LIN 1621 Phonétique. UQAM Hiver 2014

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1 LIN 1621 Phonétique UQAM Hiver 2014

2 6. Phonétique perceptive 6.1 Le système auditif périphérique 6.2 Le système auditif central 6.3 Correspondances perceptuelles des paramètres physiques 2

3 6.1 Le système auditif périphérique Le système auditif périphérique permet la transmission du signal sonore de l oreille jusqu au nerf auditif. Chaque partie qui le compose participe à cette transmission. 3

4 Le système auditif périphérique Le système auditif périphérique se divise en trois parties l oreille externe l oreille moyenne l oreille interne Fonctionnement de l oreille 4

5 L audition L audition prend essentiellement en compte deux paramètres des vibrations acoustiques : la fréquence (nombre de vibrations par seconde en Hz) qui définit les sons aigus et graves l intensité (amplitude de la vibration en db) qui définit les sons forts ou faibles L oreille est extrêmement sensible, les sons les plus imperceptibles font bouger le tympan d environ un 1/ de mm. Cette valeur est suffisante pour être traitée par notre cerveau. 5

6 Champ auditif Pour qu une onde sonore soit perçue par un auditeur, il faut que sa fréquence se situe entre 20 Hz et 20 KHz: infrasons < 20 Hz ultrasons > 20 khz 6

7 Infrasons - ultrasons Nous qualifions d infrasons toute fréquence inférieure à 20 Hz, même si l oreille de certains animaux (la taupe par exemple) peut capter des sons de quelques Hertz. De même, nous qualifions d ultrasons tout ce qui est audelà de 20 khz, alors qu un chien entend jusqu à 40 khz et une chauve-souris jusqu à 160 khz. 7

8 La presbyacousie 8

9 L oreille externe Sa fonction principale est de capter les vibrations aériennes partie osseuse pavillon conque conduit auditif externe tympan Partie osseuse Le pavillon capte les ondes sonores et le conduit auditif externe les achemine jusqu au tympan 9

10 Pavillon, conque et conduit auditif externe Pavillon: sorte de cornet acoustique, qui dirige le flux sonore dans le conduit auditif externe Conque et conduit auditif externe: sorte de tuyau cylindrique d environ 25 mm de long et de 6 à 8 mm de diamètre 10

11 Rôle du pavillon, de la conque et du conduit auditif externe Rôle de résonateur: amplifie d environ deux fois les pressions sonores pour les fréquences comprises entre 2000Hz et 5000Hz L effet du pavillon (p, vert) et du conduit auditif externe (c, bleu), jouant le rôle de résonateur, sur l amplitude de la vibration sonore (gain acoustique). On voit à 3 khz un maximum. La somme cumulée (t, rouge) de ces gains correspond à 20 db. 11

12 Repère spatial Ici, on suppose que la personne perçoit un son pur de 523 Hz, il y a donc un décalage de perception de 765 microseconde d une oreille à l autre, ce qui permet au sujet de repérer spatialement l origine du signal sonore 12

13 L oreille moyenne La caisse du tympan Le tympan La chaine ossiculaire (les osselets ) le marteau, l enclume et l étrier La trompe d Eustache 13

14 L oreille moyenne L oreille moyenne est un lien mécanique (chaîne ossiculaire) entre l oreille externe par la membrane tympanique et avec l oreille interne par les fenêtres rondes et ovales. 14

15 Du tympan à la fenêtre ovale Lorsqu une onde sonore est acheminée par le conduit auditif externe, elle fait vibrer le tympan. Le tympan transmet les vibrations aux osselets via la manche du marteau. Le marteau frappe ensuite l enclume qui va mettre en mouvement l étrier. Ce dernier va transmettre les vibrations à l oreille interne par la fenêtre ovale. 15

16 La trompe d Eustache Le tympan sépare le conduit auditif externe de la cavité de l'oreille moyenne qui est en relation avec la cavité buccale (pharynx) par la trompe d'eustache. 16

17 La trompe d Eustache Assure l équilibre entre la pression de l oreille moyenne et celle du milieu extérieur Assurer une protection mécanique contre l introduction d agents infectieux dans la cavité de l oreille moyenne et en permettre l évacuation 17

18 La chaine ossiculaire La chaine ossiculaire comprend le marteau, l'enclume et l'étrier : elle relie le tympan à la fenêtre ovale. La chaine ossiculaire est fixée par des ligaments, d un côté au tympan (le marteau), de l autre à la fenêtre ovale (l étrier). La fenêtre ovale, sur laquelle s'applique la platine de l'étrier, et la fenêtre ronde séparent oreille moyenne et oreille interne. Les osselets jouent le rôle de levier en multipliant par trois l énergie sonore reçue par le tympan. 18

19 Amplification de l énergie Lieu de l amplification de l énergie sonore, l oreille moyenne est constituée de: La caisse du tympan (cavité de 1 à 2 cm 3 ) Le tympan (partie interne): membrane élastique, mince (0,1 mm), circulaire, de 30 à 60 mm 2 d aire. Le tympan peut entrer en vibrations pour toutes les fréquences de 16 à Hz. En ajoutant la différence de surface entre la fenêtre ovale (oreille interne) et le tympan, l amplification totale depuis le pavillon jusqu à la fenêtre ovale est de 180 fois l énergie initiale. Ce gain d énergie est nécessaire pour le passage des vibrations d un milieu gazeux (l air) au milieu liquide de l oreille interne. 19

20 Réflexe stapédien En plus de jouer le rôle de transmission des vibrations sonores, l oreille moyenne joue un rôle de protection de l oreille interne. En effet, si l oreille est exposée à des niveaux sonores trop élevés, le muscle de l étrier (muscle stapédien) se contracte pour réduire la vibration de l étrier et ainsi protéger l oreille interne. C est ce qu on appelle le réflexe stapédien. 20

21 L oreille interne Lieu de transformation des vibrations mécaniques en influx nerveux le vestibule organe de l'équilibration la cochlée organe de l'audition 21

22 L oreille interne Canaux semicirculaires Vestibule 1. Canal antérieur 2. Ampoule (du même canal) 7. Canal latéral (horizontal) 3. Ampoule (canal horizontal) 8. Canal postérieur 9. Ampoule (canal postérieur) 4. Saccule 14. Utricule Cochlée: 5. Canal cochléaire 6. Hélicotrème 10. Fenêtre ovale 11. Fenêtre ronde 12. Rampe vestibulaire 13. Rampe tympanique 22

23 1-Cochlée 2-Saccule 3-Utricule 4-Ampoule du canal postérieur 5-ampoule du canal externe 23

24 Le système vestibulaire Le système vestibulaire est le système sensoriel principal de la perception du mouvement et de l'orientation par rapport à la verticale. Il est donc à la base du sens de l'équilibre. Les récepteurs sensoriels du système vestibulaire sont situés dans l'oreille interne. Les troubles du système vestibulaire peuvent conduire à des vertiges. 24

25 La cochlée Elle représente la partie auditive de l oreille interne. La cochlée organe sensoriel de l audition, convertit les ondes vibratoires en influx nerveux et différencie chaque fréquence. La rampe vestibulaire La rampe tympanique Le canal cochléaire (de 25 à 35 mm de long, enroulé sur un peu plus de deux tours et demi) membrane de Reissner membrane basilaire (32 mm), elle supporte l organe de Corti, contient quelque 15 à cellules ciliées, d où partent les fibres nerveuses du nerf de l audition (nerf cochléaire) et où la pression hydraulique se convertit en impulsions électriques 25

26 La cochlée Elle a la forme d un tube osseux, de 3 cm environ, enroulé sur luimême sur deux tours et demi comme la coquille d un escargot autour d un axe d où part le nerf cochléaire (5). À l intérieur de la cochlée, le labyrinthe membraneux est formé d un tube subdivisé en trois canaux : La rampe vestibulaire (2), la rampe tympanique (3) et, entre les deux, le canal cochléaire (1). 26

