Révue générale d'Acoustique psychophysiologique - article ; n°1 ; vol.35, pg 167-197

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L'année psychologique - Année 1934 - Volume 35 - Numéro 1 - Pages 167-197
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Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : lundi 1 janvier 1934
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Henri Piéron
Révue générale d'Acoustique psychophysiologique
In: L'année psychologique. 1934 vol. 35. pp. 167-197.
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Piéron Henri. Révue générale d'Acoustique psychophysiologique. In: L'année psychologique. 1934 vol. 35. pp. 167-197.
doi : 10.3406/psy.1934.5261
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1934_num_35_1_5261NOTES ET REVUES
REVUE GÉNÉRALE
D'ACOUSTIQUE PSYCHO-PHYSIOLOGIQUE
Par H. Piéron
Introduction. — I. La mesure des bruits et les unités de mesure. —
II. L'arithmétique des sonorités. — III. L'influence de l'intensité
sur la hauteur tonale. — IV. La naissance des sons subjectifs. —
V. La réponse électrique auditive (phénomène de Wever et
Bray). — VI. Les localisations réceptrices cochléaires.
INTRODUCTION
En quelques années l'acoustique psychophysiologique, très en
retard encore, a fait d'immenses progrès ; les problèmes de repro
duction des sons que posait déjà la téléphonie, ont attiré de nombreux
chercheurs en raison de l'énorme diffusion de la T. S. F., "et du cinéma
parlant.
En 1929 s'est fondée F « Acoustical Society of America », qui
publie un journal trimestriel où les travaux expérimentaux abondent,
capables, comme on le verra, de remplir, presque à eux seuls, notre
revue générale.
En France même, un mouvement incontestable se dessine : La
Revue d' Acoustique a été fondée en 1932 avec, au Comité de rédaction
MM. Brillouin, Lucas, Marcelin et a dès ses débuts proposé un utile
« vocabulaire » d'acoustique, dû à M. Ganac (dans le tome I).
M. Léon Brillouin, professeur au Collège de France, a organisé
ces deux dernières années une série de conférences d'acoustique1.
D'autre part, la phonétique s'est rapprochée de l'acoustique, sur le
terrain médical, comme le montrent les travaux de la nouvelle
1. De mars à mai 1935, M. Kagan a exposé les données générales rela
tives au fonctionnement de l'oreille. M. Lévy a discuté les méthodes d'ana
lyse des courbes périodiques ; M. Toulon a parlé de la synthèse de la
musique par la cellule photo-électrique; M. Canac a décrit l'installation
d'un laboratoire d'acoustique ; M. M. Brillouin a relaté les déformations
statiques de la contrebasse ; M. L. a examiné le rôle des surfaces
absorbantes dans la propagation du son ; M, Bedeau a étudié des haut-
parleurs sans pavillon et M. A. Corbeiller a comparé des systèmes mécan
iques, électriques et acoustiques. 168 NOTES ET REVUES
Société française de Phoniatrie et de la Reçue française de Phoniatrie,
fondée en 1933, cependant que la mise au point de diverses questions
est fournie dans les Annales de Prothèse auriculaire (revue d'acous
tique physique appliquée à l'étude de l'ouïe), rédigées depuis 1934
par Pierre Hémardinquer.
Les constructeurs français se sont mis à étudier des audiomètres,
que nous devions jusqu'ici chercher aux États-Unis (à la Western
Electric Cy), en particulier les Établissements Ghenaille et Mey-
rowitz1.
La lutte contre le bruit, la recherche, dans la construction des
maisons, de matériaux insonores, a donné un intérêt pratique imméd
iat à la mesure des bruits, le plus difficile problème de l'acoustique
psychophysiologique, qui a conduit les physiciens à des essais de
mesures subjectives dans une voie dont nous verrons plus loin tous
les dangers, et les ingénieurs à construire des dispositifs de mesure
des bruits (tels l'excellent « décibelmètre » de Kagan).
L'importance des tout derniers travaux, en ce qui concerne
quelques sujets d'actualité., nous conduit à en faire un exposé systé
matique, consacré à une série de questions, d'importance évidem
ment inégale, en nous limitant — sauf appel occasionnel à des études
plus anciennes — aux recherches des deux dernières années2.
