Une fois que le son pénètre dans les oreilles, il est traité par les composants physiques de l’oreille moyenne et interne et par les centres auditifs du cerveau. La perception de la hauteur tonale est affectée par plusieurs facteurs, y compris la nature de la façon dont le son est traité dans le corps. Le codage neuronal dans le cerveau a un effet sur la façon dont les humains entendent les sons. La présence de plusieurs sons, des changements de volume ou de fréquence d’impulsions sonores peuvent affecter la perception de la hauteur tonale. Les théories qui ont tenté de définir la perception de la hauteur comprennent la théorie des lieux et la théorie temporelle.
Le son pénètre dans l’oreille et est d’abord traité par le tympan, ou membrane tympanique. Il se traduit ensuite par des mouvements dans trois petits os avant de passer dans la cochlée, un organe en spirale de l’oreille interne avec des cellules ciliées qui se déplacent avec des ondes sonores. Le mouvement des poils se traduit par des signaux qui sont transmis au nerf auditif. Différentes fréquences sont captées par différentes parties de la membrane basilaire à l’intérieur de la cochlée, comme l’explique la théorie des lieux. Cette théorie décrit également comment les harmoniques élevées proches les unes des autres ne sont pas perçues comme séparées.
Les théoriciens ont également émis l’hypothèse que le son est perçu par rapport au temps, connu sous le nom de théorie temporelle. Les cellules nerveuses se déclenchent à intervalles de temps périodiques, mais servent également à analyser la fréquence. Une combinaison des deux théories aide à rechercher la nature de la perception sonore chez l’homme. L’activité neuronale dans le cortex auditif a un effet profond sur la perception de la tonalité, les changements de tonalité stimulant les zones de l’hémisphère droit. Des problèmes dans les zones temporales droites du cerveau affectent parfois la façon dont une personne est capable de détecter les changements de hauteur.
L’incapacité à comprendre le changement de hauteur fait partie du fait d’être sourd. Lorsque les mélodies sont transposées dans différentes tonalités, la hauteur relative de chaque note est généralement perçue. L’intensité sonore a également un effet sur la perception de la hauteur tonale. Les augmentations d’intensité pour les sons à haute fréquence les feront sonner comme si la hauteur augmentait. Augmenter l’intensité des sons à basse fréquence leur donne l’impression que la hauteur diminue.
Les sons pulsés ou soutenus ont également une perception différente de la hauteur. Par rapport à une impulsion stable, les impulsions sonores d’amplitude décroissante semblent avoir une tonalité plus élevée. Les bruits et les tonalités entendus sur une tonalité peuvent également modifier sa hauteur apparente. La perception de la hauteur est donc affectée par des facteurs internes et externes. Un son qui reste stable en hauteur semble parfois changer tel qu’il est entendu par l’oreille humaine.