Psychoacoustique

[WhyHey]

Wikipédia, toujours lui, donne cette définition:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Psychoacoustique" onclick="window.open(this.href);return false;

Ce domaine est donc particulièrement important dans un forum Audio/Hifi/Acoustique puisque sauf exception, notre oreille reste l'outil N°1 qui nous permet de découvrir les sonorités et l'interprétation que notre cerveau en fait. Il est dèslors interressant de comprendre un minimum comment notre oreille fonctionne, quelles sont ses limites, comment elle est étudiée et ce que nous savons réellement sur elle.

quelles sont les limites de l'oreille à la compréhension/reconnaissance/localisation d'un signal sonore dans les trois dimensions ?

petite vidéo de oct 2014
http://www.paris4.sorbonne.fr/e-cursus/ ... othaud.htm
http://gyronymo.free.fr/audio3D/downloads/These.pdf
http://www.univ-lille3.fr/revues/demete ... egorne.pdf
http://www.iurc.montp.inserm.fr/cric51/ ... ar/ear.htm
http://www.biodeug.com/cours/neurotd2.php
http://recherche.ircam.fr/equipes/analy ... nt_PhD.pdf

fonctionnement de l'oreille:
http://www.cochlea.eu/son

dissonance de helmotz et tonotopie:
http://bailhache.humana.univ-nantes.fr/ ... mholtz.pdf
et plus génériquement:
http://tel.ccsd.cnrs.fr/index.php
en tappant psychosacoustique 8 belles thèses se découvrent (en 2006)

la base:
http://www.chups.jussieu.fr/ext/ceb//en ... nterne.htm
avec des nouveautés découvertes depuis 1999:
http://www.college-de-france.fr/media/g ... 4petit.pdf
les dbA et la psophométrie: http://www.inrp.fr/Acces/JIPSP/phymus/m ... xbc1.htm#P

de ces lectures, voici quelques éléments:

seuil d'audibilité à 50Hz : 40db, à 3KHZ : 0db
ITD (retard interaural) audible: 40 micro seconde
angle horizontal minimum reconnu: 2° au centre, 10° à 90°
angle vertical minimum: 7°, de 15 à 20° au dessus de la tête
profondeur ??? fonction d'un apprentissage/mémoire auditive, les sons aigüs sont amoindris et le timbre change avec la distance.
Ajout fev 2012: page 16 et suivante de ce doc : http://bricecannavo.com/downloads/theatreobscurite.pdf
en gros l'appréciation de l aprofondeur d'une scène sonore est très proche de ... pas grand chose

Sensibilité en phase: 3Hz pour 1000Hz
Sensibilité en amplitude: moyenne à 4db pour 1000Hz (fonction de la fréquence)

Le nerf auditif achemine l'influx nerveux avec une période réfractaire: période de repos !
cette période est de lordre de 1 ms.
La fréquence max transmissible en temps réel est donc de 1Khz
et au dessus ???
Les extrémités axonatique du nerf sont divisées en 2 groupes: chaque groupe répond en alternance une fois sur 2: la fréquence reste inchangée mais chaque groupe travaille 2 fois plus lentement jusqu'à 2Khz
et au dessus ?
ils ne travaillent plus qu'une fois sur 3 ... jusqu'à 3Khz
Ainsi le nerf transmet de façon synchrone les fréquences jusqu'à 3Khz
et au dessus ?
Depuis 800Hz, les cellules de corti (sorte de cordes vibrantes dans l'oreille) ne vibrent plus sur la totalité de leur longueur mais sur une partie de la longueur fonction de la fréquence: plus la fréquence est élévée moins la longueur de la partie vibrante (membrane basilaire) est importante. C'est la localisation de la longueur vibrante qui renseigne le cerveau sur la fréquence reçue.

