Le son est une vibration qui se propage dans un milieu matériel. Ce sont des molécules qui se rapprochent et s’écartent de façon plus ou moins régulière créant des zones de pression et de dépression. Le son se propage sous forme d’ondes longitudinales. Une expérience permet de vérifier cela : on place un réveil en train de sonner sous une cloche, que l'on vide progressivement de son air. On observe que plus la pression diminue et moins on entend la sonnerie ! L'hypothèse est donc vérifiée : le son pour se propager a besoin d'un milieu matériel. 

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      Ce sont des molécules qui se rapprochent et s’écartent de façon plus ou moins régulière créant des zones de pression et de dépression. Ainsi l'onde acoustique se propage dans l'air à 340 m/s, dans l'eau à 1500 m/s et à des vitesses encore supérieures dans les matériaux plus denses (3500 m/s dans l'os et jusqu'à 6000 m/s dans l'acier!). Dans le vide, dépourvu de matière, aucun son ne se propage.

     Une onde est un phénomène périodique se propageant et qui se reproduit identique à lui-même à intervalle de temps régulier. Un son est donc caractérisé par plusieurs propriétés physiques, qui sont :

-    Sa période, est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le phénomène se reproduit identique à lui-même. Son unité est la seconde et son est symbole T.

 

-    Son amplitude. Plus la vibration mécanique est grande, plus la sensation auditive est intense.

 

-    Sa fréquence, c’est-à dire le nombre de périodes répétées à l’identique en une seconde, exprimée en Hertz (Hz) et de symbole ν.

     Les variations de fréquence déterminent la hauteur d’un son. En effet, plus la fréquence est élevée, plus le nombre de périodes par seconde augmente. Le son est alors aigu. A l’inverse, une fréquence basse engendrera un son plus grave.

     Quelques chiffres : 1Hz correspond à une vibration en une seconde (donc un son grave) et 1kHz correspond à 1000 vibrations en une seconde (donc un son aigu).

-   Sa longueur d’onde, c'est-à-dire la distance séparant deux périodes. Elle est exprimée en mètre (m) et est de symbole (λ).

 

-        Sa vitesse de propagation exprimée en m/s de symbole V ou C. On peut la retrouver grâce à la formule V = λ ν

 

-   Son timbre, qui permet d'identifier les voix et les instruments, de faire la différence, pour une même note.

 

     Il faut savoir que 0dB ne correspond en aucun cas au silence, mais bien au seuil de perception de l'oreille humaine. Des sons peuvent être produits sans que l'oreille ne puisse l'entendre, puisque celle-ci n'entend que les sons de fréquences comprises entre 20Hz et 20000Hz.

     Les oreilles sont situées sur le « rocher » et sont séparées l’une de l’autre par une quinzaine de centimètres. L'oreille humaine est composée de trois parties : l'oreille externe, celle que l'on voit directement, l'oreille moyenne, et l'oreille interne. Chacune de ces trois parties ont des fonctions particulières et précises, elles agissent ensemble pour cheminer l'information, c'est-à-dire le bruit ou le son, vers le cerveau.

      - L’oreille externe est la partie visible de l’oreille. Elle est composée du pavillon et du conduit auditif externe.

     Cette partie capte et conduit les vibrations de l’air jusqu’au tympan. Le pavillon est une lame fibreuse et cartilagineuse qui joue le rôle de cornet acoustique et donc amplifie les sons (son diamètre passe de 10mm à l’entrée du conduit à 5mm au niveau du tympan).

     Etant placés vers l’avant, ils permettent de distinguer plus nettement les sons venant de face que ceux venant de dos.

     Le  conduit auditif externe est creusé dans l’os sur une longueur d’environ trois centimètres, et possède un diamètre de 8 millimètres environ. Il permet de conduire l’onde sonore jusqu’au tympan. Il est constitué sur le premier tiers d’une peau de plusieurs couches cellulaires présentant un système sudoripare (fabrication de la sueur) mais également d’un système pileux. C’est cette partie qui sécrète l’enduit cireux protecteur ; le cérumen. La peau des deux derniers tiers s’amincit graduellement pour être constituée près du tympan d’une seule couche de cellules.  

