Question d'origine :

Bonjour, j'aimerais savoir pourquoi on entend plus a partir ou en dessous d'une certaine fréquence, et pourquoi certain animaux y parviennent? Merci d'avance pour votre réponse. Amicalament.

Réponse du Guichet

Avatar par défaut bml_sci - Département : Sciences et Techniques
Le 27/02/2006 à 10h30
Réponse du département Sciences et Techniques

L'oreille est l'organe de l'audition.

En l'absence de tout problème du système auditif, l'organisme reçoit, intègre et gère toutes les énergies qui lui parviennent, construisant une sorte de représentation de l'environnement sonore, à la fois en termes acoustiques (niveau et spectre du signal) qu'en termes spatiaux (détermination du lieu d'émission).

L'oreille comporte trois parties : l'oreille externe (pavillon et conduit auditif), l'oreille moyenne (tympan et chaîne des osselets) et l'oreille interne (cochlée).


user posted image


D'un point de vue physiologique, on peut distinguer l'appareil de réception (oreille externe et paroi externe du tympan), l'appareil de transmission (tympan, osselets, fenêtre ovale et ronde et cochlée), et l'appareil de perception.

L'oreille externe fonctionne tel un ampli :

Elle est à la fois une structure de protection et de résonance ; elle comprend le pavillon (ou conque auriculaire) et le conduit auditif, aboutissant à la membrane du tympan.
Le pavillon reçoit les ondes sonores, tout en amortissant la brutalité du passage de l'air libre à l'air enclos du conduit auditif. Puis, ces ondes acoustiques passent à travers le conduit auditif, avant de rencontrer la membrane du tympan. Celui-ci se met alors à osciller sous l'effet des vibrations des ondes acoustiques dans le conduit.

L'oreille moyenne se comporte tel un micro :

Le rôle de cette partie est double : elle doit à la fois protéger l'oreille interne et transformer les vibrations acoustiques arrivant de l'oreille externe en vibrations solidiennes (analysables par l'oreille interne).
L'oreille moyenne est composée d'une chambre contenant de l'air (appelée caisse du tympan), qui contient un système de transmission solidienne, la chaîne tympano-ossiculaire, composée de trois osselets : le marteau, l'enclume et l'étrier.
La caisse du tympan est fermée sur l'oreille externe par la membrane du tympan, et sur l'oreille interne par l'intermédiaire des fenêtres ronde et ovale. De plus, elle communique avec le pharynx par la trompe d'Eustache.
La transformation (et amplification) des vibrations acoustiques en vibrations solidiennes se fait par l'intermédiaire des osselets : les vibrations du tympan entraînent successivement celles du bloc marteau-enclume, puis celles de l'étrier, qui les transmet à l'oreille interne via la fenêtre ovale.

A partir de 80 décibels (dB), un réflexe protecteur (réflexe stapédien) est mis en place afin de réduire la transmission des pressions vers l'oreille interne, par l'intermédiaire des osselets et des muscles qui rattachent le marteau et l'étrier aux parois de la caisse du tympan.
Cependant, ce dispositif n'est efficace ni pour les sons très intenses, ni pour les composantes de fréquences aiguës, ni pour les sons impulsionnels et il a une durée d'action limitée... D'où des précautions à prendre !!!

Le canal cochléaire est formé de trois parois à l'intérieur desquelles est contenu un liquide, l'endolymphe.
La paroi basilaire de ce canal est la plus épaisse car elle renferme l'organe sensoriel auditif, ou organe de Corti.
Celui-ci, élément sensible de l'ouïe, comprend environ 14 000 cellules ciliées. Ces cellules ciliées se déploient sur quatre rangées : trois rangées de cellules ciliées externes (environ 10 500 C.C.E.) et une rangée de cellules ciliées internes (environ 3 500 C.C.I.).
Ces rangées s'étendent sur toute la longueur de la membrane basilaire (35 mm), de la base au sommet (apex) de la cochlée. Sous l'effet du son, la fenêtre ovale bouge, faisant se déplacer la membrane basilaire : les cellules ciliées internes, solidaires de la membrane basilaire, s'inclinent en rentrant en contact avec la membrane tectoriale au travers de laquelle circulent les informations destinées au cerveau.
Cependant, ce mécanisme ne fonctionne que pour un niveau sonore supérieur à 50 dB. Pour des sons inférieurs à ce seuil, la membrane basilaire se déforme mais pas suffisamment pour incliner les cellules ciliées internes; ce sont alors les cellules ciliées externes qui se contractent, ce qui a pour effet de déplacer la membrane tectoriale : elle entre alors en contact avec les C.C.I., d'où la transmission des informations au cerveau pour des sons inférieurs à 50 dB...

source : Fonctionnement du système auditif, Cédric Roch.