soit 2 sons envoyés sur casque:
si t2-t1 = 0 : sons centrés
si t2-t1< 3.10-5s: 2 sons fusionnent et non localisable = impression centrée
si 3.10-5s<t2-t1<2.10-3s: un seul son est entendu dans l'oreille qui percoit la première un son
si 2.10-3s<t2-t1: 2 sons localisables
intervalle d'intégration de l'oreille: 24 ms
claquement: 10 ms (la fréquence de la note n'est pas perçue)
persistance d'une note de 800 Hz: 0.14s (impression identique à l'arrêt immédiat de la note)
le Bark:
le Erb:
courbe de masquage
bande critique=largeur fréquentielle pour exciter une cellule sensorielle=echelle de résolution spectrale perceptive=echelle log en haute fréquence et linéaire en basse fréquence
la localisation directionnelle d'un son est issue du front d'onde direct ou primaire, sans les reflexions.
La profondeur ou la distance est liée aux reflexions et réverbérations tardives.
Les réflexions précoces définissent la largeur de la source.(p33)

Analyse du 1er front d'onde:
ITD: différence interaurale de temps
IID: différence interaurale d'intensité
ILD: de niveau (Level) amplitude ??
IPD: de phase
en Basse fréquence pour un son de coté:
ILD faible, IPD grand, ITD sinusoidale: IPD et ITD servent à la localisation
en haute fréquence pour un son de coté:
ILD moins faible, IPD non reconnu par le cerveau, ITD ambigue(besoin de tourner la tête): ILD et ITD servent à la localisation.
Observation d'un cône de confusion, d'ambiguïté.-p42 levée par rotation de la tête suivant l'axe vertical en basses fréquences
Localisation haut-bas et drt-gauche: pas de profondeur. Impression de hauteur excessive avec des reproductions à base d'enceintes (p44)
HRTF: head related transfert function= fonction de transfert de la tête en fréquence lié au conduit auditif et donc propre à chaque personne.
HRIR: en impulsionnelle= transformée de Fourier de HRTF
Effet de peigne sur les Ht fréquences (> 8KHZ) du conduit auditif (creux, pic en interaction avec les modes propres du conduit)
min ITD: 630 micro sec – 1ms;
si 2 fronts arrivent au-delà de 1ms: le premier front définit la direction (effet de Haas), en deça de 0.63 ms, le cerveau moyenne les 2 fronts pour la localisation.
1ms = 34cm, l'onde directe est bien souvent distinguable de la réflexion précoce (suivant l'age ...)

largeur de source:
soit une source à faible variation dynamique, l'onde directe et la précoce interagissent ==> dispersion autour de la direction ==> extension apparente de la source en largeur.

Profondeur:
pas en fonction de l'atténuation en 1/d de la puissance car pas de référence de la puissance initiale!
pas en fonction de l'altération du spectre par absorption atmosphérique (exponentielle) car haute fréquence et distance très grande pour être décelable.
Reste Hypothèse de Peter Craven : confrontation des ondes directe, précoce et réverbérante + mélange de la décroissance en 1/d de l'amplitude et de l'absorption atmosphérique expo. entre ces ondes.
Bref! c'est pas gagné!

l'impression spatiale et coloration:
sensation d'espace et d'enveloppement: réflexions latérales et non les réflexion d'incidences proches du plan médian (= plan sagittal=avant-arriere+haut-bas p34 or il parle ici du sol et du plafond donc avant-arrière + drt-gauche) qui elles sont responsables de la coloration.
l'effet de coloration est inhibé par la décorrélation des signaux binauraux.

Un peu de math simplifiée à l'extrême (p50 et suivantes) .
ITD basse fréquence, ITD de phase de f = (Phi(l, f) – Phi(r, f))/(2pi*f)
ITD haute freq= ITD de groupe (d'enveloppe) = 1/2pi*(drond(Phi(l,f))/drond(f) – drond(Phi(r,f))/drond(f))
P70: le flou est bien restitué !!

