- - (1953) - - CAHIERS D'ACOUSTIQUE * N ~ 52

ESSAI D'EXPLICATION DE L'AUDITION S UPRALIMINAIRE

ET ANALYSE MATHI~MATIQUE **

p a r

le D r Jean-Lucien VECKMANS et Georges VAN W E Y E N B E R G H Ing6nieur U. I. L. V.

SO~r~A,R~. ~ L'auteur constate souvent une discordance entre les possibilitgs auditives rgeUes d u n suiet et l'aspect de sa courbe audiomgtrique. La cause de cette discordance dolt ~tre cherchge dans la complexltd du /onctionnement de l'oreiUe qul peut ~tre compar~e ~ u n rdcepteur it amortissement variable. De plus rexpSrience montre un accrols- sement de la sensation plus rapide que ne le prgvoit la loi de FECHr~ER. L'auteur indique le mdcanisme physlo- logique probable de ce pMnomdne auquel il donne le nora d'(( enacousie )) ; et il explique certains paradoxes apparents de l'audiomdtrie des seuils par des variantes pathologiques de l'enacousie : l'(( hyperacousie )) (qu'il identifie avec le pMnorn~ne de FowrEa) et l', apoacousie )), correspondant respectivement ~ des accroissements de la sensation plus rapide et moins rapide que l'aecroissement normal rdel.

Au cours de ces derni~res ann6es, t 'appari t iou et la diffusion de l 'audiom6trie des seuils fit naltre de grands espoirs, en offrant au clinicien la possi- bill,6 de mesurer avec pr6cision une courbe d 'audit ion. Mais on ne tarda pas h s 'apercevoir que cette courbe d 'audi t ion ne donnai t qu'un aspect de la fonction auditive, et que d 'autres facteurs encore devaient intervenir si l 'on voulai t t rouver un moyen d 'expr imer la valeur de la fonction.

I1 arrive par exemple que certains sujets entendent de pros, et non de loin, et que leur courbe audiom6trique n'accuse qu 'une faible perte ; et il arrive aussi que d 'autres qui se plaignent de ne pas entendre dans le brouhaha, entendent fort bien de pros, et pr6sentent une courbe audiom6trique h perte re la t ivement 61ev6e. Le premier r6flexe du m6decin devant ces cas est d 'a t t r ibuer la discor- dance entre l '6tat de la fonction et la courbe physique h u n ph6no,n~ne psychologique, volontaire ou inconscient, du malade. Mais ces malades sont sinc6res ; un examen a t tent i f prouve que la dis- cordance est r6elle, et que s'il y a discordance, c 'est parce qu 'en r6alit6 la courbe des seuils, ne tenant compte que de la fr6quence et de l 'intensit6, ne fair pas intervenir toutes les variables de la fonction audit ive.

Nous avons tendance h comparer nos organes des sens aux appareils construits par l 'homme : nous comparons volontiers l'oreille h u n microphone, qui suit fid~lement les variations de pression sonore et les re t ransmet , sans que sa caract6ristique varie. Et pr6cis6ment, c'est lh, semble-t-il, que se t rouve la discordance, car la caract6ristique de l'oreille varie avec l 'intensit6. I1 est facile de s'en rendre compte. Les accroissements de sensation obtenus en faisant varlet la puissance d 'un audiom~tre, ne sont pas les m~mes entre 0 et 10, ou I0 et 20 dB, qu 'entre 100 et 110 d B ; dans ce dernier cas, ils sont aussi bru taux que peu accentu6s dans Ies premiers. De mgme l 'aspect des courbes d'(( equi- loudness )) de FLETCHER pr6se,,te une anomalie qui t6moigne d~une modification de la caract6ristique :

la courbe des sculls est creus6e en son centre, comme si l 'amort issement 6tait faible, alors que la derni6re courbe, h forte intensit6, est presque une hori- zontale, comme si l 'amort issement 6tait grand. La pathologie nous montre, par le ph6nom6ne auquel FOWLEa a donn6 le nora de (c recru i tment )~, qu 'un accroissement de puissance sonore peut donner en certains cas, un accroissement de sensation plus grand et plus rapide que l 'accroissement normal. Et enfin un quatri6me fair at t i re notre a t ten t ion sur la possibilit6 d 'une modification de la caract6- ristique ; des recherches de l'6cole de Davis on, montr6 que dans une s6rie d'exp6riences, il fallait conclure que l'oreille est un r6cepteur for tement amorti , et que dans l 'autre, il fallait admet t re qu'elle est un r6cepteur faiblement amorti . Nous pensons qu 'en r6alit6, l'oreille est un r6cepteur ~ amor- tissement variable.