27 Fonctionnement de la cochlée 27

28 Le canal cochléaire Une matière membraneuse appelée canal cochléaire divise la cochlée sur presque toute sa longueur en deux régions : la rampe vestibulaire, du côté de la fenêtre ovale, et la rampe tympanique, de l autre côté. Ces deux régions sont remplies d un fluide deux fois visqueux comme l eau et appelé périlymphe. Le canal cochléaire est creux. À la pointe du limaçon s ouvre un passage, l hélicotrème, qui permet au fluide de passer d une rampe à l autre. À la base du limaçon, la rampe tympanique aboutit à la fenêtre ronde, obturée par une membrane et donnant sur l oreille moyenne. Fenêtre ovale Fenêtre ronde 28

29 Le canal cochléaire Le canal cochléaire est rempli d un fluide très visqueux et presque gélatineux qui s appelle endolymphe. Ce conduit est isolé de la rampe vestibulaire par la membrane de Reissner et il est isolé de la rampe tympanique par la membrane basilaire. La membrane basilaire est très étroite à la base du limaçon (0,04 mm environ) et très large près de l hélicotrème (près de 0,5 mm). De plus, elle est plutôt raide, mais légère, près de la fenêtre ovale, tandis que près de l hélicotrème, elle est plutôt relâchée et massive. Fenêtre ovale Entre ces extrêmes, le long de la cochlée, la transition est graduelle. Fenêtre ronde 29

30 La membrane basilaire Lorsqu une onde simple est transmise, le canal cochléaire entre en vibration, mais l amplitude de la vibration en différents points du parcours dépend largement de la fréquence d origine. Aux hautes fréquences, la vibration la plus forte se situe près de la fenêtre ovale, là où la membrane basilaire est la plus légère. Aux fréquences inférieures, le point d amplitude maximum gagne la région large de l extrémité. 30

31 La membrane basilaire La structure de la membrane basilaire tend donc à répartir le point de réponse maximum à la stimulation selon les fréquences. L on reconnaît généralement que la membrane basilaire effectue, au résultat, une décomposition de l onde complexe en ses composants simples (similaire à l analyse spectrale). 31

32 Implant cochléaire Les vibrations mobilisent le tympan et la chaîne des osselets. L étrier, plaqué sur la fenêtre ovale transfère la vibration au liquide du compartiment de la rampe vestibulaire et aux structures de l oreille interne. En fonction de sa fréquence, la vibration a un effet maximal (résonance) en un point différent de la cochlée 32

33 L organe de Corti Sur la membrane basilaire se trouvent des milliers de cellules appelées cellules ciliées. L ensemble de ces cellules est appelé organe de Corti. C est l organe de conversion des ondes mécaniques de la membrane basilaire aux ondes électrochimiques transmises au cerveau. 33

34 L organe de Corti Il y a 4 rangées de cellules ciliées, une interne et trois externes, sur presque toute la longueur de la membrane basilaire, de la fenêtre ovale à l hélicotrème. Il y a en tout environ cellules internes et cellules externes. Quand la membrane basilaire vibre sous l influence d ondes sonores, les cellules ciliées se recourbent. Ces cellules stimulent alors les fibres nerveuses par l organe de Corti, en produisant des impulsions électrochimiques qui atteignent le cerveau par le nerf auditif. 34

35 6.2 Le système auditif central 35

36 Du nerf cochléaire au cortex auditif Le nerf cochléaire (nerf auditif) achemine l influx nerveux aux noyaux cochléaires ou noyaux auditifs du tronc cérébral puis, jusqu au cortex auditif cérébral. Une partie des fibres changent de côté. Les sons perçus dans l oreille droite vont essentiellement vers le cerveau gauche et inversement. L influx est dispatché vers d autres relais du système nerveux central pour assurer la compréhension et d autres facultés auditives. Plus l influx remonte vers le cortex, plus le message auditif est traité et précisé, tout en conservant ses spécificités en fréquence acquises à son origine dans la cochlée. Les échanges constants entre les deux hémisphères cérébraux expliquent la compensation possible de la perte auditive provenant d une seule oreille. 36

