Astuces sur les appareils

Stratégies de traitement du signal sur les aides auditives

Capter un signal, en effectuer la transformée de Fourier, le quantifier sur 1152 sous-bandes et l’encoder en binaire, y appliquer un filtrage psychoacoustique, diminuer les parties les plus fortes du signal, supprimer les plus faibles, renvoyer le tout vers un écouteur.
Capter un signal, en effectuer la transformée de Fourier, y appliquer un filtrage psychoacoustique, ne pas quantifier en sous-bandes mais vectoriser le spectre (en définir la forme le plus précisément possible par des vecteurs), calculer l’intégrale entre le spectre et sa forme vectorielle, comparer cette intégrale avec une banque de modèles et encoder cette erreur (leurs différences) en binaire ( !), reconstituer le spectre original en retranchant l’erreur du modèle de la banque, appliquer d’éventuelles corrections à ce spectre.

Capter un signal, en effectuer la transformée de Fourier, y appliquer un filtrage psychoacoustique, ne pas quantifier en sous-bandes mais vectoriser le spectre (en définir la forme le plus précisément possible par des vecteurs), calculer l’intégrale entre le spectre et sa forme vectorielle, comparer cette intégrale avec une banque de modèles et encoder cette erreur (leurs différences) en binaire ( !), reconstituer le spectre original en retranchant l’erreur du modèle de la banque, appliquer d’éventuelles corrections à ce spectre.

Pourrait-il s’agir d’appareils auditifs ?
En fait, il s’agit d’un encodage MPEG1 layer3 (mp3) pour la première méthode et oog-Vorbis pour la seconde…
La première analyse le spectre par bandes, la seconde prend le spectre dans son intégralité.

Deux stratégies différentes d’encodage du signal audio pour deux résultats finalement assez proches à l’écoute.

Le traitement du signal par des aides auditives présente peut-être des similitudes avec la compression audionumérique mais il est assez rare que les fabricants d’appareils auditifs communiquent sur ce sujet, ou alors pour des raisons de marketing, et on comprend les enjeux…

Tout ceci pour réagir à l’arrivée (ou au retour) du traitement de signal ChannelFree® de Bernafon sur sa dernière gamme Vérité®.
Ce concept avait déjà été introduit par ce même fabricant sur la gamme Symbio il y a quelques années. Il consiste à traiter la globalité du signal sur toute la bande passante fréquentielle, plutôt que par canaux, et d’y appliquer une sorte de filtre à pondération fréquentielle pour obtenir la correction désirée en fonction de l’audiogramme. On imagine (c’est secret, bien sûr) que cette « pondération » du signal de sortie dépend du niveau d’entrée, du rapport signal/bruit, de la dynamique résiduelle du patient, etc…
Le but de tout ceci étant d’éviter d’éventuelles distorsions temporelles liées au temps de traitement du signal afin de ne pas dégrader l’enveloppe du signal de parole puisque la détection de la structure fine est perdue très tôt par les malentendants.
A l’opposé de cette stratégie, on se souvient aussi de la technologie de traitement de signal ADRO, basée sur un analyse par canaux ressemblant fortement à une compression MPEG, et dont le « fenêtrage dynamique », capacité à n’amplifier qu’une dynamique définie d’intensités sonores semblait très innovante.

Il faut insister, si besoin en était, sur l’incroyable challenge que représente le traitement du signal « à la volée » sur les aides auditives :
capter un signal d’entrée, le quantifier (étape de numérisation), l’analyser (filtrage, débruitage, anti-larsen,…), prendre des décisions à plus long terme (à l’échelle du temps de traitement du signal) comme l’enclenchement des micros directionnels par exemple, et j’en passe, le tout de manière quasi-instantanée (moins de quelques ms). C’est une vraie performance, mais qui nous paraît banale.
Car le temps de réaction du système sur les aides auditives doit être de l’ordre du millième de seconde, comparé à la compression audionumérique qui a « tout son temps » dans le cas du stockage pour baladeurs numériques (mp3, mp4, aac, ogg, etc…) ou quelques secondes dans le cas de la transmission TV TNT (mp2 ou mp4).