Nous examinerons en premier lieu les travaux dirigés vers la
définition numérique de l'intensité sonore, de la bruyance, ou sonorité,
comparable à la brillance lumineuse, la « loudness », qui représente un
niveau quantitatif dans la perception des sons et des bruits, dont la
détermination est physio-psycho-physique.
I. — ■ La mesure des bruits et les unités de mesure
Dans la nomenclature des unités de mesure, il y a eu longtemps
beaucoup d'incertitude et de flottement3.
A l'heure actuelle, l'association américaine des étalons a adopté
(depuis le 16 juin 1933) un certain nombre de conventions, relativ
ement aux unités physiques, et même à des unités psychophysiolo-
1. L'audiomètre Meyrovitz avec application solidienne, a été utilisé
par MM. Malherbe, Vilenski et Herman pour la détermination des résidus
d'audition chez les élèves de l'Institution nationale des Sourds-Muets,
résidus non négligeables quand on fait appel à la pénétration osseuse
(et qui se rencontrent chez plus de 97 % des sourds-muets), ce qui a permis
d'entreprendre une rééducation auditive fort intéressante, applicable à
environ la moitié des sourds-muets (cf. Recherches sur les restes d'audition
chez les sourds-muets. Étude de la perception osseuse. Son utilisation
pédagogique. Presse Médicale, 8 mai 1935, p. 739).
2. Signalons, dans les livres français, la publication, dans la collection
Armand Colin, de l'utile volume de Foch sur l'Acoustique (en 1933), et,
en Amérique, les importants chapitres consacrés à l'audition dans le
Handbook of general experimental Psychology, dus à Davis, à Banister, à
Hartridge, qui réfute en particulier les objections faites encore à la
théorie de la résonance.
3. Voir, à ce sujet, une étude critique de L. Bouthillon (Sur la défini
tion des grandeurs acoustiques. Reu. d' Acoustique, IV, 3, 1935, p. 57-85). PIÉRON. L'ACOUSTIQUE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE 169 H.
giques, malheureusement fort mal définies, et dont on s'étonne
qu'elles aient été envisagées1.
a) L'intensité du son, dans une direction, est, en un point, l'énergie
transmise par unité de temps à travers l'unité de surface normale à la
direction au point considéré (densité du flux d'énergie sonore) ; on
l'exprime en ergs par seconde et cm2, ou en watts par cm2 ;
b) Le niveau d'intensité du son est défini par rapport à un niveau
de référence convenu, considéré comme l'intensité fondamentale (seuil
normal d'audibilité du son de 1.000 v. d.), et fixé à 10— 16 watt/cm2.
Le niveau se mesure en décibels au-dessus de l'intensité fondamenta
le1. Le décibel (db.) est une unité logarithmique de rapport. Entre
l'intensité fondamentale i0, et le niveau mesuré i, on a un nombre de
décibels égal à 10 log i/i0.
Si l'on fait égal à 1 le niveau de référence, le niveau 10 (log. du
rapport = 1) correspond à 10 décibels (ou 1 bel), le niveau 100
(log. du rapport — 2) à 20 décibels (ou 2 bels), le niveau 1.000, à
30 décibels, etc.1. A 100 db., on a un microwatt par cm2 (et 130 db.
correspondent à la limite douloureuse des sons trop intenses).
Un décibel correspond à un rapport d'intensité de 1,26 à 1
(log. du rapport = 0,1) ;
c) Niveau de sensation. — On fait intervenir la notion physique
d'un niveau d'intensité pour un son d'une certaine fréquence en
déterminant le nombre de décibels du son au-dessus d'un niveau
de référence qui cette fois n'a plus un caractère général convenu
mais doit représenter l'intensité fondamentale du son de cette fr
équence, considérée comme intensité liminaire.
L'intensité juste perceptible diffère en effet suivant les fréquences.
