Fréquences et Décibels

Les sons que nous entendons sont le résultat de la vibration mécanique de l’air qui nous entoure. Cette vibration se propage dans l’air sous la forme d’ondes longitudinales. Les êtres humains, comme de nombreux animaux, ressentent cette vibration par le biais du sens de l’ouïe, qui est situé dans l’oreille.
L’acoustique est la science qui étudie les sons, et les deux principaux paramètres utilisés pour les décrire sont les fréquences et les décibels.

Hauteur du son : la fréquence.

Prenons le cas d’un son “pur” ou simple, c’est-à-dire constitué d’une seule fréquence.
La représentation graphique de l’onde sonore montre une sinusoïde qui évolue avec le temps de part et d’autre de la ligne d’intensité 0.
Le temps écoulé entre le début et la fin d’un cycle est appelé période.
La fréquence est définie comme le nombre de périodes par seconde, exprimé en Hertz (Hz). Ainsi, par exemple, 100 cycles par seconde = 100 Hz.
Le point le plus haut de la courbe donne l’intensité maximale, dans ce cas le volume du son exprimé en décibels (dB).
Les sons que nous entendons au quotidien sont complexes car ils sont constitués de la somme de nombreuses fréquences, chacune d’entre elles ayant sa propre intensité.
Il est possible de décomposer un son complexe en l’ensemble des fréquences simples qui le composent par un procédé mathématique appelé transformée de Fourier.

Classification des fréquences :

En fonction de leur fréquence, les sons sont classés en plusieurs catégories :
En dessous de 120 Hz : basse fréquence.
De 120 à 4000 Hz : moyenne fréquence.
De 4000 à 25000 Hz : aigus
Au-dessus de 25000 Hz : ultrasons.

Qu’en est-il de l’oreille humaine ?

Si l’oreille humaine est en théorie censée percevoir des fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz, en réalité l’expérience montre qu’il existe de grandes différences entre les individus.
Lorsque l’âge augmente, la perception des fréquences aiguës diminue, on parle de vieillissement de l’oreille.
Mais même pour une oreille jeune, la fréquence maximale audible est variable, entre 8 000 et plus de 20 000 Hz.
La normalisation des appareils de haute fidélité a choisi de se limiter à une bande passante standard de 20 à 20 000 Hz.
Certains animaux ont des capacités auditives bien supérieures à celles des humains. Les chiens, par exemple, perçoivent les ultrasons jusqu’à environ 45 000 Hz.

Pour en savoir plus sur l’oreille humaine, cliquez ici.

Notes de musique, octave et demi-tons

Prenons l’exemple de la note A4, qui correspond à une fréquence de 440 Hz.
L’échelle musicale a défini une relation mathématique entre les fréquences. Ainsi, le La3 correspond à 220 Hz (440/ 2) et le La5 correspond à 880 Hz (440 * 2). Cette différence entre deux notes La consécutives est appelée une octave.
Une octave est divisée en 12 demi-tons, qui correspondent aux touches blanches et noires du piano.

Fréquence fondamentale et harmonique.

Prenons une note unique jouée sur le clavier d’un piano.
Choisissons la touche A4 qui correspond à une fréquence de 440 Hz. Cette fréquence est appelée la fondamentale de la note.
Une note jouée sur un instrument, comme ici le A4, est complexe et composée de nombreuses fréquences qui se combinent pour donner le son que nous entendons.
Les multiples entiers de la fondamentale sont appelés harmoniques. Dans notre exemple, 880 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz sont des harmoniques de la note A4.
C’est la somme de la fondamentale et des fréquences harmoniques ajoutées qui produit le son caractéristique du piano appelé son timbre.
Chaque instrument a son propre timbre.

Volume sonore: le Decibel

Le décibel (dB) est l’unité utilisée pour mesurer le volume d’un son, qui correspond à l’amplitude de notre onde pure vue ci-dessus.
Adoptée dans les années 1920 aux États-Unis, cette unité doit son nom aux Laboratoires Bell et à leur fondateur.
L’échelle est logarithmique, ce qui signifie concrètement que lorsque la puissance sonore est multipliée par 2, le niveau augmente de 3 dB.
Lorsque la puissance sonore est multipliée par 10, le niveau augmente de 10 dB.
Par exemple, un son mesuré à 43 dB sera perçu comme deux fois plus fort que le même son mesuré à 40 dB.
Autre exemple : deux bruits distincts additionnés, d’un volume de 50 dB chacun, donneront ensemble 53 dB et non 100.

Le dB est obtenu par un calcul mathématique relativement complexe, et est également disponible en plusieurs versions :
– Le dB est un niveau sonore “théorique” qui n’a de sens qu’à une fréquence donnée.
– Le dBA est pondéré pour tenir compte des particularités de l’oreille humaine. En effet, l’oreille humaine est plus sensible aux hautes fréquences qu’aux basses fréquences. Le dB(A) représente mieux le niveau sonore global réellement perçu par l’oreille.
– Le dB FS (Full Scale) est utilisé en audio numérique. Pour simplifier les choses, il existe en deux versions.
– Le dB HL (Hearing Level) est spécialement adapté à la définition des courbes d’audiogrammes standards.
– Il existe encore d’autres variantes, qui sont utilisées en fonction des domaines d’application.

Audiométrie et test audiométrique.

L’audiométrie est une branche qui appartient au domaine de l’audiologie. Cette science regroupe l’ensemble des méthodes, techniques et moyens nécessaires pour mesurer l’état fonctionnel des voies de l’audition.
Pour déterminer les limites de la perception auditive, il faut effectuer un test audiométrique. Ce test détermine quelles fréquences (en herz) nous entendons et en dessous de quelle intensité (en dB) nous ne les percevons plus.
Il permet donc de quantifier la perte auditive.

Pour réaliser le test, on utilise un audiomètre qui génère des fréquences à différentes intensités. Pour une fréquence donnée, l’opérateur diminue progressivement l’intensité jusqu’à ce que vous n’entendiez plus rien. Cela détermine votre seuil d’audition pour cette fréquence, qui sera représenté par un point sur l’audiogramme.
Le résultat obtenu pour toutes les fréquences testées est la courbe audiométrique ou audiogramme.
L’audiogramme est donc une représentation graphique de votre capacité auditive.
Le test est effectué séparément pour chaque oreille
Le test audiométrique néglige les extrémités de la bande de fréquences, se limitant à tester la bande comprise entre 125 et 8000 Hz.

Les différents niveaux de perte auditive.

– Perte auditive légère – perte de 20 à 40 dB :
incapacité à entendre les sons faibles, difficulté à comprendre dans les environnements bruyants.
– Perte auditive moyenne – 40 à 70 dB :
incapacité à entendre les sons faibles et modérément forts, grande difficulté à comprendre la parole, surtout dans les environnements bruyants.
– Perte auditive sévère – 70-90 dB :
Nécessité d’une aide auditive, même si certains sons forts restent audibles.
– Perte auditive profonde – 90 dB ou plus.