Mesure du champ auditif humain

Aux grandeurs physiques mesurables des sons et des bruits (fréquence, niveau sonore, spectre) sont associées des grandeurs physiologiques correspondant à la sensation auditive effectivement perçue par l’oreille.
Toutes les fréquences de vibration ne sont pas entendues par l’homme. L’oreille ne perçoit ni les sons qui ont une fréquence inférieure à 20 Hz (les infrasons), ni les sons qui ont une fréquence supérieure à 20 000 Hz (les ultrasons). La gamme audible par l’homme est donc comprise entre 20 et 20 000 Hz.
Certains animaux comme les chiens, les chauves-souris ou les dauphins perçoivent jusqu’à 100 000 Hz.

Les chauves-souris utilisent le phénomène de réflexion pour se déplacer et capturer leurs proies dans le noir. Elles émettent des ultrasons dont les fréquences atteignent 100 000 Hz. Ces émissions ne durent que quelques millièmes de seconde et sont séparées par des intervalles d’un dixième de seconde. Grâce à leurs oreilles démesurées, lorsque les vibrations se réfléchissent sur des objets ou sur des insectes en vol, elles en perçoivent les échos ce qui leur permet d’éviter les obstacles et de localiser les proies.

La sensibilité à la fréquence varie d’un individu à l’autre, notamment en fonction de l’âge, de l’éducation aux sons et des problèmes auditifs éventuels de chacun. De plus, notre sensibilité à la fréquence est différentielle, c’est-à-dire qu’une différence de 1 à 100 Hz nous semble équivalente à une différence de 10 à 1 000 Hz. À titre de comparaison, la voix humaine couvre les notes fondamentales de 80 Hz (basses extrêmes) à 1 200 Hz (sopranos) mais le spectre de la voix couvre, par ses harmoniques, jusqu’à 3 800 Hz. Il y a une différence entre l’intensité de la vibration qui arrive à l’oreille et l’intensité de la sensation qu’elle y provoque. En effet, lorsque l’intensité de la vibration est multipliée par 10, l’intensité de la sensation augmente seulement d’une unité appelée bel, du nom de l’un des inventeurs du téléphone : Graham Bell. Afin de faciliter les mesures courantes, on exprime les niveaux sonores en décibels (dB) : 10 dB = 1 B (c’est une échelle logarithmique). Par convention internationale, le zéro de l’échelle des niveaux sonores correspond à la plus petite intensité sonore perceptible par l’homme pour une fréquence de 1 000 Hz : le seuil d’audibilité. L’audition devient douloureuse à partir de 120 dB au-dessus du seuil d’audibilité. C’est le seuil de douleur qui correspond à une énergie (puissance acoustique) 1 012 fois plus grande que celle du seuil d’audibilité. Entre le seuil d’audibilité, qui est de 2.10-5 Pa et le seuil de douleur, qui est de 20 Pa, le rapport est de un million. L’oreille humaine a donc un domaine de sensibilité acoustique très étendu. La manipulation arithmétique des décibels est particulière. En effet, les niveaux sonores de deux ou plusieurs sons ne s’additionnent pas selon l’arithmétique classique. Exemple de deux instruments produisant chacun une émission sonore (énergie émise) de 90 dB. L’audition simultanée des deux instruments atteindra un niveau sonore de 93 dB (et non 180). En revanche, l’énergie émise par les deux instruments et donc reçue par nos tympans est bien de 180 dB !...

Source : Le champ auditif humain, CRDP d'Amiens.


Les organes auditifs de animaux

Chez tous les mammifères, les sons émis par un objet sont captés par le pavillon de l'oreille externe. Ils traversent ensuite le conduit auditif et frappent la membrane du tympan. En vibrant celle-ci transmet les ondes à l'oreille moyenne ou caisse du tympan constituée d'une série d'osselets (marteau et enclume) en contact avec le système de l'oreille interne.

Constituée de canaux semi-circulaires, de l'aqueduc du vestibule et de la cochlée ou limaçon, tout ce dispositif amplifie et transforme les ondes sonores en signaux électriques qui seront transmis au cerveau par le nerf auditif. C'est le cerveau qui discriminera les différents sons et leur direction à partir de fréquence, de leur amplitude et de leurs changements de phase d'une oreille à l'autre.


