Cours 9 : Audition : physiologie et psychoacoustique Flashcards
(37 cards)
1
Q
Qu’est-ce que le son?
A
- Les sons sont créés lorsque les objets vibrent
o Les vibrations de l’objet font vibrer les molécules du milieu environnant, créant des changements de pression d’air - Distinction entre voix et son
- Voix peut presque être considérée comme élément visuel car nous permet d’identifier personnes
- Sons : donc déplacement de molécules dans l’air ou dans un milieu qui crée des changements de pression. Pour cela que les unités pour le son quantifient le changement de pression
- Quand son émane d’un haut-parleur, va créer un changement de pression
- Forme sinusoïdale va nous permettre de savoir pleins de choses à propos du son, comme sa fréquence et son amplitude
- Amplitude diminue en fonction de sa distance à l’émetteur
2
Q
Qu’est-ce qu’un son sinusoïdale pure?
A
- Une seule fréquence
- N.B. Une fréquence de 3000 Hz veut dire 3000 cycles complets en 1 sec. Cela revient à dire 1 cycle en 1/3000s = 0.00033sec (on parle alors de période)
- Sons qui ont une sinusoïdale pure : très rare
- Quelques sons qui sont des sons pures comme lorsqu’on prend récepteur du téléphone sans appeler personne, le son est sinusoïdale pure
3
Q
Quelles sont les caractéristiques de la vitesse du son?
A
- Les ondes sonores voyagent à une vitesse particulière
- Dépend du médium
o Exemple : la vitesse du son dans l’air est d’environ 340 m/s, mais la vitesse du son dans l’eau est de 1500 m/s - Vitesse de la lumière = ~300 000 000 m/s dans l’air (~1 000 000 fois la vitesse du son)
- Ondes se déplacent plus rapidement dans l’eau que dans l’air donc peut avoir implications pour certains animaux qui peuvent détecter ondes sonores mieux dans les milieux marins
4
Q
Quels sont les paramètres physiques du son?
A
- Phase
o Un sinus possède une phase (un commencement, en quelque sorte), mais nous n’en parlerons pas beaucoup - Fréquence
o Détermine principalement la hauteur (« pitch » en anglais) du son (p.ex. les différentes notes). Les humains peuvent entendre les fréquences entre 20 et 20 000 Hz
o La fréquence détermine aussi partiellement l’intensité (« loudness » en anglais) d’un son - Amplitude (« intensity » en anglais)
o Détermine partiellement l’intensité d’un son. On mesure l’amplitude d’un son en décibels (dB SPL). On peut discriminer des amplitudes variant entre 0 et 140 dB. - Trois paramètres physiques d’un son pur
- Phase : commencement du cycle de l’onde, on a parlé de la phase avec la fréquence spatiale. On n’en parlera pas beaucoup, n’a pas beaucoup d’implications dans l’audition
- Pitch : spectre audible assez important chez l’humain
- Fonction préférentielle où l’on entend mieux certains sons à certaines fréquences
- Amplitude : force du déplacement des molécules, quantité du changement de pression d’air
5
Q
Quelles sont les unités de mesure du son?
A
- Hertz (Hz) : Unité de mesure de la fréquence. 1 Hz équivaut à 1 cycle par seconde
- Décibel (dB) : Unité de mesure de l’intensité physique du son.
o Les décibels définissent la différence entre deux sons comme le rapport entre deux pressions sonores. - Chaque rapport de pression acoustique 10 :1 équivaut à 20 dB et un rapport 100 :1 équivaut à 40 dB.
- Hz : quantité de cycle par seconde.
- dB : Ratio, rapport entre deux pressions sonores.
- On ne parle de relation linéaire pour les dB. Fonction logarithmique pour l’intensité
6
Q
Qu’est-ce que les quantités psychologiques du son?
A
- Quantités psychologiques des ondes sonores : o L’intensité (en anglais loudness) : l’aspect psychologique du son lié à l’intensité perçue (amplitude) o Hauteur (en anglais pitch) : l’aspect psychologique du son lié principalement à la fréquence perçue
7
Q
À quelle quantité psychologique du son est associée la fréquence?
A
- La fréquence est associée à la hauteur
o Les sont à basse fréquence correspondent à des sons graves
o Les sons à hautes fréquences correspondent à des hauteurs élevées
8
Q
Quelles sont les caractéristiques des dB?
