AUDITION Psycho-acoustique

Hauteur des sons complexes

La plupart des sons complexes que nous percevons peuvent être classés sur une échelle allant du grave à l'aigu. Quand ces sons complexes sont périodiques, cet attribut perceptif de hauteur correspond à la fréquence fondamentale. Toutefois, la hauteur d'un son complexe est perçue même si cette fréquence fondamentale n'est pas présente physiquement dans le signal (phénomène dit du fondamental absent) : ainsi le téléphone qui ne laisse pas passer la fréquence fondamentale de la voix (située entre 100 et 250 Hz en moyenne) nous permet pourtant de reconnaître si notre interlocuteur est un homme ou une femme. La théorie classique dite théorie spatiale de la représentation des fréquences (place theory) postule que le stimulus, analysé spectralement, excite la membrane basilaire en différents points correspondant aux différentes fréquences de ses composantes. La hauteur perçue serait alors liée à la localisation sur la membrane basilaire du maximum de l'enveloppe d'excitation produite par le stimulus et donc à la distribution de l'activité nerveuse entre les différentes fibres. Cette théorie, qui peut s'appliquer aux sons purs, ne permet pas d'expliquer le phénomène du fondamental absent, puisque celui-ci n'a aucune représentation spatiale dans la cochlée. Dans ce dernier cas, tout se passe comme si la fréquence fondamentale était reconstituée à partir de la mesure de l'écart de fréquence entre les harmoniques présentes. Par exemple, un son composé de 5 harmoniques – 600, 800, 1 000, 1 200 et 1 400 Hz – a une hauteur perçue de 200 Hz. Une théorie qui, se substituant à la théorie spatiale, est appelée théorie temporelle suggère que la hauteur d'un stimulus est liée aux écarts temporels entre les impulsions nerveuses produites par ce stimulus. On a observé que, dans les fibres du nerf auditif, les intervalles entre deux impulsions nerveuses successives correspondent soit à la période, soit à des multiples entiers de la période de l'onde acoustique. Cette organisation temporelle fournirait ainsi un indice de hauteur. Toutefois, ce synchronisme disparaît pour des fréquences supérieures à 5 kHz, niveau où d'ailleurs le sens de hauteur musicale n'existe plus.

Il est maintenant établi que ce n'est pas la fréquence fondamentale elle-même qui porte l'information sur la hauteur d'un son complexe. L'essentiel de cette information provient des harmoniques du son qui sont, d'une part, séparables spatialement au niveau de la cochlée et qui, d'autre part, se situent dans le domaine des fréquences moyennes (500-1 500 Hz). Cependant, le codage de ces harmoniques à la périphérie du système auditif reste un sujet de discussion. Il semble très probable que les deux types d'information (distribution d'activité entre les fibres et synchronisme des décharges nerveuses) soient disponibles et utilisables. Quant aux mécanismes plus centraux qui permettent d'extraire, à partir de ces informations, une hauteur du son, ils font, eux aussi, l'objet d'un recours à plusieurs modèles théoriques qui se trouvent en conflit. Pour certains, le « processeur central de hauteur », disposant d'informations sur les hauteurs des différentes composantes spectrales, aurait pour tâche de « reconnaître une forme » et de reconstituer une fréquence fondamentale virtuelle. Cette capacité à reconnaître une forme résulterait d'un apprentissage associatif qui s'effectue au cours de l'enfance. Pour d'autres, ce processeur central, qui disposerait d'informations non seulement sur la hauteur des harmoniques présentes dans le signal physique mais aussi sur celle de toutes leurs subharmoniques, n'aurait pour tâche que de sélectionner la fréquence fondamentale parmi toutes les subharmoniques représentées dans le message nerveux. Ce traitement ne nécessiterait donc pas d'apprentissage.[...]