BIOPHYSIQUE DES SONS ACOUSTIQUE ET AUDITION …medecine.edu.umontpellier.fr/files/2016/12/Orthophonie_1... · 2016-12-02 · 1e année d’orthophonie – Biophysique des sons - acoustique

1e année d’orthophonie – Biophysique des sons - acoustique et audition Année universitaire 2007-2008.

1 Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes

Octobre 2007

MF DAURES

BIOPHYSIQUE DES SONS

ACOUSTIQUE ET AUDITION

ORTHOPHONIE Première année

2007-2008

Dr M.F DAURES

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Octobre 2007

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BIOPHYSIQUE

CHAPITRE I : ACOUSTIQUE

I Caractéristiques physiques des sonsII Sons PursIII Sons complexes

CHAPITRE II : PHENOMENE SUBJECTIFS DE L’AUDITION

I Qualité physiologique des sonsII Phénomènes physiologiques dues à l’oreille

CHAPITRE III : PHENOMENE OBJECTIFS DE L’AUDITIONI GénéralitésII Oreille externe III Oreille moyenneIV Oreille interne

CHAPITRE IV : EXPLORATIONS FONCTIONNELLES DE L’AUDITION

I GénéralitésII Explorations fonctionnelles subjectives

CHAPITRE V : HYGIENE DE L’AUDITION

I Généralités sur le bruitII Lutte contre le bruit



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CHAPITRE II – CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES

SONS

1. Définition physique du son

«Vibration des particules d’un milieu matérieltransmise de proche en proche »

2. Propriétés du son

• Hypothèse acoustique• Source sonore• Propagation du son• Rayon sonore• Onde sonore• Énergie sonore• La surface d’onde

Phénomène vibratoire

Vibration longitudinale Propagation longitudinale« particule » « onde »



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II – LES SONS PURS

« Vibration acoustique sinusoïdale »

« une seule fréquence »

II. 1. Vibration des particules

II. 1.a. Élongation x

II. 1.b. Pulsation – fréquence – période

II. 1.c. Vitesse de la particule

II. 1.d. Sinusoïde des temps



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II.2. Propagation de l’onde

II.2. a. Célérité c

ρχ= 1c (ms-1)

La célérité est plus élevée dans les liquides que dans les gaz

II.2. b. Longueur d’onde λ

fccT λ == (m) f T

c T( ρχ )

II.2. c. Décalage horaire θ

« temps mis par le point M situé à la distance X de la source pour se mettre en mouvement après que la source ait débuté son propre mouvement »

ρ c

χ c

cX =θ

II.2. d. Sinusoïde de l’espaceII.2. e. Sinusoïde à double périodicité



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II.3. La pression acoustique

II.3. a. Définition

« variation de pression due à la vibration sonore autour de la pression atmosphérique »

Pression instantanée Pinstantanée = Pmilieu - Patm

II.3. b. Les différentes pressions

II.3. c. Variation de la pression en fonctionde x et de t

II.3. d. Valeur de la pression acoustique

20 10-6 Pa ≤ P ≤ 20 Pa

II.3. e. Formule P = ρ v c



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II.4. La puissance surfacique« intensité acoustique »


« quantité d’énergie sonore qui traverse l’unité de surface pendant l’unité de temps »

(W/m²)SP

t SE W ==

II.4. b. Formules

v P t Sx F W ==

II.4. c. Valeurs dans le domaine audible

10-12 ≤ W ≤ 1 W/m²



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II.5. L’impédance acoustique


« Rapport d’une grandeur agissante (forces,pression, tension…) à une grandeur résultantde cette action (vitesse, intensité) »

II.5. b. Formules

L’unité est: Pa m-1 s ou Ω acoustique

pression atmosphériqueZ = ρ c dépend de température

humidité

vPZ =

c1Zχ

=

II.5. c. Propriétés

Z = W/v² + Z est élevée + v est faible

W

2PZ = + Z est élevée + la propagation est rapide et c est élevée



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II.6. Le niveau sonore ou acoustique


« Il mesure le niveau de puissance surfacique d’un son par rapport au niveau de puissance surfacique du son de référence »

Son de référence : seuil auditif à 1000 Hz W0 = 10 –12 w m-2

II.6. b. Formule

L = 10 log (dB)

II.6. c. Niveaux relatifs

L2 – L1 = 10 log

II.6. d. Relation avec d’autres grandeurs

L2 – L1 = 20 log = 20 log

si on se trouve dans le même milieu.

