Question d'origine :
Comment notre oreille et notre cerveau arrivent à déterminer d'où viennent les sons ( de gauche, de droite, proches ou éloignés)?
Question de mon fils Ronan 13 ans à laquelle je n'ai pas pu répondre!
Réponse du Guichet
gds_ctp
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 28/08/2013 à 13h01
Bonjour,
Le site Physique à main levée alimenté par l’université Lille 1, propose une expérience pour découvrir la provenance des sons. Les explications données apportent une réponse à la question de votre fils :
Le coup sur le tuyau donne naissance à une onde sonore qui se propage le long du tuyau.
Lorsque le tuyau est frappé en son milieu, la distance entre la source sonore et chacune des oreilles est la même, le son atteint donc les deux oreilles en même temps. L’expérimentateur situe alors la source sonore au milieu du tuyau.
Si le tuyau n’a pas été frappé en son milieu, le son atteint d’abord l’oreille la plus proche. Le cerveau arrive à déterminer la direction de la source du son à partir de l’ordre d’arrivée des sons perçus par l’oreille gauche et par l’oreille droite .
La provenance du son ne peut être localisée par différence temporelle que pour des fréquences faibles. Pour des fréquences élevées, la direction est déterminée à l’aide de la différence d’intensité sonore. Pour les fréquences intermédiaires (aux alentours de 3 kHz), la provenance est déterminée par association des deux méthodes précédentes. Dans tous les cas, il faut effectivement disposer de deux oreilles pour déterminer la provenance d’un son. On n’y arrive pas si l’on est sourd d’une oreille (par exemple en la bouchant).
Une vidéo et une méthodologie vous permettent de tester cette expérience chez vous.
Le site VIE – la biologie au collège et au lycée (dédié à l’enseignement de la SVT) consacre un article à l’audition humaine et donc à la perception du relief sonore :
En dépit de l'absence, au sein de l'oreille, d'un équivalent de ce que représente la rétine pour l'oeil en terme de détection spatiale, on arrive à percevoir avec une certaine précision l'origine des sources sonores. Comment se fait cette localisation sonore?
En premier lieu, tout comme la présence de deux yeux permet d'ajouter le relief, donc une troisième dimension, à la vision bidimensionelle fournie par un oeil unique, la présence de deux oreilles permet une première estimation de l'origine du son. En effet, les sons n'arrivent pas aux deux oreilles en même temps, et cette différence est suffisamment élevée pour être perceptible (la vitesse du son est bien entendu bien plus faible que celle de la lumière). […]
Pour une localisation spatiale plus fine d'un son, d'autres facteurs encore interviennent. Bien entendu, la reconnaissance d'un son habituel permet de préciser en partie sa localisation spatiale (la force d'un moteur de voiture donne ainsi des indications quant à sa distance). D'autre part, l'audition humaine fait intervenir des phénomènes assez complexes : ainsi, les fréquences sont déformées différemment par le pavillon des oreilles suivant leur direction, l'audition fait intervenir non seulement les deux oreilles mais aussi la conduction osseuse, etc. autant d'éléments qui peuvent contribuer, de manière complexe, à la localisation des sons.
De fait, l'oreille humaine moyenne (mais là encore, il y a des variations, selon les individus et leur degré d'entrainement), réussit à localiser l'origine des sons avec une précision satisfaisante, mais qui est loin d'égaler celle de l'oeil.
Enfin, le site des cliniques Lobe, spécialisées dans la santé auditive, nous donne une explication simple sur la perception avant-arrière des sons :
Les différences interaurales [nb : le fait que le son arrive plus vite à une oreille] sont les indices les plus importants de la localisation auditive. Par contre, ces deux indices ne permettent pas de déterminer si la source provient de l’avant ou de l’arrière. Pour ce faire, le cerveau utilise un troisième indice, soit la fonction de transfert directionnel. Il s’agit des modifications acoustiques effectuées par la forme de l’oreille, de la tête et du cou sur la composition du son. Ces modifications sont différentes selon la position de la source sonore dans l’espace. Les moyennes et hautes fréquences sont particulièrement importantes pour ce troisième indice.
Tout élément interférant avec l’un ou l’autre indice peut brouiller la perception spatiale. Ainsi, le port de protecteurs auditifs (bouchons ou coquilles) ou d’articles de tête (masque, cagoule, etc.) atténue les basses fréquences, mais gène davantage les moyennes et hautes fréquences. Des erreurs de type avant-arrière sont alors notées. Ce type d’erreur est souvent une cause d’accident en milieu de travail bruyant. De même, la surdité neurosensorielle typique, soit une perte sur les moyennes et hautes fréquences de façon symétrique d’une oreille par rapport à l’autre, comme dans les surdités causées par le bruit ou le vieillissement, gène sérieusement la localisation avant-arrière. Les surdités mixtes, de conduction ou asymétriques affectent même la localisation gauche-droite, augmentant ainsi d’autant plus les risques d’accident.
Pour finir, la bibliothèque du Bachut avait consacré, en 2008, une conférence sur Comment notre cerveau perçoit-il les sons ? où vous trouverez également des réponses à vos questions. Vous pouvez accéder à cette conférence en ligne.