A
- L’ouïe humaine utilise une gamme limitée de fréquences (Hz) et de niveaux de pression acoustiques (dB)
- L’amplitude du son en dB SPL est 20*log(p/p0)
- p0 = pression minimale que l’on peut entendre (habituellement p0 = 20 * 10-6 Pa [20 micro Pa]; 1 Pa = 1 N/m2
- p = pression du son
- p/p0 = pression du son « standardisée »
- N.B. Il y a deux raisons pour utiliser cette échelle logarithmique : (1) l’énorme étendue des pressions des sons qu’on peut entendre (1 ≤ p/p0 ≤ 10 000 000) et (2) la correspondance approximative de cette échelle avec l’intensité, une mesure psychologique
- Diagramme des décibels en fonction de la pression normalisée
- IRMf : se trouve environ à 120 dB. Amplitude du son de IRMf est très importante, le rend donc difficile à utiliser pour des tâches acoustiques
- On peut utiliser des casques ou bouchons pour réduire le son, on réussit à atténuer à environ 80, mais pose quand même un problème
- Leaves rustling = 20 dB
- Library = ~40 dB
- Business office = ~70 dB
- Heavy truck = ~90 dB
- Jet takeoff = ~130-140 dB
9
Q
Qu’est-ce que le bang supersonique?
A
Sonic boom d’un avion se manifeste lorsque l’avion dépasse la vitesse du son
10
Q
Qu’est-ce qu’un son pure?
A
- L’un des types de sons les plus simples sont les ondes sinusoïdales ou les sons pures
- Ondes sinusoïdale : Forme d’onde dont la variation en fonction du temps est une fonction sinusoïdale
- Les ondes sinusoïdales ne sont pas courantes dans les sons de tous les jours car peu de vibrations dans le monde sont aussi pures
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Q
Qu’est-ce qu’un son complexe?
A
- La plupart des sons dans le monde sont des sons complexes
- Néanmoins, toutes les ondes sonores peuvent être décrites comme une combinaison d’ondes sinusoïdales :
o Analyse de Fourier - Les sons complexes sont mieux décrits comme un spectre qui affiche la quantité d’énergie présente dans chacune des fréquences du son
- Sons complexes : Combinaisons d’ondes sinusoïdales. Donc ondes de différentes fréquences qui sont combinées pour former différents sons
12
Q
Qu’est-ce que le spectre harmonique?
A
- Spectre : énergie pour cette fréquence spécifique là
- On peut caractériser plusieurs fréquences avec différentes énergies dans le spectre
- Spectre harmonique : le spectre d’un son complexe dans lequel l’énergie est à des multiples entiers de la fréquence fondamentale
o Généralement causé par une simple source vibrante (par exemple, une corde de guitare)
o Fréquence fondamentale : la composante de fréquence la plus basse d’un son périodique complexe - Spectre harmonique : Combinaison de plusieurs sons qui sont une multiplication d’une constante par rapport à une fondamentale
13
Q
Qu’est-ce que le timbre et l’enveloppe spectrale?
A
- Timbre : la sensation psychologique par laquelle un auditeur peut juger que deux sons avec le même volume et la même hauteur sont différents
o La qualité du timbre est véhiculée par les harmoniques et autres hautes fréquences
o P.ex., on peut avoir deux instruments de musique qui jouent exactement la même note mais on est quand même capable de les différencier
o On est capable de les différencier à cause du timbre
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Q
Qu’est-ce que l’espace psychologique du son?
A
- L’intensité (« loudness ») :
o Est partiellement lié à l’amplitude (suivant la définition du dB) et à la fréquence d’un son - La hauteur (« pitch ») :
o La hauteur est liée à la fréquence fondamentale d’un son périodique (autrement c’est plus compliqué). On dit de deux sons séparés d’une octave (c’est-à-dire quand la fréquence double) qu’ils ont la même tonalité (la même note) - Le timbre :
o Est ce qu’il manque pour expliquer la différence entre deux sons de même hauteur et de même intensité (p.ex. l’énergie des harmoniques 2, 3, etc.).
15
Q
Qu’est-ce que la portée de l’audition humaine?
A
- Système auditif ne perçoit tous sons, toutes les fréquences, toutes les amplitudes
- Ici on voit la portée de l’audition humaine
- Au-dessus de la ligne rouge, on rentre dans des décibels qui vont amener de la douleur
16
Q
Comment les sons sont-ils détectés et reconnus par le système auditif?
A
o Le sens de l’ouïe a évolué au cours de millions d’années
o De nombreux animaux ont des capacités auditives très différentes
–> Par exemple, les chiens peuvent entendre des sons à haute fréquence et les éléphants peuvent entendre des sons à basse fréquence que les humains.
