sur-face utile. Ses dimensions sont en moyenne: 10 mm de diamètre vertical, 0,1 mm d'épaisseur et 85 mm2 de surface. La structure du tympan est faite pour que puis-sent se déformer les génératrices du cône excentré et que sa rigi-dité puisse assurer la transmission d'ondes de très courtes lon-gueurs. Les vibrations du tympan sont de trop petite amplitude pour être observables. Il est à noter que lors de leur arrivée sur la surface du tympan les ondes sonores ont tympan en fonction de la fréquence. au seuil de l'audition 2.10-6 NI m2 . possible à l'oreille. Mais en revan-che ces différents facteurs de ren-forceinent, cette sensibilité variant avec la fréquence et d'ail-leurs également avec l'intensité, ne font pas de l'appareil auditif un appareil à réponse linéaire. On en profite parfois pour critiquer 'l'organe de l'audition; il faut pourtant admettre que l'on doit juger des sons d'après cette oreille et non d'après des règles mathématiquement linéaires qui n'auraient en l'occurence aucun point, commun avec de qui deviendra la sensàtion sonore.
L' APPAREIL DE TRANSMISSION Derrière le tympan l'on trou ve une cavité en relation, par la trompe d'Eustache, avec le rhino-pharinx qui assure l'équipression avec la face externe du tympan.
Cette cavité s'appelle la caisse du tyinpan: elle contient la chaîne des osselets qui sont suspendus par de petits muscles qui jouent un rôle très important de contrôle.
Les osselets sont au nombre de trois: le marteau dont le manche est solidaire du tympan, l'enclume le plus volumineux des trois et l'étrier qui est en contact avec la membrane de la fenêtre
« ovale».
Le marteau pèse en moyenne
2 mg ; les muscles qui le souten-dent peuvent faire rouler le man-che du marteau autour de son axe longitudinal afin de modifier l'angle de contact avec l'enclume, ce qui atténue l'intensité des signaux.
L'enclume a un poids moyen de 27 mg et présente une certaine inertie devant les sollicitations du marteau .
L'étrier, d'un poids moyen du même ordre que celui du marteau à savoir 2,5 mg, se termine par une platine reposant sur la fenêtre
« ovale» dont la surface est de 3,2 mm2. 11 est à rappeler que celle du tympan est de 85 mm2 : leur rapport est de 85/3,2= 16,56; cela va jouer un rôle dans l'adaptation des signaux au passage du milieu aérien au milieu liquide.
La chaîne ossiculaire dans sa fonction de trarismission des ondes sonores a un double rôle: un rôle adaptateur et un rôle pro-· tecteur.
L'oreille interne est remplie d'un liquide O'endolymphe) que nous pourrons assimiler à de diffé-rence. de résistivité acoustique.
Dans le cas d'ondes « planes et progressives », et dans l'oreille on peut les considérer comme telles, cette résistivité peUt s'assimiler à une impédance acoustique Zao Elle s'exprime par le ;rapport
entra la pression acoustique (élec-triquement comparable à une ten-sion) et une vitesse de vibration (électriquement comparable à une intensité de courant). On a donc Za
=
plv (de même Ze=
UJI). On a également par des vérifications physiques plv=
pc (masse volu-miquedu milieu par la célérité de l'onde dans ce milieu).On en tire:
Za
=
pcce qui s'exprime en rayls.
Le rayl (d'après le physicien bri-tannique Lord Rayleigh) a pour
La perte due au changement de milieu peut donc s'évaluer à ossiculair1e. On peut donc considé-rer que la perte est pratiquement compensée quand on pense qu'on a trouvé expérimentalement sur des cobayes que la suppression du système ossiculaire faisait perdre plus de 20 dB au passage de l'onde sonor~.
