Modélisation de la Transmission du Son à travers l'Oreille Moyenne
Comprendre l'Adaptation d'Impédance
L'oreille moyenne joue un rôle essentiel de transformateur d'impédance. Le son arrive par l'air (faible impédance) et doit être transmis aux fluides de l'oreille interne (cochlée), qui ont une impédance beaucoup plus élevée. Sans l'oreille moyenne, plus de 99% de l'énergie sonore serait simplement réfléchie à la surface de l'oreille interne. Pour surmonter cette "désadaptation d'impédance", l'oreille moyenne utilise deux mécanismes pour amplifier la pression sonore : la différence de surface entre le tympan et la platine de l'étrier, et l'effet de levier de la chaîne des osselets.
Données de l'étude
- Surface efficace du tympan (\(S_{\text{tympan}}\)) : \(55 \, \text{mm}^2\)
- Surface de la platine de l'étrier (\(S_{\text{étrier}}\)) : \(3.2 \, \text{mm}^2\)
- Rapport de levier des osselets : \(1.3\)
Schéma : Mécanisme de l'Oreille Moyenne
Le son est capté par le grand tympan et sa force est concentrée sur la petite platine de l'étrier, amplifiée par l'effet de levier des osselets.
Questions à traiter
- Calculer le gain en pression (\(G_S\)) dû au rapport des surfaces.
- Calculer le gain en pression total (\(G_{\text{total}}\)) en incluant l'effet de levier.
- Exprimer ce gain total en décibels.
- Sachant que l'impédance de l'air est de \(410 \, \text{Rayleighs}\) et celle du fluide cochléaire de \(1.5 \times 10^6 \, \text{Rayleighs}\), expliquer pourquoi ce gain est nécessaire.
Correction : Modélisation de la transmission du son à travers l'oreille moyenne
Question 1 : Gain en Pression dû au Rapport des Surfaces
Principe :
La pression est définie comme une force par unité de surface (\(P=F/S\)). L'oreille moyenne concentre la force appliquée sur la grande surface du tympan sur la petite surface de la platine de l'étrier. Le gain en pression est donc égal au rapport des surfaces.
Formule(s) utilisée(s) :
Calcul :
Question 2 : Gain en Pression Total
Principe :
Le gain total est le produit du gain dû au rapport des surfaces et du gain dû à l'effet de levier de la chaîne des osselets (marteau, enclume, étrier).
Formule(s) utilisée(s) :
Calcul :
Question 3 : Gain Total en Décibels
Principe :
Un gain en pression peut être converti en décibels en utilisant la formule \(20 \log_{10}(\text{rapport})\). Cela nous donne l'amplification en dB que l'oreille moyenne fournit.
Calcul :
Question 4 : Nécessité de l'Adaptation d'Impédance
Analyse :
Lorsqu'une onde passe d'un milieu de faible impédance (air, \(Z_1\)) à un milieu de haute impédance (fluide cochléaire, \(Z_2\)), la plupart de l'énergie est réfléchie. Le coefficient de transmission en puissance est très faible. L'oreille moyenne agit comme un "adaptateur d'impédance" : en augmentant la pression acoustique d'un facteur 22.3 (soit 27 dB), elle compense presque parfaitement la perte de transmission qui aurait lieu autrement. Sans ce mécanisme, nous perdrions environ 30 dB de sensibilité, ce qui signifie que le seuil de l'audition serait beaucoup plus élevé et nous n'entendrions que les sons très forts.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances
1. Une otite moyenne séreuse (liquide derrière le tympan) va...
2. Le réflexe stapédien (contraction d'un muscle de l'oreille moyenne) sert à...
Glossaire
- Oreille Moyenne
- Partie du système auditif située entre le tympan et l'oreille interne. Elle contient les trois plus petits os du corps humain : le marteau, l'enclume et l'étrier (les osselets).
- Adaptation d'Impédance
- Processus par lequel un dispositif (ici, l'oreille moyenne) maximise le transfert d'énergie entre deux milieux d'impédances différentes.
- Impédance Acoustique (\(Z\))
- Mesure de l'opposition d'un milieu à la propagation d'une onde sonore. Produit de la masse volumique du milieu par la célérité du son.
- Cochlée
- Organe de l'oreille interne en forme de spirale, rempli de liquide, qui contient les cellules ciliées responsables de la transduction du signal mécanique sonore en signal nerveux.
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