Pour aller plus loin dans la compréhension de l’audition, plusieurs ouvrages sont disponibles au sein des bibliothèques municipales de Lyon :
• Le guide de l’audition par le professeur Bruno Frachet et Emilie Vormès
• L’audition, guide complet par l’association Journée Nationale de l’Audition
• L’oreille numérique : vues nouvelles sur la perception des sons par Roland Carrat
Le site Physique à main levée alimenté par l’université Lille 1, propose une expérience pour découvrir la provenance des sons. Les explications données apportent une réponse à la question de votre fils :
Le coup sur le tuyau donne naissance à une onde sonore qui se propage le long du tuyau.
Lorsque le tuyau est frappé en son milieu, la distance entre la source sonore et chacune des oreilles est la même, le son atteint donc les deux oreilles en même temps. L’expérimentateur situe alors la source sonore au milieu du tuyau.
Si le tuyau n’a pas été frappé en son milieu, le son atteint d’abord l’oreille la plus proche. Le cerveau arrive à
La provenance du son ne peut être localisée par différence temporelle que pour des fréquences faibles. Pour des fréquences élevées, la direction est déterminée à l’aide de la différence d’intensité sonore. Pour les fréquences intermédiaires (aux alentours de 3 kHz), la provenance est déterminée par association des deux méthodes précédentes. Dans tous les cas, il faut effectivement disposer de deux oreilles pour déterminer la provenance d’un son. On n’y arrive pas si l’on est sourd d’une oreille (par exemple en la bouchant).
Une vidéo et une méthodologie vous permettent de tester cette expérience chez vous.
Le site VIE – la biologie au collège et au lycée (dédié à l’enseignement de la SVT) consacre un article à l’audition humaine et donc à la perception du relief sonore :
En dépit de l'absence, au sein de l'oreille, d'un équivalent de ce que représente la rétine pour l'oeil en terme de détection spatiale, on arrive à percevoir avec une certaine précision l'origine des sources sonores. Comment se fait cette localisation sonore?
En premier lieu, tout comme la présence de deux yeux permet d'ajouter le relief, donc une troisième dimension, à la vision bidimensionelle fournie par un oeil unique, la présence de deux oreilles permet une première estimation de l'origine du son. En effet, les sons n'arrivent pas aux deux oreilles en même temps, et cette différence est suffisamment élevée pour être perceptible (la vitesse du son est bien entendu bien plus faible que celle de la lumière). […]
Pour une localisation spatiale plus fine d'un son, d'autres facteurs encore interviennent. Bien entendu, la reconnaissance d'un son habituel permet de préciser en partie sa localisation spatiale (la force d'un moteur de voiture donne ainsi des indications quant à sa distance). D'autre part, l'audition humaine fait intervenir des phénomènes assez complexes : ainsi, les fréquences sont déformées différemment par le pavillon des oreilles suivant leur direction, l'audition fait intervenir non seulement les deux oreilles mais aussi la conduction osseuse, etc. autant d'éléments qui peuvent contribuer, de manière complexe, à la localisation des sons.
De fait, l'oreille humaine moyenne (mais là encore, il y a des variations, selon les individus et leur degré d'entrainement), réussit à localiser l'origine des sons avec une précision satisfaisante, mais qui est loin d'égaler celle de l'oeil.
Enfin, le site des cliniques Lobe, spécialisées dans la santé auditive, nous donne une explication simple sur la perception avant-arrière des sons :
Les différences interaurales [nb : le fait que le son arrive plus vite à une oreille] sont les indices les plus importants de la localisation auditive. Par contre, ces deux indices ne permettent pas de déterminer si la source provient de l’avant ou de l’arrière. Pour ce faire, le cerveau utilise un troisième indice, soit la fonction de transfert directionnel. Il s’agit des modifications acoustiques effectuées par la forme de l’oreille, de la tête et du cou sur la composition du son. Ces modifications sont différentes selon la position de la source sonore dans l’espace. Les moyennes et hautes fréquences sont particulièrement importantes pour ce troisième indice.
Tout élément interférant avec l’un ou l’autre indice peut brouiller la perception spatiale. Ainsi, le port de protecteurs auditifs (bouchons ou coquilles) ou d’articles de tête (masque, cagoule, etc.) atténue les basses fréquences, mais gène davantage les moyennes et hautes fréquences. Des erreurs de type avant-arrière sont alors notées. Ce type d’erreur est souvent une cause d’accident en milieu de travail bruyant. De même, la surdité neurosensorielle typique, soit une perte sur les moyennes et hautes fréquences de façon symétrique d’une oreille par rapport à l’autre, comme dans les surdités causées par le bruit ou le vieillissement, gène sérieusement la localisation avant-arrière. Les surdités mixtes, de conduction ou asymétriques affectent même la localisation gauche-droite, augmentant ainsi d’autant plus les risques d’accident.
Pour finir, la bibliothèque du Bachut avait consacré, en 2008, une conférence sur Comment notre cerveau perçoit-il les sons ? où vous trouverez également des réponses à vos questions. Vous pouvez accéder à cette conférence en ligne.
Pour aller plus loin dans la compréhension de l’audition, plusieurs ouvrages sont disponibles au sein des bibliothèques municipales de Lyon :
• Le guide de l’audition par le professeur Bruno Frachet et Emilie Vormès
• L’audition, guide complet par l’association Journée Nationale de l’Audition
• L’oreille numérique : vues nouvelles sur la perception des sons par Roland Carrat
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