Il faut en venir maintenant au rôle protecteur de ce système souple qui est constitué par des osselets. D'une part, nous l'avons déjà dit le manche du marteau peut tourner autour de son axe longitudinal, d'autre part l'étrier peut osciller de façon souple autour de son point de contact avec l'enclume. Ce sont les petits muscles sustentateurs qui règlent l'angle permettant d'atténuer le signal. En effet le cerveau dès l'apparition de sons trop puissants réagit en faisant se détendre les muscles en question de façon à amortir les trop fortes stimula-tions. Ainsi, lorsque l'on entre dans une pièce extrêmement bruyante, a-t-on l'impression
d'être immédiatement protégé
comme si les oreilles se fermaient un peu. Cette auto-protection évite les lésions de l'oreille millise-condes pour que cette protection commence à se faire sentir et elle arrive trop tard dans le cas de coups de feu très proches, par . exemple. Les artilleurs doivent se protéger les oreilles, de même certains ouvriers se servant de scies électriques ou travaillant dans la chaudronnerie.
Il peut arriver différentes sor-tes de lésions dans le cas de sur-charge auditive. Le cas des chau-dronniers est bien connu, il arrive que ces tapements répétés fati-guent les muscles et que l'étrier se trouve bloqué. La surdité par-tielle apparaît alors, mais tant que l'oreille interne n'est pas touchée la chirurgie moderne peut agir pour restituer une audition nor-male. Un chef d'atelier de chau-' dronnerie qui avait subi cette opération qui rétablissait les caractéristiques de tension et de souplesse des osselets se retrouva, après guérison, doué d'une sensibilité auditive telle qu'il sursautait au moindre bruit
Il ne faut pas plaisanter avec les oreilles, en tous cas, et éviter tant que possible le bruit inutile et fati-guant. Nous parlerons souvent de différentes questions d'acousti-que en rapport avec l'atténuation
du bruit; à l'époque actuelle c'eSt un problème très important, qui imprime des mouvements tels que, lors de la transmission de sons de faible niveau et de fré-. quences élevées, elle se déplace à
la manière d'une porte tandis que, pour des sons puissants de basses fréquences, elle se déplace en pivotant autour d'un axe perpen-diculaire au premier (celui de la
« porte») et fonctionne à la manière d'un volet de réglage du débit d'une tubulure. Derrière la fenêtre ovale se trouve le liquide appelé périlymphe qui remplit le limaçon ou cochlée. Celle-ci ,est un tube spirale comportant une rampe supérieure, appelée rampe vestibulaire, et une rampe infé-rieure, appelée rampe tympani-que, qui sont en communication uniquement au sommet du lima-çon, là où se termine la mem~
brane basilaire qui sépare les deux rampes. Le liquide peut ainsi communiquer d'une rampe à l'autre. Les liquides étantincom-pressibles, il est naturel de trou-ver à la base de la rampe tympa-nique une nouvelle fenêtre, la fenêtre ronde qui ferme ce conduit, et est placée dans un plan orthogonal à la première. Ainsi la fenêtre ronde peut-elle toujours se déplacer en opposition de phase avec la fenêtre ovale.
Le limaçon
On l'appelle ainsi parce que sa forme ressemble à celle d'un escargot, dont la carapace ou plu-tôt l'enveloppe extérieure fait deux tours et demi, hélicoidale-ment et en diminuant de taille vers le sommet. A l'intérieur, l'axe de cette double rampe
héli-coidale sert de support à la colu-melle, qui est une lame osseuse qui sépare les deux rampes et se prolonge vers l'extérieur par la membrane basiliaire, qui est sou-ple et fibreuse. C'est sur celle-là que repose l'organe de Corti. Au-dessus de celui-ci se trouve la membrane tectoriale qui le cou-vre, les cellules cilliées étant ten-dues entre cette membrane tecto-riale et l'organe de Corti (voir figure 5).