MA conclusion (provisoire):
prenons une lampe localisée précisément en plein milieu dans un salon d'appartement, prenons 2 photos distante de 8cm, puis restituons ces 2 photos à chaque oeil: l'effet 3D est immédiat, précis, naturel.
Nous en sommes au tout début pour l'audio


Edit:
nouvelle thèse:
http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00 ... andier.pdf

thèse de 2006 lue en fev 2012 :
non en psychoacoustique mais en localisation de source sonore par un ... robot. La première section reprend les valeurs communément admises (issus de recherches, pas juste admise un matin en se levant devant un croissant-café):
pouvoir de sépration azimutal (dans le plan horizontal) 2° au mieux, correspondant à un ITD de 25µs et pour des fréquences dans un domaine restreint.
pas de valeur sur l'élévation, même si elle est non nul.
pas de valeur sur la profondeur, mais semble proche de l'inéxistant !!

Notion de "2 fois plus fort": la sonie et le sone:
http://www.head-acoustics.de/downloads/ ... 06_11f.pdf

[Igor Kirkwood]

Merci WhyHey pour ton long et instructif message .

Ce domaine de la psychoacoustique me semble très important. Comment le cerveau "analyse" les sons, avec quelle acuité et quelles limites?

On peut discuter quelques chiffres: le niveau de perception minimum pour entendre un changement à 1000 Hz serait de 4 dB, cela semble un peu fort.....la (bonne) oreille devrait mieux faire.

Igor Kirkwood

[WhyHey]

oui 4db c'est la valeur donnée dans une des thèses en lien mais comme tu le dis: c'est déjà conséquent, sans doute une moyenne peu en rapport avec nos oreilles excercées mais d'un autre coté nous avons peut etre un peu tendance à nous surrestimer
content que tu ais apprécié ce post un peu en désordre ...

ce qui m'avait frappé, était le temps réel de l'analyse jusqu'à 1KHz puis ensuite, un peu comme à la façon d'une transformée de fourrier on y va par sample et interpollation pour combler les trous comment le cerveau permet de ressentir un signal continue alors qu'il analyse par bribe !!! c'est qu'il a un intégrateur incorporé: on est finalement pas si loin du mode de fonctionnement de l'ordinateur ...

par ailleurs, un autre point très interessant: l'effet de peigne au dessus de 8KHz du conduit auditif.
il est même possible de faire l'expérience chez soi pour retrouver cet effet de peigne.
avec REW par exemple, on lance une sinusoide parfaite vers 5KHz puis on monte manuellement la fréquence, ce que j'ai pu constater est très étrange:
le signal semble passer d'une oreille à l'autre alors que jusque là tout semblait bien provenir de l'enceinte "centrale" fictive (test fait avec 2 enceintes).
il n'y a plus la possibilité de localiser précisément la source comme étant pile poil devant nous !! au milieu des enceintes alors que jusqu'à 5KHz c'est parfaitement au milieu, du moins le ressenti.
j'interprète (peut etre à tort) cela comme le résultat des interférences du signal entre les ondes primaires et réfléchies, les différences entre les 2 enceintes mais aussi comme une dissymétrie du conduit auditif D et G, entrainant l'effet de peigne d'une oreille alternativement D et G.
Résultat: une oreille entend bien quand l'autre n'entend que très peu, quelques Hz plus loin c'est l'inverse qui se produit. et le signal semble se balader de D à G et inversement suivant le défilé des Hz.

j'aime bien ce test (réalisé la semaine dernière), il est très instructif aussi bien sur notre oreille que sur les fausses idées qu'on peut se faire sur elle, ainsi que l'interaction avec la pièce...

faudrait faire ce même test mais en air libre, avec 1 puis 2 enceintes, et sans autre bruit (ce qui devient très difficile) pour n'avoir que l'effet de l'oreille sans avoir l'effet de la pièce, même si cela ne correspond plus aux conditions d'écoutes "standard" ...

