Cours Audio Chap2 Perception 2015

7/25/2019 Cours Audio Chap2 Perception 2015

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Ce chapitre comprend deux parties.

Fonctionnement de l'oreille et la manire par laquelle une onde sonore est

transforme en signal lectrique pour tre par la suite interprtepar le cerveau.

Mode de perception du son par le cerveau.

Dans ce cas, il est plus convenable de parler de perceptionvu que celle-ci ne correspond

pas la ralit du son mais en est l'interprtation subjective, conditionne par le

fonctionnement de l'appareil auditif.

Pour confirmer ultrieurement ce fait, certains mcanismes qui modifient la perception du

son mme par rapport certains paramtres seront tudis

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Chapitre 2. Perception du son


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L'oreille recouvre le rle de transducteurdans la transformation de l'nergie acoustique.

Transforme lnergieacoustique en nergie mcanique, puis en nergie lectrique.

Une fois l'nergie convertie nergie lectrique, les impulsions lectriques arrivent aucerveau travers les terminaisons nerveuses. C'est l qu'elles sont labores, permettant

ainsi la perceptiondu son.

L'appareil auditif est divis conventionnellement en trois sections:

l'oreille externe,

l'oreille moyenne,

l'oreille interne.

I- L'oreille humaine



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L'analyse du fonctionnement de ces trois sections nous permet de comprendre le

mcanisme de perception du son pour tre en mesure d'identifier quels paramtres

peuvent tre modifis sur le son que nous traitons afin d'obtenir diffrents effets sur

l'audition.

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Le pavillon auriculaire est le premier organe que le son rencontre.

Ce dernier offre une vaste superficie au front sonore et permet de recueillir une ample

portion du front de l'onde.

Le son est projet partir du pavillon et concentr vers le conduit auditif .

Oreille externe




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Oreille externe




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Le conduit auditif se termine sur , le tympan

Tympan=une membrane, qui vibre en accord avec le son qui est parvenu l'oreille.

De l'autre ct du tympan, se trouvent trois osselets:

le marteau

l'enclume

l'trier.

Ils ont pour fonction d'amplifierla vibration du tympan pour la retransmettre la cochle.

Cette amplification devient ncessaire vu que le tympan est une membrane trs lgre et

suspendue en l'air, contrairement la cochle remplie d'un fluide dense et donc beaucoup

plus difficile pouvoir vibrer. 6


Oreille moyenne



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Oreille moyenne



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Une ouverture l'intrieur de l'oreille moyenne mne la trompe d'Eustache, canal

conduisant la cavit orale.

Sa fonction sert donner un accs vers l'extrieur afin d'quilibrer la pression

atmosphrique sur les deux cts du tympan

Les trois osselets sont maintenus ensemble par une srie de petits ligaments qui ont

ensuite la fonction d'empcher qu'une vibration trs ample se produise, avec pour risque

de subir des dgtssi l'oreille venait a tre soumise une pression sonore trop leve.

Au del de laudio



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La conversion de l'nergie mcanique en impulsions lectriques envoyer au cerveau

pour l'laboration du son;

l'trier est en contact avec la cochle travers une membrane appele fentre ovale.

La cochle est un os en forme de limaon contenant un fluide

Le fluide reoit la vibration de l'trier travers la fentre ovale et la transporte la

Corti.

Au sein de la corti se trouve la membrane basilaire qui contient une multitude de cils

(environ 4000), qui vibrent en accord avec la vibration du fluide.

Chaque groupe de cilsest reli une terminaison nerveuse en mesure de convertir

la vibration reue du fluide en impulsions lectriques envoyer au cerveau pour tre

labores et perues comme sons. 9


Oreille interne



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Oreille interne



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Oreille interne



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II- Perception du son par le cerveau

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La perception d'un son est un concept en gnral subjectifet dpend d'innombrables

facteurs;

Notre position par rapport au son,Ltatde notre appareil auditif,

La forme que le cerveau octroie au son.

L'oue peut seulement percevoir une partie des ondes acoustiques qui nous entourent

et en consquence nous restituerun cadre partiel.

Le cerveau interprte la ralit sonore plutt que de la restituer fidlement.



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Les courbes isophoniques 14

A- Sensibilit vis avis la frquence et lamplitude




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Le contrle du volume loudness des amplificateurs domestiques est justement rgl par

le cheminement de ces courbes;

Quand le volume est trop bas, l'introduction du circuit de loudness aura pour effet

d'augmenter les frquences basses en alignant l'ampleur sur celle des autres.

Pour les volumes levs, cet alignement est effectu naturellement par l'oreille et donc

la mise en action du loudness ces volumes aura un effet presque nul.

