mardi 16 juillet 2013

Pourquoi a-t-on deux oreilles, et pas une, trois ou quatre

Bonjour,

Je me suis longtemps demandé pourquoi on avait que deux oreilles.

Au collège j'avais l'habitude de rendre dingues mes profs de physique en posant ce type de question, qui bien sûr avait pour objectif à terme de me faire développer un tout nouveau système de son qui me rendrait milliardaire.

Fermez les yeux.

Si vous entendez un bruit distinctement autour de vous, vous saurez dire en gros s'il est plutôt à gauche de vous ou à droite de vous.

C'est pour cela qu'on a deux oreilles. J'ai fait ce magnifique diagramme pour éclairer mon propos :


Les points A et B représentent vos oreilles.

Au point C quelqu'un vous fait coucou. Le son arrive d'abord à votre oreille gauche, puis légèrement ensuite à l'oreille droite. Donc vous avez appris par réflexe que le son est sur votre gauche et vous tournez la tête.

La question que je me posais est : comment savons nous que le son est plutôt en bas, plutôt en haut, plutôt devant, plutôt derrière ?

Voici un exemple.

Mon dessin n'est pas parfait mais le point D est symétrique de C par la droite AB.

Si nos oreilles n'étaient que deux trous, le "hello" et le "coucou" se situeraient au même endroit. 


Ce qui est embêtant, parce que si au lieu d'un "coucou", c'est le rugissement d'un tigre dans la nuit, on ne saurait pas bien s'il faut courir en avant ou en arrière.

C'est cela qui me faisait poser la question "mais pourquoi bon sang n'avons nous pas une troisième oreille", voire une quatrième pour la localisation haut / bas.

Je n'ai pas trouvé de documentation sur le sujet, mais il me semble que la localisation spatiale se fait par l’asymétrie des oreilles.

Nous avons des pavillons qui amplifient les sons :


Si le son nous vient par devant, ou par le coté, même un peu en arrière, il ricoche sur la structure en spirale exponentielle de l'oreille et s'infiltre dans le tympan.

Si le son vient par derrière il est atténué car il doit traverser la paroi du pavillon pour pénétrer le tympan.

Ainsi, le "hello" de mon point D du schéma vient à la fois rapidement au point A mais beaucoup plus fort qu'au point B. En plus du décalage temporel, nous savons détecter la différence d'amplitude du son et donc savoir que le son nous vient de derrière.

Si nous avions des oreilles parfaitement rondes, comme des ours de dessin animé :


Il nous serait difficile de savoir si le son vient d'en bas ou d'en haut (dans le dessin si, mais sur notre tête à nous non). Tandis que notre structure en spirale applique une modulation d'intensité de la réverbération du son qui nous permet de savoir si le son est plutôt en bas ou en haut.

Donc les gens qui ont des oreilles rondes sont plus sensibles, par exemple, aux attaques de ninja venant du haut.

Je n'ai jamais entendu dans les écouteurs de lecteur de musique un effet stéréo qui applique des modalités d'intensité stéréo qui nous fasse croire que ce soit par dessus, en dessous ou derrière, cependant les applications devraient être intéressantes...je pense notamment aux jeux vidéo (et en plus aux jeux vidéo pour les aveugles. Saviez-vous qu'il existe un Quake uniquement sonore ?) 

A noter qu'en plus les sons sont également transmis par notre crâne. Les futures Google Glass utiliseront la conductibilité sonore des os du crane pour vous faire entendre ses sons.

Une remarque amusante sur l'évolution de notre organisme face aux sons.

Les oreilles ont au fil du temps pris la forme d'une spirale exponentielle :



La fonction exponentielle e^x et sa fonction inverse, ln(x) sont représentées ainsi :


Ce qui nous fait penser aux courbes des instruments de musique (cuivres) ou des extrémités des hauts parleurs, destinés à amplifier le son. 

Par ailleurs, le décibel avec lequel on identifie le son suit une loi logarithmique. (c'est pour cela que si vous avez 10 000 personnes qui hurlent dans un stade, leurs cris n'ont pas la puissance de 10 000 fois les cris d'une personne !)

Plus encore qu'avec l'oeil, le son est un sens qui pénètre dans notre intimité et nos moyens de l'apprécier sont le résultat de millions d'années d'évolution. C'est ainsi que beaucoup de personnes affirment que pour elles, l'ouie est un don bien plus précieux que la vue.

3 commentaires:

  1. En fait on sait déjà modéliser les capacités directionnelles de l'oreille pour de la reproduction hifi, on trouve pas mal d'infos à partir de là: http://en.wikipedia.org/wiki/HRTF

    "[HRTF] is a transfer function, describing how a sound from a specific point will arrive at the ear (generally at the outer end of the auditory canal). Some consumer home entertainment products designed to reproduce surround sound from stereo (two-speaker) headphones use HRTFs. "

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  2. Je crois que ceci devrait faire plaisir à tous ceux qui ont apprécié cet article.

    http://www.moillusions.com/wp-content/uploads/virtualhaircut.mp3

    Je me suis moi aussi souvent posé la question de la localisation du son au delà du gauche-droite.
    Merci Fibre Tigre, je peux mourir en paix désormais.

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  3. Si vous n'avez jamais testé l'écoute "holophonique", c'est une expérience à tenter d'urgence !

    Des extraits amusants avaient circulé (en anglais) sur une application de l'Iphone (3 si je ne m'abuse), notamment celui d'une séance chez un coiffeur savant, qui nous explique le principe scientifique à l'origine de ce phénomène tout en rafraichissant notre coupe.

    J'ai retrouvé ce dernier sur youtube, enjoy !
    http://www.youtube.com/watch?v=B0VKOg4EXDQ

    キス, Hazelnutcake

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Merci de lire mon blog