17
Q
Quelles sont les caractéristiques de l’oreille externe?
A
- Les sons sont d’abord collectés dans l’environnement par les pennes (oreille externe, un peu comme le lobe)
- Les ondes sonores sont canalisées par les pavillons dans le conduit auditif
- La longueur et la forme du conduit auditif améliorent certaines fréquences sonores
- Pavillon – portion visible de l’oreille
o Focalise le son
o Aide à la localisation - Conduit auditif : se termine à membrane tympanique
- Oreille externe est présente sous différentes formes
- Une des raisons pour laquelle les éléphants peuvent capter des sons à de très basses fréquences est en partie à cause de son oreille externe
- Canal auditif externe
o Amplifie les fréquences entre 2000 et 6000 Hz - Membrane tympanique
o Transmet l’onde sonore en vibrant - Canal auditif : tube qui nous amène à membrane tympanique
- Membrane tympanique : minuscule membrane, assez fragile, une des raisons pour laquelle on ne doit pas nettoyer avec Q-tip pour ne pas l’endommager
- Membrane tympanique : le tympan
o Une fine couche de peau à l’extrémité du conduit auditif externe
o Vibre en réponse au son
o Mythe commun : perforer votre tympan vous rendra sourd
–> Dans la plupart des cas, il se guérira tout seul
–> Cependant, il est toujours possible de l’endommager au-delà de toute réparation. Peut avoir des implication sur la qualité sur ce qu’on entend
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Q
Quelles sont les caractéristiques de l’oreille moyenne?
A
- Après oreille externe, oreille moyenne
- Osselets : marteau, enclume, étrier
o Amplifie les vibrations par…
–> Focalisation
–> Et par un effet levier - L’amplification fournie par les osselets est essentielle à notre capacité à entendre les sons faibles
o Les osselets ont des articulations articulées qui fonctionnent comme des leviers pour amplifier les sons
o L’étrier a une surface plus petite que le marteau, donc l’énergie sonore est concentrée
o L’oreille interne est constituée de chambres remplies de liquide
–> Il faut plus d’énergie pour déplacer un liquide que l’air - Les osselets sont également importants pour les sons forts
o Muscle tenseur tympanique et muscle de l’étrier
–> Deux muscles de l’oreille moyenne qui diminuent les vibrations des osselets lorsqu’ils sont tendus
–> Atténuer les sons forts et protéger l’oreille interne
–> Cependant, le réflexe acoustique suit l’apparition de sons forts de 200 ms, il ne peut donc pas protéger contre les sons brusques (par exemple, un coup de feu)
19
Q
Quelles sont les caractéristiques de l’oreille interne?
A
- La cochlée fait 4mm de diamètre et 35mm de longueur. Elle est roulée 2,74 fois sur elle-même.
- Différentes parties de l’oreille interne : organes vestibulaires, nerf vestibulaire, nerf auditif, fenêtre ovale, fenêtre ronde, cochlée et hélicotrème
20
Q
Quelles sont les caractéristiques de la cochlée?
A
- Fenêtre ovale
o Transmet les ondes sonores à la cochlée (via canal vestibulaire) - Hélicotrème
o Ouverture entre les deux canaux extérieurs - Transduction
o Membrane basilaire
o Membrane tectoriale
o Cellules ciliées - Fenêtre ronde
o Évacue la pression produite par les ondes sonores - Le nerf auditif transmet le signal auditif au cortex
- Nerf auditif = organe de corti?
- Hélicotrème : apex de la cochlée
- Transduction : comment énergie sonore est transformée en signal nerveux
- Nerf transmet signal avec relai dans mésencéphale
21
Q
Quelles sont les caractéristiques de l’organe de Corti?
A
- Lorsque les vibrations pénètrent dans la cochlée, la membrane tectoriale se cisaille à travers l’organe de Corti
- Mouvement des cils va générer des changements d’ions qui vont créer des PA
- Souvent cils externes sont comparés à des V et des W avec leurs formes
- Interne : génère PA
- Externe : signaux de rétroaction pour ajuster processus et mettre emphase sur certaines fréquences
- Membrane tectoriale : une structure gélatineuse, attachée à une extrémité, qui s’étend dans le canal médian de l’oreille, flottant au-dessus des cellules ciliées internes et touchant les cellules ciliées externes
o Les vibrations provoquent le déplacement de la membrane tectoriale, qui plie les stéréocils attachés aux cellules ciliées et provoque la libération de neurotransmetteurs
22
Q
Qu’est-ce que les cellules ciliées?
