Décibel et fréquence : comprendre l'intensité et la hauteur d'un son, simplement

« Baisse un peu », « ce son est trop aigu » : dans la vie courante, on mélange volontiers le volume et la hauteur d'un son. Pour l'acousticien comme pour le médecin, ce sont pourtant deux grandeurs bien distinctes, qui se mesurent avec deux unités différentes : le décibel et le hertz. Les comprendre aide à lire les explications sur l'audition sans se perdre dans le vocabulaire.

Intensité et hauteur : deux choses différentes

Un son est une vibration de l'air, une suite de petites compressions et dilatations qui se propagent jusqu'à l'oreille. Cette vibration peut varier de deux façons qui ne dépendent pas l'une de l'autre.

D'une part, son ampleur : plus les variations de pression sont grandes, plus le son est intense. C'est ce que mesure le décibel, noté dB. D'autre part, sa rapidité : le nombre de vibrations par seconde, appelé fréquence et mesuré en hertz, noté Hz. Une vibration lente donne un son grave, comme une contrebasse ou un tonnerre lointain ; une vibration rapide donne un son aigu, comme un sifflet ou le chant d'un oiseau.

Un même son peut donc être grave et fort, grave et faible, aigu et fort, ou aigu et faible. Tourner le bouton du volume change l'intensité, pas la hauteur de la note.

Pourquoi l'échelle des décibels trompe l'intuition

L'oreille humaine perçoit une gamme d'intensités immense, du souffle le plus léger jusqu'au vacarme d'un moteur tout proche. Pour représenter un tel écart avec des nombres maniables, on utilise une échelle logarithmique : au lieu d'additionner, chaque palier correspond à une multiplication de l'énergie sonore.

Conséquence : les chiffres en décibels n'évoluent pas comme on l'imagine. Quelques décibels de plus peuvent représenter une énergie beaucoup plus importante, alors que l'impression de volume, elle, augmente plus lentement. C'est l'une des raisons pour lesquelles on sous-estime facilement un son fort : un bruit qui ne semble « qu'un peu plus fort » peut en réalité solliciter bien davantage l'oreille interne. Pour le bruit, l'intensité n'est d'ailleurs pas le seul paramètre : la durée d'exposition compte aussi.

Graves et aigus : la fréquence et l'oreille

L'oreille humaine ne capte qu'une partie des fréquences qui existent. En dessous de cette plage se trouvent les infrasons, au-dessus les ultrasons, que certains animaux perçoivent mais pas nous. À l'intérieur de la plage audible, l'oreille n'est pas sensible de la même façon partout : à intensité égale, certains sons médiums et aigus paraissent plus forts que des sons très graves.

Cette répartition se retrouve dans l'anatomie. Dans la cochlée, chaque fréquence fait vibrer une zone précise : les aigus près de l'entrée, les graves vers le sommet de la spirale. Avec l'âge, la plage perçue a tendance à se réduire d'abord du côté des aigus.

Voyelles et consonnes : la voix sur toute l'échelle

La voix humaine n'est pas un son unique, mais un mélange de fréquences qui change à chaque syllabe. Les voyelles, comme « a » ou « o », portent beaucoup d'énergie, plutôt dans les graves et les médiums : ce sont elles qui donnent l'impression de volume. Les consonnes comme « s », « f », « ch » ou « t » sont plus faibles et plus aiguës, mais ce sont souvent elles qui permettent de distinguer « sou » de « fou » ou de « chou ».

C'est pourquoi une personne dont l'audition des aigus a baissé peut avoir l'impression que l'on parle sans parvenir à saisir les mots : les voyelles arrivent, une partie des consonnes se perd. Parler plus fort renforce surtout les voyelles et ne règle pas toujours la difficulté, comme l'explique l'article consacré aux sons qui semblent trop forts.

À retenir

• Le décibel mesure l'intensité d'un son ; le hertz mesure sa fréquence, c'est-à-dire sa hauteur.
• L'échelle des décibels est logarithmique : une petite hausse chiffrée peut cacher une forte hausse d'énergie.
• L'oreille n'a pas la même sensibilité selon les fréquences.
• Dans la parole, les voyelles portent le volume, tandis que les consonnes aiguës portent une grande part de la compréhension.