En déterminant statistiquement la valeur moyenne du seuil pour
des sons de fréquence convenue, on peut adopter des niveaux de
référence servant à donner ensuite, pour ces sons, des définitions
physiques, en décibels, de leurs intensités. Un même nombre de
décibels, pour des sons de hauteur différente, signifiera cette fois une
intensité qui sera un multiple égal de la valeur liminaire moyenne ;
comme celle-ci est connue, on peut passer de cette valeur à celle du
niveau d'intensité, qui est, indépendamment de la fréquence, un
multiple d'une intensité fondamentale unique.
L'audiomètre de la Western electric Cy, utilisant les niveaux de
référence liminaires établis par Fletcher, est gradué, pour chaque
1. Cf. en particulier : E. J. Abbott, Scales for sound measurements
used in machinery noise reduction. ./. of Ac. Soc. of Am., VI, 3, 1935,
p. 137-149.
2. On utilise encore fréquemment comme niveau de référence une
intensité très élevée, celle qui correspond à une pression de 1 bar, au lieu
de celle, 5.000 fois moindre, de 0,2 millibar correspondant au niveau de
référence d'intensité adopté officiellement.
3. Cf., pour la définition du décibel, l'article de vulgarisation de
P. Hémardinouer (L'intensité sonore et les unités de sensation. Le décibel.
Ann. de Prothèse auriculaire, n° 2, août 1934, p. 1-16).
L'emploi d'unités logarithmiques, exprimant de façon assez satisfaisante
les échelles de sensations, a été adopté dans le domaine visuel pour la notion
des éclats stellaires, définis par la « grandeur » ou « magnitude >>. 170 NOTES ET REVUES
hauteur sonore, en niveau de sensation, c'est-à-dire en db. au-dessus
du seuil fondamental considéré comme normal.
D'autres audiomètres sont gradués en niveau d'intensité, échelle
uniforme pour toutes les fréquences. D'autres le sont, au contraire,
ce qui crée une confusion, en db. au-dessous d'un niveau de référence
supérieur ;
d) Pression du son. — La pression du son se mesure en baryes
(ou bar), c'est-à-dire en dynes par cm2;
e) Le niveau de pression du son, se mesure encore en décibels
au-dessus du niveau de référence qui correspond au niveau fonda
mental d'intensité, ce qui permet de passer à volonté du niveau de
pression au niveau d'intensité et réciproquement. (L'énergie corre
spond au carré de la pression.)
Cette pression fondamentale est de 0,0002 bar.
Le décibel pour la pression correspond à un rapport de 1,122 à 1
(logarithme = 0,05) et le nombre de décibels représente 20 fois le
logarithme du rapport de la pression évaluée à la pression fonda
mentale1 ;
f) Le niveau pondéré de pression du son est déterminé en adoptant
la pression fondamentale d'un son de fréquence convenue, servant
comme son de référence, celui de 1.000 v. d.
On le mesure en db. au-dessus de la pression fondamentale de ce
son de référence ;
g) Le niveau de sonorité (loudness) du son est un niveau d'intensité
du son de référence de 1.000 v. d., niveau d'intensité donnant une
impression d'égale sonorité, d'égale bruyance, comparé au son d'une
certaine hauteur et d'une certaine intensité dont on veut évaluer le
niveau.
Pour le son de 1.000 v. d., l'échelle de sonorité se confond simple
ment avec l'échelle d'intensité.
Mais, si on compare un son de 250 v. d. ou de 4.000 v. d. au son de
référence, en utilisant un même « niveau de sensation » c'est-à-dire un
même multiple du seuil (différent pour les divers sons), on constate
que la sonorité n'est pas égale, à rencontre de ce que l'on pouvait
attendre.
On a dès lors établi des correspondances entre les niveaux d'in
tensité donnant une même sonorité pour une série de fréquences
sonores.
Voici, dans la figure ci-jointe (fig. 1) de Fletcher et Munson, le
niveau d'intensité en fonction de la fréquence pour 12 niveaux de
sonorité.
