquage I
L'effet de masque
Un bruit centré sur f masque les
sons de fréquences voisines de f
(→ codage MP ).
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(UPMC)
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Le masquage I
L'effet de masque
La bande critique
Un bruit centré sur f masque les
sons de fréquences voisines de f
(→ codage MP ).
3
E Kierlik
(UPMC)
Autour de chaque tonalité , il
existe une bande de fréquence où la
perception est modiée.
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Le masquage II
L'exitation de la
membrane basilaire
E Kierlik
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Le masquage II
L'exitation de la
La confusion des
membrane basilaire
fréquences
Confusion des fréquences → sons
dissonants ou consonnants.
E Kierlik
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