Le codage spatial repose sur l’organisation tonotopique du système auditif depuis la cochlée jusqu’au cortex. Au niveau de la cochlée, les propriétés vibratoires de la membrane basilaire entraînent une colinéarité entre les fréquences des stimuli sonores et l’emplacement sur la membrane du maximum d’excitation de cette membrane. La membrane basilaire vibre plus fortement vers sa base lorsqu’elle est excitée par des fréquences aigues, et plus fortement vers son apex lorsqu’elle est excitée par des fréquences graves. Le patron d’excitation de la membrane basilaire représente donc spatialement la hauteur des sons dans la cochlée (tonotopie cochléaire). Néanmoins, ce mécanisme n’agit pas avec la même finesse pour les fréquences graves et les fréquences aiguës car la portion de membrane excitée par un son est d’autant plus large que la fréquence du son est élevée. Une portion de membrane (on parle de filtre auditif) excitée par une fréquence basse répond exclusivement à cette fréquence : les fréquences basses sont résolues par les filtres auditifs de la membrane basilaire. Au contraire, les filtres auditifs excités par les fréquences aigues sont plus larges et par conséquent non spécifiques d’une seule fréquence : les fréquences aigues ne sont pas résolues. Dans le cas des sons complexes (dont les sons musicaux font partie), seules les premières harmoniques (les 8 premières, environ) sont résolues (Plack & Oxenham, 2005).1
Dans le nerf auditif, les réponses caractéristiques des fibres nerveuses augmentent du centre vers la périphérie. Les fibres proches du centre du nerf auditif viennent de l’apex de la cochlée et répondent plus fortement aux fréquences graves, les fibres périphériques viennent de la base de la cochlée et répondent plus fortement aux fréquences aigues. La représentation spatiale de la hauteur est donc préservée dans le nerf auditif.
Au niveau du cortex auditif primaire, les neurones sont organisés en bandes selon leur réponse caractéristique : l’organisation tonotopique se retrouve au niveau cortical via des bandes de fréquences.
La résolvabilité dépend plus du rang des harmoniques que de leur fréquence absolue. En effet, l’écartement entre les harmoniques augmente avec la fréquence fondamentale, donc les harmoniques d’un son plus aigu exciteront des régions de la membrane basilaire où les filtres sont plus larges.