MUS-1217, Typologie et morphologie sonore

5. PSYCHOACOUSTIQUE

La psychoacoustique est à la jonction de l’acoustique, de la psychologie et de la physiologie. Elle est l’étude de la manière que nous avons de percevoir les sons. Elle s’intéresse plus particulièrement à la relation entre les échelles physiques et la perception. Pour des informations détaillées sur le sujet, encore une fois la meilleure sources de renseignements est le site du cours de caroline Traube, Psychoacoustique musicale

5.1. LE SYSTÈME AUDITIF

Le système auditif de l'être humain, comme celui de tous les mammifères, est conçu à l'origine pour effectuer une transmission optimale de l'énergie acoustique perçue dans un milieu liquide. La partie de l'oreille qui transforme l'énergie acoustique en influx nerveux est situé dans la cochlée dans l'oreille interne. Or la cochlée est remplie d'un liquide de type lymphatique à l'aide duquel l'onde se propage de la fenêtre ovale (à l'entrée de la cochlée) à la fenêtre ronde (à la fin du parcours). Mais comme l'être humain est devenu terrestre, son oreille a dû s'adapter afin d'amplifier progressivement le signal acoustique transmis dans l'air, qui est un milieu gazeux, afin qu'il soit suffisamment fort pour activer le milieu liquide de l'oreille interne. Pour effectuer cela, trois mécanismes sont mis en branle dans les oreilles externes, moyennes et internes.
a) l’oreille externe
- le pavillon
- le conduit auditif
1er principe d’adaptation d’impédance: tuyau résonnant
b) l’oreille moyenne
- le tympan
- les trois osselets: le marteau (attaché au tympan), l’enclume et l’étrier
2e principe d’adaptation d’impédance: mécanique du levier
c) l’oreille interne
- la cochlée: lieu de la transformation de l’énergie mécanique en énergie nerveuse
- les canaux semi-circulaires: le siège de l’équilibre.
3e principe d’adaptation d’impédance: réduction de la surface
Total de l’amplification: 180 fois (2 x 3 x 30)

5.2. LA MESURE DES SENSATIONS AUDITIVES

Ce qui nous intéresse, c’est la perception des stimulus.

5.2.1. POURQUOI MESURER?

a) connaissance du système auditif (acquisition de connaissances générales)
b) la recherche clinique (malfonctionnement de l’ouïe)
c) amélioration de l’environnement acoustique (écologie sonore)
d) compréhension des comportements ou des habitudes liées aux perceptions auditives (les habitudes musicales comme les règles du contrepoint ou encore les problèmes de mixage en studio)

5.2.2. QUOI MESURER?

a) Seuils
Le seuil est la valeur à partir de laquelle le sujet détecte l'objet à mesurer dans une proportion de 50%. On peut distinguer deux catégories de seuils:
- absolu: à partir de quelle grandeur du stimulus commence-t-on à percevoir?
- différentiel: à partir de quelle valeur commence-t-on à percevoir une différence entre deux stimulus?
À ces deux catégories s'en ajoute une troisième qui est une variante et qui sera très utile pour mesurer les sensations non pas absolues mais en présence de sons masquants:
- masqué
Distinction de quelque chose en présence de quelque chose d’autre. D’un son pur en présence d’un autre son pur; d’un son pur en présence d’un bruit ou d’une bande de bruit ou l’inverse; etc. Ils font appel à la faculté de discrimination du sujet dans un contexte donné.

