Impédance
L'impédance (Z) : c ’est le rapport existant entre la force (F) qui s'exerce sur un système mécanique et la vitesse de déplacement (v) qui en résulte : Z = F/v

Pour une force (F) donnée, un système possédant une impédance (Z) élevée aura une vitesse (v) faible : v = F/Z .

L’impédance acoustique spécifique de l ’eau (Zeau = masse
volumique x célérité du son = r x c = 1,5 x 106 N.s.m-3) est 4000 fois supérieure à celle de l’air (4.102 N.s.m-3). Une pression acoustique donnée (en Newton/m2 ou Pascal) engendre des déplacements moléculaires 2000 fois plus petits dans l’eau que dans l’air!

Dans l’oreille interne, les cellules sensorielles doivent être stimulées mécaniquement pour fournir une réponse. Or, au seuil d’audition à 1000 Hz (0 dB SPL, réf. 2.10-5 Pa), les déplacements des molécules d’air sont compris entre 10-11 et 10-12 m (de 1/10 à 1/100 du diamètre de l ’atome d’hydrogène!).

Si les déplacements des molécules des liquides et des structures sensorielles de l ’oreille interne étaient 2000 fois plus petits (~ 10-15 m), jamais celle-ci ne pourrait détecter les sons au seuil (bruit d’agitation thermique, voire limite mécanique quantique...) !

Nous avons vu que la vitesse (v) d ’une molécule (qui correspond directement à son amplitude pour une fréquence donnée) est définie par le quotient pression/impédance : v = P/Z. Puisque l’impédance Z est donnée « par construction » pour l ’air et pour l’eau (c’est le produit : masse volumique x célérité du son), pour augmenter "v" il faut augmenter "P"!

Pour mieux comprendre, examinons la formule qui représente l’impédance d’un système mécanique :
Z = ?[R2 + (Mw - K/w)2] (où w = 2pf)

On voit que lorsque la fréquence (f) est basse (et que w est petit), l’influence de la masse (M) est réduite et celle de la rigidité (K) est importante : aux basses fréquences les déplacements de la chaîne tympano-ossiculaire et «l’efficacité» de l’oreille moyenne sont limités par la rigidité de la membrane tympanique, des ligaments, du volume d’air contenu dans l ’oreille moyenne ... .
Lorsque la fréquence (f) est élevée (et que w est grand), l’influence de la masse (M) est importante et celle de la rigidité (K) est réduite : aux fréquences moyennes et élevées « l’efficacité » de l’oreille moyenne est limitée par la masse de ses composants (et par les frottements : R).