Le son

Le son peut être défini comme la partie audible du spectre des vibrations acoustiques.

L'audition prend essentiellement en compte deux paramètres des vibrations acoustiques : la fréquence (ou nombre de vibrations par seconde en Hertz = Hz) qui définit les sons aigus et graves, et l'intensité (ou amplitude de la vibration en décibel = dB) qui définit les sons forts ou faibles. On peut définir 3 types de sons :

• Son pur : la vibration est caractérisée par une seule fréquence.
• Son musical : même fréquence fondamentale que le son pur avec en plus des harmoniques (fréquences plus aiguës, multiples entiers de la fréquence fondamentale) qui caractérisent le timbre d’un instrument ou d’une voix.
• Bruit : sans fréquence caractéristique.

L'anatomie de l'oreille nous permet de mieux comprendre son fonctionnement.

Le tympan est la terminaison acoustique de l’oreille externe, il sépare le conduit auditif externe de la cavité de l'oreille moyenne en relation avec la cavité buccale par la trompe d'Eustache. La fenêtre ovale, sur laquelle s'applique la platine de l'étrier, et la fenêtre ronde séparent l’oreille moyenne et l’oreille interne. La chaîne ossiculaire comprend le marteau, l'enclume et l’étrier : elle relie le tympan à la fenêtre ovale. Le rapport des surfaces permet une amplification qui assure le transfert des pressions acoustiques entre le milieu aérien et le milieu liquidien de l'oreille interne.

L'oreille externe est constituée du pavillon et du conduit auditif. L'oreille moyenne comprend le tympan, les osselets, le marteau, l'enclume et l'étrier ainsi que les fenêtres ovale et ronde :

• L'oreille moyenne communique avec les fosses nasales via la trompe d'Eustache.
• L'oreille interne contient la cochlée et les canaux semi-circulaires servant à l'équilibration.
• Le nerf auditif transmet l'information sonore au cerveau.

L’oreille moyenne transmet l'énergie acoustique du tympan à l’oreille interne en réalisant une adaptation d’impédance entre le milieu aérien et le milieu liquidien. Si les vibrations aériennes étaient appliquées directement aux liquides de l’oreille interne 99,9% de l’énergie acoustique serait perdue par réflexion au niveau de l’interface air-liquide (- 30 dB). L’oreille moyenne constitue donc un amplificateur de pression : de cette manière elle « récupère » l’énergie acoustique disponible dans le milieu aérien et augmente l’amplitude des stimuli mécano-acoustiques dans l’oreille interne.

L’oreille interne est formée d’un système complexe de canaux. Du point de vue structural simplifié, le labyrinthe osseux qui contient le labyrinthe membraneux. Le labyrinthe osseux est une série de cavités creusées dans le rocher de l’os temporal. On peut le subdiviser en 3 régions : les canaux semi-circulaires et le vestibule, qui contiennent tous deux les récepteurs de l’équilibre, et la cochlée, qui renferment les récepteurs de l’audition.

La cochlée est un canal osseux en forme de spirale qui effectue 3 tours autour d’un pilier osseux central. Le tube cochléaire apparaît divisé en trois canaux, la Rampe Vestibulaire, la Rampe Tympanique et la Rampe Médiane ou canal cochléaire qui gardent la même disposition spatiale le long de l'enroulement. La rampe vestibulaire débouche sur la fenêtre ovale et la rampe tympanique débouche sur la fenêtre ronde. Ces deux rampes sont remplies de périlymphe chimiquement semblable au liquide cérébrospinal. Le canal cochléaire contient un liquide appelé l’endolymphe, dont la composition chimique est semblable à celle du liquide intracellulaire.

L’organe de Corti est l’organe de l’audition, il repose sur la membrane basilaire. C’est un organe spiralé formé d’un feuillet enroulé de cellules épithéliales, il comprend des cellules de soutien et environ 16000 cellules ciliées, récepteurs sensoriels de l’audition. Il existe deux groupes de cellules ciliées : les cellules ciliées internes qui se trouvent en position médiale en une seule rangée s’étendant sur toute la longueur de la cochlée, et les cellules ciliées externes qui sont elles disposées sur plusieurs rangées. L’extrémité apicale des cellules ciliées est pourvue de longs prolongements ciliaires qui pénètrent dans l’endolymphe du canal cochléaire. La base des cellules fait synapse avec les fibres de la branche cochléaire du nerf vestibulo-cochléaire (nerf crânien VIII). La membrane tectoriale, gélatineuse fragile et souple, se projette au-dessus des cellules sensorielles ciliées de l’organe de Corti avec lesquelles elle entre en contact.

Les ondes sonores arrivent sur le tympan en provoquant sa vibration. Les vibrations sont transmises via les osselets à la fenêtre ovale puis à l'endolymphe et à la membrane basilaire où se situent des cellules ciliées. Ces cellules sont dites sensorielles (constituant environ 35000 fibres nerveuses) et possèdent des courbes de sensibilité variables aux différentes fréquences, certaines ont un pic de sensibilité pour les sons les plus aigus et d’autres pour les sons les plus graves.

