Fréquence, intensité et perception de la sonie

La fréquence et l'intensité sont les deux dimensions physiques primaires d'un son simple, et elles se rapportent, de manière imparfaite, aux dimensions perceptives de la hauteur tonale et de la sonie. Ce sujet aborde la finesse avec laquelle les auditeurs peuvent discriminer les changements de fréquence et de niveau, la manière dont la sonie croît avec l'intensité physique, et comment la sonie perçue dépend conjointement de la fréquence et de la répartition de l'énergie à travers la cochlée. Ces relations sont centrales pour l'audiométrie et pour la manière dont les aides auditives façonnent le son.

Definition

La perception de la fréquence, de l'intensité et de la sonie est l'étude de la manière dont la fréquence et l'amplitude physiques d'un son déterminent la perception par l'auditeur de sa hauteur tonale et de sa sonie, y compris les seuils de détection et de discrimination de ces quantités.

Scope

Le sujet traite de la discrimination de la fréquence et de l'intensité, de la gamme audible et du seuil absolu, de la croissance de la sonie avec le niveau, de la sommation de la sonie à travers la bande critique, et de la dépendance de la sonie à la fréquence exprimée par les courbes isosoniques. Il s'agit d'un matériel de référence et éducatif sur la mesure perceptive, et non d'une orientation clinique.

Core questions

• Quel est le plus petit changement détectable de fréquence ou d'intensité ?
• Comment la sonie augmente-t-elle à mesure que l'intensité physique croît ?
• Pourquoi un son de niveau physique fixe semble-t-il plus fort à certaines fréquences qu'à d'autres ?
• Comment la répartition de l'énergie à travers la fréquence modifie-t-elle la sonie perçue ?

Key concepts

• Seuil absolu et gamme audible
• Différence liminaire pour la fréquence et l'intensité
• Hauteur tonale comme corrélat perceptif de la fréquence
• Sonie et l'échelle en sone
• Niveau de sonie et le phon
• Courbes isosoniques
• Bande critique et sommation de la sonie

Key theories

Mise à l'échelle de la sonie selon une loi de puissance (sone)

La sonie peut être quantifiée sur une échelle de rapport, l'échelle en sone, sur laquelle la sonie perçue croît approximativement comme une fonction de puissance de l'intensité sonore, de sorte que la sonie double approximativement pour chaque augmentation de 10 dB du niveau sur une grande partie de la gamme.

Sommation de la sonie par bande critique

Lorsque l'énergie d'un son est répartie au-delà d'une bande critique, la sonie totale augmente même lorsque l'énergie globale est maintenue constante, montrant que le système auditif intègre la sonie au sein des bandes de fréquence définies par le filtrage cochléaire.

Mechanisms

La fréquence est encodée par le lieu d'excitation maximale le long de la membrane basilaire et, aux fréquences plus basses, par la synchronisation de phase neuronale ; cela favorise une discrimination fine de la fréquence. L'intensité est signalée par le taux de décharge des fibres du nerf auditif et par le recrutement de fibres supplémentaires à mesure que le niveau augmente, mais le mécanisme actif de la cochlée comprime une large gamme de niveaux physiques dans une gamme plus étroite de réponse neuronale. La sonie croît donc de manière compressive avec l'intensité et est sommée à travers les filtres auditifs, de sorte qu'un son couvrant plus de bandes critiques est plus fort qu'un son tonal d'énergie égale. Parce que la sensibilité cochléaire varie avec la fréquence, des niveaux physiques égaux produisent une sonie différente, capturée par les courbes isosoniques.

Clinical relevance

La perte auditive cochléaire réduit généralement la sélectivité fréquentielle et accentue la croissance de la sonie, un phénomène connu sous le nom de recrutement de la sonie, où la sonie augmente anormalement vite au-dessus du seuil. Cela aide à expliquer pourquoi l'amplification doit restaurer l'audibilité sans rendre les sons modérés inconfortablement forts, et pourquoi les aides auditives appliquent une compression adaptée à la fréquence. Ces points décrivent les conséquences perceptives de la perte auditive et ne sont pas des instructions d'appareillage ou de traitement individualisées.

Evidence & guidelines

Les relations de la sonie et des courbes isosoniques ont été quantifiées pour la première fois par Fletcher et Munson (1933) et sont maintenant normalisées internationalement sous forme de courbes de niveau de sonie égale dans la norme ISO 226:2003, qui définit le phon et la relation de référence entre la fréquence, le niveau et la sonie pour les auditeurs normo-entendants. L'échelle de sonie en sone dérive des travaux de mise à l'échelle de rapport dans la tradition de Stevens, et la sommation de la bande critique est documentée dans les études psychophysiques classiques.

History

Les mesures de Fletcher et Munson en 1933 aux Bell Laboratories ont produit les premières courbes isosoniques systématiques et le concept de niveau de sonie. Stevens et ses collègues ont développé la mise à l'échelle de rapport de la sonie et de la hauteur tonale dans les années 1930, donnant naissance aux échelles sone et mel. Les travaux de Zwicker au milieu du siècle sur la bande critique ont lié la sommation de la sonie et le masquage à l'analyse fréquentielle cochléaire, et la relation isosonique a été affinée et normalisée par la suite.

Debates

Comment la sonie devrait-elle exactement s'adapter à l'intensité ?

La simple loi de puissance décrit la croissance de la sonie sur une grande partie de la gamme, mais la fonction s'aplatit près du seuil et varie entre les auditeurs et avec la perte auditive, de sorte qu'un exposant unique est une approximation plutôt qu'une loi exacte.

Key figures

• Harvey Fletcher
• Wilden Munson
• Stanley Smith Stevens
• Eberhard Zwicker

Seminal works

• fletcher-munson-1933
• stevens-1937
• zwicker-1957

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre l'intensité et la sonie ?

L'intensité est une quantité physique, l'énergie transportée par un son, tandis que la sonie est la grandeur subjective qu'un auditeur perçoit. La sonie dépend de l'intensité mais aussi de la fréquence, de la largeur de bande et de l'audition de l'auditeur, de sorte que des intensités égales ne semblent pas toujours également fortes.

Qu'est-ce qu'un phon et qu'est-ce qu'un sone ?

Un phon est une unité de niveau de sonie : un son a un niveau de sonie de N phons s'il est jugé aussi fort qu'un son de 1 kHz de N décibels. Un sone est une unité de sonie sur une échelle de rapport, définie de sorte que doubler le nombre de sones corresponde à un doublement de la sonie perçue.