Psychoacoustique

Perception et cognition

Le rôle du cerveau dans la perception est particulièrement important car il fournit un gros travail d'analyse pour distinguer, reconnaître et évaluer les sons, selon leur hauteur bien sûr, mais surtout selon leur évolution au cours du temps (le terme émotion dérive étymologiquement de ce sens du mouvement). Le cerveau permet aussi la corrélation entre les deux oreilles afin de situer le son dans l'espace (différence d'intensité et phase). C'est aussi lui qui nous permet de reconnaître un instrument de musique ou une personne précise. L'oreille, elle, ne fait que transmettre des informations brutes. Il semblerait, mais le débat toujours virulent est ouvert, qu'une grande partie du travail effectué par le cerveau soit apprise et non innée.

Ainsi, la perception du timbre, et même de la justesse peut varier d'une personne à une autre, indépendamment de ses goûts personnels, non seulement à cause de la dégradation de son système auditif, mais également en raison d'une altération de ses facultés neurologiques. Une autre raison de cette différence de perception tient bien évidemment au filtrage effectué par un système auditif vieillissant. Ainsi, de même qu'un filtre optique masque ou met en évidence des éléments d'une image, l'oreille peut masquer ou mettre en évidence les éléments contitutifs du son, faisant varier d'autant sa perception.

La psychoacoustique est l'étude des sensations auditives de l'homme. Elle se situe donc à la frontière entre l'acoustique, la physiologie et la psychologie. L'acoustique étudiera la nature et les propriétés des ondes sonores qui arrivent au tympan. La psychoacoustique étudiera comment elles sont captées par le système auditif et la manière dont elles sont interprétées par le cerveau. De cette étude on déduit que la perception des caractéristiques d'un son n'a pas de valeurs de mesure objectives. Les attributs du son sont le résultat d’un mécanisme de décision au niveau neurophysiologique.

Perception et sensation

Les phénomènes perçus ne peuvent être mesurés sur une échelle de mesure continue. Ce sont avant tout des phénomènes temporels, c’est-à-dire que leur mesure n’est pas constante pour tous les instants (t)de la vibration. Pour nous faire comprendre le phénomène sonore tel qu’il s’inscrit dans le temps, le sonagraphe, appareil apparu dans les années 1950, a utilisé une représentation tridimensionnelle (fréquence, amplitude, temps) qui, quoi que commode, reste grossière. La psychoacoustique doit donc contribuer à l’étude des relations entre paramètres acoustiques et attributs sensibles.

L'oreille humaine est un organe complexe, imparfait mais cependant très performant. Nous rappellerons que les deux sens de l’art sont la vue et l’ouïe, car leurs champs opératoires s’étendent de l’immédiateté aux profondeurs de l’inconscient. La vue a permis de capter des objets, donc de les nommer et d’en tirer des concepts. Elle est à la base du raisonnement scientifique. L’appareil phonatoire, qui donne à (ré)entendre des sons organisés en langage, ne peut quant à lui transcrire ces concepts que sous une forme éphémère. Cet éphémère est à la base de la charge d’émotion que transporte la musique. L’ouïe, en recueillant ces transcriptions, recueille donc plus l’émotion que la notion, car elle ne peut les fixer. L’information y est par conséquent plus d’ordre qualitative que quantitative, et l’ambiguïté de la mesure de cette information se comprend mieux. L’ouïe et la vue sont les deux sens qui nous transmettent des informations sur le temps et sur l’espace. Mais l’inégalité entre les rayonnements sonores et les rayonnements lumineux est pour beaucoup à l’origine d’une flagrante inégalité entre ces deux sens. Le seuil de perception d’un son par l’oreille est situé à 10 ^{− 16} W, quand le seuil de perception d’un source lumineuse ponctuelle (à l’œil nu) est situé à 10 ^{− 18} W. La vue est donc un sens réservé à l’immédiat. L’ouïe, en véhiculant des indications d’un autre ordre, nous renseigne beaucoup plus sur ce qui est du domaine de l’émotion, des sentiments : par exemple, outre qu’elle peut porter plus d’informations, la voix au téléphone nous en dit plus sur l’état psychologique de l’interlocuteur qu’une photo.

Illusions auditives

La psychoacoustique, aidée en cela par les outils de la synthèse sonore, a éclairci certains phénomènes particuliers d'interprétation : les illusions auditives. Ces illusions ont été particulièrement étudiées par John Chowning [1] puis par Jean-Claude Risset, chercheurs et compositeurs, qui, à l'aide de l'ordinateur ont créé plusieurs formes d'illusions intégrées dans leurs œuvres. La forme la plus envoûtante d’illusion est celle qui permet de recréer des phénomènes contre nature, autrement appelés paradoxes . Dans ces illusions, nos schémas cognitifs s’opposent à des associations incongrues. Jean-Claude Risset, qui étudia leurs mécanismes dans le champ audible, parvint à en composer plusieurs au moyen de l’ordinateur. Il a publié sur la matière de nombreux articles qui mettent en lumière toutes les difficultés d’appréhension de ce problème. Essayons de résumer ici le propos : En allemand, le vocabulaire reconnaît pour le même concept de “son”, deux notions, Tone et Shall, qui distinguent deux composantes de hauteurs que le français, lui, ne distingue pas : la hauteur tonale (Tone), liée aux variations de fréquence, et la hauteur spectrale (Shall), liée, elle, à la position du centre de gravité des composantes du spectre. Cette hauteur spectrale caractérise la brillance d’un instrument. Si, comme peut le faire la synthèse des sons par ordinateur, on réussit à séparer la variation de la hauteur tonale (par déplacement de la fondamentale) et celle de la hauteur spectrale (par modification de l’enveloppe spectrale), on peut réussir à créer des variations de hauteurs paradoxales. Par exemple :

— des sons donnant l’impression de monter ou de descendre sans fin (hauteur tonale fixe). Ces expériences ont été reprises de la généralisation des travaux de Roger N. Shepard sur la gamme chromatique circulaire et sont d’ordinaire représentées visuellement par l’escalier de Penrose. Mutations de Jean-Claude Risset est une œuvre où l’harmonie est sans cesse prolongée dans le timbre, et qui donne à entendre ce paradoxe.

