Thème 4 : Son et musique, porteurs d'information
BO (Bulletin Officiel = ce qu'il y a écrit dans le programme) : L’être humain perçoit le monde à l’aide de signaux dont certains sont de nature sonore. De l’Antiquité jusqu’à nos jours, il a combiné les sons de manière harmonieuse pour en faire un art, la musique, qui entretient des liens privilégiés avec les mathématiques. L’informatique permet aujourd’hui de numériser les sons et la musique.
Chapitre 4 : Entendre la musique
BO : L’air qui vibre n’est musique que parce que notre oreille l’entend et que notre cerveau la perçoit comme telle. Mais l’excès de sons, même s’il est musical, est une forme de perturbation de l’environnement.
Activité 1 : L’oreille, organe de l’audition
Entendre, c’est capter un son, c’est-à-dire capter la vibration de l’air, caractérisée par sa fréquence et son intensité, et transmettre ce signal au cerveau sous forme d’un message nerveux électrique.
➜ Comment l’oreille capte-t-elle les sons et les transmet-elle au cerveau ?
1) Doc. 1 et 2 Décrivez les différentes étapes du parcours du son, de son arrivée dans le pavillon de l’oreille jusqu’à sa conversion en message nerveux.
Le son est capté par le pavillon de l’oreille externe et fait vibrer la membrane du tympan. Cette vibration est transmise et amplifiée par 3 osselets jusqu’à la fenêtre ovale. Cette fenêtre va transmettre la vibration à la lymphe contenue dans la cochlée. La vibration de la lymphe se propagera plus ou moins selon sa fréquence et sera convertie en message nerveux.
2) Doc. 3 Relevez les niveaux sonores minimum et maximum perceptibles par l’oreille humaine pour un son de fréquence moyenne (1 000 Hz).
L’oreille humaine peut percevoir des sons entre 5 dB et 120 db environ pour une fréquence de 1000Hz.
3) Doc. 4 Précisez quelles sont les zones de la cochlée activées par un son de basse fréquence et par un son de haute fréquence.
Les sons de haute fréquence vont activer les cellules ciliées près de la fenêtre ovale, au début de la cochlée, tandis que les sons de basse fréquence vont activer les cellules situées à l’extrémité de la cochlée.
4) Doc. 5 et 6 Expliquez pourquoi la destruction des cellules ciliées peut être à l’origine de la surdité, en précisant pourquoi cette surdité est définitive.
La destruction des cellules ciliées empêche la conversion des vibrations issues du son en message nerveux, donc cette destruction peut entraîner une surdité. Les cellules ciliées ne se renouvellent pas, donc lorsqu’elles sont détruites, c’est de manière irréversible ; ainsi la surdité sera définitive le cas échéant.
5) Synthèse Montrez en quoi la structure de l’oreille permet de capter des sons d’intensités et de fréquences différentes.
La partie extérieure de l’oreille permet de capter les ondes sonores environnantes et l’oreille moyenne permet d'amplifier les vibrations lorsque le niveau sonore est très faible. Le fonctionnement de la cochlée permet de percevoir différentes fréquences, en fonction des zones de la cochlée activées.
Point sur le programme :
Connaissances : L’oreille externe canalise les sons du milieu extérieur vers le tympan. Cette membrane vibrante transmet ces vibrations jusqu’à l’oreille interne par l’intermédiaire de l’oreille moyenne.
L’être humain peut percevoir des sons de niveaux d’intensité approximativement compris entre 0 et 120 dB.
Les sons audibles par les humains ont des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz.
Dans l’oreille interne, des structures cellulaires (cils vibratiles) entrent en résonance avec les vibrations reçues et les traduisent en un message nerveux qui se dirige vers le cerveau.
Les cils vibratiles sont fragiles et facilement endommagés par des sons trop intenses. Les dégâts sont alors irréversibles et peuvent causer une surdité.
Savoir-faire :
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Relier l’organisation de l’oreille externe et de l’oreille moyenne à la réception et la transmission de la vibration sonore.
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Relier la structure des cellules ciliées à la perception du son et à la fragilité du système auditif.
Activité 2 = DM : Etude de la réponse d'une oreille lors d'un concert
Un grand nombre de personnes écoute de la musique tous les jours, mais dans certains cas, cette écoute peut présenter un risque.
➜ Dans quelles conditions écouter de la musique présente un danger pour l’audition ? Comment réduire les risques auditifs liés à l’écoute musicale ?
On étudie l’intensité sonore reçue par l’oreille humaine lors d’un concert en fonction de la distance d entre l’oreille et l’enceinte délivrant une puissance P= 5 W.
