Physique de l'oreille

Le système auditif

Nous pouvons diviser l'oreille en trois parties, ces parties sont définies par leur position et leurs fonctions et sont connues comme, l'oreille externe (la partie visible pour nous), l'oreille moyenne qui est l'appareil qui concentre et transforme les vibrations, et l'oreille interne qui relie notre système aux nerfs et au cerveau.

L'oreille externe

L'oreille externe est la partie visible. Elle est constituée du pavillon de l'oreille, du conduit auditif qui se termine là où commence l'oreille moyenne, à la partie externe de la membrane tympanique. Le pavillon de l'oreille est formé pour capter le son à l'avant et possède des crêtes pour le diriger vers la membrane du tympan. Cette structure permettait de se concentrer sur les sons émis par une proie.

Oreille moyenne

L'oreille moyenne est l'endroit où le son est transformé d'une onde de pression en un signal électrique. Dans cette section, trois petits os jouent le rôle de transmetteurs mécaniques du son, ils s'appellent : le malleus, l'incus et l'étrier. Cette fonction est importante car elle agit comme un adaptateur d'impédance, ce qui permet à l'oreille d'avoir une plage d'amplitude de perception étendue, la limite inférieure de 20μPa étant le silence absolu. À titre de comparaison, environ 60μPa est la pression acoustique d'une respiration normale.

Deux seuils déterminent la limite supérieure de notre champ d'audition, le premier est celui où nous commençons à ressentir de la douleur, et le second est celui où l'intensité du son cause un dommage à l'oreille.

Oreille interne

Cette partie de l'oreille est cachée à la vue, enfermée dans un labyrinthe osseux où se trouvent la cochlée, les canaux semi-circulaires et le vestibule . Lorsqu'il arrive ici, le son a été atténué par l'oreille moyenne et est prêt à être analysé, transformé et transmis au cerveau, où il sera traité.

Physique de l'oreille : Mesurer la pression et le son

Nos oreilles sont des instruments très sophistiqués dotés d'une incroyable sensibilité. Nous pouvons effectuer des calculs sur cette gamme de perception.

La physique de l'oreille : De la pression atmosphérique aux décibels

Les ondes sonores sont des ondes de pression, ce qui signifie que les informations se déplacent grâce à l'alternance de zones de raréfaction et de concentration des particules dans l'air.

Nous mesurons la pression en pascals. Notre ouïe couvre une plage allant d'un millionième de pascal à des centaines de pascals, et nous avons parfois besoin de décrire des sons encore plus forts. Il n'est pas pratique d'utiliser cette unité, c'est pourquoi nous appliquons une échelle logarithmique à cette quantité pour réduire la plage d'excursion à partir de millions. Le décibel est une échelle d'intensité et sert à représenter le niveau de pression d'un son ; il est défini par rapport à une référence qui est le son le plus faible que nous puissions entendre. Pour la définition :

\[L_p = 20 \space \log(\frac{p}{p_0}), \space P_0 = 20 \space \mu P_a\]

Où Lp est le niveau de pression par rapport à la pression p, et _p0 est la pression de référence. Prenons un exemple : nous voulons connaître le niveau de pression correspondant à 20 Pa :

\N(p = 20 \N espace P_a\N)

\N(L_p = ?\N)

\(L_p = 20 \space \log(\frac{p}{p_0}) = 20 \space \log (\frac{20}{20 \cdot 10^{-6}}) = 20 \log 10^6 = 120 dB\)

On dit que 20Pa correspond à 120dB SPL. SPL signifie sound pressure level (niveau de pression acoustique ) pour indiquer que nous parlons de son puisque l'échelle logarithmique a de nombreuses utilisations.

Figure 3.- L'échelle des décibels montre les bruits que nous entendons habituellement et leur plage normale. Elle montre également les sensations que nous avons pour chaque échelle, Camacho - Study Smart Originals

Les mêmes processus évolutifs qui façonnent le système auditif humain sont ceux qui limitent la gamme de fréquences que nous pouvons capter. La gamme de sons que nous pouvons entendre est le résultat de ce processus.

Conséquences des lésions de l'oreille

L'oreille est un système complexe et délicat, même si elle est très adaptative. Comme toute autre partie du corps, elle peut être sujette à des dommages. Voici quelques conséquences potentielles.

Physique de l'oreille : Perte d'audition

Le problème le plus courant est la perte d'audition. Cela se produit naturellement avec l'âge - un enfant a un spectre auditif qui va de 20Hz à 20KHz, tandis qu'un adulte n'entend pas les sons au-dessus d'environ 15KHz. L'ouïe humaine est limitée par ses caractéristiques physiques (tu ne pourras pas entendre un son trop faible pour provoquer des vibrations dans ton oreille) mais aussi par l'évolution car la plupart des sens humains fonctionnent dans la gamme qui nous est utile pour recevoir et analyser les informations.

Après le vieillissement, les sons forts sont la principale cause de perte auditive. Ceux-ci peuvent causer des dommages instantanément ou sont partiellement nocifs, ce qui entraîne des dommages plus graves avec l'exposition au fil du temps. Le seuil de la douleur commence à 130 dB. Les dommages surviennent immédiatement lorsque la pression acoustique est de 140dB ou plus. Par exemple, il suffit d'un seul coup de fusil pour provoquer une brèche dans l'audition d'environ 5KHz. Les chasseurs en font souvent l'expérience.

Un autre dysfonctionnement de l'audition est l'acouphène. Il s'agit d'entendre des sons tels que des sonneries ou des sifflements sans qu'il n'y ait de cause à ces sons. Les acouphènes peuvent être causés par l'exposition à des bruits forts.

Physique de l'oreille : L'équilibre

L'oreille interne est responsable d'une autre fonction importante : l'équilibre. Nous avons trois canaux semi-circulaires qui perçoivent les mouvements des trois dimensions de l'espace, tandis que les otolithes sont des structures qui détectent l'accélération linéaire. Un dysfonctionnement bien connu du système vestibulaire est le vertige. Celui-ci se définit comme la perception d'un mouvement alors qu'il n'y en a pas.