Tout le challenge des fabricants d’aides auditives est d’arriver à traiter toujours plus de données dans un temps de 0+ à 5ms, l’évolutions des processeurs dédiés y pourvoit. Mais l’utilisation d’algorithmes de numérisation et compression de données issus du monde audionumérique « grand public » est quasiment impossible à l’heure actuelle. Jamais on ne parle de cette étape, secret de fabrication bien gardé !

Pour aller plus loin :
Les secrets des formats de compression audio, excellent article de Saad Bennani paru dans « GNU Linux mag, juill/août 2008, n°107, p44-58 » (si la revue n’est plus disponible, contactez-moi)
La technologie ADRO , ce site et cet article
Doc. BERNAFON Vérité

RECD, cet inconnu… que tout le monde voudrait connaître !

Un titre un peu provocateur pour évoquer la course que mènent les fabricants d’aides auditives pour approcher au plus près cette valeur, appelée RECD (Real Ear to Coupleur Difference), plus importante peut-être que la résonance du conduit auditif.

Qu’est-ce que le RECD, quels en sont les enjeux ?
Le RECD est la différence de niveau sonore entre un appareil auditif mesuré au coupleur et ce même appareil dans l’oreille.
Le RECD est variable selon la fréquence mais ne dépend pas du niveau sonore testé. Cette différence entre le coupleur et l’oreille réelle est essentiellement due à l’écart des volumes résiduels : le coupleur est normalisé à 2cc (pour le plus courant) mais le volume résiduel de l’oreille appareillée (volume entre l’extrémité de la coque et le tympan) est rarement égal à 2cc.
D’autre facteurs également influencent le RECD, comme l’aération par l’évent ou autres facteurs d’amortissement acoustique (tube, peau).
Bref, lorsqu’un fabricant met sur le marché une aide auditive, son but, et le notre, sera d’obtenir, comme aux débuts de l’informatique personnelle, le WYSIWYG (What You See Is What You Get) !!! En clair, que les courbes affichées à l’écran soient réellement celles obtenues dans l’oreille du patient.
Alors après, on pourra discuter temps d’attaque ou de retour, réducteurs de bruit, micro directionnel, TK, etc…
S’assurer en premier lieu que le patient ENTEND correctement !

Tout sera donc employé par les fabricants pour évaluer cette marge d’erreur entre le coupleur et l’oreille qui leur (nous ?) échappe et risque d’aboutir à un appareillage médiocre, ou long à régler.
Il existe certes des «abaques» de RECD : des courbes normalisées pour les hommes, les femmes, les enfants selon leur âge, le diamètre de l’évent, la profondeur des embouts…
C’est pourquoi il n’est pas inutile de renseigner ces valeurs dans le logiciel.

Une autre technique d’évaluation indirecte du RECD est l’audiométrie par l’aide auditive. En effet, le signal émis par l’écouteur lors de la mesure du seuil est calibré en usine, donc connu par le fabricant. Le patient sert alors de microphone sonde lorsqu’il répond !
Le logiciel calcule ensuite la différence entre le niveau émis et la réponse du patient. Cet écart affinera les abaques RECD utilisées par l’algorithme.
Mais cela ne semble pas suffire. Pour preuve, un spécialiste « historique » de l’audiométrie par l’appareil (WIDEX, dès 1996 sur les Senso) introduit la mesure RECD sur certains de ses contours récents (série MIND 9). On citera STARKEY, premier fabricant à proposer la mesure RECD sur des intras (gamme Destiny), sans oublier PHONAK, pionnier de la mesure RECD par les appareils avec les Supero, en 1999.

Evidemment, la pratique de la mesure in-vivo permet de rectifier instantanément les décalages entre niveaux affichés et réels, d’autant qu’elle n’est pas beaucoup plus complexe à réaliser qu’une « vraie » mesure RECD. On pourra également relativiser l’intérêt de la mesure RECD pour les appareillages « ouverts ».
Mais on le voit, une des clés de précision des réglages (tout du moins dans le domaine fréquentiel), réside dans la connaissance du « facteur RECD ».

D’ici quelques années, lorsque tous les fabricants mesureront d’une manière ou d’une autre, la valeur du RECD, il y a fort à parier que le premier réglage sera très proche d’un « idéal », bien qu’en matière de perception…
Nous nous recentrerons alors sur un fondamental de l’audioprothèse : la rééducation auditive, et là, nous aurons toujours du travail !

