Catégorie : Affinity

C’est un peu l’absent de nos sessions de réglages in vivo : le MPO.

Je dis l’absent, car si on peut bien sûr visualiser le niveau « logiciel » du niveau de sortie maximum d’une aide auditive, il est souvent bien plus compliqué, hasardeux et inconfortable, de le tester et régler in vivo.

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Vous aviez peut être répondu, par l’intermédiaire de ce blog, au sondage réalisé l’année dernière par Mme Capucine MARMORAT qui faisait alors une collecte d’informations sur la pratique de la mesure in vivo en France dans le cadre de son mémoire de D.E. d’audioprothèse.

Certains d’entre-vous ont également répondu à un questionnaire plus poussé, et peut être aussi demandé à leurs patients leur ressenti sur la pratique de la MIV par leur audioprothésiste.

Je voulais donc revenir, avec Mme MARMORAT, sur les résultats de son mémoire sous la forme d’un « mini-débat ».

Vous pouvez si vous le souhaitez télécharger son travail très instructif.

« Entrevue » :

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*elle est nulle celle là, j’en suis conscient !

Le test FRAMATRIX, ou FRench MATRIX test est un test d’intelligibilité clinique, dans le bruit. Il est « clinique », car il n’est pas « drôle », c’est à dire qu’il doit être administré de manière stricte, que le bruit masquant correspond au spectre à long terme des phrases, que sa calibration doit faire l’objet d’une procédure de calibration approuvée par l’institut Hörtech, etc.

Le FRAMATRIX n’est pas un test dans le bruit censé placer le patient dans de multiples situations sonores proches de la vie réelle. Il comptabilise et compare les performances du sujet testé, éventuellement en fonction de moyennes européennes, mais surtout en fonction des performances de traitement du signal de son appareillage auditif.

Donc si avec tout ça vous avez encore envie d’administrer ce test, ces lignes peuvent vous intéresser. Le FRAMATRIX peut être considéré, blague à part, comme « re-loaded » car il est sorti assez récemment de sa version pure laboratoire. Il a été repensé pour être administré de façon plus conviviale, et sa passation est quasi-automatisée bien que tout soit très paramétrable.

Matériel vocal

Il s’agit de listes de phrases, que vous pouvez configurer par 10 ou 20 phrases (recommandé). Contrairement au HINT ou la phrase est juste ou fausse dans son ensemble, le FRAMATRIX compte chaque mot juste dans chaque phrase :

framatrix-deroul

On a donc un test qui va comptabiliser 5 mots dans chacune des 20 phrases = 100 items, ce qui est très robuste statistiquement pour un test en une passe.

Il est également possible de tester en 10 phrases, bien que ce ne soit pas la procédure recommandée. La structure des phrases est toujours de type Prénom/Verbe/Nombre/Complément/Couleur.

Les phrases peuvent être « fermées », c’est à dire toujours identiques d’une session à l’autre, ou bien construites de manière aléatoire.

Configuration

Tout est paramétrable :

  • angles du bruit (bruit vocal stationnaire) et de la voix
  • Adaptativité du niveau des phrases ou du bruit
  • Rapport signal/bruit progressif croissant ou décroissant
  • Recherche automatique du SRT (50% d’intelligibilité)

framatrix-select

Vous pouvez créer, en plus des tests existants, vos propres tests pour les retrouver ensuite das votre liste de tests les plus courants (ici, les deux derniers ont été créés).

Entraînement et durée du test

Il est vivement conseillé de procéder à (au moins) une liste complète d’entraînement avant de comptabiliser réellement la performance. Ici, la première liste administrée au patient : le RSB nécessaire à 50% était médiocre au départ (entre 0 et 5dB), pour diminuer progressivement au cours du test. Le SRT est obtenu pour cette liste à un RSB moyen de -5,9dB, ce qui est très bon :

framatrix-l1

La deuxième liste :

framatrix-l2

On voit que le patient, avec entraînement, améliore encore son score : il passe à un SRT à -7,5dB de RSB… les aides auditives fonctionnent quand même bien aujourd’hui !

Vous remarquerez la variabilité des réponses en début de test, effet de surprise qui s’estompe après quelques phrases.