b) Échelles psychoacoustiques
La recherche d'échelles psychoacoustiques vise à mettre en relation une sensation en fonction d'un stimulus.
À cause la nature subjective de l'objet de recherche, ces échelles ne peuvent être obtenues que grâce à une quantité assez importante de sujets et sont le résultat d'une moyenne qui permettent d'établir la relation entre le stimulus et la perception. Essentiellement, la perception est de nature logarithmique chez l'être humain c'est-à-dire que nous percevons des rapports et non pas des différences. Notre manière d'appréhender un stimulus, de quelque nature qu'il soit (auditif, visuel, toucher, etc.), est de le comparer avec une autre mesure de celui-ci. Ainsi, nous estimons beaucoup plus facilement les distances en prenant une mesure étalon (par exemple une longueur de voiture) qu'en établissant une valeur absolue. Et c'est exactement la même chose pour la perception musicale. Nous utilisons d'abord et avant tout des intervalles logarithmiques (le demi-ton du tempérament égal par exemple) pour mesurer la sensation de hauteur (le seul cas d'exception à cela semble être l'oreille absolue mais c'est une illusion: ceux qui possèdent une telle faculté auditive ont tout simplement la mesure étalon du diapason en permanence en tête).

5.3. LA SONIE DES SONS PURS

La sonie: la grandeur de sensation reliée à la perception des intensités.
Définitions préalables:
• Champ libre: champ acoustique où une seule onde provenant de la source se dirige vers chaque point de celui-ci
• Champ diffus: plusieurs ondes acoustiques conséquentes des réflexions.

5.3.1. LES COURBES D’ISOSONIE

Courbes qui établissent une sensation de sonie égale des sons purs en rapport avec la fréquence. Autrement dit, quelle intensité sonore doivent avoir l’ensemble des fréquences pour être perçue de la même manière.
Étude des courbes isosoniques fournies en annexe des notes de cours:
- Note 1: les courbes d’isosonie ne sont pas les mêmes en champ libre et sous écouteurs (Botte, Canévet, Demany, Sorin, pp.17-18).
- Note 2: en bas de 1000 Hz, les courbes d’isosonie tendent à se resserrer au fur et à mesure que la fréquence diminue ce qui donne une dynamique très faible aux très basses fréquences (40 dB entre le seuil de l’audition et le seuil de la douleur) alors qu’elles sont parallèles quelque soit le niveau considéré aux fréquences supérieures à 1000 Hz.

5.4. LA SONIE DES SONS COMPLEXES

L’oreille effectue-t-elle une analyse spectrale du son ou décrypte-t-elle la forme d’onde du signal sonore?
Un indice de réponse: les courbes d’isosonie. En effet, si notre perception varie en fonction de la fréquence, c’est probablement parce que cette information est décodée en fonction de la fréquence, donc qu’un certain type d’analyse a lieu.

5.4.1. PHÉNOMÈNE DE MASQUE, DÉFINITIONS GÉNÉRALES

Masque: phénomène par lequel un son en cache un autre qui autrement serait perceptible.
Masquant et masqué
- Masquant: celui qui cache; appelé bruit en communication
- Masqué : celui qui est caché; appelé signal ou son test, appelé information en communication
Courbe d’effet de masque
Intensité en fonction de la fréquence du seuil de perception du son masqué

5.4.2. NOTION DE BANDE CRITIQUE

La bande critique est une notion extrêmement importante en psychoacoustique. Elle décrit le phénomène par lequel notre perception se fait à partir de bandes passantes de largeur constante mais de fréquence centrale variable. Les sons présents à l'intérieur d'une bande critique s'influencent les uns les autres, mais n'ont pratiquement pas d'influence sur les sons présents dans les bandes critiques adjacentes.

5.5. LA PERCEPTION INTERVALLIQUE

Rappel préalable: les bandes critiques
Linéaires en dessous de 500 Hz: largeur de 100 Hz environ
Logarithmiques au-delà: 1,2 soit le rapport de tierce mineure

5.5.1. SEUIL DIFFÉRENTIEL INTERVALLE HARMONIQUE

Seuil situé au-delà de la bande critique

5.5.2. SEUIL DIFFÉRENTIEL INTERVALLE MÉLODIQUE

Seuil à environ 3¢ pour les musiciens, entre 6 et 8 ¢ pour les non-musiciens.

