PSY 1055. Psychologie de la perception. Son et système auditif. Frédéric Gosselin

Voyelles (Arthur Rimbaud, 1871) A noir, E blanc, I rouge, U vert, 0 bleu: voyelles, Je dirai quelque jour vos naissances latentes. A, noir corset velu des mouches éclatantes Qui bombinent autour des puanteurs cruelles, Golfes d'ombre ; E, candeurs des vapeurs et des tentes, Lances des glaciers fiers, rois blancs, frissons d'ombelles; I, pourpres, sang craché, rire des lèvres belles Dans la colère ou les ivresses pénitentes ; U, cycles, vibrements divins des mers virides, Paix des pâtis semés d'animaux, paix des rides Que l'alchimie imprime aux grands fronts studieux; 0, suprême Clairon plein de strideurs étranges, Silences traversés des Mondes et des Anges: - Ô l'Oméga, rayon violet de Ses Yeux ! Ponzo Illusion (Arthur Rimbaud, 1871)

Synesthésie Ponzo Illusion (Ramachandran et Hubbard, 2000)

Vision et audition Effet McGurk Effet découvert par Shams, Kamitani, et Shimojo (2000) Percept combiné : « DA » Stimulus audio : « BA » Stimulus vidéo : « GA » Ponzo Illusion *

Plan du cours N.B. “SONIC MG” Aires auditives non-primaires A1 MGN Collicules inférieurs Cochlée Nerf auditif Ponzo Illusion Noyaux olivaires supérieurs N.B. “SONIC MG”

Qu’est-ce que font les cellules simple? Une analyse de Fourier? = 1 * + 0,5 * Un réseau Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image en une somme pondérée de grilles sinusoïdales.

Qu’est-ce que font les cellules ciliées (intérieures) : une analyse de Fourier! Espace du son Espace de Fourier analyse synthèse Ponzo Illusion

Un son sinusoïdal pure = une seule fréquence amplitude temps N.B. Une fréquence de 3000 Hz veut dire 3000 cycles complets en 1 s. Cela revient à dire 1 cycle en 1 / 3000 s = 0.00033 s (on parle alors de période).

Paramètres physiques d’un son pur Phase Un sinus possède une phase (un commencement, en quelque sorte), mais nous n’en parlerons pas beaucoup. Fréquence Détermine principalement le tonalité (“pitch”) du son (p. ex. les différentes notes). Les humains peuvent entendre les fréquences entre 20 et 20 000 Hz. La fréquence détermine aussi partiellement l’intensité d’un son. Amplitude 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. 2000 Hz 3000 Hz 4000 Hz Ponzo Illusion

Le décibel (dB SPL) p0 = pression minimale que l’on peut entendre (habituellement p0 = 20 * 10-6 Pa [20 micro Pa]; 1 Pa = 1 N / m2 = 1 kg / (s2 * m)) p = pression du son p / p0 = pression du son “standardisée” L’amplitude du son en dB SPL est 20 * log(p / p0) dB Ponzo Illusion p / p0 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.

Quelques amplitudes (maringouin volant à ~3m) Ponzo Illusion ~

Interaction entre l’intensité et la fréquence. Seuil de la douleur 120 100 80 Courbes d’équi-intensité Seuil (dB) Conversation 60 40 Ponzo Illusion 20 Seuil de détection 20 100 500 1 000 5 000 10 000 Fréquence (Hz)

Un son complexe périodique (3000 + 6000 + 9000 Hz) amplitude temps

Fréquence fondamentale et harmoniques La fréquence fondamentale est la plus petite fréquence d’un son complexe périodique (3000 Hz dans l’exemple précédent). Plus spécifiquement : le PGCD Les harmoniques sont les multiples entiers de la fréquence fondamentale (3000 Hz, 6000 Hz, 9000 Hz dans l’exemple précédent) Premier harmonique = fréquence fondamentale Ponzo Illusion

Effet de la fondamentale manquante L’omission de la fréquence fondamentale d’un son ne change pas sa tonalité (mais change son timbre, légèrement, et son amplitude). P. ex., le téléphone (filtré « band-pass » de 1000 à 3000 Hz) http://en.wikipedia.org/wiki/Missing_fundamental Ponzo Illusion