A
- Cellules ciliées internes et externes
o Cellules ciliées internes : transmettent presque toutes les informations sur les ondes sonores au cerveau (en utilisant des fibres afférentes)
o Cellules ciliées externes : reçoivent des informations du cerveau (à l’aide de fibres efférentes). Ils sont impliqués dans un système de rétroaction élaboré
o Cellules ciliées internes : fibres afférentes dans nerfs auditif jusqu’au mésencéphale et etc - Plus l’oscillation est ample (plus le son a une forte amplitude), plus la fréquence de déclenchement des cellules ciliées internes est grande
23
Q
Qu’est-ce que la théorie de von Bekesy?
A
- Théorie d’analyse fréquentielle
o L’enveloppe de l’onde sonore atteint une amplitude maximale à différents endroits le long de la membrane basilaire en fonction de la fréquence du son
–> Les hautes fréquences près de la fenêtre ovale
–> Les basses fréquences près de l’hélicotrème
o En présence d’un phénomène qui s’apparente à un phénomène dans l’œil ou dans V1 : rétinotopie
o Ce phénomène se nomme tonotopie en audition
o Organisation distribuée dans des populations de neurones qui répondent préférentiellement à certaines fréquences
o Dans membrane basilaire il y a une organisation tonotopique
o Cette organisation tonotopique va être conservée jusqu’au cortex auditif primaire
o Haute fréquence près de fenêtre ovale et basse loin car basse fréquence se transmettent plus loin que les hautes - Permet de déterminer comment avec ces mécanismes on arrive à entendre les différentes fréquences des sons? Comment est-ce qu’on arrive à identifier les différentes sources sonores?
24
Q
Qu’est-ce que le code temporel pour la fréquence sonore?
A
- Analyse fréquentielle
o Le système auditif a une autre façon de coder la fréquence en dehors du code de lieu cochléaire
o Verrouillage de la phase : déclenchement d’un seul neurone à un point distinct de la période (cycle) d’une onde sonore à une fréquence donnée
o L’existence d’un verrouillage de phase signifie que le schéma d’allumage d’une fibre du nerf auditif (NA) porte un code temporel
o En plus de cette organisation tonotopique, il y a un code temporel pour la fréquence sonore
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Qu'est-ce que le verrouillage de phase?
Neurones qui vont répondre de façon cyclique en phase avec les oscillations des ondes sonores
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Qu'est-ce que la théorie de la "salve"?
- Code temporel : réponse préférentielle de différents parties de la cochlée à différentes fréquences, dans lequel les informations sur la fréquence particulière d’une onde sonore entrante sont codées par le moment du déclenchement neuronal en ce qui concerne la période du son
- Le principe de la volée : une idée selon laquelle plusieurs neurones peuvent fournir un code temporel pour la fréquence si chaque neurone se déclenche à un point distinct de la période d’une onde sonore mais ne se déclenche pas à chaque période
o La théorie de la salve (« volley ») de Wever
o La fréquence de déclenchement de toutes les cellules ciliées internes est égale à celle du son
- En combinant l’info de toutes les neurones, qu’on peut considérer comme notre comité, on a toute l’info nécessaire pour savoir à quelle fréquence nous avons affaire
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Comment est-ce que les théories de la salve et de la position s'appliquent à la cochlée?
o Au-delà de 5000 Hz : la théorie de la position l’emporte
o Entre 500 et 5000 Hz : les deux sont utilisées (région de sensibilité maximale de l’audition chez l’humain)
o En-dessous de 500 Hz : la théorie de la salve l’emporte
28
Qu'est-ce que les implants cochléaires?
- Nos connaissances sur la cochlées ont permis de développer des implants cochléaires qui permettent de retrouver une certaine sensibilité au son
- Le son est capté par un micro et il y a un récepteur sous la peau qui va envoyer des signaux dans le réseau d’électrodes flexibles qui vont simulés cette organisation tonotopique
- De minuscules bobines flexibles avec des contacts d’électrode miniatures
- Les chirurgiens enfilent les implants à travers la fenêtre ronde vers l’apex de la cochlée
- Un petit microphone transmet des signaux radio à un récepteur dans le cuir chevelu
- Des signaux activent des électrodes miniatures à des positions appropriées le long de l’implant le long de l’implant cochléaire
29
Quelles sont les structures qui relient l'information de l'oreille interne au cortex auditif primaire?