La synthèse :

framatrix-l3

Configuration des niveaux d’émission et de variation du RSB

  • paramétrage du type de signal fixé et variable : choix du bruit ou des phrases
  • paramétrage du niveau de départ et du RSB de départ : ici la voix est fixée à 68dB SPL, et le RSB de départ est de 0dB
  • test dans le bruit ou sans le bruit
  • recherche de pente de courbe psychomotrice
  • etc.

Recherche de SRT automatique

A mon humble avis, c’est la fonction la plus intéressante du test : si le patient répète plus de 2 mots justes, le RSB se dégrade de moins de 5dB; s’il ne répète rien, il s’améliore, et tout ceci en permanence. On obtient donc en permanence une fluctuation du RSB autour de 50% d’intelligibilité. Au final, le logiciel calcule automatiquement le SRT (Speech Reception Threshold = 50% d’intelligibilité) à un RSB moyen calculé lui aussi.

Durée

Une liste d’entraînement puis une liste de comptage durent au total 4min 57s… Si vous effectuez une liste d’entraînement + 1 liste en programme automatique et enfin 1 liste en programme dédié bruit, la durée est d’environ 8min. Ca reste très raisonnable, mais fatiguant sur 3 listes. Sachez quand même que l’idéal se situe à trois listes.

 Consignes et public visé

  • Les consignes doivent être explicites : le patient doit savoir à quoi s’attendre, autant sur le plan syntaxique (« Sophie attrape deux vélos bleus ») que sur le plan de la difficulté du test, qui ne sera jamais facile (si recherche du SRT). Il faut bien l’expliquer au patient avant de débuter, sous peine de très rapidement se retrouver face à une sensation d’échec bloquant.
  • Tous les patients, a priori, s’ils peuvent maintenir une attention soutenue de 5 à 8′, sont testables, à condition aussi que leur appareillage ou leur surdité permettent une amélioration de l’intelligibilité dans le bruit
  • Le vocabulaire très simple des phrases en fait un test administrable aux enfants

Comparaison par rapport à la normale statistique

Hörtech fournit une courbe psychomotrice normale des résultats au FRAMATRIX. Le SRT est atteint à -6dB de RSB (ici en rouge, une recherche de SRT avec pente de courbe psychomotrice) :

psychomotrice-framatrix

Attention cependant : cette courbe normale n’est fournie par Hörtech que pour la situation « Phrases + Bruit de face ». Il est tout à fait possible (plus logique ?) d’administrer le test avec phrases en face et bruit arrière, mais dans ce cas, Hörtech se refuse à fournir une courbe d’intelligibilité moyenne, car la diversité des locaux de test est alors trop importante pour obtenir une moyenne raisonnable. Rigueur germanique…

Installation(s)

  • Le test est proposé à l’achat (ce n’est pas un abonnement)
  • Une calibration du champ libre, du casque et des inserts (possibilité de le faire autrement qu’en champ libre) est OBLIGATOIRE et exigée par HörTech afin de garder un agrément « clinique »
  • S’installe en module complémentaire pour les possesseurs d’Affinity
  • Peut s’installer en module StandAlone sous Windows pour ceux qui n’ont pas Affinity
  • Distribution : Interacoustics France

Voilà, je pense qu’un test dans le bruit de plus, robuste et clinique, et en français, n’est pas inutile. Il est très simple en usage quotidien et montre très rapidement les performances de tel ou tel programme ou réglage de réduction du bruit.

Je vous mets en lien la description du test. Je mettrai régulièrement à jour ce billet pour rajouter quelques unes des innombrables publications sur le sujet (le MATRIX Test existe dans une multitude de langues).

J’avais déjà abordé ce sujet dans un ancien billet. L’éventualité d’avoir à apporter la preuve de l’efficience d’un appareillage auditif n’est pas exclue dans le futur; de même que la justification du choix d’un modèle face à un financeur (les temps sont durs…). Il faudra donc peut être un jour démontrer l’efficacité des divers systèmes de décalages fréquentiels et d’argumenter nos choix prothétiques. Mais sans y être contraints par qui que ce soit, nous pouvons (simple curiosité) avoir envie de constater l’efficacité de ces systèmes, ou de les démontrer à nos patients.