La gamme audible du champ auditif humain comprend les fréquences de 20 à 20000 hertz avec une sensibilité à cette fréquence variant d’un individu à l’autre. Une électrode active placée sur le crâne permet d'enregistrer les potentiels évoqués du nerf auditif et du tronc cérébral. Certains animaux ont un champ auditif beaucoup plus étendu que celui de l’homme : les chiens, les chauves-souris ou les dauphins perçoivent jusqu’à 100000 Hz.

Même si l'oreille humaine perçoit des fréquences comprises entre 20 Hz (fréquence la plus grave) et 20000 Hz (fréquence perçue la plus aiguë), elle est surtout sensible aux fréquences de 1000 à 4000 Hz. On peut qualifier d'infrasons toute fréquence inférieure à 20 Hz et d'ultrasons tout ce qui est au-delà de 20 kHz. Le seuil auditif, c'est-à-dire le point où le silence est rompu par un bruit audible est de 0 dB chez le jeune adulte. Un son devient gênant à 120 dB et il devient douloureux à 140 dB environ. Lorsqu’un son fort est détecté par la cochlée (> 80 dB) l’information est transmise aux noyaux du tronc cérébral. Une boucle réflexe commande alors la contraction de muscles (chez l’homme seul le stapédien se contracte) entraînant une augmentation de la rigidité de la chaîne tympano-ossiculaire, une limitation des déplacements aux fréquences basses et moyennes (< 2000 Hz) et donc une diminution de l’énergie transmise à l’oreille interne (cependant, ce réflexe ne protège pas l’oreille aux fréquences élevées). Le réflexe ossiculaire réduit la fonction de transfert entre l'oreille externe et la cochlée ; il protège la cochlée contre les surstimulations sonores dans une certaine mesure car : il est fatigable (pas de protection lors de bruits de longue durée), il n'opère pas pour des fréquences graves (ne dépassant guère 1 kHz) et il n'intervient pas ou trop tard (la latence du reflexe est de 30 ms) lors de bruits impulsifs (explosions, armes à feu, pétards, etc.). Un autre rôle du réflexe ossiculaire est déclenché par la vocalisation, il permet d'atténuer la perception de sa propre voix, cela est particulièrement important pour les chanteurs.

Finalement... L’oreille externe est un récepteur purement mécanique. Au départ, la membrane tympanique vibre au contact de l’air qui lui parvient depuis le pavillon de l’oreille. Cette vibration transporte le son, qui rencontre le marteau, l’enclume et l’étrier. Leur rôle : amplifier ces vibrations et les transmettre à l’oreille interne, qui contient un liquide dans lequel baignent des fibres nerveuses. Après avoir recueilli les vibrations sonores, ce liquide va stimuler les cellules sensorielles. Ces cellules nerveuses sont essentielles au processus d’audition, puisqu’elles transforment les vibrations en impulsions électriques. Ce signal est ensuite acheminé par le nerf auditif et différents relais, jusqu’au cerveau…

Ce résumé caractérise la vision technique du son arrivant jusqu’à nos oreilles et notre cerveau. Mais encore… 

Ne faut-il pas aussi considérer la sensation dans cette équation ? Bien sûr que oui… une vibration mécanique de la matière et de l'air qui agit sur le tympan ne constitue pas en elle-même un son… c'est dans le cerveau que naît et se forme le son et le son n'existe donc pas en-dehors de notre cerveau ! L'oreille recueille les vibrations de l'air puis les transforme en impulsion électrique au moyen des cellules nerveuses perçue et interprétée en son par le cerveau. Le son est donc essentiellement une sensation, une perception. Si l'attention se dirige vers cette perception, la perception arrive à la conscience. Un son est un phénomène psychique, lié à la conscience des êtres vivants. Mais nous sommes obligés aussi de considérer que certaines vibrations sont recueillies et transformées inconsciemment jusqu’à notre cerveau…

Et…  L’organe de l’audition connu est l’oreille mais en existe-t-il d’autres ? Force est de constater que oui : nos os et notre enveloppe charnelle ! Lorsqu'on effectue un audiogramme pour diagnostiquer l'audition, on teste aussi bien l'audition par l'air que l'audition par la conduction des os du crâne. De même, nous percevons la musique avec une incroyable clarté dans l'eau, même en nous bouchant les oreilles.

Mais… Encore plus insolite, nous pouvons entendre des sons intérieurement, soit volontairement en les chantant "mentalement", soit parce qu'ils surgissent en nous comme une voix intérieure. Par exemple une rengaine qui nous trotte dans la tête…  Ici, pas de vibration physique de l'air ambiant, pas d'onde sonore.

Donc… il existe un double caractère du son: il est à la fois matériel (physique) et mental (sensation, perception).