Fiche de cours

Voix : acoustique physiologique

Lycée > Terminale > Physique Chimie > Voix : acoustique physiologique

Fiche de cours
Quiz et exercices
Vidéos et podcasts

Objectifs

Expliquer comment la voix est produite.
Décrire succinctement l’oreille humaine et ses propriétés.
Voir comment un son est perçu par l’oreille: l'acoustique physiologique.
Énoncer la loi de Fechner.
Définir alors le décibel et en donner quelques applications.

1. Comment la voix génère-t-elle des sons?

En émettant des sons organisés en un message vocal qui sera capté et interprété par un interlocuteur, l'Homme est capable de communiquer. La phonation est l’action de produire des sons dans le but de parler.

L'air expiré par les poumons va faire vibrer des membranes déformables au niveau du larynx appelées cordes vocales. Lorsque la personne respire normalement, les cordes vocales sont écartées. Lorsqu’elle veut parler, les cordes vocales se resserrent et sont mises en vibration par l’air expiré. Selon leur resserrement, la vibration sera différente, ce qui autorise une modulation des fréquences des sons émis.

Doc. 1 : Schéma des cordes vocales

Les caractéristiques des cordes vocales varient d’un individu à l’autre, ce qui fait que certaines personnes ont une voix plus graves que d’autres.

2. Comment l'oreille humaine réceptionne-t-elle les sons?

L’oreille est l’organe permettant l’audition. Le son entre via conduit auditif.

L’onde sonore associée au son met en vibration le tympan, une membrane souple se trouvant au fond du conduit. Le tympan est relié à trois petits os (osselets), nommés marteau, enclume et étrier. En vibrant, le tympan met en mouvement ces osselets.

Grâce à eux, la vibration est transmise à l’oreille interne. Cette dernière est constituée de :

► L'endolymphe, liquide contenu dans l'oreille interne.

► La cochlée (forme d’un escargot) contenant des cellules ciliées sensibles aux vibrations. Elles détectent les fréquences composant le son. Plus ces cellules sont proches des osselets, plus elles sont sensibles aux aigus.Les cellules ciliées génèrent alors des influx nerveux qui sont transmis au cerveau. L’analyse fréquentielle ( = décomposition du son en ses différentes fréquences) est donc réalisée par l’oreille elle-même. Le cerveau reconstitue finalement l’information reçu, afin de percevoir le son.

► Le vestibule, dont les canaux semi-circulaires, n’intervient pas dans le mécanisme de l’audition, mais sert pour le maintien de l’équilibre.

Doc. 2 : L'oreille humaine

Une oreille en bonne santé peut entendre des sons entre 20 Hz et 20 kHz, mais cela varie d’un individu à l’autre. Notamment, la valeur supérieure a tendance à diminuer progressivement avec l’âge.

Les sons basses fréquences sont des sons graves. Les sons hautes fréquences sont les sons aigus. Les sons de fréquences inférieures à 20 Hz sont appelés infrasons. Les sons au dessus de 20 kHz sont des ultrasons.

3. Acoustique physiologique : loi de Fechner, définition du niveau sonore

► La loi de Fechner explique que « la sensation varie comme le logarithme de l’excitation ».
Cela veut dire que si on augmente de manière linéaire un stimulus, alors la perception que nous en avons est logarithmique. Cette loi est vérifiée pour la perception de l’intensité lumineuse ou de l’intensité sonore.

« La sensation sonore est proportionnelle au logarithme de l’intensité acoustique. »

► Cette propriété physiologique fait que l’oreille humaine est capable de percevoir des intensités acoustiques de magnitudes très différentes. Comme pour le pH en chimie, une échelle logarithmique se révèle pertinente :

• Le niveau sonore L s’exprime en décibel (dB).
• L’intensité acoustique I, exprimée en W.m^-2 est l'énergie véhiculée par l’onde acoustique par unité de temps et par unité de surface. Concrètement, si l’onde frappe une paroi (le tympan par exemple), c’est la puissance qu’elle lui communique sur l'ensemble de sa surface.
• L'intensité acoustique de référence I₀, et valant

est nommée "seuil de perception auditive". Elle correspond au son le plus faible pouvant théoriquement être entendu par une oreille humaine, à une fréquence de 1000 Hz.

Remarque : Un son aigu et un son grave ne sont pas perçus de la même manière à intensité sonore identique. Bien sûr, un ultrason, même très puissant, ne sera pas perçu par une oreille humaine. Cela constitue le décibel pondéré, noté dB(A). Cette unité a pour vocation de correspondre le plus possible aux capacités de l’oreille humaine.

Doc. 3 : Courbe audiométrique de l'oreille humaine

Dans la suite, pour éviter cette complication, on se placera conventionnellement à la fréquence où la perception est optimale, autour de 1 kHz.

4. Le décibel

Une échelle acoustique est construite à partir du décibel acoustique, pouvant donner un ordre de grandeur des niveaux sonores des sons de la vie de tous les jours :

Doc. 3 : Échelle des niveaux sonores

Un niveau sonore se mesure avec un sonomètre (ou décibelmètre). Un niveau de 0 dB correspond au seuil d’audibilité, à

. A 130 dB,

. Un niveau sonore est nocif à long terme à partir de 85 dB. Le risque de lésion auditive irréversible est à partir de 100 dB. Le seuil de la douleur se situe à 120 dB.