L’audiométrie en dB SPL avec AURICAL

Une fonction méconnue ou peu utilisée de la chaîne de mesure Aurical est la possibilité de mesure des seuils en dB SPL par l’intermédiaire du casque ME intra (Madsen Ecouteur intra), livré de série avec la chaîne de mesure. Cette mesure, sur Aurical en particulier, est différente des autres matériels car la calibration en dB SPL n’est pas effectuée une fois pour toutes, mais dans le conduit auditif de chaque patient, de façon automatisée et très simple.

Le matériel:

Photo ME intra

Pourquoi effectuer une mesure audiométrique en dB SPL?

dans le but d’effectuer un SPL-o-gramme (audiogramme en dB SPL) qui sera utilisable tel quel (sans conversions) lors des mesures de niveau de sortie in-vivo.
surtout: parce que chaque mesure est précédée d’une calibration dans le conduit auditif du patient. Elle prend donc en compte les caractéristiques acoustiques propres au volume résiduel de chaque conduit auditif.

Ce dernier point est important, car l’utilisation des courbes audiométriques ainsi obtenues dans les logiciels fabricants, incluant de fait une pondération de « type RECD », génère moins d’écarts in-vivo entre le niveau affiché (logiciels de réglages) et le niveau réel dans l’oreille.

Avant toute chose, il faut calibrer les sondes des micros (le tube le plus fin des deux). Cette opération se fera une fois pour toute et restera enregistrée dans Aurical. On accède à cette étape par le menu « Mode test » –> « Calibration tube »

Calibration tubes SPL pour audiométrie ME-intra Aurical

Placer les sondes devant les micros de référence (comme pour une calibration de mesure in-vivo), sélectionnez le haut-parleur interne en sortie (c’est celui du caisson de mesures HIT), placez le casque porte-sondes à 30cm du HP et lancez la calibration. Répétez l’opération pour l’autre côté. A la fin, remontez les sondes sur le porte-sonde en plastique du ME-intra.

Je vous conseillerais de repérer un ME-intra pour l’OD et un pour l’OG, la calibration n’étant peut-être pas exactement identique (au 1/4 de dB, certes…).

Etape mesure dans le conduit:

Après otoscopie, sélectionnez un embout en silicone le plus proche possible du diamètre du CAE du patient, mais pas trop petit (voir plus bas les problèmes dans les basses fréquences). Insérez le au bout du porte-embout (photo plus haut) en veillant à ce que l’extrémité métallique du micro (le plus petit diamètre) soit de 0 à 1mm au-delà de l’embout silicone de tympano.

Une fois bien en place dans les conduits, il reste à effectuer la calibration SPL de chaque sonde.

En quoi consiste la calibration SPL?

Le casque-sonde SPL que porte le patient a deux fonctions: émission du signal par un écouteur intégré (calibré une fois pour toutes) dans le conduit auditif et mesure simultanée de ce niveau d’émission dans le conduit auditif par microphone sonde (du même type que le microphone sonde in-vivo).

Cette calibration est donc un peu l’équivalent d’une mesure RECD (mais pas exactement). Elle mesure l’écart entre le niveau sonore émis dans le conduit bouché, niveau qui est connu, et le niveau sonore atteint dans la cavité résiduelle du conduit, qui dépendra de son volume et autres facteurs acoustiques…

La procédure de calibration est automatisée et dure quelques secondes pour chaque oreille. On clique sur l’icone « SPL »:

Calibration SPL ME intra

Comment se fait la lecture des seuils ainsi obtenus?

L’audiométrie en dB SPL se lit sur un graphique inversé par rapport à celui de l’audiométrie HL:

Audiométrie SPL

L’avantage étant de récupérer directement les seuils obtenus dans le module in-vivo (ici l’oreille gauche):

SPL in-vivo

On notera la possibilité de transformation en dB HL, sur un graphique « standard », des courbes SPL mesurées, pour des comptes-rendus par exemple.

Il est également possible d’effectuer l’audiométrie SPL avec les embouts du patient. Dans ce cas la procédure de mise en place est un peu plus complexe: l’écouteur du casque est relié au tube de l’embout et la sonde du micro est placée comme pour une mesure in-vivo, au-delà de l’embout. Avantages: la prise en compte de la cavité résiduelle réelle ainsi que des facteurs acoustiques propres à l’embout (évent ou effet d’évent). Inconvénients: une procédure plus lourde matériellement à mettre en place, qui rentre en concurrence avec la mesure in-vivo sans en avoir tous les avantages, la quasi-impossibilité de calibrer à 125 et 250Hz, voire 500Hz.