DSLi/o (laboratoire d’audiologie de l’UWO pour University of Western Ontario), a créé récemment dans ce but des fichiers sons permettant de mesurer l’efficacité des différents systèmes de décalages fréquentiels (transposition, duplication, compression fréquentielle).

Il s’agit de signaux sonores reproduisant le phonème /s/ et /sh/(anglais) ou /ch/(français) noté /∫/ en alphabet phonétique international. Le /∫/ présente un pôle de bruit constant dans la zone 2000-8000Hz; le /s/ présente un pôle de bruit constant dans la zone 4500-10000Hz.

Ces signaux ont été créés à partir de l’ISTS, par extraction des zones fréquentielles respectives du /s/ et du /∫/ dans le signal d’origine, puis filtrage d’un bruit blanc par un filtre issu de ces zones fréquentielle :

ISTS_SH_S

Si vous regardez les spectres de ces fichiers, vous constaterez que ces phonèmes ont un facteur de crête très faible (normal pour ces phonèmes), et qu’en conséquence leur niveau moyen dans les aigus coïncide avec le percentile 99 de l’ISTS dans les zones fréquentielles concernées. C’est un bruit constant, avec les précautions d’usage qui s’imposent avec ce genre de signal.

Hélas, les fichiers .wav mis à disposition par DSL sur leur site (voir lien en début de ce billet), ne sont pas utilisables par les chaînes de mesure distribuées en France, pour des raisons de fréquence d’échantillonnage : ils ont été créés pour la Verifit 2 d’Audioscan.

Mais la maison GENY-DELERCE-MICHEL, qui ne recule devant aucun sacrifice, a créé une StartUp domiciliée au Panama, et alimentée à hauteur de 153,4 millions de dollars par un fonds de pension de retraités de Floride. Et donc :

  • vous les offre en cadeau Bonux et téléchargement dans une fréquence d’échantillonnage adaptée aux chaînes de mesure les plus distribuées chez nous !! Ce sont les deux fichiers NBN S.wav et NBN SH.wav
  • en deuxième cadeau Bonux, avec les 47 millions de $ qui nous restaient, et avant que le fisc nous tombe dessus, vous a créé à partir du spectre des deux fichiers précédents, deux ISTS filtrés : ISTS_SH.wav et ISTS_S.wav. Pour cela, NBN S et NBN SH ont été analysés, et un filtre a été créé correspondant à leurs spectres. Puis ces filtres ont été appliqués à l’ISTS pour créer deux fichiers distincts. Why ? (comme on dirait dans la langue du secoueur d’épieu…..) Parce qu’il est probable que certaines aides auditives prennent les deux premiers signaux comme du bruit. Je vous laisse apprécier le risque, j’attends vos retours, mais vous aurez mon avis sur la question en lisant un peu plus loin… Voici l’analyse spectrale et percentile (puisqu’ils ont une dynamique) de ces signaux maison:

ISTS_filt_SH-S

Vous l’avez compris : dans les deux cas (ISTS filtré ou « bruit phonémique »), on va utiliser le principe de la « zone fréquentielle tronquée » qui va servir de zone « réceptacle » afin de visualiser l’énergie transposée/compressée/dupliquée. Il est donc facile, en deux mesures « décalage pas activé »/ »activé », de vérifier et régler l’effet d’un décalage fréquentiel.

Niveaux d’émission du /∫/ et du /s/ :

En analysant l’ISTS, on peut extraire le /∫/ et le /s/ à respectivement 8,74  et 12,65 secondes du début du signal. On obtient ces niveaux :

CH12_65_S8_74_ISTS

  • Pour le  /∫/ :
  • Pour le /s/ (plusieurs segments mis bout à bout = cigale, peuchère !) :

Le niveau est légèrement plus important pour le /∫/ que le /s/, mais la Sonie est nettement plus importante pour le /∫/, de bande passante plus large.

