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Perception de la hauteur approche
psychoacoustique
Nicolas Grimault UMR CNRS 5020
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Perception de la hauteur
Définition 1-La hauteur correspond à la
sensation qui va du grave à laigu. 2-La hauteur
c'est ce qui permet de jouer une mélodie musicale.
Attention avec ces définitions, le terme hauteur
désigne plusieurs choses. -la hauteur tonale -la
hauteur spectrale -la hauteur virtuelle ou
fondamentale
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La hauteur tonale
Sons purs Cest la hauteur évoquée par un son
pur. Elle correspond à la fréquence de ce son.
Intensité
Fréquence (Hz)
Hauteur tonale
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La hauteur spectrale
Sons complexes ou bruit Cest le centre de
gravité spectral.
Hauteur spectrale
Intensité
Fréquence (Hz)
Même hauteur spectrale Hauteur spectrale
différente
Exemple le bouton grave/aigu dune chaîne hi-fi
modifie la hauteur spectrale.
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La hauteur virtuelle ou fondamentale
Correspond à la fréquence fondamentale (F0) dun
son complexe harmonique.
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Elle est virtuelle
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NB En grande majorité, les sons de
lenvironnement proviennent de la vibration dune
structure et ont des propriétés
harmoniques. ILS PROCURENT UNE SENSATION DE
HAUTEUR VIRTUELLE Exemples -Les instruments de
musique (vibration dune corde, une
membrane...) -La voix (vibration des cordes
vocales) hauteur de la voix, fondamental laryngé.
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Démonstration conflit entre hauteur virtuelle et
hauteur spectrale Jean-Claude Risset
Escaliers d'Escher
Sons de Shepard
Version discrète
Version continue
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Mécanismes dencodage de la hauteur
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Bases physiologiques de la hauteur tonale
La cochlée
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Bases physiologiques de la hauteur tonale
La tonotopie cochléaire
Apex Basses fréquences
Membrane basilaire
Enveloppe de la vibration de la membrane basilaire
Nerf auditif
Base Hautes fréquences
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Dolmazon, 1978
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Il y a 30000 fibres afférentes spécialisées en
fréquence. Cette tonotopie cochléaire est
conservée tout au long des voies auditives
centrales.
(Mühlnickel et al, 1998)
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Le codage temporel (phase locking)
Signal Réponse dun neurone Réponse dun
groupe de neurones Somme Réponse dun groupe
de neurones
1000 Hz
4000-5000 Hz
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Bases physiologiques de la hauteur tonale
Conclusions
On dit souvent que le codage de la fréquence des
sons purs est spectro-temporel (tonotopie et
phase locking) en dessous de 4000-5000 Hz et
uniquement tonotopique au dessus de 4000 Hz.
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.
1-Les modèles non  généralisables 
Certains modèles du codage de la hauteur par le
système auditif supposent que les harmoniques
soient isolés par le système auditif
(perceptibles séparément) ou au contraire non
isolés (inséparables). On sait que ces deux cas
de figure peuvent se présenter.
Ces modèles sont donc pertinents pour certains
signaux acoustiques et non pertinents pour
dautres.
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.
A- Si les harmoniques sont isolés (i.e. séparés).

• Goldstein (1973) modèle mathématique.

Minimisation d'une variable mathématique après
estimation de la fréquence des composantes avec
une précision gaussienne.
???????
????????
????????
... ??


F1
F2
F3
F4
k.F0
(k1).F0
(k2).F0 .....
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.

• Terhardt (1972) modèle plus "cognitif".

Chaque composante évoque un ensemble de hauteurs
(faculté acquise). La hauteur est la F0 partagée
par toutes.
F1
F2
F3
F4
f011 f012 f013 . . .
f021 f022 f023 . . .
f031 f032 f033 . . .
f041 f042 f043 . . .
F0
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.
B- Si les harmoniques ne sont pas isolés.

• La fréquence de l'enveloppe correspond à la F0
  (Schouten, 1940).

t
6000 Hz
t
500 Hz
Temps
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.
2-Les modèles  généralisables 
Il existe cependant des modèles du codage de la
hauteur par le système auditif qui fonctionnent
dans tous les cas (harmoniques isolé ou non).
Ces modèles sont donc pertinents quelque soit le
signal acoustique présenté.
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• Les modèles autocorrélatifs (eg. Meddis Hewitt,
  1991).

Filtrage cochléaire
Traitement des harmoniques résolus
Traitement des harmoniques non-résolus
Autocorrélogramme
Autocorrélogramme
1 pic en 1/F mais aussi en 1/F0
1 pic en 1/F0
100 Hz
200 Hz
300 Hz
Somme
Autocorrélogramme résumé (SACF) MAXIMUM EN 1/F0
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Exemple Meddis O'Mard, 1997.
SINE
LOW 125-625 Hz
Harmoniques résolues
HIGH 3900-5400 Hz
Harmoniques non résolues
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Mécanismes dencodage de la hauteur virtuelle.
Conclusions
Les mécanismes utilisés par le système auditifs
pour la perception de la hauteur virtuelle ne
sont pas encore déterminés avec précision même si
des candidats sont pressentis.
Des travaux récents (e.g. Grimault et al, 2002,
2003) laissent supposer que plusieurs mécanismes
pourraient coexister suivant que les harmoniques
sont ou ne sont pas individuellement perceptibles
par le système auditif. Il a en effet été montré
quil était possible d'entraîner spécifiquement
le système auditif à percevoir la hauteur évoquée
par des sons complexes dont les harmoniques sont
isolés ou au contraire non isolés.
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Nicolas.grimault_at_olfac.univ-lyon1.fr
UMR CNRS 5020, Neurosciences Systèmes
Sensoriels Université Claude Bernard Lyon 1 50
Avenue Tony Garnier 69366 LYON cedex
07 FRANCE Tel [phone] Fax 33
(0) 4 37 28 76 01 Web http//olfac.univ-lyon1.
fr/unite/equipe-02/equipe-2-f.html