0WW

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

1W2W

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

1P2P

1v2v



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II.7. Propagation des ondes acoustiquesen fonction du milieu

II.7.a. Propagation dans un champ libre

Champ libre : milieu homogène, isotrope,sans obstacle, sans absorption.

2

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛=

2R1R

1W2W

II.7. b. Réflexion et transmission

2 milieux d’impédances différentes.

Onde sonore perpendiculaire à l’interface.

Wincidence = Wréfléchie + Wtransmise

Coefficient de réflexion ( )2)21(

221

ZZ

ZZ

incidenceWréfléchieW

r+

−==

Coefficient de transmission t = ( )22 1 4

2Z1Z

ZZ

incidenceWtransmiseW

+=

Réflexion parfaite Miroir sonore « écho »

Loi de l’inverse du carré de la distance



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II.7.c. Diffraction d’un son

« Dérivation de la direction du son sur le bord d’un obstacle : le bord de l’obstacle se comporte comme une source secondaire »

taille obstacle (T) diffraction si

fréquence (λ )

(cm-1)

« les gaz absorbent plus que les liquides »

Les sons graves se propagent dans tous les sens, les sons aigus sont dirigés.

II.7.d. Absorption par le milieu

Une partie de l’énergie sonore est cédée au milieu sous forme de chaleur. Plus l’épaisseur traversée est grande plus la perte énergétique est grande.

Si x est l’épaisseur traversée : W (à x) = W (début) e-µx

µ si f

µ coefficient d’atténuationµ si ρ



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III – LES SONS COMPLEXES

« émission de plusieurs ondes par une même source »

III.1. Sons périodiques non sinusoïdaux (musicaux)

III.1.a. Définition

« son correspondant à une vibration périodique des particules »

Au bout du temps T, le mouvement des particules est identique à lui-même.

III.1.b. Décomposition d’un son périodique

Fourier : x = a1 sin (2 Π ft + ϕ1 ) + a2 sin (4 Π ft + ϕ2 ) + a3 sin (6 Π f t + ϕ3) + ….

Son de fréquence f : fondamental (harmonique d’ordre 1), les autres : harmoniques d’ordre 2,3 …

III.1.c. Spectre de fréquence

« spectre : représentation graphique des différentes harmoniques du son »

Son pur : 1 raie à la fréquence f

Son périodique : plusieurs raies correspondant aux harmoniques

Son aléatoire : spectre ± continu.



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III.1.c. Spectres de fréquence

spectre d’amplitude a = fonction (f)spectre de phase ϕ = fonction (f)spectre d’énergie E = fonction (f)

III.2. Les bruits

« sons non périodiques caractérisés par leurs spectres ».

III.2.a. Bruit à caractère musical

a

0 f1 f2 f3 f4 f

« partiels »

« gong, timbale, cloche »



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III.2.b. Bruit permanent à spectre continu

a

t

a

fContinu au cours du temps Continu en fréquence

Ex : bruit blanc

III.2.c. Bruits transitoires

a

t

a

f

Bruit court Bruit riche en fréquence

« bruit des claquettes »



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CHAPITRE II

Participation active du sujet.

Son = message sensoriel défini par sensation au niveau de l’oreille.

Qualités physiques non superposables aux qualités physiques.

Phénomènes subjectifs de l’audition



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I – QUALITES PHYSIOLOGIQUES DES SONS

II.1. TONIE OU HAUTEUR D’UN SON

II.1.a. Qualités de la tonie

• son grave ou aigu• plus le son paraît aigu plus il est haut.

plus le son paraît grave plus il est bas.• sensation de hauteur dépend de l’intensité et

et de la durée du son.

II.1.b. Loi de Weber Fechner

« Soit un paramètre physique x d’un son capable de produire une sensation auditive, son seuil différentiel dx est la différence minimale nécessaire entre 2 valeurs de x pour que la sensation soit perçue de manièredifférente. Son seuil relatif est alors »

Loi de Weber = cte dans le domaine de variation de x

Postulat de Fechner : les échelons ΔS de sensation sont égaux.

