La psychoacoustique du klaxon à deux tons

TL;DR;

  • Le klaxon bicolore : Le klaxon de voiture typique comprend deux haut-parleurs, chacun physiquement capable de jouer en continu une seule note musicale. Appuyer sur le bouton déclenche les deux haut-parleurs, qui jouent leurs notes respectives à l’unisson.
  • La « rugosité » optimale : Les klaxons sont généralement accordés sur une tierce majeure ou mineure (rapports de 5:4 ou 6:5). Cet intervalle se situe dans une région spécifique de la bande critique qui crée un sentiment d’urgence par la « rugosité » sans devenir un bruit méconnaissable.
  • Préférence corticale : Les circuits de traitement de la hauteur dans le cerveau préfèrent les « complexes harmoniques ». Un klaxon à deux tons présente une structure spectrale riche que les neurones corticaux identifient comme un « objet » cohérent plutôt que comme un bruit environnemental aléatoire.
  • Recrutement neuronal : Deux tons séparés par un intervalle de fréquence suffisant recrutent un plus grand nombre total de fibres du nerf auditif qu’un seul ton de même énergie, créant une sensation de volume plus élevée grâce à la « sommation de sonie spectrale ».

« L’oreille est le seul sens qui ne peut pas être fermé… l’oreille est toujours ouverte. »
— Attribué à R. Murray Schafer (1977)

1. La contrainte d’ingénierie : volume sonore vs. loi

Avant de comprendre le choix des notes, il faut comprendre la limite de volume. Les klaxons de véhicules sont soumis à des réglementations strictes (telles que le Règlement n° 28 de la CEE/ONU) qui plafonnent le niveau maximal de pression acoustique (SPL), généralement autour de 105–118 dB à 2 mètres.123

Étant donné qu’un concepteur ne peut pas simplement augmenter indéfiniment les décibels pour attirer l’attention, il doit augmenter la sonie perçue et l’urgence par la manipulation spectrale. C’est là que le klaxon monotonal échoue et que le klaxon bitonal réussit.

2. Physiologie : sommation de sonie spectrale

L’avantage principal d’un klaxon bitonal est un phénomène appelé sommation de sonie spectrale.4

2.1 La membrane basilaire comme analyseur de Fourier

L’oreille interne (cochlée) organise le son de manière tonotopique. Les hautes fréquences font vibrer la base de la membrane basilaire ; les basses fréquences font vibrer l’apex. Un ton unique active une population spécifique et localisée de cellules ciliées et de fibres du nerf auditif.

Les fibres du nerf auditif ont une plage dynamique limitée. À mesure que l’intensité d’un ton unique augmente, le taux de décharge des fibres stimulées finit par plafonner — phénomène connu sous le nom de saturation. Injecter davantage d’énergie dans cette seule fréquence produit des rendements décroissants en termes de sortie neuronale.

2.2 Échapper à la saturation

En répartissant l’énergie acoustique sur deux fréquences distinctes (par exemple, 400 Hz et 500 Hz), le klaxon active deux populations distinctes de neurones le long de la membrane basilaire.

Frequency coding in the cochlea" by OpenStax, Anatomy and Physiology, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons.

Comme ces deux populations sont spatialement séparées, elles ne se disputent pas la même bande passante neuronale. Le cerveau somme les entrées de ces canaux séparés. Par conséquent, deux tons de 70 dB chacun paraîtront significativement plus forts qu’un ton unique de 73 dB (la somme énergétique physique), car le recrutement neuronal est plus large et moins saturé.56

3. Psychoacoustique des intervalles : pourquoi une « tierce » ?

Si deux notes valent mieux qu’une, pourquoi pas n’importe quelles deux notes ? La réponse réside dans la bande critique.7

3.1 La largeur de bande critique

L’oreille analyse le son en bandes de fréquences discrètes. Dans la plage des klaxons de voiture (300–600 Hz), la largeur de bande critique est d’environ 100 Hz.

  • Si les tons sont trop proches (< 50 Hz d’écart) : Ils tombent dans la même bande critique. Ils interfèrent l’un avec l’autre, provoquant un « battement » lent ou un masquage. L’avantage de sonie est perdu parce qu’ils se disputent le même territoire neuronal.
  • Si les tons sont très éloignés (> 200 Hz d’écart) : Ils sonnent comme deux événements sans rapport, ce qui peut dérouter l’auditeur.

3.2 La courbe de consonance de Plomp–Levelt

En 1965, Plomp et Levelt ont cartographié la manière dont les humains perçoivent la « rugosité » (dissonance) en fonction de la séparation fréquentielle.78

Ils ont constaté que la rugosité maximale se produit lorsque deux tons sont séparés d’environ 25 % de la largeur de bande critique. À mesure que la séparation approche la limite de la bande critique, la sensation passe de « rugueuse » à « consonante ».

Les klaxons de voiture, généralement accordés sur une tierce mineure (6:5) ou une tierce majeure (5:4), se situent dans une zone de transition.9101112 Ils sont :

  1. Suffisamment distincts pour être au-delà du seuil de masquage (maximisant la sonie).
  2. Suffisamment rugueux pour déclencher une « dissonance sensorielle », qui capte l’attention et crée un sentiment d’urgence.
  3. Assez harmoniques pour être perçus comme un seul dispositif mécanique plutôt que comme une anomalie stridente.

4. Neurosciences : détection corticale des « objets »

Au-delà de l’oreille, le cerveau possède des circuits spécifiques pour identifier des « objets » dans le son.