Nouveaux document, un cours de Telecom Paris de 2002, lu en 2012.
page 14: suivant la fréquence la dynamique de l'oreille varie de 135 dB pour 2kHz à 40 dB pour 20Hz
p 19: la discriminabilité des sons purs augmente avec le niveau. On a trouvé, pour un son de 100Hz:
DI = 1,5 dB à 20 dB SPL,
DI = 0,7 dB à 40 dB SPL,
DI = 0,3 dB à 80 dB SPL
L’ordre de grandeur de ces résultats est à retenir : le SDI (le seuil différentiel d'intensité auditive minimal) est de l’ordre de 1 dB, plus le son est fort, plus le seuil est faible !!
La sonie d'un bruit est toujours plus élevé que celle d'un son pur (parole ou musique).
p 42: de même le seuil différentiel de fréquence est de l'ordre de 4 pour 1 000, on distingue donc entre 1000 et 1004 Hz qu'il y a bien 2 fréquences distinctes, en dessous de 500 Hz, ce seuil passe à 2 Hz jusqu'à 20Hz.
Contrairement à quelques idées fausses :
1. la hauteur ne correspond pas forcément à une hauteur présente dans le spectre, qui serait par exemple celle de fréquence la plus basse - même pour des sons harmoniques,
2. elle ne correspond pas non plus à la zone de plus grande amplitude du pattern d'excitation nerveuse,
3. d’ailleurs, pour les sons complexes, la perception de la hauteur n'est jamais indépendante de celle du timbre

Les battements binauraux
Lorsqu’on présente aux deux oreilles des fréquences légèrement différentes, on perçoit des
battements binauraux qui sont une fluctuation du son, au rythme de la différence des fréquences
binaurales.
Il ne faut pas confondre ces battements binauraux avec les battements habituellement entendus
entre deux instruments de musique mal accordés, qui résultent d’une fluctuation purement
physique de l’enveloppe d’amplitude d’une somme de sons purs de fréquences proches.
Les battements binauraux ne sont jamais aussi distincts que ces battements physiques. Ils résultent
d’une interaction binaurale dans le système nerveux central. Ils sont une démonstration concrète de
l’existence du « verrouillage de phase », ou synchronisation partielle des décharges du nerf
auditif avec le rythme de l’excitation sonore.
Ces battements binauraux ne se produisent qu’en basses fréquences : les plus marqués entre 300 et
600 Hz, ils disparaissent au-dessus de 1000 Hz.
Lorsque la différence des fréquences présentées aux deux oreilles s’accroît, l’effet subjectif
produit évolue ; on entend successivement :
• un changement de la localisation apparente du son,
• un changement de son intensité,
• un changement de timbre du son qui semble devenir « rugueux »,
• et enfin, deux sons subjectivement différents.

[Steph-Hifi]

MA conclusion (provisoire):
prenons une lampe localisée précisément en plein milieu dans un salon d'appartement, prenons 2 photos distante de 8cm, puis restituons ces 2 photos à chaque oeil: l'effet 3D est immédiat, précis, naturel.
Nous en sommes au tout début pour l'audio

interessant ton //, cela dit les yeux ne sont pas commes nos oreilles, en fait nos oreilles serait peut etre plus a comparer avec une vue a "360" ou s'en rapprochant, imagine la complexité de ton exercice avec une mouche

[WhyHey]

j'ai fait ce // car comme tout le monde j'aifait joujou avec un appareil photo dès que j'ai eu les sous pour m'en offrir un de bonne facture ... et assez vite j'ai fait quelques photo 3D avec l'effet stéréoscopique classique de 2 images prises à distance des yeux (environ 5 à 8cm), c'est incroyable les premières fois de constater comme le cerveau réinterprète ces 2 images (une pour chaque oeil) et est capable de nous plonger dans une véritable scène en 3D parfaitement crédible. c'est un peu leprincipe du cinema 3D sauf qu'après il y a un pb lors dela projection pour que chaque oeil ne voit que l'image qui le concerne (et comme on peut le constater, le résultat est très nettement moins bien réussi qu'avec des images fixes où il est bien plus facile de donner à chaque oeil sa photo).