Rappels mathématiques :

Le logarithme employé est un logarithme décimal log, différent du logarithme népérien (ln).. D’ailleurs,

.
Certaines propriétés sont néanmoins communes entre les deux types de logarithme :

.
Mais, avec un logarithme décimal,

pour tout nombre réel

.
Cela permettre d’écrire que

.

Propriétés du décibel :

• Une source émet à une intensité acoustique

, correspondant à un niveau sonore

. Si l’intensité est doublée

, le nouveau niveau sonore est augmenté de 3 dB :

.

L’échelle logarithmique « transforme les multiplications en addition ».

• Si deux sources émettent en même temps, leurs intensités acoustiques s’ajoutent, mais pas leurs niveaux sonores. Si l’écart entre les deux est assez fort (supérieur ou égal à 10 dB), seul comptera la source qui a le niveau sonore le plus fort.

Exemple :

source 1 :

source 2 :

total :

L'essentiel

► L’humain est capable de communiquer par la parole. La voix humaine est générée par les cordes vocales. Les sons émis sont captés par l’oreille. Celle-ci suit la loi de Fechner, « La sensation sonore est proportionnelle au logarithme de l’intensité acoustique. »

► L’oreille humaine est capable de percevoir des sons d’intensités acoustiques très différentes, selon plusieurs ordres de grandeur allant de

. Le niveau sonore L est une grandeur logarithmique définie comme :

où l’intensité acoustique I est en W.m^-2, I₀ = 10^-12 W.m^-2 étant le seuil d’audibilité théorique de l’oreille humaine.

► Un niveau sonore s’exprime en décibel, noté dB. Lorsqu’on double l’intensité acoustique d’une source, son niveau sonore est augmenté de 3 dB.

146401

Évalue ce cours !

Note 3.7 / 5. Nombre de vote(s) : 12

Des quiz et exercices pour mieux assimiler sa leçon

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des quiz et exercices en accompagnement de chaque fiche de cours. Les exercices permettent de vérifier si la leçon est bien comprise ou s’il reste encore des notions à revoir.

S’abonner

Des exercices variés pour ne pas s’ennuyer

Les exercices se déclinent sous toutes leurs formes sur myMaxicours ! Selon la matière et la classe étudiées, retrouvez des dictées, des mots à relier ou encore des phrases à compléter, mais aussi des textes à trous et bien d’autres formats !

Dans les classes de primaire, l’accent est mis sur des exercices illustrés très ludiques pour motiver les plus jeunes.

S’abonner

Des quiz pour une évaluation en direct

Les quiz et exercices permettent d’avoir un retour immédiat sur la bonne compréhension du cours. Une fois toutes les réponses communiquées, le résultat s’affiche à l’écran et permet à l’élève de se situer immédiatement.

myMaxicours offre des solutions efficaces de révision grâce aux fiches de cours et aux exercices associés. L’élève se rassure pour le prochain examen en testant ses connaissances au préalable.

S’abonner

Des vidéos et des podcasts pour apprendre différemment

Certains élèves ont une mémoire visuelle quand d’autres ont plutôt une mémoire auditive. myMaxicours s’adapte à tous les enfants et adolescents pour leur proposer un apprentissage serein et efficace.

Découvrez de nombreuses vidéos et podcasts en complément des fiches de cours et des exercices pour une année scolaire au top !

S’abonner

Des podcasts pour les révisions

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des podcasts de révision pour toutes les classes à examen : troisième, première et terminale.

Les ados peuvent écouter les différents cours afin de mieux les mémoriser en préparation de leurs examens. Des fiches de cours de différentes matières sont disponibles en podcasts ainsi qu’une préparation au grand oral avec de nombreux conseils pratiques.

S’abonner

Des vidéos de cours pour comprendre en image

Des vidéos de cours illustrent les notions principales à retenir et complètent les fiches de cours. De quoi réviser sa prochaine évaluation ou son prochain examen en toute confiance !

S’abonner

Profs en ligne

Découvrez le soutien scolaire en ligne avec myMaxicours

Plongez dans l'univers de myMaxicours et découvrez une approche innovante du soutien scolaire en ligne, conçue pour captiver et éduquer les élèves de CP à la terminale. Notre plateforme se distingue par une riche sélection de contenus interactifs et ludiques, élaborés pour stimuler la concentration et la motivation à travers des parcours d'apprentissage adaptés à chaque tranche d'âge. Chez myMaxicours, nous croyons en une éducation où chaque élève trouve sa place, progresse à son rythme et développe sa confiance en soi dans un environnement bienveillant.

Profitez d'un accès direct à nos Profs en ligne pour une assistance personnalisée, ou explorez nos exercices et corrigés pour renforcer vos connaissances. Notre assistance scolaire en ligne est conçue pour vous accompagner à chaque étape de votre parcours éducatif, tandis que nos vidéos et fiches de cours offrent des explications claires et concises sur une multitude de sujets. Avec myMaxicours, avancez sereinement sur le chemin de la réussite scolaire, armé des meilleurs outils et du soutien de professionnels dédiés à votre épanouissement académique.

EXERCE-TOI EN T'ABONNANT