— des sons descendant en devenant plus aigus (hauteur tonale et spectrale variant en sens inverse), transposition dans le domaine sonore de l’effet visuel réalisé par Escher dans sa Cascade.

Jean-Claude Risset a utilisé ces phénomènes dans une autre de ses œuvres : Little Boy en 1968. Travaillant à cette époque aux Bell Telephone Laboratories, il composa une grande fresque “classique” intitulée Computer suite for little Boy. Il introduit par cette œuvre la synthèse numérique dans la création musicale française. C’est en effet la première œuvre musicale classique entièrement synthétisée par ordinateur. Little Boy était le nom de code de la bombe atomique américaine sur Hiroshima. Le compositeur a utilisé le texte du dramaturge Pierre Halet retraçant les affres du pilote de l’avion de reconnaissance du raid qui a précédé son largage. Avec ces paradoxes, qui ont été généralisés à d’autres valeurs que la hauteur , on retrouve le vrai visage de l'informatique musicale, qui permet de s’éloigner du modèle pour recomposer, re-créer une nouvelle vérité.

Amplitude : Courbes d'égale intensité (isosonie)

L'oreille n'a pas la même sensibilité selon la fréquence. Elle perçoit deux sons de même intensité, donc de même énergie, mais de fréquences différentes à des volumes différents. Ce graphique représente les courbes d'égale intensité sonore perçue (isosonique, c’est-à-dire ayant la même sensation subjective) pour l'appareil auditif humain. La fréquence en Hertz est représentée en abscisses et l'intensité, exprimée en décibels, en ordonnées. Les points qui se situent sur une même courbe correspondent à un même volume perçu dont l'unité est le phone. On observe que globalement, l'oreille perd une grande partie de sa sensibilité dans les basses fréquences.

Les courbes isosoniques ont été décrites pour la première fois à partir des travaux de Fletcher et Munson (1933) : en prenant pour échelle de référence des niveaux physiques (exprimés en décibels) à 1 000 Hz (10 db au-dessus du seuil à 1 000 Hz = 10 phones, 40 db au-dessus du seuil à 1 000 Hz = 40 phones, etc.), ils évaluèrent, par comparaison et écoutes successives, à quels niveaux d’intensité des sons de diverses fréquences ont la même sonie, c’est-à-dire produisent la même sensation d’intensité subjective. Ces travaux furent repris par Churcher et King (1937) et par Robinson et Dadson (1956) qui ont mis à contribution les possibilités de contrôle de ces paramètres. Mais c’est surtout à Stanley Smith Stevens que revint le mérite de décrire parfaitement des courbes de niveaux physiologiques (courbes dites isophones), en tenant compte des lois qui relient les unités physiologiques (phones) et les unités subjectives (sonies) . Notamment, cette relation permet de tenir compte des variations de la sensation sonore d’intensité subjective en fonction de la durée de l’excitation et de l’écoute binaurale. Cette nouvelle échelle de sensations, qui répond mieux aux questions posées par les physicalistes sur les lois régissant l’addition des intensités, est aujourd’hui la plus couramment employée.

Ces courbes ont été tracées pour une population moyenne. Même si elles traduisent assez fidèlement les variations de sensibilité de l’oreille, il existe de grandes disparités entre les individus et plusieurs facteurs influencent directement l'audition :

• l'expérience: musicien ingénieur du son, par exemple.
• l'exposition au bruit.
• l'âge.
• ...

Influence de l'âge sur la perte d'audition

Cette figure montre l'influence de l'âge sur la perte d'audition à différentes fréquences. Selon les sources citées, les résultats sont différents. Cela s'explique aisément par le fait que de grandes variations sont observées dans la population et que ces études ont du mal à ne prendre en compte que l'âge des individus. Il n'est pas rare de voir des musiciens âgés avec des oreilles de jeune homme, tout comme il existe des jeunes avec des oreilles prématurément dégradées par des expositions répétées à des sons trop forts tels que ceux des concerts ou de discothèques.

Pertes d'audition dûes au bruit

Les pertes d'audition dues au bruit dépendent à la fois de la durée d'exposition et de l'intensité du bruit. Remarquez que l'on désigne ici tous les sons comme du « bruit » et pas seulement ceux qui sont désagréables. Ainsi, écouter de la musique au casque à plein volume ou bien regarder les avions décoller de l'aéroport a exactement le même effet sur les cellules auditives.

La figure montre l'effet sur l'audition de l'exposition au bruit. Notez que les effets sont différents de ceux de l'âge. Avec l'âge, l'oreille devient moins sensible aux hautes fréquences alors que l'exposition au bruit diminue nettement la sensibilité autour de 3-4 Khz, fréquence où l'oreille intègre est la plus sensible. Ce type de perte d'audition se rencontre très fréquemment chez les utilisateurs d'armes à feu, car il est caractéristique des personnes exposées aux sons forts et percussifs.

Voir aussi

• Oreille
• Ouïe
• Audition
• Son (physique)
• Acoustique musicale

See also: Psychoacoustique, 1968, Acoustique, Acoustique musicale, Amplitude, Arme à feu, Art, Audition