Car il existe en clinique une technique d 'examen qui permet de met , re sous forme num6rique les impressions que nous venons de passer en revue : cette technique est la recherche du minimunl perceptible de variat ion d'intensit6. Elle consiste

faire entendre successivement deux intensit6s voisines et de m6me fr6quence, la variat ion d ' inten- sit6 se produisant ins tantan6ment deux fois, ou trois fois, par seconde.

On mesure l '6cart perceptible entre un maxin ,um fixe et un minimum variable. L '6preuve se fait en donnant au (c maximum )~ des valeurs de 10, 20, 30, 40 . . . dB au-dessus du scull, normal ou pathologique. La technique est issue de recherches pures faites par RIEZ en t928. Elle a 6t6 appliqu6e h la clinique par LiiSCFIER et ZWISLOSKI en 1948 parce qu'elle permet de rnesurer le recrui tment monaural sans qu'il soit n6cessaire de se r6f6rer "~ l 'autre oreille suppos6e normale. Le minimum de diff6rence perceptible, que l 'on nomme le scull diff6rentiel, va, h l '6tat normal, en d iminuant lorsque l ' intensit6 augmente. Dans les cas off le recrui tment de FOWLER est pr6sent, le scull diff6- rentiel apparal t encore plus peti t que dans le cas

* S6rie d'expos6s relatifs aux travaux du GROUPE- MIENT D E S ACOUF, TICIENS DE LANGUE FRAN~AtSE (G. A. L. r.).

** Cet expos6 a fait l'objet d'une conf6rence organis6o le 23 octobrc 1952 sous les auspices du C. A. L. F.

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2 / ~ J . -L . VECKMA.NB ET

normal. Si h ] ' t t a t normal, il est de 1,8 dB environ �9 ~ 20 dB, et de i ,0 dB h 40 dB, il peut tomber, '~ l '6tat pathologique, "~ 1,0"dB h 20 et ~ 0,5 dB h 40 dB. Et ceci s 'accompagne d 'une hypersensibilit6 incontestable ~ ces fr6quences.

Le probl~me soulev6 par cette d6croissance anor- male du seuil diff6rentiel lorsque l 'intensit6 cro~t, et celui soulev6 par la diminution du seuil diff6- rentiel vis-h-vis des valeurs normales, dans certains cas pathologiques, sont extrgmement ardus, car ils s ' intriquent dans d'autres probl~mes tout aussi ardus. Pour les situer, nous nous efforcerons d 'analyser les ph6nom~nes en pr6sence et de les s6parer.

La loi de F~.cnr~.R 6tablit que la sensation crolt comme le logarithme du stimulus, ce qui a donn6 lieu h l 'utilisation du d6cibel. Selon cette loi, si !a puissance sonore est d6cupl6e, centupl6e, la sen- sation est doubl6e ou tripl6e, elle est de 2 ou 3 bels, ou, ce qui revient au m~me, de 20 ou 30 dB. Mais la d6croissance du seuil diff6rentiel, li6e h la variation d'accroissement de sensation, nous montre que la stimulation se fair en r6alit6 par d6rogation

ta loi de FECIINER. Si l 'accroissement de sensation se faisait conform6ment '~ cette loi, et conform6ment h l'accroissement pour la [rgquence :t 000 dans les courbes d'equiloudeness de FL~TCrIEn, il ne pourrait y avoir aucune diff6rence entre l 'accroissement de z6ro h i 0 dB, et l 'accroissement de 100 "~ i t 0 dB. II n 'y aurait non plus aucune raison d'avoir un scull diff6rentiel petit '~ grande intensit6, et grand

faible intensit6. It faudrait done expliquer d 'abord que la sensation crolt approximativement comme le logarithme du stimulus, et ensuite qu'elle s'6caru; de eette loi, et, quc, palhologiquement enfin, elle s'6carte encore plus de cetle loi. I1 est actuellement ('onnu quc les fibres qui t ransmet tent aux centres nerveux les impulsions revues dans la cochl6e n 'ont pas routes le m6me scull. Elles se met tent un peu h la lois en service en commenqant par celles qui sont les plus sensibles. D'ailleurs, le contact entre tectoria et cellules cili6es devient de plus en plus 6tendu au fur et h mesure clue l'intensit6 augmente, d'abord, dans le sens radiaire, puis dans le sens axial. Ceci pourrait dans une certaine mesure nous expliquer la loi de FECHNER, mais ne peut en aucune mani~re nous expliquer que le minimum critique, le seuil diff6rentiel, salt de i dB "~ 40 dB, de plus de 2 dB h t0 dB, et ne soit que d 'un demi-d6cibel h 80 dB. Comment expliquer que la sensibilit6 de l'oreille salt plus fine h forte intensit6 et qu'en m~me temps les accroissements soient plus grands en sensation ?