37 La partie du cerveau impliquée dans les mécanismes de l audition est notamment en liaison avec celles de l attention, de la mémoire et des émotions. Les baisses auditives ne proviennent pas uniquement de l oreille mais peuvent aussi résulter d une atteinte des voies auditives sur lesquelles, sauf exception, il est impossible d intervenir. À côté des fibres nerveuses «afférentes» issues des cellules ciliées internes et qui montent au cerveau, existent des fibres «efférentes» qui viennent du système nerveux central et descendent au niveau de l oreille. Elles joueraient un rôle dans la protection et la dynamique de l oreille interne notamment en présence du bruit, mais leur rôle est encore mal connu. 37

38 6.3. Correspondances perceptives des paramètres physiques La fréquence correspond à la hauteur perçue d un son, plus la fréquence étant élevée, plus la hauteur perçue étant importante. L intensité, en db, correspond à la force perçue, plus le nombre de db est important, plus la force perçue est grande. La durée correspond à la durée perçue d un son. 38

39 Mais la relation entre ces paramètres objectifs et leurs homologues subjectifs n est pas linéaire. Par exemple, une différence de 100 Hz, dans les basses fréquences, ne sera pas perçue équivalente à une différence de 100 Hz dans les hautes fréquences. Les chercheurs ont donc conduit des expériences psychoacoustiques afin de mettre au point des échelles d équivalence perceptive des paramètres physiques 39

40 Fréquence perçue (aigüe vs grave) La sensibilité de l oreille n est pas identique à toutes les fréquences La perception de la fréquence influence la sensation subjective de force du son (intensité perçue). C est l échelle de Fletcher. 40

41 Échelle de Fletcher Le niveau de pression acoustique nécessaire à la perception d une même intensité D une manière générale, l oreille est moins sensible aux fréquences graves et aiguës qu aux fréquences médiums, comprises entre 1 KHz et 5 KHz, qui sont naturellement favorisées par notre oreille. 41

42 Intensité perçue (bas vs fort) db Pa La pression sonore s'exprime en pascal. L oreille humaine perçoit des sons à partir de 20 micro pascals (seuil d audibilité) et jusqu à 20 pascals (seuil de la douleur). Une échelle a été établie pour rendre compte de façon quantitative des différences de sensations perçues relativement à la force d un son (intensité). Il s agit du décibel. 42

43 Décibel L échelle du bruit s étend de 0 db (seuil d audibilité) à 130 db (seuil de la douleur). La plupart des sons de la vie courante sont compris entre 30 et 90 décibels. Les décibels sont des logarithmes, on ne peut donc pas les additionner ou les soustraire comme des nombres décimaux. 43

44 Décibel L oreille n a pas la même sensibilité pour toutes les fréquences audibles. Deux sources d un niveau sonore de 60 db chacune ne donneront pas une source sonore équivalente de 120 db mais bien de 63 db. En effet, doubler la source sonore revient à ajouter 3 db. Pour une sensation doublée du niveau sonore, il faudra ajouter 10 db. Ce qui revient à multiplier par 10 la source. 44

45 Durée perçue (durée absolue vs durée relative) La longueur des consonnes et des voyelles Brève vs longue Durée inhérente les occlusives sourdes sont plus longues que les sonores correspondantes les voyelles ouvertes sont plus longues que les voyelles fermées les voyelles nasales sont plus longues que les voyelles orales (à cause de la lenteur relative du fonctionnement du voile du palais) Allongement ([ʁvzʒ]) Rythme Phonologie Phonétique Débit Segmentation Intelligibilité 45