La recherche en neurosciences auditives a identifié des neurones à gabarit harmonique dans le cortex auditif. Ces neurones sont réglés pour répondre spécifiquement aux sons qui présentent une fréquence fondamentale empilée avec des harmoniques entiers — la structure exacte d’un klaxon.131415

Un klaxon bitonal présente un « accord » de deux empilements harmoniques. Cette structure complexe est plus robuste face au bruit environnemental (comme le vent ou le bruit des pneus), car même si une composante fréquentielle est masquée par l’environnement, le cerveau peut reconstruire l’« objet » à partir des harmoniques restantes visibles. Un ton pur unique n’offre aucune redondance de ce type ; si sa fréquence spécifique est masquée, le signal d’alerte disparaît entièrement.

5. Tableau récapitulatif : ton unique vs. double ton

FonctionnalitéKlaxon monotonalKlaxon bitonal (tierce majeure/mineure)
Recrutement neuronalLocalisé ; sujet à la saturationDistribué ; recrute une population plus large
Perception de la sonieLinéaire par rapport à l’intensité physiqueSur-linéaire grâce à la sommation
UrgenceDépendante du volume purRenforcée par la « rugosité » (battement)
Résistance au bruitFaible ; facilement masqué par un bruit spécifiqueÉlevée ; gabarits harmoniques redondants

6. Conclusion pour la conception de dispositifs de sécurité

Pour les cyclistes et les ingénieurs en sécurité, la leçon est que la « sonie » n’est pas un simple nombre sur un sonomètre. C’est un événement neurologique. En utilisant deux tons séparés par un intervalle spécifique (environ 15–20 % de la fréquence), un dispositif d’alerte peut « pirater » le système auditif humain pour paraître plus fort, plus urgent et plus « réel » qu’un ton unique de puissance équivalente.16171819

Références

Footnotes

  1. United Nations Economic Commission for Europe. « Regulation No. 28: Audible warning devices. » Consolidated text (2010). EUR-Lex PDF. ↩

  2. American Academy of Audiology. « Levels of noise in decibels (dB). » Educational poster listing car horns ≈110 dB and common environmental sounds. PDF. ↩

  3. World Health Organization. « Deafness and hearing loss: Safe listening. » Q&A (2025). WHO safe listening. ↩

  4. Cedolin, L., & Delgutte, B. « Spatiotemporal representation of the pitch of harmonic complex tones in the auditory nerve. » Journal of Neuroscience 30(4), 12734–12744 (2010). PMC article. ↩

  5. Larsen, E., & Delgutte, B. « Pitch representations in the auditory nerve: two concurrent complex tones. » Journal of the Acoustical Society of America 123(3), 1637–1655 (2008). MIT DSpace summary. ↩

  6. Su, Y., Delgutte, B., & Colburn, H. S. « Pitch of harmonic complex tones: rate-place coding of pitch in the auditory nerve. » bioRxiv 2019. Preprint. ↩

  7. Plomp, R., & Levelt, W. J. M. « Tonal consonance and critical bandwidth. » Journal of the Acoustical Society of America 38(4), 548–560 (1965). JASA abstract. ↩ ↩2

  8. Vassilakis, P. N. « Perceptual and physical properties of amplitude fluctuation and their musical significance. » Music Perception 21(3), 313–336 (2004). (Summarized and extended in later consonance models drawing on Plomp & Levelt.) See overview in Semantic Scholar summary of Plomp–Levelt. ↩

  9. « Vehicle horn. » Wikipedia (rev. 2025). Section on horn frequencies and dual-tone designs. Vehicle horn article. ↩

  10. Lemaitre, G., Susini, P., Winsberg, S., McAdams, S., & Letinturier, B. « The sound quality of car horns: A psychoacoustical study of timbre. » Acta Acustica united with Acustica 93, 457–468 (2007). PDF. ↩

  11. Toyota / Hella. « Electric twin horn, frequency 400 Hz low tone / 500 Hz high tone. » Product listing (accessed 2025). Example product. ↩

  12. PIAA Corporation. Marketing material and independent tests describing 400/500 Hz dual-tone sports horns (2019–2024). Example comparison: BMWSportTouring horn tests. ↩

  13. Feng, L., & Wang, X. « Harmonic template neurons in primate auditory cortex underlying complex sound processing. » Proceedings of the National Academy of Sciences 114(5), E840–E848 (2017). PNAS article. ↩

  14. Fishman, Y. I., Micheyl, C., & Steinschneider, M. « Neural representation of concurrent harmonic sounds in monkey primary auditory cortex. » Journal of Neuroscience 34(37), 12425–12438 (2014). JNeurosci article. ↩

  15. Wang, X. « The harmonic organization of auditory cortex. » Frontiers in Systems Neuroscience 7, 114 (2013). PMC article. ↩

  16. Kang, H. S., Park, S. H., & Lee, K. H. « Quality index of dual shell horns of passenger cars based on a spectrum decay slope. » International Journal of Automotive Technology 16, 237–244 (2015). Springer article. ↩

  17. Mollah, A. A., et al. « Intelligent classification of automotive horn sound quality. » Transportation Research Record (2024). TRID record. ↩

  18. Kim, S. Y., et al. « Methodology for sound quality analysis of motors using psychoacoustic parameters. » Applied Sciences 12(17), 8549 (2022). PMC article. ↩

  19. Wang, Y. S., et al. « A sound quality model for objective synthesis evaluation of vehicle interior noise. » Applied Acoustics 74(10), 1141–1149 (2013). ScienceDirect. ↩

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