Quels sont les inconvénients de l’audiométrie SPL par les ME intras?

Ils sont plutôt d’ordre pratique car la mesure en dB SPL avec calibration dans le conduit a beaucoup d’avantages audiologiques. On notera:

une occlusion du conduit par les embouts en silicone qui devra être parfaite, sous peine de ne pas pouvoir calibrer aux fréquences les plus basses (125 et 250Hz).
quelques difficultés de mise en place des embouts dans les conduits très sinueux, leur extrémité se retrouvant alors dans un coude.
une dynamique du tranducteur de sortie (la partie écouteur du casque de mesure SPL) assez réduite, ce qui limite son usage pour des mesures au-delà de 100dB SPL (mesures d’inconfort), contrairement aux casques circum-auriculaires.
la présence de cérumen pouvant être gênante lorsqu’elle est face aux sondes.
une calibration qui se fait conduit fermé et qui ne reproduira pas exactement les caractéristiques acoustiques d’un appareillage ventilé.

Loin d’une utilité anecdotique, la mesure des seuils en dB SPL par Aurical est très simple à réaliser, rapide, et précise par la prise en compte des caractéristiques acoustiques propres à chaque conduit occlus. Ce n’est pas une technique de « laboratoire de recherche hyper technique »!

Si l’on ne souhaite/peut pas réaliser de mesure in-vivo, la pratique de l’audiométrie SPL minimise les écarts quelques fois constatés entre les niveaux « logiciels » et les niveaux réels in-vivo.

Une dernière chose très importante: si vous choisissez de mesurer les seuils en dB SPL (et vous avez raison!), il faut en informer les logiciels fabricants, car ces derniers présume par défaut que votre audiométrie tonale provient du casque, en dB HL. Les corrections proposées pourraient être faussées. Par exemple pour Phonak et Unitron, c’est dans « préférences » « réglages » « calculs » et choix de l’audiométrie « SPL », chez Siemens and Co. il faut aller dans « Clinical Fit », chez Oticon il faut rentrer dans les réglages pédiatriques (interdit aux adultes?), etc… Mais ne vous inquiétez pas trop de ce point car Aurical effectue une conversion des seuils SPL en dB HL, mais qui doit tenir compte du volume résiduel dans lequel la mesure a été faite. Les logiciels récupèrent donc ces données sans problèmes mais certains vont directement les récupérer en dB SPL (les deux premiers cités), la classe…

Ca vous paraît long, compliqué, … il n’en est rien. On ne passe pas plus de temps à faire une audiométrie SPL qu’une audiométrie au casque, véridique!

A peu près la même chose in english.

Merci à « CG » pour ses remarques.

Le Signal Vocal International de Test (ISTS)

Ce signal sous copyright de l’EHIMA (European Hearing Instrument Manufacturing Association) a été élaboré en collaboration avec l’ISMADHA en 2007 dans le but de tester les aides auditives les plus récentes.

En effet, soit certains signaux de test ne sont pas utilisables en raison de leur connotation « bruit » par les aides auditives actuelles, y compris certains signaux vocaux artificiels de type ICRA, soit ces signaux vocaux ne sont pas utilisables de façon internationale par leur connotation linguistique.

L’ISTS (International Speech Test Signal) a été créé dans le but d’une utilisation standardisée et internationale.

Il est composé de voix de femmes (21 locutrices différentes) lisant un texte dans six langues différentes.

Vous trouverez de plus amples informations sur son élaboration et ses caractéristiques sur le site de l’EHIMA .

Je l’utilise à titre personnel pour les mesures in-vivo ou en chaîne de mesure. Pour un petit aperçu des courbes obtenues et des caractéristiques spectrales et temporelles du signal: ce doc sur le site France Audiologie.

Pour aller plus loin: un pdf d’une présentation faite au AAA 2010 sur l’élaboration de l’ISTS. Rien ne fut laissé au hasard…

Une dernière chose: il est conseillé d’utiliser ce signal à des niveaux « standards » pour la voix (de 55 à 75dB SPL d’entrée).

XAVIER DELERCE.