Une exp6rience de LiiSCHER e t Z W I S L O S K Y , publi6e en 1947, met en lumi~re que l'oreille dolt faire un certain effort pour assurer la r6cepti0n d 'une inten- sit~ donn6e, et qu'elle n:est pas, comme un micro- phone, apte h transmettre d 'une fa~on pratiquement instantan6e rou te intensit6 qu'elle re~oit : si l 'on fair entendre pendant 400 millisecondes un son intense et si on le fair suivre d 'un son faible d 'une

G. VAN W E Y E N B E R G H [ANNALE$ DES T]~L~COMMUNIC&TIONS

dur6e de 20 millisecondes, on constate que ce son faible n'est pas perr h son seuil normal : ce seuil est relev6, et d ' au tan t plus relev6 que le son d 'une dur6e de 400 millisec9ndes est plus intense. Tout se passe comme s'il y avait une certaine inertie, comme si t'oreille adapt6e au son intense revenait h l'6coute du son faible, mais 6tait surprise en cours d'adap- tat ion par l'arriv6e inopin6e du son faible. C'est d'ailleurs ce ph6nom~ne qui permet de mesurer ta variation du seuil diff6rentiel : l'oreille ada~t6e un niveau 40 est diff6rente de l'oreille adapt6e h 20 ou de l'oreille adapt6e h 60 : on mesure avant que l 'adaptat ion n 'ai t eu le temps de changer. Et l 'on constate que des variations de plus en plus minimes sont per~ues ~ mesure que l 'intensit6 croit, ce qui implique que des accroissements de puissance 6gaux sont per~us eomme 6tant des accroissements de plus en plus grands. Ceci constitue la d6rogation �9 ~ la loi de FECnNEa que nous signalions h l ' instant.

I1 semble physiquement possible qu'une va r i a t ion de friction, accompagn6e d 'une variation de rigidit6., puisse rendre compte du ph6nom~ne. Un accrois- sement de friction peut, s ' i l s 'accompagne d 'un aecroissement de rigidit6 pour les fr6quences sup6rieures '~ la r6sonance, .entralner un accrois- sement du facteur de puissance, et pour la puissance de sortie une perte moindre que pour la puissance d'entr6e. Tout se passerait d6s lors comme si le freinage normal 6tait de plus en plus d6pass6, ce qui donnerait des accroissements de plus en plus grands. II nous faut voir si ce que nous sarans du fonctionnement des diverses parties de l'oreitle pcut concorder avec cette hypoth~se.

On sait qu c la caisse du t y mp a n n'est autre qu 'un /ransformateur m6caniquc r6alisant l 'a justement des imp6dances de Fair du conduit auditif ct ties liquides' cochl6aires. On a pu d6montrer que les 99,9 ~ (30 dB) perdus par le passage de l'air h l 'eau 6talent quasi int6gralement restitu6s par la caisse du tympan. Le muscle du marteau peut enfoncer l'6trier dans la fengtre ovale ; le muscle de l~6trier Fen retire. Leurs actions peuvent en sc cornbinant modifier le facteur rigidit6. Mais leurs actions peuvent 6galement s'exercer sur les liquides de la cochl6e, soit directement, salt en d6clenchant par lh un r6flexe d 'adapta t ion (lorsque l'6trier comprime ou d6comprime la colonne liquide). Et, dans la cochl6e elle-m~me, des variations de frot tement et de rigidit6 peuvent sans aucun doute se produire dans la tectoria, darts la strie vasculaire, peut-6tre mgme au niveau des cellules cili6es. KoBsxK consid~re que la tectoria est susceptible par ce rn6canisme de r6pl6tion variable d'agir sur l 'audition, ,( comme le cristallin agit sur la vision )). La pathologie nous enseigne d'ailleurs que dans certaines affections (telles qu 'une des modalit6s de la maladie de M~NI~RE), il y a une hyperpression avec 6crasement de la tectoria et distension du canal cochl6aire, dont ]es parois bombent vers les rampes p6rilymphatiques. En ces cas, la rigidit6 est probablement augment6e, la viscosit6 des

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t. 8, n o 4, 1953]

liquides est accrue, et il y a du recruitement de FOW- LER, comme il y a des seuils diff6rentiels plus petits.