Chez les insectes, ce sont les organes dits chordotonaux qui sont sensibles aux vibrations sonores. Leur structure les rapproche des organes sensoriels sensibles aux stimili mécaniques comme les organes d'étirement musculaires, les scolopidies. Ces dernières renseignent le système nerveux sur les positions relatives des différents segments du corps ou sur les mouvements resporatoires. Certains organes auditifs (organe sous-genouillé) sont logés dans le tibia des insectes et si le signal sonore est assez intense ils font vibrer le substrat ou la patte de l'insecte. Chez les blattes par exemples, les vibrations optimales ont une fréquence de 1500 Hz, mais l'organe est sensible jusqu'à 8000 Hz.

Les organes auditifs les plus perfectionnés chez les insectes se rencontrent chez les papillons, les cigales et les sauterelles qui disposent d'organes tympaniques fixés sur les organes chordotonaux. La sensibilité de ces organes s'étend de 1 à 240 kHz. Ce spectre étendu est décalé vers les ultrasons et leur permet de détecter et de fuir les insectivores qui recourent à l'écholocation, comme les chauve-souris, pour repérer leurs proie dans l'obscurité.

Quant aux poissons, ils disposent d'une oreille interne qui ressemble assez bien à l'oreille humaine (deux chambres, des canaux semi-circulaires, etc).

Le sonar, contraction de "sound navigation and ranging" est une technique qui utilise la propagation des sons dans l'eau à des fins de navigation et d'autres activités humaines. Chez les cétacés ou les chauves-souris le sonar est un organe électrique actif émettant des ultrasons et fonctionnant par écholocation. Il renseigne l'animal sur la présence des obstacles, des partenaires et des proies et leur permet en quelque sorte de "voir" le monde par les vibrations qu'il renvoie. C'est ainsi que certains dauphins vivent dans les eaux troubles du fleuve Amazone. Contrairement aux apparences, grâce à leur sonar ils "voient" leur environnement aussi bien qu'en eau claire.

Selon plusieurs études, les dauphins perçevraient tous les sons entre 100 et 200000 Hz mais on s'accorde à dire qu'ils utilisent couramment la gamme de fréquences comprises entre 1000 et 120000 Hz.


Pour comprendre ce que "voit" un cétacé à travers son sonar, nous pouvons analyser les échos d'un sonar utilisé par un bateau-pêcheur.

Les fréquences élevées (190-200 kHz) sont moins sensibles au "bruit" et aux échos parasites que les fréquences beaucoup plus basses (50 kHz). Tant en eau douce que dans la plupart des eaux salées, les fréquences élevées sont moins dispersées, elles donnent également une meilleure image sous-marine, plus détaillée et d'une meilleure résolution dans les eaux peu profondes, même lorsque le bateau (l'animal) se déplace à grande vitesse. Par contre un sonar fonctionnant à 50 kHz pénétrera plus profondément dans l'eau car plus la fréquence augmente plus les sons sont absorbés par l'eau. C'est pourquoi les sous-marins transmettent essentiellement en VLF, entre 10 et 40 kHz, une longueur d'onde qui oscille entre 29 et 7 km.

Les cétacés peuvent être perturbés par des sons d'une intensité de 230 dB émis dans la gamme de fréquences comprises entre 3 et 7 kHz au point qu'ils peuvent s'échouer sur les plages. L'armée américaine fut responsable de quelques accidents de ce type.

Rappelons que les systèmes à ultrasons tels les organes auditifs des chauves-souris sont des sonars utilisés dans l'air. Les ultrasons sont envoyés sous forme d'impulsions qui se réfléchissent sur les objets et reviennent aux oreilles de l'animal où le signal est focalisé et détecté puis analysé. Cela lui permet non seulement d'analyser le paysage mais d'évaluer également la distance des objets.

Et qu'en est-il du serpent, réputé pour être sourd ? Les serpents n'ont effectivement pas d'oreille ou plutôt, celle-ci est bien cachée sous leur peau. Il leur reste en effet un vestige d'oreille interne fonctionnel qui transmet les vibrations. Ainsi, le python par exemple perçoit les vibrations ainsi que les infrasons transmis par l'air. C'est pourquoi vous ne pourrez jamais surprendre un serpent, même en marchant à pas feutrés vers lui. Non seulement il détectera vos vibrations mais il sentira également votre chaleur...

Source : Le polymorphisme du monde, Thierry Lombry.

DANS NOS COLLECTIONS :

Ça pourrait vous intéresser :

Quelles sont les sentences au 4e degré du rite écossais...

Qui a voulu effacer Alice Recoque ?

TAGS

Commentaires 0

Connectez-vous pour pouvoir commenter. Se connecter

Les cookies du Guichet du Savoir

Au Guichet du Savoir nous utilisons deux sortes de cookies : les cookies fonctionnels (obligatoires) et les cookies analytiques. En savoir plus

Acceptez-vous les cookies analytiques ?