On y voit que le niveau de sonorité de 50 db., qui est naturell
ement en même temps, pour le son de 1.000 v. d., le niveau d'intensité
de 50 db., exigera un niveau d'intensité de 68 db. environ, à la fr
équence de 100 v. d., et de 62, à la fréquence de 10.000 v. d. Mais
1. On a utilisé déjà d'autres unités, fondées sur le logarithme des
rapports de pression, le « neper » (et le décineper) qui correspond au loga
rithme népérien : (N = 1 /2 Log p/p0; 1,15 décineper = 1 décibel, ou
1 neper = 8,686 db.) et le phone qui parfois se confond avec le décibel,
mais qui correspondait initialement au logarithme à base 2. PIERON. L ACOUSTIQUE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE 171 H.
pour le niveau de sonorité de 100 db., le son de 100 v. d. l'atteindra
avec un d'intensité de 100 db., tout comme le son de 1.000 v. d.
et le son de 10.000 v. d. exigera environ 107 db. d'intensité.
Le niveau de 0 db., ou niveau liminaire absolu, exige à 1.000 v. d.
l'intensité fondamentale (de 10— 16watt), elle exige moins à 4.000 v. d.,
à 10.000 v. d. elle réclame environ 8 db., et, à 100, 38 db.
La forme des courbes montre que, plus on s'approche des sons
de basse fréquence audibles et plus l'accroissement de sonorité est
UHJDNESS CONTOURS
1OO SOO »OOO 6000 10000
FREQUENCY IN CYCLES PCR 5ECON0
Fig. 1
rapide, à partir du seuil, les niveaux de sonorité distincts d'un bel se
rapprochant assez pour être atteints avec une variation d'intensité
pouvant être limitée à 2 db., dans la région des sonorités moyennes.
En adoptant, pour les sons musicaux, un niveau de référence
de 40 db., Fletcher donne la valeur des niveaux d'intensité assurant
une égale sonorité (fig. 2).
Sur la figure suivante (fig. 3), on voit comment, pour l'accroiss
ement d'intensité, s'élève le niveau de sonorité pour les sons de diffé
rentes fréquences, entre 30 et 20.000 v. d. La diagonale, dans le
tableau, correspond au son de référence de 1.000 v. d. (sons de 800 à
1.800 v. d. pratiquement). Le décalage du point de départ vers la
droite ou la gauche représente une plus grande élévation ou un abaisse
ment des seuils, le redressement des courbes montre la vitesse d'ac
croissement de la sonorité, comparée à celle du son de référence,
pour des accroissements égaux d'intensité sonore ; 172 NOTES ET REVUES
90
\ 80
\ PITCH REFERENCE LOUDNeSS TONE LEVEL=40 FOR DB
70
60
k 50
40
30
O 33 « 65 2 »31 3 261 4 PITCH 522 5Fier. 1044 62 2089 7 4177 8 / 6356 9 16712 10 OCTAVfcS C.PS.
-20 20 40 60 80 100 12C
INTENSITY LEVEL IN DECIBELS
Fig. 3 PIÉRON. L'ACOUSTIQUE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE 173 H.
h) Sonorité. — Enfin l'association américaine des étalons n'a pas
craint d'envisager une unité subjective de « loudness », fondée empir
iquement sur une correspondance entre le niveau d'intensité, valeur
physique, et l'intensité perçue, absolument, de la sensation sonore !
Nous reviendrons plus loin sur cette question, dans laquelle les
physiciens, égarés dans le domaine proprement psychophysiologique,
aboutissent vraiment à des énormités.
Une donnée, généralement négligée jusqu'ici, est celle de la durée
d'action du stimulus, qui, jusqu'à une certaine limite, et, suivant une
certaine loi, entraîne, comme l'ont montré en particulier les expé
riences de Kucharski1, un accroissement de sonorité ; le « niveau
d'intensité » peut bien être seul envisagé avec des sons purs prolongés,
mais pour les sons brefs, et pour les bruits, souvent très brefs, ou
comportant des composantes brèves, les problèmes de quantité
doivent se poser.
Or, nous devons constater une lacune bien regrettable des recher
ches expérimentales.
On peut rattacher à cette question deux travaux.
