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Anatomie de l’oreille humaine

L’oreille humaine est un système complexe composé de trois parties distinctes, chacune jouant un rôle spécifique dans le processus de captage et d’analyse du son.

Par: Matthias Scholz
User Interface Designer
PhD Applied Acoustics
Brüel & Kjær

 

L’oreille externe capte les sons, l’oreille interne convertit ces vibrations en signaux neurologiques traités par le cerveau, et l’oreille moyenne assure la liaison entre les deux. Dans cette publication, nous suivrons le cheminement du son dans l’oreille jusqu’aux extrémités des cellules ciliées, qui transforment les vibrations en signaux neurologiques. La suite du processus sera le sujet d’un prochain chapitre.

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Les osselets
Dans des conditions normales, les osselets agissent comme un amplificateur permettant d’exciter efficacement le fluide dans l’oreille interne. Néanmoins, les muscles de l’oreille moyenne peuvent modifier ce phénomène afin d’atténuer les oscillations, créant ainsi un mécanisme de protection en cas de pression sonore intense. Cet ajustement est toutefois trop lent pour assurer une protection contre les chocs impulsifs, tels que les explosions.

L’oreille externe
L’oreille externe est composée du pavillon et du conduit auditif. Comme nous l’avons précédemment mentionné dans l’article dans « Listening in 3D » (Waves, octobre 2017), le pavillon joue un rôle important pour la localisation de la source sonore. Par ailleurs, sa forme en entonnoir assure une transmission en douceur depuis la l’espace infini entourant la tête, canalisant le son dans l’étroit canal auditif. Le conduit guide alors le son vers le tympan, une fine membrane séparant l’oreille externe de l’oreille moyenne.

L’oreille moyenne
L’oreille moyenne est une petite chambre remplie d’air située entre l’oreille externe et l’oreille interne. Cette chambre remplit une double fonction. Premièrement, elle contient un mécanisme de trois os, appelé la chaîne des osselets, qui relie le tympan et l’oreille interne. Ce mécanisme semblable à une boîte de vitesse est indispensable, l’oreille interne étant remplie de fluide qui empêche l’excitation directe par le tympan.

En second lieu, l’oreille moyenne permet d’équilibrer la pression dans le tympan. Un tympan sain est complètement hermétique, ce qui empêche le flux d’air de l’oreille externe vers l’oreille moyenne. La différence de pression entre les deux chambres tend la membrane vers l'intérieur ou vers l’extérieur, ce qui est nécessaire pour capter les rapide fluctuations de pression du son.

Anatomy-of-the-human-earDimensions de l’oreille externe et amplification
L’oreille externe est particulièrement sensible aux fréquences situées entre 1 et 5 kHz. Cette gamme est importante pour la communication, 3 kHz étant la fréquence autour de laquelle notre ouïe est la plus sensible. D’un point de vue acoustique, l’oreille externe fonctionne comme un tube de résonance, avec la première résonance la plus puissante autour de 3 kHz, un quart de la longueur d’onde sonore dans l’air (10 cm / 4 = 2,5 cm) correspondant à la longueur du conduit auditif. En revanche, la sensibilité diminue de manière significative dans les fréquences plus basses, car la longueur des ondes est importante comparativement à la taille de l’oreille.

 

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Cochlée avec membrane basilaire
Même lorsqu’elle est excitée par le son d’une tonalité pure, toute la membrane basilaire est activée. Cependant, la partie associée à la fréquence est la plus réactive, c’est-à-dire que les oscillations latérales atteignent un pic autour de cette zone.

Un problème peut néanmoins se produire quand la pression atmosphérique (statique) dans l'oreille externe est différente de la pression dans l’oreille moyenne.

Ce phénomène ne se manifeste pas au quotidien mais on en fait facilement l’expérience lors du décollage et de l’atterrissage d'un avion, où la pression environnementale varie considérablement en fonction du changement d’altitude. La pression dans l’oreille externe suit la pression ambiante dans l’avion, tandis que la pression derrière le tympan reste inchangée. La différence de pression continue exerce une pré-tension sur la membrane, la poussant vers l’intérieur ou l’extérieur, provoquant une sensation désagréable et une perception plus sourde des sons.

Lorsque nous avalons, le tube s'ouvre brièvement, provoquant un équilibrage entre la pression statique à l'intérieur du tympan et celle de l'oreille externe.

La trompe d'Eustache, qui relie l'oreille moyenne à la gorge, aide à équilibrer cette pression. Lorsque nous avalons, le tube s'ouvre brièvement, provoquant un équilibrage entre la pression statique à l'intérieur du tympan et celle de l'oreille externe, replaçant ainsi le tympan dans une position neutre. Le tympan retrouve sa sensibilité normale et les sons redeviennent clairs.

L’oreille interne
L’oreille interne est l’élément le plus complexe du « dispositif ». Remplie de fluide, elle se compose de deux parties : le système vestibulaire, qui est un élément essentiel à l’équilibre du corps entier, et la cochlée, contenant la membrane basilaire et l’organe de Corti, un élément sensoriel qui transforme les sons en impulsions nerveuses afin de permettre au cerveau de traiter les informations.

Le son acheminé dans le conduit auditif provoque la mise en mouvement du tympan. La chaîne des osselets dans l’oreille moyenne capture ces oscillations et les transfère dans le fluide par la fenêtre ovale, une des deux surfaces flexibles entre la cochlée et l’oreille moyenne. L’excitation de cette membrane génère des ondes dans l’oreille interne remplie de fluide des ondes se déplaçant le long de la membrane basilaire, entraînant ainsi sa mise en mouvement et celle de l'organe de Corti.

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Égalisation de la pression statique dans les microphones à condensateur
Pour convertir la pression sonore en signal électrique, les microphones à condensateur Brüel & Kjaer sont munis d’une fine membrane tendue sur une contre-plaque, séparées par un espace très étroit, formant ainsi un condensateur. Les sons émis dévient la membrane, et la variation de distance par rapport à la plaque arrière produit un signal électrique proportionnel à la pression sonore.

La membrane scelle le microphone dans sa partie supérieure, de sorte qu’une variation de la pression ambiante statique modifierait la position neutre de la membrane par rapport à la contre-plaque. L’oreille corrige ce problème grâce à la trompe d’Eustache, les microphones à condensateur son basé sur un concept similaire. Un conduit d’air étroit sur le côté ou à l’arrière du microphone assure un équilibrage de la pression statique entre la cavité interne et l’environnement.

Cet organe contient des milliers de cellules ciliées connectées au nerf acoustique. Le schéma d’oscillation de la membrane basilaire est relativement complexe, différentes zones étant plus ou moins stimulées par différentes fréquences. Un ensemble différent de cellules ciliées est activé pour chacune de ces zones, et envoient des impulsions nerveuses au cerveau. Ainsi, l’organe de Corti scinde le son en composants spectraux, à l'instar des gouttes de pluie qui scindent la lumière du soleil en différentes couleurs.

Voilà pour la version courte de l’histoire. La version longue est beaucoup plus complexe, mais également passionnante. Elle présente les nombreux phénomènes impliqués dans notre perception du son. Elle justifie un chapitre spécifique…, alors continuez à nous suivre...


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