Loi de Weber-Fechner : pour x [xa, xb], la variation ΔS de sensation est proportionnelle à la variation du logarithme de l’excitant.

xdx

xdx



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Loi de Weber-Fechner appliquée à la tonie

Si 500 Hz f 7000 Hz 801

ff=

Δ

1

2 f

fLnKH =Δ

II.1.c. Phénomènes annexes

Phénomène de Burton

2 sons purs graves de même fréquence et d’intensité différente en même temps le son plus fort paraît plus grave.

Phénomène du clic

Son de durée < 25 ms ⇒ audition d’un « clic » sans sensation de hauteur.

II.1.d. Repère ou « unité »

« 1000 mels = hauteur d’un son de 40 dB à 1000 Hz »



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II.1.e. Hors de l’intervalle 500 – 7000 Hz

f> 7000 Hz ΔH quand f

f< 500 Hz tonie (mels) ≅ fréquence (Hz)

II.1.f. Octave

• 2 sons à l’octave procurent des sensations auditives voisines.

• L’harmonique 2 est séparée de la 1 par une bande de fréquence de longueur une octave.

Harmonique 2 est à l’octave de l’harmonique 1 : f2 / f1 = 2

• D’un Do à l’autre la fréquence double : f, 2f, 4f, 8f…..

• Le spectre audible est divisé en 10 octaves.

• Chaque octave est divisée en 12 demi-tons (note)



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I.2. LA SONIE OU INTENSITÉPHYSIOLOGIQUE

I.2.a. Qualités

• son fort ou faible• dépend de la puissance surfacique et de la fréquence du son.

I.2.b. Loi de Weber Fechner appliquée à la sonie

0,2 WΔW

=

1W2W

LnK ΔS=

f avec varie 0W 0W

W Ln k S =

I.2.c. Diagramme de Wegel

• seuil absolu• seuil douloureux• champ auditif tonal ou aire acoustique



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I.2.d. Le phone

« repère physiologique traduisant le niveau de sonie »

Le niveau physiologique d’un son est de N phones si sa sonie est jugée la même que celle d’un son pur à la fréquence de 1000 Hz dont le niveau sonore physique est de N dB absolues.

• seuil de perception 0 phone

• seuil douloureux 120 phones

I.2.e. Le sone

Permet la comparaison de 2 sons purs :

L > 40 dB log N = 0,03 (S – 40)sones phones

L < 40 dB ΔS quand L ↓

0,3L161N =

sones dB



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I.3. Le timbre ou sonorité

« 2 sons de même tonie et de même sonie »

Même son émis par 2 instruments différents :

• lié au spectre de fréquence du son : composition en sons partiels et importance relative

• oreille est capable de discerner les partiels d’un son complexe.



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II – PHENOMENES SUBJECTIFS DUS A L’OREILLE

II.1. Sons subjectifs

harmoniques, subjectifssons différentiels et additionnels

II.2. Effet de masque

son masquant et son masquédurée, intensitésons aigus masqués

II.3. Fatigue auditive

c’est l’augmentation du seuil absolu après audition d’un son

Elle augmente avec:

l’intensité du son

la durée du son

la fréquence (aigus)

dans la zone de 4000 Hz



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II.4. Audition binaurale

II.4.a. Augmentation de l’intensité acoustique

Le niveau sonore augmente de 3 dB

II.4.b. Orientation auditive

Différence d’intensité (surtout les aigus) f > 3000 Hz

Phénomène de diffraction

Différence de phase (surtout les graves) f < 800 Hz

Différence de marche

sons graves f < 800 HzBonne orientation

sons aigus f > 3000 Hz



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CHAPITRE IIILes phénomènes objectifs de

l’audition

I - GENERALITES

I.1. Composition de l’oreille

OE : oreille externeOM : oreille moyenneOI : oreille interne

I.2. Rôle de l’oreille

OE : capteur et transmetteurOM : transmetteur et amplificateurOI : transducteur



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II - L’OREILLE EXTERNE

II.1. Pavillon de l’oreille

Localisation des sources sonoresProtecteur du CAEAmplificateur

II.2. Conduit auditif externe

dirige les ondes vers le tympanabaisse le seuil d’audition (résonance)élève la sonie



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III – OREILLE MOYENNE

Elle amplifie surtout les sons graves.

