ÉTUDE ACOUSTIQUE

Direction d’une Source Sonore par un Animal

Détermination de la Direction d'une Source Sonore par un Animal (Indices Interauraux)

Détermination de la Direction d'une Source Sonore par un Animal

Comprendre la Localisation Sonore chez les Animaux

De nombreux animaux, comme les humains, utilisent des indices binauraux (basés sur leurs deux oreilles) pour localiser les sources sonores sur le plan horizontal. Le principal indice pour les sons de basse et moyenne fréquence est la Différence de Temps Interaurale (ITD). Comme un son provenant du côté atteint une oreille légèrement avant l'autre, le cerveau de l'animal peut analyser ce minuscule décalage temporel pour en déduire la direction de la source. La précision de cette localisation dépend de la taille de la tête de l'animal (qui détermine l'ITD maximale possible) et de sa capacité à traiter de très faibles décalages temporels.

Données de l'étude

On étudie un renard qui a détecté le bruit d'une proie (un rongeur). On modélise la tête du renard comme une simple sphère.

Données géométriques et acoustiques :

  • Distance entre les oreilles du renard (\(d\)) : \(12 \, \text{cm}\) (donc un rayon de tête \(a = 6 \, \text{cm}\))
  • Célérité du son dans l'air (\(c\)) : \(343 \, \text{m/s}\)
Schéma : Modèle de Tête Sphérique
OG OD Source θ

Modèle simplifié pour calculer la différence de temps d'arrivée (ITD) du son entre l'oreille gauche (OG) et l'oreille droite (OD) en fonction de l'angle θ de la source.

Questions à traiter

  1. Calculer l'ITD maximale que le renard peut percevoir (quand le son vient de 90°).
  2. Le renard perçoit un son avec un ITD de \(0.18 \, \text{ms}\). Déterminer l'angle \(\theta\) de la source sonore.
  3. Comparer l'ITD maximale du renard à celle d'un humain (dont la tête a un diamètre d'environ 20 cm) et commenter.

Correction : Détermination de la Direction d'une Source Sonore par un Animal

Question 1 : ITD Maximale du Renard

Principe :

L'ITD maximale se produit lorsque le son vient directement du côté (\(\theta = 90^\circ\)). La différence de marche est alors égale au diamètre de la tête.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \text{ITD}_{\text{max}} = \frac{d}{c} \]
Calcul :
\[ d = 12 \, \text{cm} = 0.12 \, \text{m} \]
\[ \begin{aligned} \text{ITD}_{\text{max}} &= \frac{0.12 \, \text{m}}{343 \, \text{m/s}} \\ &\approx 0.00035 \, \text{s} \\ &= 0.35 \, \text{ms} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : L'ITD maximale pour le renard est d'environ \(0.35 \, \text{ms}\).

Question 2 : Détermination de l'Angle de la Source

Principe :

On utilise la formule de la différence de marche en fonction de l'angle, et on l'isole pour trouver \(\theta\) à partir de l'ITD mesurée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \text{ITD} = \frac{2a \sin(\theta)}{c} \Rightarrow \sin(\theta) = \frac{\text{ITD} \cdot c}{2a} \]
Calcul :
\[ \text{ITD} = 0.18 \, \text{ms} = 0.00018 \, \text{s} \]
\[ 2a = d = 0.12 \, \text{m} \]
\[ \begin{aligned} \sin(\theta) &= \frac{0.00018 \, \text{s} \times 343 \, \text{m/s}}{0.12 \, \text{m}} \\ &= \frac{0.06174}{0.12} \\ &= 0.5145 \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} \theta &= \arcsin(0.5145) \\ &\approx 30.96^\circ \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La source sonore est perçue comme venant d'un angle d'environ \(31^\circ\).

Question 3 : Comparaison Renard / Humain

Principe :

On calcule l'ITD maximale pour un humain en utilisant le même raisonnement et on compare les deux valeurs.

Calcul :

ITD maximale pour un humain (\(d=0.20\) m) :

\[ \begin{aligned} \text{ITD}_{\text{humain}} &= \frac{0.20 \, \text{m}}{343 \, \text{m/s}} \\ &\approx 0.000583 \, \text{s} \\ &= 0.58 \, \text{ms} \end{aligned} \]

Comparaison :

  • \(\text{ITD}_{\text{renard}} \approx 0.35 \, \text{ms}\)
  • \(\text{ITD}_{\text{humain}} \approx 0.58 \, \text{ms}\)

L'ITD maximale chez l'humain est significativement plus grande. Cela signifie que pour un même angle de source, la différence de temps entre les oreilles est plus importante chez l'humain, ce qui pourrait suggérer une localisation plus facile. Cependant, la précision dépend aussi de la capacité du système nerveux à traiter ces décalages, et les prédateurs comme le renard ont souvent un système auditif neurologiquement très spécialisé pour détecter de minuscules ITD avec une grande acuité.

Conclusion : La plus grande tête de l'humain produit une plus grande ITD maximale, mais cela ne garantit pas une meilleure performance de localisation que celle d'un animal spécialisé comme le renard.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Un animal avec des oreilles très écartées aura, pour un même angle, une ITD...

2. Pour un son venant exactement de face (\(\theta = 0^\circ\)), l'ITD est :

Glossaire

Localisation Sonore
Capacité du système auditif à déterminer la position d'une source sonore dans l'espace.
Indices Interauraux
Différences de son entre les deux oreilles (en temps, en niveau, ou spectrales) que le cerveau utilise pour localiser les sons.
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.
Théorie Duplex
Théorie de la localisation sonore qui postule l'utilisation de deux indices différents pour les basses fréquences (ITD) et les hautes fréquences (IID).
Localisation Sonore Animale - Exercice d'Application en Bioacoustique

D’autres exercices de Bioacoustique:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *