Les stimuli visuels et auditifs se présentent tous deux sous forme d'ondes. Bien que les deux stimuli soient très différents en termes de composition, les formes d'ondes partagent des caractéristiques similaires qui sont particulièrement importantes pour nos perceptions visuelles et auditives.

Dans cette section, nous décrivons les propriétés physiques des ondes ainsi que les expériences perceptuelles qui leur sont associées.

Amplitude et longueur d'onde

Deux caractéristiques physiques d'une onde sont l'amplitude et la longueur d'onde. L'amplitude d'une vague est la hauteur d'une vague telle que mesurée du point le plus haut de la vague (pic ou crête) au point le plus bas de la vague (creux). La longueur d'onde est la longueur d'une onde d'un pic à l'autre.

L'amplitude ou la hauteur d'une vague est mesurée du pic au creux. La longueur d'onde est mesurée de crête à crête.

La longueur d'onde est directement liée à la fréquence d'une forme d'onde donnée. La fréquence fait référence au nombre d'ondes qui passent à un point donné dans une période de temps donnée et est souvent exprimée en termes de hertz (Hz), ou de cycles par seconde. Les longueurs d'onde plus longues auront des fréquences plus basses, et les longueurs d'onde plus courtes auront des fréquences plus élevées.

Cette figure illustre des ondes de différentes longueurs d'onde/fréquences. En haut de la figure, l'onde rouge a une longue longueur d'onde/une courte fréquence. En se déplaçant de haut en bas, les longueurs d'onde diminuent et les fréquences augmentent.

Ondes lumineuses

Le spectre visible est la partie du spectre électromagnétique plus large que nous pouvons voir. Comme le montre la figure ci-dessous, le spectre électromagnétique englobe tous les rayonnements électromagnétiques présents dans notre environnement et comprend les rayons gamma, les rayons X, la lumière ultraviolette, la lumière visible, la lumière infrarouge, les micro-ondes et les ondes radio. Le spectre visible chez l'homme est associé à des longueurs d'onde qui vont de 380 à 740 nm, soit une très petite distance, puisqu'un nanomètre (nm) est un milliardième de mètre. D'autres espèces peuvent détecter d'autres parties du spectre électromagnétique. Par exemple, les abeilles peuvent voir la lumière dans la gamme des ultraviolets (Wakakuwa, Stavenga et Arikawa, 2007), et certains serpents peuvent détecter les radiations infrarouges en plus des indices lumineux visuels plus traditionnels (Chen, Deng, Brauth, Ding et Tang, 2012 ; Hartline, Kass et Loop, 1978)..

La lumière visible par l'homme ne constitue qu'une petite partie du spectre électromagnétique.

Chez l'homme, la longueur d'onde de la lumière est associée à la perception de la couleur. Dans le spectre visible, notre expérience du rouge est associée à des longueurs d'onde plus longues, les verts sont intermédiaires, et les bleus et les violets sont de longueur d'onde plus courte. (Un moyen facile de s'en souvenir est le mnémonique ROYGBIV : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet). L'amplitude des ondes lumineuses est associée à notre expérience de la luminosité ou de l'intensité de la couleur, les plus grandes amplitudes apparaissant plus brillantes.

Différentes longueurs d'onde de la lumière sont associées à notre perception des différentes couleurs. (crédit : modification de l'œuvre de Johannes Ahlmann)

Ondes sonores

Comme les ondes lumineuses, les propriétés physiques des ondes sonores sont associées à divers aspects de notre perception du son. La fréquence d'une onde sonore est associée à notre perception de la hauteur du son. Les ondes sonores de haute fréquence sont perçues comme des sons aigus, tandis que les ondes sonores de basse fréquence sont perçues comme des sons graves. La gamme audible des fréquences sonores se situe entre 20 et 20 000 Hz, avec une sensibilité maximale aux fréquences qui se situent dans le milieu de cette gamme.

Comme pour le spectre visible, d'autres espèces présentent des différences dans leur gamme audible. Par exemple, les poulets ont une gamme audible très limitée, de 125 à 2000 Hz. Les souris ont une gamme audible de 1000 à 91000 Hz, et le béluga a une gamme audible de 1000 à 123000 Hz. Nos chiens et chats de compagnie ont une gamme audible d'environ 70-45000 Hz et 45-64000 Hz, respectivement (Strain, 2003).

L'intensité d'un son donné est étroitement associée à l'amplitude de l'onde sonore. Des amplitudes plus élevées sont associées à des sons plus forts. L'intensité sonore est mesurée en décibels (dB), une unité logarithmique d'intensité sonore. Une conversation typique correspondrait à 60 dB ; un concert de rock pourrait s'enregistrer à 120 dB. Un murmure à un mètre ou le bruissement des feuilles se situent dans la partie inférieure de notre plage d'audition ; les sons comme un climatiseur de fenêtre, une conversation normale, et même la circulation intense ou un aspirateur se situent dans une plage tolérable. Cependant, il existe un potentiel de dommages auditifs d'environ 80 dB à 130 dB : Il s'agit des sons d'un robot ménager, d'une tondeuse à gazon électrique, d'un camion lourd (à 25 pieds), d'une rame de métro (à 20 pieds), de musique rock en direct et d'un marteau-piqueur. Le seuil de douleur est d'environ 130 dB, un avion à réaction qui décolle ou un revolver qui tire à bout portant (Dunkle, 1982)

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Cette figure illustre l'intensité sonore des sons courants. (crédit "avions" : modification de l'œuvre de Max Pfandl ; crédit "foule" : modification de l'œuvre de Christian Holmér ; crédit "mélangeur" : modification de l'œuvre de Jo Brodie ; crédit "voiture" : modification de l'œuvre de NRMA New Cars/Flickr ; crédit "parler" : modification de l'œuvre de Joi Ito ; crédit "feuilles" : modification de l'œuvre d'Aurelijus Valeiša)

Bien que l'amplitude des ondes soit généralement associée à l'intensité sonore, il existe une certaine interaction entre la fréquence et l'amplitude dans notre perception de l'intensité sonore dans la gamme audible. Par exemple, une onde sonore de 10 Hz est inaudible quelle que soit son amplitude. Une onde sonore de 1000 Hz, en revanche, varie considérablement en termes d'intensité sonore perçue lorsque l'amplitude de l'onde augmente.

Bien sûr, différents instruments de musique peuvent jouer la même note de musique au même niveau de volume sonore, mais ils sonnent tout de même différemment. C'est ce que l'on appelle le timbre d'un son. Le timbre fait référence à la pureté d'un son, et il est affecté par l'interaction complexe de la fréquence, de l'amplitude et de la synchronisation des ondes sonores

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D'après Waves and wavelengths