Explication du Rôle des Indices de Temps (ITD) et d'Intensité (IID)
Comprendre les Indices de Localisation
La localisation des sons sur le plan horizontal (de gauche à droite) est une capacité remarquable de notre système auditif, qui repose sur deux indices principaux : la Différence de Temps Interaurale (ITD) et la Différence de Niveau Interaurale (IID). L'ITD est le léger décalage temporel avec lequel un son atteint nos deux oreilles, tandis que l'IID est la différence d'intensité due à l'effet d'ombre acoustique de la tête. La "Théorie Duplex" postule que l'ITD est l'indice dominant pour les basses fréquences (dont la longueur d'onde est assez grande pour contourner la tête), tandis que l'IID devient l'indice dominant pour les hautes fréquences (dont la longueur d'onde est plus courte et est bloquée par la tête).
Données de l'étude
- Angle de la source sonore (\(\theta\)) : 60° par rapport à l'axe médian.
- Rayon de la tête (modèle sphérique, \(a\)) : \(9 \, \text{cm}\)
- Célérité du son dans l'air (\(c\)) : \(343 \, \text{m/s}\)
- Fréquences à étudier : \(f_1 = 500 \, \text{Hz}\) (basse-moyenne) et \(f_2 = 4000 \, \text{Hz}\) (haute).
Schéma : Indices Interauraux
L'onde arrivant sur le côté atteint l'oreille droite (OD) avant l'oreille gauche (OG), créant un ITD. La tête crée une ombre acoustique, diminuant le niveau à l'oreille gauche et créant un IID.
Questions à traiter
- Calculer la différence de marche (\(\Delta d\)) pour une source à 60°.
- Calculer la différence de temps interaurale (ITD) correspondante.
- Comparer la longueur d'onde de chaque son (\(\lambda_1\) et \(\lambda_2\)) au diamètre de la tête.
- En déduire quel indice (ITD ou IID) est le plus pertinent pour localiser chacune des deux fréquences, en justifiant avec la Théorie Duplex.
Correction : Explication du Rôle des Indices de Temps (ITD) et d'Intensité (IID)
Question 1 : Calcul de la Différence de Marche (\(\Delta d\))
Principe :
Pour une source lointaine, la différence de chemin parcouru par l'onde pour atteindre les deux oreilles peut être approximée par une formule trigonométrique simple qui dépend de l'angle de la source et du rayon de la tête.
Formule(s) utilisée(s) :
Il est important de convertir le rayon de la tête en mètres.
Calcul :
Question 2 : Calcul de la Différence de Temps Interaurale (ITD)
Principe :
L'ITD est le temps nécessaire au son pour parcourir cette différence de marche. On l'obtient en divisant la différence de marche par la célérité du son.
Formule(s) utilisée(s) :
Calcul :
Question 3 : Comparaison Longueur d'Onde / Taille de la Tête
Principe :
Le comportement d'une onde face à un obstacle dépend de sa longueur d'onde. Si \(\lambda\) est grande par rapport à l'obstacle, l'onde le contourne (diffraction). Si \(\lambda\) est petite, l'onde est bloquée, créant une ombre.
Calculs :
Diamètre de la tête \(D = 2a = 0.18\) m.
Longueur d'onde à 500 Hz :
Longueur d'onde à 4000 Hz :
Comparaison :
- Pour 500 Hz : \(\lambda_1 (0.68\text{m}) > D (0.18\text{m})\). La longueur d'onde est grande.
- Pour 4000 Hz : \(\lambda_2 (0.085\text{m}) < D (0.18\text{m})\). La longueur d'onde est petite.
Question 4 : Analyse selon la Théorie Duplex
Principe :
La Théorie Duplex stipule que l'ITD est l'indice principal pour les basses fréquences (\(< \approx 1500\) Hz) car elles diffractent bien autour de la tête. L'IID est l'indice principal pour les hautes fréquences, car elles sont bloquées par la tête, créant une ombre acoustique significative.
Conclusion :
- Pour 500 Hz : La longueur d'onde est grande, le son contourne facilement la tête. L'effet d'ombre est faible, donc l'IID est un indice peu fiable. En revanche, le décalage temporel de l'onde est bien préservé. L'indice dominant est l'ITD.
- Pour 4000 Hz : La longueur d'onde est plus petite que la tête. Le son est bloqué, créant une différence de niveau (IID) très nette entre les deux oreilles. L'ITD devient ambigu à haute fréquence car plusieurs cycles de l'onde peuvent passer avant que le son n'atteigne l'autre oreille. L'indice dominant est l'IID.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances
1. Pourquoi l'IID est-il un indice peu efficace pour les basses fréquences ?
2. Un petit animal avec une tête très étroite aura des difficultés à utiliser l'ITD pour...
Glossaire
- Différence de Temps Interaurale (ITD)
- Différence de temps d'arrivée d'un son entre les deux oreilles. C'est l'indice de localisation dominant pour les basses fréquences.
- Différence de Niveau Interaurale (IID ou ILD)
- Différence d'intensité (ou de niveau) d'un son entre les deux oreilles, causée par l'effet d'ombre acoustique de la tête. C'est l'indice de localisation dominant pour les hautes fréquences.
- Théorie Duplex
- Théorie de la localisation sonore (proposée par Lord Rayleigh) qui postule l'utilisation de deux indices différents pour les basses et hautes fréquences (ITD et IID, respectivement).
- Ombre Acoustique
- Zone derrière un obstacle où l'intensité d'une onde est réduite. La tête crée une ombre acoustique pour l'oreille la plus éloignée, mais cet effet n'est significatif que pour les hautes fréquences.
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