Cet ensemble de parties de l'organe de l'audition est baigné
par un liquide, l'endolymphe contenu par la membrane de Reissner, au-dessus de laquelle on retrouve la périlymphe dans la rampe vestibulaire. Ces liquides fournissent à la fois l'alimentation des cellules, qui ne ~ont pas autre-ment vascularisées, et l'aliautre-menta- l'alimenta-tion « électrique» puisqu'Clles sont à des potentiels différents.
Lorsque les vibrations sonores sont transmises à travers la fenê-. tre. ovale, la périlymphe étant
incompressible, retransmet ces vibrations rntégralement, mais sous la forme d'ondes peut osciller transversalement également, et adopter des formes très complexes à l'image du son complexe qui est reçu. Mais lors de la réception d'ondes pures et aussi de sons musicaux dont les fréquences sont toutes multiples d'une même fondamentale, la membrane basilaire adopte une figure géométrique avec ventres et nœuds reproduisant l'image du son analysé. Voilà pourquoi le physicien Helmholtz pensait que l'oreille contenait peut-être des résonateurs! Ce ne sont pas des
Fig.5b.
résonateurs, mais on peut dire que la membrane basilaire repro:
duit une image géométrique des ondes reçues sous. l'action méca-nique du liquide de la périlymphe.
Ainsi n'est-il pas étonnant que l'oreille soit avant tout un analy-seur. de rapports de fréquence:
c'est ainsi que . l'on arrive tout naturellement à accorder les ins-truments de musique à cordes:
violons, harpes, etc. Tandis que la membrane basilaire vibre, les cel-lules ciliées de l'organe de 'Corti sont stimulées ponctuellement par'ce mouvement. Etant donné le pouvoir séparateur de l'oreille, il a été calculé (comme on arrive à un Ll flf égal à 2 ou 3 %) qu'il ' devrait y avoir au moins 232 « fil-tres » parmi les cellules de Corti ; or, il s'en trouve 24000 qui sont tendues perpendiculairement à la membrane basilaire et mesurent de 0,\5 à 2 mm. Cela fait une moyenne d'environ dix cellûles par « filtre» théoriquement cal-culé. Ces cellules transforment le mouvernent mécanique en une série de salves d'impulsions élec-triques. Cela produit des phéno-mènes électriques de deux sortes, dont l'un 'semble plutôt destiné à donner des informations sur les fréquences analysées et l'autre sur la dynamique, en tous cas ces questions sont encore à l'étude, car il est très difficile d'expéri-menter sur des sujets vivants.
On distingue le potentiel microphonique cochléaire qui est une variation de potentiel alternative reproduisant la forme des vibrations sonores, donc
Pression
"-
Aire d/oudition1./Q-l normale courbe du seuil de l'audition et celle du aeuil de douleur.
entre autres la fréquence, et le potentiel de sommation qui est une variation de potentiel conti-nue se maintenant pendant toute la durée de la stimulation. A par-tir de ces données les physiologis-tes étudient les répercussions de ces informations codées sur le cerveau: nous sommes dans le domaine de la sensation et non plus de la reproduction plus ou moins précise d'ondes sonores.
Sur les cobayes on a eu la surprise de pouvoir voir en lumière stro-boscopique les mouvements de la membrane basilaire qui évoquent ceux d'une corde vibrante puis la deuxième surprise de- voir appa-raître sur un oscilloscope le même
FrtqUE-nces Hz
signal que celui qui était émis auditivernent près de l'oreille, quand on recueillait par des élec-trodes -judicieusement implantés le potentiel microphonique de la
cochlée. .
