Perception des sons et corrections physiologiques  

Perception des sons 

La perception par l'œil ou par l'oreille des phénomènes qui nous entourent sont limités par les récepteurs mis en jeux. L'oreille humaine ne capte les signaux sonores que dans une gamme de 20 à 20 000 hertz en moyenne.

Fréquences perçues par l’oreille  humaine 

Figure 1

On s’aperçoit que l’oreille reçoit confortablement les sons compris entre  50 hz et 15 khz. Entre 20 et 50 hz les sons ne sont perçus qu’en augmentant la puissance  de diffusion, ainsi que dans la gamme des fréquences  hautes.

Perception spatiale

La localisation sonore désigne la capacité du système auditif à déterminer la position spatiale d'une source sonore au moyen de différents indices physiques. Ces indices peuvent être classés en deux catégories : les indices binauraux (c'est-à-dire issus de l'analyse combinée des sons parvenant aux deux oreilles) c’est l’effet stéréo, et des indices monauraux (c'est-à-dire ceux que l'on peut déterminer avec une seule oreille). 

Chez l'être humain, le principal indice utilisé pour la localisation sonore est la comparaison inter-orale : la différence de niveau et de délai.

L'ingénierie acoustique exploite ce phénomène pour reproduire une impression d'espace sonore, par exemple via la stéréophonie ou les systèmes d’enceintes home cinéma. 

Un autre indice est le HRTF, désignant la transformation du son par la tête, le cerveau étant capable d'interpréter la provenance d'un son par sa coloration.

La coloration est la faculté de reconnaître un son identique mais produit par un instrument différent.

Ainsi une même note interprétée par un piano, un violon, un saxophone, une harpe, n’a pas la même tonalité, la même coloration selon l’instrument.

La zone du cerveau qui est spécialisée dans cette interprétation est le cortex cérébral.

Zone du cortex cérébral    

Figure 2

Bande passante de l’oreille   

La fig 1 permet de voir  que l’oreille humaine ne peut percevoir  que les fréquences comprises entre 20 hz et 20 khz .Cependant la coloration est perceptible  par la réception sensorielle des fréquences harmoniques des sons reproduits par un diffuseur.

Un ensemble reproducteur doit donc être capable de passer ces fréquences harmoniques.  Les amplificateurs, les diffuseurs de sons, les ensembles acoustiques,  seront donc conçus pour  utiliser des possibilités nouvelles  qui conduisent vers la réalité augmentée .

Analyses de la  diffusion d’un son.

Une note de musique produite par un piano  est de la forme fig 3

 Figure 3 

En réalité elle est générée par la  frappe du marteau correspondant à la note sur la corde en regard. De cette frappe s’ensuit une vibration  fondamentale accompagnée de vibrations multiples qu’on appelle fréquences harmoniques.

Le phénomène  se réduit avec le temps et le son produit est de la forme fig 4 pour une répétition des notes jouées par l’instrument. Ce qui donne  fig 5 une reproduction spectrale de la note  avec  l’accompagnement. 

Figure 4 et 5

Reproduction audio   

Le principe de base est de transformer les signaux électriques reçus en informations sonores. Ceci est réalisé à partir de haut parleurs placés dans un caisson (enceinte ) souvent spécialisés dans la diffusion d’un ensemble de fréquences (graves et aiguës).   

Figure 6

Chaque haut parleur fait vibrer les molécules d’air en établissant mécaniquement des zones de compression et de dilatation qui arriveront à l’oreille de l’auditeur.

La complexité de la restitution sonore pourra être corrigée par des systèmes électroniques (correction physiologique) qui redonneront la restitution fidèle du son .

Variation de Perception d’un son avec l’âge  et Correction physiologique   

L’oreille humaine n’a pas les mêmes possibilités acoustiques à 20 ans, à 30 ou à 60 ans .si les fréquences graves ne sont pas trop modifiées les fréquences aigues  sont par contre très diminuées.

Cette dégradation naturelle, bilatérale et symétrique, s’appelle la presbyacousie.

Les corrections pour que chacun retrouve ses caractéristiques de jeunesse, sont réalisées par des correcteurs physiologiques sur les amplis et sur les diffuseurs sonores .

On arrive donc par ces corrections à retrouver une caractéristique de l’oreille presque idéale, à retrouver une restitution instrumentale parfaite, une diffusion spatiale des sons.

Les systèmes modernes ont donné la réalité augmentée. L’effet perçu est presque indépendant de la pièce où se fait la diffusion.

On arrive ainsi à obtenir un spectre acoustique parfaitement corrigé qui restitue l’ambiance d’une salle de concert, la véracité d’un instrument, d’une voix, un effet de présence.

Tout ça va s’effectuer par les corrections des ensembles amplis et enceintes  décrits dans le  cours 7 ; associés aux réglages du smartphone raccordé et connecté.

C’est ce que nous allons voir dans la partie pratique de ce cours.

Correcteurs physiologiques 

Le but de ces correcteurs est d’amplifier plus fortement les fréquences qui ont été atténuées, soit par les déficiences de l’oreille de chaque auditeur, soit par les effets acoustiques de reproduction (pièces trop petites, réflexions, effets recherchés).

Bande passante de l’oreille jeune en bleu. 

Figure 6 

les corrections physiologiques  apportées favoriseront les aigus de 10 à 20 khz .

Les réverbérations latérales et de surfaces seront modifiées accentuant l’effet spatial.

(Voir cours 7 planche II)

Analyse de la production des sons 

Selon la source, un son ne produit pas les mêmes informations acoustiques.

Les sons générés par un engrenage sont bien différents de ceux produits par des gouttes d’eau sur un parapluie , ou de la percussion d’un marteau sur une enclume .voir analyse planche I.

Signal total est le produit de la somme des composantes - fondamentale + harmoniques.

Figure 8

Phénomènes  acoustiques d’une corde de guitare. 

On voit sur la figure 8 la représentation du signal produit par une corde de guitare (fondamentale et harmoniques) .