Cependant entre ces m6canismes de la caisse du tympan et de la cochl6e, et lcs fibres nerveuses, il reste encore un facteur possible d 'adaptat ion, qui est la variation chimique au sein de la ce]hde cili6e. Ici aussi, certaines alt6rations pcuvcut se produirc qui modifient la stimulation des fibres.

II semble done que la d6rogation h la loi de FECaN~R, que met en 6vidence la variation normale du seuil diff6rentiel, puisse trouver sa raison d'etre dans route une s6rie de dispositifs d 'amortissement, qui freinent progressivement la s t imula t ion: la caisse du t ympan avec ses muscles, la cochl6e avec sa tectoria "h volume variable et ses liquides h pression et h viscosit6 variables, la cellule cili6e avec sa composition chimique, sont tons des dispo- sitifs r6gulateurs qui se commandent Fun l 'autre, mais confbrent h l'ensemble du syst~me une extra- ordinaire complexit6.

De cette ,complexit6 6mergent pour le moment deux notions qui paraissent claires : l 'une est la notion de seuil, qui pent, en fonction de la fr6quence et de l'intensit6, s'exprimer par une c0urbe ; l 'autre es~ la notion de l'accroissement de la sensation. I1 semble que la grandeur du seuil diff6rentiel h u n niveau donn6 soit en relation avec l'accroissement de sensation h ce niveau, et que ceci permette de savoir si l 'aeeommodation auditive "~ tin niveau queleonque se fait normalement ou non.

Nous avons dit qu'il y avait correspondanee entre la diminution anormale du seuil diff6rentiel et le reeruitement de FowLEn avee hypersensibilit6 audi- tive, h partir du seuil pathologique. Si ce ph6nom6ne eoneorde avee un aeeroissement de pression, avec un aeeroissement de rigidit6, le eontraire doit se reneontrer. Et nous avons reehereh6 ee ph6nom~ne, sans tarder d'ailleurs h le d6eouvrir. C'est un sympt6me eourant des surdit6s. I1 est typique ehez les sujets dont nous parlions en commenqant, qui sont sourds h distance, en d6pit d 'une courbe audiom6trique relativement bonne. Chez eux la sensation n'augmente pas aussi rapidement qu'd l'dtat normal, les fortes intensit6s ne les ggnent pas, et l 'appareil de prothbse qu'on leur essaie dolt 6tre puissant. Nous avions commenc6 par appeler ce signe, le recruitment n6gatif. Mais h la r6flexion, il nous parait qu'il vaudrait mieux recourir '~ une autre terminologie. Car, en fait, nous nous trouvons dans les trois cas : cas normal d 'un accroissement de la sensation par d6rogation h la loi de FECnNEa, cas d 'un accroissement plus grand et plus rapide que l'accroissement normal, et cas d 'un accrois- sement plus faible et plus lent que l 'accroissement normal, devant un ph6noinbne unique dont seul le degr6 varie : il n 'y a done pas de variation dans la nature du ph6nom6ne, mais bien une variation de degr6. Dbs lots, pourquof ne pas parler, pour l '6tat normal, d'~nacousie (de cu et ~xour ; pour le ph6nom~ne de FOWLER, d'hyperacousie; et enfin pour le recruitment n6gatif, d'apoacousie ? (Nous

ESSAI D~EXPLICATiON DE L~AUDITION SUPRALIMINAIRE 3/4

pensons que le terme d'hypoacousie, qui paral t impliquer un rel~vement du seuil pourrait prgter h confusion.)

Ainsi, l 'hyperacousie et l 'apoacousie repr6sentent- clles silnplement la variation pathologique du ph6nom6ne normal, l'6nacousie. Et ceci nous permet de comprendre certains paradoxes de l 'audiom6trie des sculls. Comment un sujet "~ forte perte auditive ponrrait-il avoir de pr6s une audition quasi normale si cc n'est par hyperacousie ? Transportez-le en milieu bruyant : ici les accroissements de sensation deviennent trop grands, les m6canismes de freinage sont d6bord6s, et le langage parl6 devient inintel- ligible, et d ' au tan t plus inintelligible que l 'hyper- acousie est elle-m~me variable avec la fr6quence. II est doric vain de s 'appuyer sur la courbe des seuils pour pr6dire ce que sera l 'utilisation par l'oreille des sons amplifi6s. Comment d 'autre part un sujet pourrait-il, alors que sa perte auditive est faible, avoir une mauvaise audition h distance, si ce n'est par apoacousie ? Lorsque l ' intensit6 de la voix baisse avec l'61oignement de l ' interlocuteur, la sensation d6erolt plus r i te que normalement, et devient pour lui inutilisable.