 

Schéma de l’oreille externe 

Légende :

(1)  Pavillon

(2) Conduit auditif

(3) Tympan

 

     - L’oreille moyenne, s’étend du tympan à l’étrier et est reliée à la trompe d’Eustache. Elle renforce le signal sonore et conduit celui-ci jusqu’à l’oreille interne en transformant les vibrations sonores en vibrations solidiennes (analysables par l’oreille interne).

     Elle est composée de la caisse du tympan (chambre contenant de l’air) et de la chaîne des osselets.

     Le tympan est une membrane élastique fine et résistante en forme de cône. Il a un à deux dixièmes de millimètre d’épaisseur et un diamètre de un centimètre environ. Il vibre en recevant les fluctuations sonores et les transmet ensuite à la chaîne ossiculaire.

      Celle-ci est un enchaînement du marteau, de l’enclume et de l’étrier reliés entre eux par de petites articulations. Les sons mettent en mouvement ce groupe d’osselets et les conduisent jusqu’à la fenêtre ovale (un petit orifice qui s’ouvre sur l’oreille interne). Lorsque le niveau sonore est trop élevé, la contraction des muscles de l’étrier et du marteau permet de diminuer le niveau d’intensité des sons: c’est le reflexe stapédien effectif à partir de 80 dBs.

     La trompe d’Eustache est un tube de trois à quatre centimètres relié au plafond de la bouche et au nez. Ce conduit permet d’égaliser la pression s’exerçant sur chaque face du  tympan c’est-à-dire entre l’oreille externe et  moyenne (en s’ouvrant lors d’un bâillement par exemple !). Essayez, par exemple de vous pincer le nez, et d'expirer prudemment sans ouvrir la bouche: vous sentez une pression dans vos oreilles. Elle est due au tympan qui gonfle sous l'effet de la pression de l'air. En effet, l'air ne trouvant aucune issue, est remonté par la trompe d'Eustache, et à comprimé le tympan!

 

Schéma de l’oreille moyenne 

Légende :

(4) Marteau

(5) Enclume

(6) Etrier

(7) Trompe d’Eustache

      - L’oreille interne, encore appelée labyrinthe est l’organe clé de l’audition car reliée au système nerveux. Elle a pour rôle de transcrire les ondes sonores mécaniques en influx nerveux qui seront dirigées vers le cerveau.

   Schéma de l’oreille interne 

Légende :

(8) Canaux semi-circulaires

(9) Cochlée                   

(10) Nerf cochléaire

      Elle comprend le labyrinthe osseux (cavité rigide) dans lequel flotte un organe plus souple : le labyrinthe membraneux. Elle est remplie de liquide (l’endolymphe dans le labyrinthe membraneux et périlymphe entre le labyrinthe membraneux et osseux). Le labyrinthe s’articule autour de deux organes principaux :

- le vestibule, cavité qui s’ouvre sur la fenêtre ovale. A l’aide de son réseau d’organes (les canaux semi-circulaires disposés dans trois plans perpendiculaires), il permet de garder l’équilibre,  de coordonner les mouvements de la tête et des yeux et les ajustements de la posture du corps. Les récepteurs vestibulaires (= de l’équilibre) communiquent en permanence avec le cerveau pour l’informer de la position de la tête et de ses mouvements. Sans eux impossible de tenir debout !

- la cochlée ou limaçon  dont la forme rappelle celle d’une coquille d’escargot est un tube d’environ 35 mm de long constituée d’un tube enroulé sur lui-même qui forme deux tours et demi autour d’un axe creux qui contient le nerf auditif.

 

Schéma du labyrinthe osseux 

 

Il est divisé en trois parties qui sont :

- la rampe vestibulaire, débouchant dans la fenêtre ovale (remplie de périlymphe).

- la rampe tympanique, qui parvient jusqu’à la fenêtre ronde (remplie de périlymphe).