Un espace auditif “psychologique” L’intensité (“loudness”) : Est partiellement lié à l’amplitude (suivant la définition du dB) et à la fréquence d’un son. La tonalité (“pitch”) : La hauteur tonale est lié à la fréquence fondamentale d’un son périodique (autrement c’est plus compliquée). On dit de deux sons séparés d’une octave (c’est-à-dire quand la fréquence double) qu’ils ont la même couleur tonale (la même note). Le timbre : Est ce qu’il manque pour expliquer la différence entre deux sons de même tonalité et de même intensité (p. ex. l’énergie des harmoniques 2, 3, etc.). Ponzo Illusion

L’oreille externe • Pavillon - portion visible de l’oreille Pinnae • Pavillon - portion visible de l’oreille - Focalise le son - Aide à la localisation spatiale • Canal auditif externe - amplifie les fréquences entre 2000 et 5000 Hz • Membrane tympanique - Transmet l’onde sonore en vibrant Tympan Ponzo Illusion Canal auditif

L’oreille moyenne • Osselets : marteau, enclume, étrier - Amplifie les vibrations par… * Focalisation * Et par un effet levier. Enclume Marteau Ponzo Illusion marteau enclume étrier tympan fenêtre ovale « Donnez-moi un point d'appui, et je souleverai le monde!» Archimède

L’oreille interne Apex Ponzo Illusion La cochlée fait 2 mm de diamêtre et 35 mm de longueur. Elle est roulée 2,75 fois sur elle-même.

La cochlée • Fenêtre ovale - Transmet les ondes sonores à la cochlée • Hélicotrème ou apex - Ouverture entre les deux canaux extérieurs • Transduction - Membrane basilaire - Membrane tectoriale - Cellules ciliées • Fenêtre ronde - Évacue la pression produite par les ondes sonores • Le nerf auditif transmet le signal auditif au cortex Canal vestibulaire Organe de Corti Nerf auditif Ponzo Illusion Canal tympanique

Organe de Corti Cellules ciliées extérieures Cellules ciliaires intérieures Ponzo Illusion

Analyse de l’amplitude dans la cochlée Plus l’amplitude d’un son est importante, plus les cellules ciliées intérieures se balancent et plus elles émettent de neurotransmetteurs. Plus il y a de cellules ciliées qui déclenchent.

L’analyse et la synthèse de sons complexes : Fourier Espace du son Espace de Fourier analyse synthèse Ponzo Illusion

Qu’est-ce que font les cellules simple? Une analyse de Fourier? = 1 * + 0,5 * Un réseau Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image en une somme pondérée de grilles sinusoïdales.

Analyse fréquentielle (~tonalité) dans la cochlée, I La théorie de la position de von Bekesy 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 Ponzo Illusion • Est 3-4 x plus petite à la base qu’à l’hélicotrème • Est 100 x plus rigide à la base qu’à l’hélicotrème Apex

Analyse fréquentielle (~tonalité) dans la cochlée, II Les cellules ciliées externes affinent la réponse de la membrane basilaire à des sons de différentes fréquences.

Analyse fréquentielle (~tonalité) dans la cochlée, III La théorie de la salve (“volley”) de Wever La fréquence de déclenchement de toutes les cellules ciliées internes est égale à celle du son Les théories de la salve et de la position semblent s’appliquées à la cochlée : Au-delà de 5 000 Hz : la théorie de la position l’emporte Entre 500 et 5 000 Hz : les deux sont utilisées (région de sensibilité maximale) En-dessous de 500 Hz : la théorie de la salve l’emporte

Traitement du signal auditif après la cochlée • Noyaux olivaires supérieurs (Superior Olivary Nucleus) dans le tronc cérébral Réflexe de localisation spatiale • Collicules inférieurs (Inferior Colliculus) dans le mésenphale - Intègre l’information auditive et visuelle pour la localisation • MGN (Noyaux géniculés médians) dans le thalamus - Attention A1 dans le lobe temporal - Hémisphère gauche : language - Hémisphère droit : autres sons - Tonotopie Aires auditives non-primaires A1 MGN Collicules inférieurs Cochlée Nerf auditif Noyaux olivaires supérieurs N.B. “SONIC MG”

A1

Tonotopie dans le lobe temporal (A1)