5.5.3. PERCEPTION CATÉGORIQUE

On perçoit un intervalle ou non. Autrement dit on évalue une grandeur donné qui correspond à une case de notre système musical, que celle-ci soit parfaitement identique ou pas. Une tierce majeure est une tierce majeure, peut-être trop grande ou trop petite mais appartenant à la catégorie tierce majeure.

5.5.4. NOTION DE JUSTESSE

La chose la plus extraordinaire de la planète et surtout la plus variable selon les contextes musicaux notamment. Ainsi, même si de façon prescriptive, les intervalles sont égaux dans notre système musical, dans les faits, les instrumentistes font varier constamment la grandeur de ceux-ci en fonction du contexte.

5.5.5. GRANDEUR SUBJECTIVE DES INTERVALLES MUSICAUX

Effective entre 50 et 5 000 Hz

5.5.6. CONSONANCE ET DISSONANCE

Règle générale: est considéré comme consonant tout intervalle qui se situe à l’extérieur de la bande critique.

5.5.7. CAS D’EXCEPTION

a) fréquences graves
- référence à une expérience de la consonance dans les fréquences aiguës (harmoniques)
b) le triton et les septièmes
- explication par les harmoniques

5.5.8. NOTION CULTURELLE

L’influence de la culture est évidemment déterminante dans l’appréciation des consonances et des dissonances. Chez les musiciens professionnels, c’est même le facteur déterminant.

5.6. LA LOCALISATION DES SONS DANS L’ESPACE

Complémentaire des autres sens, notamment la vision et la perception de son corps dans l’espace. La perception des sons dans l’espace est essentiellement reliée à la perception binauriculaire, c’est-à-dire au fait d’avoir deux oreilles.

5.6.1. PERCEPTION GAUCHE-DROITE

Elle se fait grâce à deux indices qui renvoient à une même cause: la tête constitue un obstacle à franchir. Ainsi selon les longueurs d’onde considérées, on assiste à deux phénomènes:
- pour les fréquences > 1700 Hz (i.e. dont l < tête), on trouve une différence d’intensité qui s’explique par le phénomène de la diffraction.
- pour les fréquences < 1700 Hz (i.e. dont l > tête), on trouve un déphasage qui s’explique par une différence de temps d’arrivée entre les deux oreilles.
Ces deux mécanismes ne sont pas étanches et pour toute une plage de fréquences, on peut combiner les deux données. Par exemple, pour situer artificiellement les sons dans l’image stéréophonique on utilise traditionnellement la panoramisation qui déplace l’intensité d’un côté à l’autre. Mais en la combinant avec des délais très fins on peut soit augmenter cet effet, soit le compenser.

5.6.2. AUTRES PHÉNOMÈNES DE LOCALISATION

Avant-arrière:
a) Le rôle du pavillon qui absorbe les fréquences aiguës, donc qui agît comme un filtre passe-bas. Cette perception implique une connaissance préalable de la source.
b) La forme du pavillon entraînerait des délais supplémentaires selon les fréquences. Ainsi toutes les composantes n’arriveraient pas en même temps, selon leur provenance, au tympan.
Haut-bas:
a) Généralité: les fréquences aiguës en haut, les fréquences graves en bas
b) 8000 Hz toujours en haut
La distance de la source
a) En champ libre: analyse spectrale: référence connue. Cette faculté est plus précise si la source est en mouvement.
b) Dans un espace réverbérant: proportion son direct/son réverbéré. Cela permet de situer la distance mais plus rarement la localisation.
L’effet de précédence
Lorsqu’un son arrive multiplié aux oreilles, l’information sur la localisation n’est retenu que pour la première manifestation de ce son. C’est ce qui explique l’importance du délai initial dans l’appréciation de localisation de la source dans un lieu réverbérant.
L’effet "cocktail party"
Combinaison de la vue et de l’ouïe afin de focaliser l’attention auditive sur quelque chose qui nous intéresse particulièrement dans un milieu bruyant. Un microphone placé au même endroit ne renverra que l’image sonore bruyante du milieu d’origine.