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Courbes isophoniques

Ces courbes sont des graphiques trs importants qui reprsentent une rfrence pour

voir comment l'oreille humaine ragit aux diffrentes frquences. Elles ont t obtenues

en laborant les donnes sur un chantillon statistique soumis une srie de sons

produits dans une chambre anchoque. Une telle chambre est ralise dans le but de

rduire au minimum les rflexions sur les parois afin d'atteindre l'auditeur seulement

travers le signal direct.

Les courbes indiquent galement comment l'oreille humaine ragit diffremment aux

diverses frquences en termes d'intensit sonore perue.

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Supposons une source sonore en mesure de produire des ondes

sinusodales avec une frquence variable et une ampleur constante. En

fixant l'ampleur 80dBspl, on remarquera qu'un auditeur peroit les

frquences basses comme ayant un volume trs bas et que, au fur et mesure que la frquence en est augmente, aurait la perception que

mme le volume augmente (alors que la pression sonore effectivement

produite est toujours la mme, soit 80dBspl).

Ce comportement s'explique par le fait que l'oreille humaine a uneperception de l'intensit sonore diffrente par rapport la variation de la

frquence.

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Ch i 2 P i d


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Seuil d'coute (0 phons) La courbe isophonique la plus basse est appele seuil d'coute et indique la plus

petite variation de pression que l'oreille est susceptible d'identifier aux diverses

frquences.

Il est rappel que ces courbes sont obtenues travers des donnes statistiques,et qu'en consquence les valeurs en question peuvent subir des diffrences,

mme importantes, d'une personne l'autre.

Certaines valeurs de rfrence relatives cette courbe pourrait servir dans la

pratique:

18Frquences de rfrence sur la courbe 0phons





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Seuil de la douleur (120 phons)

Pour les pressions sonores dont les valeurs dpassent cette courbe, l'oreille

commence sentir une douleur physique et si l'exposition ces pressions se

prolonge, des dgts irrversibles peuvent s'ensuivre.

Le volume idal pour un mixage (en anglais mixdown) se situe autour des 80-90

phons . A ces valeurs, il en rsulte une balance des volumes des frquences

presque uniforme. Si le mixage est effectu un volume trop bas, par exemple

40 phons, on obtiendrait une plus faible perception des frquences basses et il

se pourrait qu'on ait tendance, arrivs ce point, les compenser en utilisant

les galiseurs. Si aprs, on rcoute le mixage 80 phons, on se rendra compte

qu'il contient normment de frquences basses.





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Prenons une des courbes, par exemple celle 80 phons, et suivons la depuis les

basses jusqu'aux hautes frquences. Nous constatons que:

20 Hz, il faut produire une pression sonore de 118 dBspl; et ceci nous

dmontre que l'oreille humaine a moins de sensibilit aux basses

frquences.

En parcourant la courbe vers les hautes frquences, on peut voir que pour

que l'oreille peroive toujours la mme intensit sonore, on a besoin que

les niveaux de la pression sonore soient plus bas.

A 1 KHz, on trouve la valeur de rfrence de la courbe isophonique en

examen, donc de 80 dBspl. Cette valeur dpasse, on peut voir que la

courbe a atteint un minimum en correspondance des 3 KHz et on peut

constater qu'afin que l'oreille peroive toujours la mme pression sonore, la

frquence de 3 KHz doit produire 70dBspl.

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En confrontant cette valeur avec celle de 20Hz, on constate une diffrence d'environ

50dBspl en moins, ce qui reprsente en fait une diffrence norme. Cette valeur

minimum dpend du fait que la frquence de rsonance du canal auditif est de 3 KHz

en moyenne , et donc qu'une telle frquence est dj perue en correspondance de

basses valeurs de dBspl. Au-del des 3 KHz, la courbe remonte indiquant le niveau de

dBspl ncessaire pour obtenir la mme perception de volume aux frquences hautes.

Les courbes sont indiques pour diverses valeurs de phons vu que le comportement

de l'oreille varie selon les diffrentes valeurs de la pression sonore. Notons cependant

que, pour des valeurs leves de la pression sonore, le cheminement des courbesisophoniques est presque plat.

Suite


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Une frquence ampleur leve peut camoufler les frquences voisines, ampleur

infrieure,

celles-ci sont dcodifies par les cils appartenant la mme bande critique.

Cette proprit est en grande partie exploite pour raliser des algorithmes afin de

compresser des donnes du son en format numrique, tels que le MP3.

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C-Masquage

Un mme son est peru plus aig si on en augmente beaucoup le volume. Les raisons

d'un tel phnomne ne sont encore pas tout fait claires.