Le premier, de F. Aigner et M. J. O. Strutt2, montre seulement
des accroissements de sonorité très supérieurs à ceux que donnerait
l'addition des énergies, pour des renforcements de sons par réverbé
ration (à propos de l'acoustique des salles), quand l'écart des phases
est inférieur à 6 centièmes de seconde (la distinction des sons se pro
duisant au delà de cet intervalle critique). Par exemple l'addition
d'énergie due au son réfléchi correspondant à 3 db., la sonorité perçue
s'est trouvée accrue d'une valeur correspondant à une élévation
de 10 db.
Les auteurs pensent à l'action d'une inertie initiale vaincue ; on
peut envisager une ondulation, dans certaines conditions de dépasse
ment du régime d'équilibre, comme celle de Broca et Sulzer, pour la
vision (révélée pour un certain rythme des stimulations dans la vision
intermittente) ; cela pose le problème de l'évolution le temps
de la sensation auditive.
Le deuxième travail porte également sur une question connexe à
l'acoustique des salles, pour les caractéristiques de réflexion des
parois, de « réverbération » ; il est dû à Samuel Lifshitz3, qui pose
comme postulat que l'oreille intègre l'énergie sonore pendant le temps
d'action, prolongé, pour les sons musicaux, par les réverbérations.
Pour vérifier son postulat, il envoie dans un récepteur télépho
nique les « cliks » de contact d'électrodes sur un cylindre tournant à
1. Cf. Recherches sur l'excitabilité auditive en fonction du temps.
An. Ps., XXVIII, 1928, p. 1-74.
2. On a physiological effect of several sources of sound on the ear and
its consequences in architectural acoustics. J. of Ac. Soc. of Am., VI, 1935,
p. 155-159.
3. Two integral laws of sound perception relating loudness and appa
rent duration of sound impulses. J. of Ac. Soc. of Am., V, 1, 1933, p. 31-33. 174 NOTES ET REVUES
vitesse constante : quand le nombre des contacts (et par conséquent
la fréquence des « clicks ») est plus grand, on aune impression de plus
grande sonorité, et avec un autre récepteur on égalise la « loudness »
perçue.
Pour une fréquence de 116, de 232 ou de 464 contacts par seconde
(et même de 80), avec 4 contacts la sonorité est de 4 db. plus élevée
qu'avec un seul ; 8, de 3 db. plus élevée qu'avec 4, et de 9 db.
plus élevée qu'avec 1. Ainsi l'intégration se poursuivrait sans perte
jusqu'à près de 8 centièmes de seconde.
Les expériences avec des bruits discontinus sont évidemment très
grossières, alors que l'on a des données montrant que les intégrations
sensorielles auditives se font, jusqu'à une certaine limite de temps
(qu'admet Lifshitz sans la préciser), avec une perte (l'énergie sonore
liminaire croissant en fonction du temps suivant une courbe para
bolique, d'après les résultats de Kucharski).
Même en négligeant l'influence propre des durées1, la mesure des
bruits pose de très difficiles problèmes auxquels se sont attelés les
acousticiens.
On nous donne2 des valeurs comparées de divers bruits, en
niveaux d'intensité, le moteur d'aéroplane atteignant 110 à 125 db.,
les riveteurs pneumatiques 100 à 110, les chutes du Niagara 95, le
vacarme de la rue la plus agitée de New- York 81, un aboiement de
chien ou une voix de conversation 703 et les battements du cœur 10
à 15 (le rapport d'intensité entre 10 et 100 db. étant de 1 à 1 milliard).
Mais, si une mesure globale de l'énergie sonore d'un bruit nous
donne un niveau d'intensité, cela ne nous renseigne aucunement sur
la sonorité du bruit, puisque, suivant la composition spectrale du
bruit, l'efficacité sonore, à énergie totale égale, pourra être très
différente.
Dès lors, on a deux méthodes pour mesurer la sonorité, la bruyance,
l'une qui consiste à procéder empiriquement, par appréciation psycho
physiologique, soit par comparaison avec un étalon, soit plutôt par
valeur de masquage4 ; l'autre qui vise à déterminer très exactement
1. Dans ses articles d'utile mise au point de la Revue d'Acoustique sur
la mesure des bruits (I, 1932, p. 280-295 ; II, 1933, p. 441-470), P. Baron
signale le rôle de la durée, d'après Von Bekesy.