Il ne fait donc plus de doute, à ce niveau, que l'oreille peut repro-duire le signal auditif avec une grande précision; ce que l'on connait moins, ce sont les lois qui président à la façon dont cette information est traitée par les mif-lions de neurones du cortex qui: à tout moment, comparent ce que l'on entend avec ce que l'on a déjà entendu. Cela permet au cerveau de comprendre des mots qui sont mal articulés ou reproduits, par exemple. Cela permet toutes SOt"
tes de comparaisons instantanées avec des timbres déjà connus;
s'agissant de sons musicaux, celli permet un jeu immense faisant intervenir les émotions, ce qlli permet à l'art musical d'opérer ses charmes, mais nous abordons là un domaine qui est particulier
il
chacun_ Il est plus intéressant de voir ce que l'oreille est capable d~
faire.
nie internationalement, qUOi qu'elle puisse différer légèrement selon les nations. Au point de vue dynamique, l'oreille peut absor-ber 140 dB à 1 000 Hz mais seule-ment 70 dB à 20 Hz. La sensibilité différentielle d'intensité est. la
Fib. Sa
variation relative de pression acoustique .1 p/p équivalente à la variation d'intensité:.1 1/1. Cet,te variation à une valeur minimale pratiquement constante, d'où la pseudo-loi de Weber-Fechner:
dl/I
=
dS à un facteur constant près. En intégrant on obtient S = K log 1 (Weber) ; en effet dI/I=
log 1. La sensibilité diffé-rentielle de fréquence varie de 1 à 0,2%, et l'on peut dire que la sen-sation croît à peu près comme le logarithme de l'excitation. Dans le cas de deux sources donnant des sensations SI et S2, la sensa-tion relative S = S2 ..;. SI, par exemple, pourra s'écrire S=
K log 12/11 et si l'on choisit K=
10 on peut écrire N = 10 log 12/11 ; on défin,it ainsi par le nombre N le décibel. Cette unité acoustique qui n'a pas de dimension est donc à peu près0,8
0,6 0,4 0,2
bien adaptée à la façon quasi-loga-rithmique qu'a l'oreille d'appré-cier les variations de sensations . en fonction des intensités reçues,
-Au point de vue différence de phase, dans l'appréciation de la direction de la source sonore, nous l'avons déjà dit, l'oreille est sensible à un décalage de 0,033 . millisecondes. Pour les bruits très courts il faut une durée de 0,2 s pour apprécier un son continu à son juste niveau sonore, s'il est plus court (proche de 0 s) on per-dra de 2 à 4 dB. En effet il faut une certaine énergie pour mettre en action le potentiel de somma-tion.
La façon logarithmique de répondre aux sensations d'inten-sité permet à l'oreille d'entendre des bruits extrêmement faibles quand ils ne sont pas masqués par d'autres bruits plus forts
naturel-Fig. Sb
lement. Ainsi le seuil de l'audition
o
dB est-il situé à un niveau de puissance par surface de 10-12W/m2, Rapporté au centimè-tre carré cela fait 10-8 Watts ce qui est une performance. Mais l'effet de masque limite grandement ce pouvoir d'apprécier les très fai-bles bruits. Cet effet de masque est maximum pour les fréquences voisines de celles du son mas-quant. Les fréquences basses sont les plus gênantes, ainsi un son de 200 Hz de 80 dB p~ut masquer fortement toutes les fréquences de 400 à 4000 Hz. L'effet de mas-que croît plus vite que l'intensité du son masquant surtout au voi-sinage de la fréquence gênée.Il s'ensuit que tous les bruits à composantes graves (moteurs à explosions, vibrations, ventila-teurs, chocs, etc.) seront beau-coup plus gênants que les bruits à
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,/Intensite acoustique= - 1 .1, 1 1 1 1 1 1 /0-6J
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Page 174, NO'1499
Fig. 7 - Sensibilité différentielle de fré-quence de l'oreille « moyenne >l,
Fréqtle.nc~s. Hz
composantes aiguës (hélicoptères par exemple dont c'est surtout les fréquences graves qui gênent et non le sifflement des pales).
En dépit des tenants d'une cer-taine école qui voudraient que l'on « change l'oreille» nous pen-sons, tout comme le professeur Fletcher, que l'oreille reste « un précieux instrument de mesure».