III.1. Le tympan

- capteur de pression- amplitude quand f - déplacements en périphérie plus grands qu’au centre

basses fréquences :

déplacement totaldéplacement proportionnel à P acoustiquedéplacement lent

hautes fréquences

déplacement par secteursdéplacement non relié à la pression

déplacement rapide



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III.2. Les osselets

III.2.a. Adaptateur d’impédance

de F par système de leviersurface d’appui au passage Tympan fenêtre ovale

Grande élongationFaible élongation

Grande pressionFaible pression

LocaliséDiffus

Mouvement fenêtre ovaleMouvement tympanique

dB25TP

FOPlog20TLFOL ==−

III.2.b. Rôle de protection de l’oreille interne

Si L > de 70 dB / seuil absolu

Atténue de 10 dB

Pas immédiat et de courte durée

Ne protégent pas des bruits impulsionnels et transitoires

Surtout empêche les sons graves

réflexe stapédien



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III.3. Trompe d’eustache

• normalement fermée

• équilibre des pressions

• affectée par respiration et voix

• s’ouvre à la déglutition et au baillement

surdité si variations de pression grandes (avion) ou trompe bouchée(inflammation)

III.4. Les fenêtres

• fenêtre ovaleen phase avec le tympanen opposition avec l’étrier

• fenêtre ronde- opposition de phase avec fenêtre ovale

- « soupape »



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IV - OREILLE INTERNE OU LABYRINTHE

« Transduction »

IV.1. Description de la cochlée

rampe vestibulaire membrane de Reissnercanal cochlénairerampe tympanique membrane basilaire

IV.2. Membrane basilaire

IV.2.a. Description

IV.2.b. Rôle (mécanismes actifs et passifs)

IV.3. Organe de Corti

Cellules ciliées internes et externesMembrane tectoriale



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CHAPITRE IVExplorations fonctionnelles de

l’audition

I - GENERALITES

I.1. But

I.2. Les différentes surdités

TransmissionPerceptionRétrocochléaireCentrale

I.3. Les différents types d’examen

acoumétrie

subjectif

audiométrie

objectif potentiels



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II-EXPLORATIONS FONCTIONNELLES

SUBJECTIVES

- otoscopie- 1 oreille après l’autre- local insonorisé- participation active

II.1. Acoumétrie

II.1.a. Phonique ou vocale

voix chuchotée 7 mvoix parlée 40 m

II.1.b. Instrumentale (montre ou diapason)

- conduction osseuse- diapason- tests

perceptionouNl 3DCODCA =

3DCODCA ⟨

- épreuve de Rinne- épreuve de Weber

Transmission



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II.2. Audiométrie

II.2.a. Tonale liminaire

- niveaux absolus

- niveaux relatifs

II.2.b. Supra liminaire

- champ total

- sons forts bien entendus

II.2.c. Vocale ou test d’intelligibilité

prononcésmotsdenombrecomprismotsdenombred'%

ilitéintelligib =



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CHAPITRE VHYGIENE DE L’AUDITION

I – GENERALITES SUR LE BRUIT

I.1. Définition

Vibration sonore non sinusoïdale non périodiqueSensation auditive gênante

I.2. Evaluation

Echelle physiqueinconfort acoustique 55 dBseuil douloureux 120 dBchambre à coucher < 35 dBbruits courants 70-120 dB

Echelle physiologique< 30 phones négligeable30-60 phones supportable60-90 phones gênant> 90 phones nocif> 120 phones douloureux



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I.3. Facteurs influençant le bruit

a) L’intensité W nocivitéb) La fréquence f nocivitéc) La durée bruits impulsifs

très dangeureux

Le temps de récupération dépend des facteurs précédents.

« 16h de repos à l’oreille pour compenser 2 h d’exposition à 100 dB »

II – EFFETS PATHOLOGIQUES DU BRUIT

Risque professionnel : 85 dB pendant 8h/jour semaine de 40 h

II.1. Effet sur l’oreille

II.2. Effets généraux :

cardio vasculaires, couleurs, équilibration

II.3. Effets psychiques :

aggravation des troubles existants.



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III - LUTTE CONTRE LE BRUIT

III.1. Réduction à la source

III.2. Protection contre le bruit

• protection du lieu• protection individuelle• protection des machines

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