Si la notion d'6nacousie nous donne une rue sur la fonction auditive au delh du seuil, et nous fair comprendre que la courbe des seuils n'est qu 'un aspect, int6ressant certes, mais partiel de la fonction auditive, elle nous donne aussi une lemon : car elle n'est elle-mgme qu'un aspect partiet de la fonction auditive. Et l 'immense complexit6 des facteurs variables que nous avons 6voqu6e dans ces lignes, fait pr6voir que peu h pen, d 'autres aspects partiels pourront ~tre progressivement d6gag6s. Un jour viendra sans doute, off nous saurons exactement ce que vent dire entendre, et ce que veut dire 6couter. Mais n0us ne sommes qu'h l 'aube de ce jouL

APPENDICE MATH~.MATIQUE

Le premier phbnom~ne 5 expliquer dans l'esti- marion du rapport entre la stimulation de l'oreille et la perception est la loi de WV.BER-FEcI,-~ER qui s'applique de fa~on approximative mais s'6carlc beaucoup d'une ]oi de proportionnalit6 (fig. :1).

0

. i ~ . ,

t~

5 / / "

0 | ,

o x 5 xo x5 2o P ~ s s a n c e s o n o c e

F i c . 1. - - Diff6rence en t r e une p e r c e p t i o n p r o p o r t i o n n e l l e h la p u i s s a n c e et une pe rcep t ion s u i v a n t la loi de ~,Yeber- F e e h n e r .

- - J25

4]4

Les valeurs r6elles de l ' incr6ment minimum qui, d'apr6s cette loi, seraient ind6pendantes de la puissance et 6gales h I dB, s'61oignent assez sensi- blement de cette valeur (fig. 2).

aa

N

2.

\ I I

I I

\

Y e b e r

o 1o 4& 5b' 6b vo dl/

a ~ - d e s s u s ~I~ s e u i l FiG. 2 . - Incr6ment minimum r6el eompar6 '~ la loi de

Weber-Fechner.

3.-L. VECKMANS ET G, VAN ~WEYENBERGH [ANNALES DES TI~L~COMMUbllCATIONS

La sommation ou l ' int6gration de cette quantit6, du seuil h une valeur quelconque, pourrait se

7 o. / / ~ 5o.

/ / / : / /

/__.~'-', , I . , , , , ,

0 '70 d'B =

a ~ - d i s $ t ~ ,'ltt seli l Fro. 4. - - Sommation des nombres d'incr4ments minima.

Par tant de la courbe d' incr6ment minimum, nous pouvons tracer la courbe inverse de l 'incr6ment

exprime combien de gradins de minimum qui

Q _ - L I

0,8- y Yebef 0,6 .

0,4. O, 2. ,Is

0 4 7o dB

au-c~ess~s du s e u i | FIG. 3. - - Nombre d'incr6ments minima par d6cibel (la

graduation de l'abseisse porte :dB au-dessus du seuil).

perception existent par d~ (fig. 3). Cette courbe se rapproche d'une droite dont l '6quation serait

Q = 0,2 + 0,02 D.

traduire par le graphique de la figure 4 dont l'ex- pression correspondrait h

/ ~ N = (0,2 + 0,02 D) dD. = 0,01 D ~ + 0)2 D.

et donnerait une expression subjective de la per- ception si l'oreille se comportait de la ingme fagon, que la st imulation soit constante ou var iab le .

Cela ne semble pas gtre le cas : en effet, supposons qu'h un niveau de puissance de 40 dB l'oreille ait besoin d 'un incr6ment de I dB pour pereevoir la variation de puissance, t an t en r6gime constant qu'en r6gime variable. Il nous serait loisible d 'augmenter la puissance lentement h 40,9 dB sans produire de variation de perception, mais une nouvelle augmentat ion lente de 40,9 ~ 41 devrait produire brusquement la variation de perception. Or cela ne se produit pas.

L 'adapta t ion de l'oreille intervient certainement avec son inertie propre et il paralt mgme possible que l'intensit6 de perception puisse ~tre li6e au m6canisme d 'adapta t ion plut6t qu 'au m6canisme de localisation.

M a n u s c r i t re fu le 2 d6cembre 1952.

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