B- Volume et frquence perus




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Si un son produit par une source sonore dans une pice:

le signal provenant directement de la source nous parviendra dans un premier temps.

celui produit par les rflexions du signal mme, sur les parois de la pice nous parviendradans un deuxime temps.

Ce retard est d au fait que le son reflt traverse un parcours plus long que le signal

direct. Si les deux signaux parviennent avec un lger retard l'un par rapport l'autre, le

cerveau peroit un son unique provenant d'une seule direction.

La direction perue par le cerveau comme la direction de provenance du son est celle de

l'onde qui arrive la premire mme si l'intensit de la seconde onde est suprieure la

premire.

C'est pour cette raison que cet effet prend le nom d'effet de prcdence.23



D- Effet Haas


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Cet effet se produit quand le retard entre les deux signaux est suffisamment court, plus

prcisment il ne doit pas dpasser les 30-35 ms.

Cet intervalle temporel est ainsi dfini zone de Haas: [0 - 35ms]

Quand le retard entre les signaux sort de la zone de Haas, on avertit deux signaux distincts

et nous entrons dans le cas de l'effet cho.

Le son d'un instrument change par rapport l'environnement o il se trouve. Les

premires rflexions tombent toutes au sein de la zone de Haas et contribuent d'une

manire fondamentale caractriser l'espace de l'instrument.



D- Effet Haas


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F- Effet cocktail party

Cet effet dcrit la capacit du cerveau trouver un signal parmi un groupe de signaux

sonores superposs.

Prenons comme exemple une salle de restaurant o on entend un bruissement

gnralis, et o on peut galement se concentrer sur une conversation.

G- Fusion binaurale

C'est la capacit du cerveau par laquelle deux signaux semblables qui arrivent aux deux

oreilles se fondent en un signal unique; le nouveau signal est pour ainsi dire une cration

du cerveau qui, pratiquement n'existe pas.

Cest l'un des secrets de la magie de la musique: chaque instrument excute sa lignemlodique, et si nous sommes attentifs, on arrive les isoler et les couter un un,

mme quand les instruments jouent tous ensemble. Mais si nous abandonnons cette

perspective et que nous nous dplaons sur un plan plus abstrait, c'est l que nous

arrivons percevoir ce qui en fait n'existe pas, la combinaison de tous les sons qui crent

une harmonie: c'est l'instant o nat la musique.




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Quand nous nous trouvons en prsence de deux sons dont les frquences sont

lgrement diffrentes, on peroit un autre son qui ressemble un battement dont le

rythme est produit par l'cart entre les deux frquences d'origine.

Si ces frquences sont trop diffrentes entre elles, le cerveau les peroit diffremment.

Ceci est d au fait que les deux frquences, pour tre perues comme battement,

doivent stimuler les cils appartenant la mme bande critique.

H- Effet de Battements: diffrence de frquences




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Examinons un exemple pratique: deux sinusodes pures d'une frquence gale 400 Hz

et 405 Hz.

Onde sinusodale pure (f=400 KHz) [Piste 11]

Onde sinusodale pure (f=405 KHz) [Piste 12]

Somme des deux sinusodes de 400 Hz et 405 Hz de frquence[Piste 13]

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La frquence du battement est gale au nombre de fois que les deux sinusodes qui le

composent sont en phase ou hors phase dans l'espace d'une seconde.


H- Effet de Battements: diffrence de frquences



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I- L'effet Doppler

Ce phnomne se manifeste quand la source

sonore ou l'auditeur sont en mouvement. Un

exemple classique de ce phnomne est dmontr

par la sirne d'une ambulance qui arrive vite vers

nous, nous dpasse et continue sa course touteallure.

On notera donc que lorsque la source s'approche

de l'auditeur, un son plus aig par rapport au son

d'origine lui parvient puisque les fronts d'onde se

compressent. Quand en revanche, la source dpassel'auditeur, les fronts d'onde s'cartent et le son peru

est plus grave que celui l'origine.




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Le son suivant illustre le phnomne ci-dessus trait: Effet doppler (source: clakson de

voiture) [Piste 16]

L'exemple prcdent reproduit une des manifestations classiques de l'effet doppler.

En revanche, dans l'exemple suivant le son a t obtenu en utilisant une seule source

sonore (de frquence gale 500 Hz) et simulant son mouvement par rapport un auditeur

fixe au moyen d'un algorithme mathmatique.

Sinusode de frquence gale 500 Hz [Piste 17]

Effet doppler (source: 500 Hz) [Piste 18]

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I- L'effet Doppler



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Fin du chapitre

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