- le canal cochléaire placé entre les deux rampes renferme l’endolymphe.

 

Schéma d’une coupe transversale de la cochlée

Légende :

(1) Canal cochléaire (endolymphe en vert)

(2) Rampe vestibulaire (périlymphe en bleu)

(3) Rampe tympanique (périlymphe en bleu)

(4) Ganglion cochléairen (éléments nerveux en jaune)

(5) Nerf Auditif (éléments nerveux en jaune)

 

L’organe de Corti, qui sépare le canal cochléaire de la rampe tympanique est soutenu par la membrane basilaire.

Schéma d’une coupe transversale du canal cochléaire

 

     C’est une bande sensorielle recouverte de 14000 cellules ciliées (qui s’étend jusqu’au sommet de la cochlée) au bout desquelles prennent naissance les fibres du nerf auditif. Elles se déploient en quatre rangées :

- une rangée de cellules ciliées internes (environ 3500) ordonnée de façon linéaire situées vers l’extrémité interne de l’organe de Corti. Au sommet desquelles, s’étendent le stéréocils ordonnés par ordre croissant de taille.

Schéma d’une cellule ciliée interne

 

- trois rangées de cellules ciliées externes (environ 10500) ordonnée en forme de W situées vers l’extérieur de l’organe de Corti.

Schéma d’une cellule ciliée externe

 

Arrangement des cellules ciliées à la base de la cochlée

 

     Ainsi lorsque, un son est perçu, il fait vibrer le tympan qui active à son tour, la chaîne des osselets. Celle-ci transmet les vibrations à la fenêtre ovale en les amplifiant. Elle met ensuite en mouvement les liquides qui a leur tour font vibrer  les différentes membranes. Les cellules ciliées internes solidaires de la membrane basilaire s’inclinent alors en rentrant en contact avec la membrane tectoriale au travers de laquelle, circulent les informations destinées au cerveau (uniquement pour des sons supérieurs à 50dB). Pour les sons inférieurs à 50dB, ce sont les cellules ciliées externes qui se contractent, ainsi la membrane tectoriale se déplace  et touche les cellules ciliées internes. Il y a ainsi transmission des informations au cerveau par le nerf auditif.

     Chaque cellule ciliée correspondant à une fréquence différente, celles situées à la base de la cochlée répondent aux sons aigus alors que celles au sommet de l’enroulement de la cochlée aux sonorités graves. C’est ce qu’on appelle la tonotopie cochléaire.

Distribution des fréquences le long de la membrane basilaire

 

     Les sons quotidiens sont une addition de plusieurs ondes sonores, et l’oreille interne joue alors un rôle important : elle est chargée de les décomposer et d’envoyer au cerveau un signal bioélectrique correspondant à chacune de ses composantes.

Elle procède alors à un codage :

-de la fréquence : Les cellules ciliées internes envoient un message suivant la tonotopie cochléaire.

-de l’intensité : c’est le nombre d’impulsions électriques envoyées par les cellules ciliées internes en une seconde.

A l’aide de ces deux mécanismes, l’oreille interne transmet ensuite le signal électrique au cerveau par l’intermédiaire du nerf cochléaire.

 

Chemin emprunté par le signal électrique pour parvenir au cerveau

  

     Le signal électrique est ensuite dirigé vers les centres auditifs du cerveau en empruntant le tronc cérébral. Le son commence à  être déchiffré dans le noyau cochléaire, où son type sera défini (paroles, cri …). Il passe ensuite par le thalamus où il se passe un travail d’intégration (préparation d’une réponse par exemple). Les influx sont transmis au lobe temporal,  où siège le cortex auditif qui va recevoir un message déjà en partie décodé par le noyau cochléaire et les neurones du thalamus, et va pouvoir le reconnaître voire le mémoriser. Enfin, le cerveau peut donner un ordre d’importance aux différents sons qu’il perçoit, et coordonner  les sons des deux oreilles. Le cerveau ne met que 20 millièmes de seconde à décoder et interpréter le message auditif !