2. Cf. par exemple E. Free. Noise Measurement. Review of Scientific
Instruments, IV, 1933, p. 368-372.
3. On doit prendre garde à une confusion facile entre les mesures
d'intensité (c'est-à-dire de densité du flux sonore dans une direction donnée)
et celle d'énergie émise (valeur totale du flux sonore, supposé ou non homog
ène). Ce flux total est de 10 microwatts (10 5 watts), d'après Fletcher
pour la conversation normale, de 1.000 pour un effort vocal maximum
chez des chanteurs donnant toute leur voix ; suivant la note émise, l'éner
gie sonore vocale irait de 40 à 40.000 microwatts (de l'ut = 512 au
fa dièse = 2.896) d'après K. J. Wolf et W. J. Seite (Some applications of
modem acoustic apparatus. J. of Ac. Soc. of Am., VI, 3, 1935, p. 160-168).
4. On détermine quel est le niveau d'intensité d'un son pur de réfé- PIÉRON. L'ACOUSTIQUE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE 175 H.
la composition spectrale du bruit (fréquence et niveau d'intensité des
composantes).
Partant de ces données physiques, en tenant compte des caracté
ristiques propres des sons de diverses fréquences, on peut déterminer,
dans ce dernier cas, pour les composantes, leur « niveau de sonorité ».
Mais comment se comporte la sonorité résultante ? Y a-t-il
indépendance, addition, interférence ?
Étant donné que les sons de fréquence différente se comportent
comme des unités de sensation individualisées, on pourrait penser à
l'indépendance, et dès lors la sonorité effective serait celle de la
composante la plus sonore (avec une impression de volume différente
pour le son complexe par rapport au son pur).
En fait la sonorité des bruits est supérieure à celle d'une quel
conque des composantes et il paraît se produire des phénomènes
d'addition ; mais l'addition n'est pas nécessairement simple et totale,
et il faut donner une place aux phénomènes de masquage (un son
intense masquant les sons de fréquence voisine d'autant plus qu'ils
sont plus proches, avec un gradient plus abrupt dans la partie plus
aiguë de l'échelle).
Dans un très important travail, Fletcher et Munson ont étudié
la question générale de la sonorité, en s'adressant tout particulièr
ement aux sons complexes1.
Ils ont bien cru trouver que la sonorité résultante d'un son
complexe était égale à la somme des sonorités composantes si les
fréquences des composantes étaient assez éloignées pour éviter les
masquages.
Ils ont d'autre part, complétant les importantes recherches de
Kingsbury2, déterminé les niveaux de sonorité en fonction de la
fréquence, dont nous avons donné plus haut la représentation gra
phique (fig. 1), et dont voici les données numériques de base : dans
chaque colonne du tableau ci-joint est indiqué, pour le son de référence
et pour le son qui lui est comparé, lorsqu'il est jugé également sonore,
le niveau de voltage en db. (vingtièmes du logarithme du rapport
avec la valeur 1 volt), en dessus ( + ) et en dessous ( — ) de cette
valeur referentielle de 1 volt, dans l'oscillateur.
Enfin, et nous voici au point critique, Fletcher et Munson ont
voulu traduire le « niveau de sonorité » qui représente encore une
unité physique, en quantité de sensation, en sonorité, qui, d'après
eux, correspondrait à la fréquence des influx nerveux par seconde,
conditionnant effectivement les intensités de sensation.
Notons tout de suite une difficulté fondamentale : si la fréquence
des influx dans un élément nerveux conditionne une intensité de
sensation (point que rendent douteux les observations de Davis
rence qui est juste masqué par un bruit donné, avec une cause d'erreur
tenant à ce que, pour une fréquence donnée du son de référence, la valeur
masquante du bruit pourra, à sonorité égale, dépendre de la présence de
composantes importantes à voisine de celle du son choisi.
1. Loudness, its definition, measurement and calculation. J. of Ac.
Soc. of Am., V, 1933, p. 82-108.
2. Physical Review, 1927, XXIX, p. 588. Cf. An. Ps.. t. XXIX, no 752.

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