bref, bettement je me disais au début que les oreilles avaient ce meme pouvoir de 3D, mais je fut très vite déçu par notre capacité de discrimination spaciale: autant l'effet D/G tient bien la route, autant l'effet profondeur, voir même hauteur est ridiculement faible avec 2 enceintes. il est vrai que la faute est en parti liée aux enceintes, pas qu'à nos oreilles.

Comme tu le dis il y a le pb du 360°, ou plus exactement de l'angle solide de la vision, mais même en restreignant l'angle solide des sons à une portion de ce que l'oreille peut faire: par exemple en se limitant au même angle solide que la vision (environ 0.5 stéradian) (cf http://owl-spip.ch/spip.php?article744), la vision est capable de voir une scéna en 3D, l'oreille beaucoup moins
en contre partie l'oreille entend des sons sur un angle bien plus étendu que la vue mais n'arrive pas à localiser aussi précisément ce qu'elle entend que ce que l'oeil sait faire (dans un angle plus restreint)

enfin bref: j'étais déçu

les enceintes ajoutent encore à la frustration mais même dans la vie de tous les jours, sur la plage (je vis sur la plage tous les jours ... ): fermez les yeux et écoutez: dites ensuites la localisation des bruits vous verrez à quel point nous sommes très peu outillé pour localiser précisément un bruit, encore plus dans la profondeur, on donne la profondeur uniquement en "gros", il est devant tel bruit ou derriere tel autre, et en fait on se trompe très régulièrement !!

[Igor Kirkwood]

Pour la psychoacoustique, à noter l'influence de la vue sur l'audition.

Dans la pénombre voire l'obscurité le son parait meilleur.

Une salle trop petite ou une position trop proche des enceintes a une influence aussi psychologique sur le rendu sonore.

La vue d'un cable d' enceinte (X) à 10 OOO Euros peut provoquer chez certains une meilleure appréciation de l'écoute. Une image mentale spécifique peut même se former dans le cerveau .

Les couleurs (très étudiées) des auditos ont une influence également.

Igor Kirkwood

[Ptisik]

Drapalisation.

Intéressant

[peter.pan]

Pour la psychoacoustique, à noter l'influence de la vue sur l'audition.

Dans la pénombre voire l'obscurité le son parait meilleur.

Igor Kirkwood

peu être que le fait de ne plus être occupé par les images à traiter, notre cerveau se concentre sur le son.
Ne dit on point que les non-voyants ont une audition très fine.

[Paull]

de ces lectures, voici quelques éléments:

Merci à toi d'avoir pris la peine d'extraire pour nous tous ces éléments, et de ne pas t'être limité à une longue liste de liens http.

[Paull]

Pour la psychoacoustique, à noter l'influence de la vue sur l'audition.

Dans la pénombre voire l'obscurité le son parait meilleur.

Une salle trop petite ou une position trop proche des enceintes a une influence aussi psychologique sur le rendu sonore.

La vue d'un cable d' enceinte (X) à 10 OOO Euros peut provoquer chez certains une meilleure appréciation de l'écoute. Une image mentale spécifique peut même se former dans le cerveau .

Les couleurs (très étudiées) des auditos ont une influence également.

Igor Kirkwood

J'ai remarqué un truc il y a longtemps, quand j'ai eu accès à MTV. J'enregistrais des clips sur K7 video, puis m'en créais des K7 audio. J'ai rapidement remarqué que j'appréciais nettement plus certains morceaux en simple écoute audio que quand je visionnais leurs clips.

Je ne parle pas de qualité audio de ma chaine Vs. ma TV, mais du fait que visualiser l'image me gachait le plaisir, je n'appréciais manifestement pas autant la musique.