- Noyaux olivaires supérieurs (superior olivary nucleus) dans le tronc cérébral
o Réflexe de localisation spatiale
o Noyaux olivaires supérieurs : dans mésencéphale (?) et utile pour la localisation spatiale
- Colliculus inférieurs (inferior colliculus) dans le mésencéphale
o Intègre l’information auditive et visuelle pour la localisation
- MGN (noyaux géniculés médians) dans le thalamus
o Majorité d’axones en provenance du cortex
o Attention
- A1 dans le lobe temporal
o Hémisphère gauche : langage
o Hémisphère droit : autres sons
o Tonotopie
- En audition, différence entre hémisphère droit et gauche
- Juste en langage, traitement de compréhension dans hémisphère gauche
- Tandis que d’autres éléments comme traitement acoustique se fait préférentiellement dans l’hémisphère droit
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Quelles sont les caractéristiques du noyau cochléaire et de l'olive supérieure?
o Noyau cochléaire : le premier noyau du tronc cérébral au niveau duquel les fibres nerveuses auditives afférentes se synapsent
o Olive supérieure : une région du tronc cérébral précoce dans la voie auditive où convergent les entrées des deux oreilles
- Noyau : premier relais dans la cochlée où il y a synapse avec les fibres nerveuses auditive
- Olive : organisation qui serait controlatéral, celui de gauche traite l’info de l’oreille droite et vice-versa
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Qu'est-ce que le cortex auditif primaire (A1)?
La première zone des lobes temporaux du cerveau responsable du traitement de l’organisation acoustique
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Qu'est-ce que le belt area et la zone parabelt?
- Belt area : une région du cortex, directement adjacente au cortex auditif primaire (A1), avec des entrées de A1, où les neurones répondent à des caractéristiques plus complexes des sons
- Zone parabelt : une région du cortex, latérale et adjacente à la belt, où les neurones répondent à des caractéristiques plus complexes des sons, ainsi qu’aux entrées d’autres sens
- Zone parabelt : le long du sillon temporal supérieur/postérieur encoderait également multisensorielle, p.ex. quand on doit traiter l’information du visage et de la voix
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Qu'est-ce que l'organisation tonotopique?
- Organisation tonotopique : arrangement dans lequel les neurones qui répondent à différentes fréquences sont organisées anatomiquement par ordre de fréquence
o Commence dans la cochlée
o Maintenu jusqu’au cortex auditif primaire (A1)
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Qu'est-ce que la voie du quoi et du où en audition?
- Cortex auditif sépare aussi le traitement de l’info avec une voie dorsale (où) et ventrale (quoi)
- Organisation similaire dans le cortex auditif qui a une voie ventrale qui s’occupe de l’identification (de quoi on parle)
- Temporal voice area qui sont le long du gyrus temporal supérieur
- Et la voie du où qui se préoccupe de la localisation des sons qu’on entend
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Qu'est-ce que l'aphasie de Wernicke?
- Aphasie fluente : déficit de la compréhension du langage et production fluente, mais paraphasique et dyssyntaxique
o Souvent ischémie de l’artère cérébrale moyenne
- Production orale
o Logorrhée verbale
o Anomie compensée par des paraphasies phonémiques et sémantiques
o Prosodie conservée
o Langage tangentiel, incompréhensible, étrange, mélange de clarté et jargon
- Situé entre A1 et
- Est lié à la compréhension du langage
- Logorrhée : production incessante et insensé du langage
- Une lésion va amener à des problèmes spécifiquement dans l’hémisphère gauche
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Qu'est-ce que la phonagnosie?
- Trouble spécifique de la reconnaissance vocale, de la perception de la voix
- Van Lancker et Canter (1982) :
o Lésions de l’hémisphère droit, impliquant généralement le lobe pariétal droit
- Par contre, il y a un débat concernant la spécificité des problèmes de la phonagnosie à la voix
- Neuner et Schweinberger (2000) ont plus récemment présenté les cas de quatre patients présentant des troubles de la reconnaissance vocale qui fonctionnait normalement avec la reconnaissance des sons environnementaux
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Qu'est-ce que le modèle de traitement auditif de Belin?
- Modèle de Belin : fait parallèle entre reconnaissance des visage et la reconnaissance de la voix
- Considère différentes étapes du traitement du l’information en commençant par une analyse des informations de bas niveau, puis analyse des composantes de la voix, ,module de reconnaissance des émotions
- Pour que finalement information soit combinée, avec une intégration multisensorielle, les deux modules partagent de l’information pour reconnaitre une personne
- On intègre de l’info auditive et visuelle pour reconnaitre quelqu’un
- Voix humaine est comme un visage auditif qui permet de reconnaitre beaucoup d’informations paralinguistique pour reconnaitre quelqu’un