Document 1 : Cellules ciliaires de la cochlée avant (a , c) et après un traumatisme sonore (b, d)
Document 2 : Calcul de niveau sonore en décibel
Document 3 : Echelle de niveau sonore
Q1) Pour profiter d’un concert, David se place à un mètre de l’enceinte. Calculer le niveau sonore reçu par l’oreille de David. En déduire si on est au-dessus du seuil de douleur de l’oreille humaine.
Q2) Il se recule alors de deux mètres et met des bouchons d’oreille qui lui permettent de réduire le niveau d’intensité sonore de 25 dB. Calculer la nouvelle valeur de niveau sonore perçue par David.
Q3) À l’aide du document 1 et de vos connaissances, indiquer si, au cours du concert, David a risqué une perte d’audition, en argumentant la réponse.
Au début du concert, David a été exposé à un niveau sonore proche de seuil de traumatismes auditifs irréversibles. Lorsque le son atteint cette valeur, des cellules ciliaires de la cochlée sont irréversiblement endommagées. Ces cellules sont très fragiles et ne se renouvellent pas. Aussi David a risqué vraisemblablement une perte d’audition jusqu’au moment où il s’est reculé et qu’il a mis des bouchons d’oreille. Cette perte d’audition dépend également de la durée d’exposition, selon le temps qu’il lui a fallu pour reculer et mettre les bouchons d’oreilles, le risque n’est pas le même.
Point sur le programme :
Savoir-faire :
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Relier la structure des cellules ciliées à la perception du son et à la fragilité du système auditif.
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Relier l’intensité du son au risque encouru par l’oreille interne.
Activité 3 - La perception sonore
On capte les vibrations sonores avec l’oreille, mais l’analyse et l’interprétation des sons sont effectuées par le cerveau. On est ainsi capable de distinguer des paroles au sein d’un environnement sonore bruyant, ou encore de reconnaître une note de musique, ou une mélodie.
➜ Comment perçoit-on notre environnement sonore ?
Q1. Doc. 1 Déduisez du texte quels sont les organes défaillants pouvant être à l’origine d’une surdité.
Le texte montre que la surdité peut provenir d’un problème au niveau de l’oreille mais aussi au niveau du cerveau (AVC, trauma crânien).
Q2. Doc. 2 et 3 Localisez la zone du cerveau activée par l’audition.
La zone activée par l’écoute d’une syllabe ou d’une musique est située dans la partie supérieure du lobe temporal.
Q3. Doc. 4 Comparez les résultats des deux IRMf et proposez une hypothèse permettant d’expliquer la différence observée.
On constate l'activation d’une zone commune à l’écoute de musique avec ou sans paroles, mais aussi l’activation d’une deuxième zone chez l’individu qui écoute la musique avec les paroles. On peut penser que cette deuxième zone est activée par la présence de paroles, qu’elle est spécialisée dans l’écoute de paroles.
Q4. Doc. 5 Montrez l’effet de la pratique musicale régulière.
On constate une augmentation de 5 % et 2 % du volume de substance grise des deux zones du cortex liées à l’audition chez les musiciens amateurs et de 6 % et 4 % chez des musiciens professionnels, par rapport à des individus non musiciens. La pratique musicale régulière a donc augmenté le volume de substance grise des régions liées à l’audition. On parle de plasticité cérébrale.
Q5. Doc. 6 Précisez les deux facteurs permettant le développement de l’oreille absolue.
Le texte nous apprend que le développement de l'oreille musicale peut être lié à une expérience musicale précoce, donc un facteur lié au mode de vie, mais repose aussi sur des facteurs génétiques innés.
Q6. Synthèse Expliquez comment le cerveau perçoit l’environnement sonore, et en particulier la musique.
Le message nerveux issu des oreilles va activer des aires spécialisées dans l’audition situées dans le lobe temporal. Ces aires sont associées à d’autres aires comme celles liées à la reconnaissance de paroles. L’écoute de la musique va activer les aires auditives de manière spécifique, et l’écoute (ou la pratique) intensive de la musique va même parfois modifier l’organisation de ces aires (leur volume par exemple).
Point sur le programme :
Connaissances : Le message nerveux auditif est transmis à une aire spécifique du cortex cérébral située dans le lobe temporal : l’aire auditive primaire. Cette aire cérébrale, associée à d’autres aires spécialisées, va traiter l’information portée par le message nerveux et permettre ainsi l’interprétation de l’univers sonore sur laquelle est fondée la perception sonore : reconnaissance des voix, mélodie d’une musique, identification des bruits, etc
Savoir-faire :
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Interpréter des données d’imagerie cérébrale relatives au traitement de l’information sonore.
Schéma bilan : Des sons à la perception auditive
Schéma bilan : Musique et risques auditifs