Précautions d’emploi :

  • Pour arriver au « niveau équivalent de crête » des spectres des fichiers NBN S.wav et NBN SH.wav par rapport à l’ISTS, il ne faudra pas émettre en MIV ces signaux à 65dB SPL, mais :
    • pour le /∫/, 65dB SPL – 6dB = 59dB SPL
    • pour le /s/, 65dB SPL – 10dB = 55dB SPL
  • Pour les fichiers ISTS_S.wav et ISTS_SH.wav, le niveau d’émission « équivalent voix moyenne » sera :
    • pour le /∫/, 65dB SPL – 15dB = 50dB SPL
    • pour le /s/, 65dB SPL – 15dB = 50dB SPL

Vous pouvez enregistrer NBN S.wav, NBN SH.wav, ISTS_S.wav et ISTS_SH.wav dans vos dossiers de fichiers sons REM ad hoc selon votre configuration matérielle, télécharger les tests suivants prédéfinis pour Affinity ou FreeFit, et techter tout cha ! Attention, tests basés sur une audiométrie obtenue aux inserts (à modifier si vous travaillez au casque).

Où enregistrer ces fichiers sons dans vos PC ?

  • Pour Freefit, dans ce dossier :

Chemin Freefit

  • Pour Affinity, dans ce dossier :

Chemin AffinityAttention pour Affinity, le dossier Windows « ProgramData » est un dossier caché. Il faut autoriser Windows dans certains cas à afficher ces dossiers cachés. Penser également à demander à Affinity à rechercher ces nouveaux fichiers dans le répertoire REMSoundFiles.

Questions pratiques

  • DSL fournit un document très exhaustif, à la base pour l’adaptation pédiatrique, mais dont les pages 44 à 62 détaillent l’utilisation de ces signaux en pratique quotidienne.
  • Utiliser plutôt le test REM avec les fichiers bruités de DSL ou l’ISTS filtré ? Pour avoir testé les premiers (de DSL), vous constaterez peut être comme moi que le gain, après quelques secondes d’émission, se met radicalement à diminuer : c’est bien du bruit… C’est pourquoi, sans être présomptueux, je trouve plus intéressant d’utiliser les deux fichiers d’ISTS filtrés par la maison !
  • Le fichier ISTS_S.wav émis à 45dB SPL est-il trop faible ? Vous serez peut être surpris de la faiblesse d’émission (surtout ISTS_S.wav), mais pédagogiquement, il est très intéressant de se rendre compte du très faible niveau du /s/ dans la réalité (45dB SPL). Le /∫/ est moins surprenant. C’est également là que l’on se rend compte du côté un peu illusoire de la perception à 6kHz, même avec une transposition fréquentielle !
  • Freefit permet-il d’utiliser ces fichiers dans PMM « Réponse Avec Aide Auditive » ? Non, ces signaux n’apparaîtront pas dans la liste des signaux de test disponibles. Il faut utiliser le mode « Freestyle » pour y avoir accès dans la banque de données de signaux.
  • Ces signaux sont-ils disponibles d’origine sur les chaînes de mesure ? Pour être précis, les deux fichiers « bruités » de DSL NBN S et NBN SH seront présents dans l’Affinity version 2.8 à partir de juin 2016. Dans Freefit, ils sont déjà présents sous les noms Ling6 S et Ling6 SH. Les fichiers ISTS_S et ISTS_SH, eux, n’existent nulle part : exclusivité du blog !

Exemple

Voici un patient pour qui le seuil à 6kHz en dB SPL au tympan ne permet pas la perception du /s/ (courbe rose-violet). L’activation d’une duplication fréquentielle ici (Bernafon Saphira 5 CPx) permet de visualiser le décalage apporté à la zone 6kHz : la perception devient possible (à défaut d’être souhaitable…).

Dupli_S

On s’aperçoit également que cette duplication est proposée par défaut à un niveau « moyen » par le logiciel, et qu’elle est peut être un peu forte, car supérieure en intensité à la zone d’origine. Un réglage plus léger sera peut être mieux supporté (mais le patient ici vit très bien avec ce réglage depuis maintenant un an).

Conclusion

A l’usage, je pense que le fichier /∫/ est peu utile; on est encore dans la bande passante « utile » de l’appareillage. Le cas de /s/ est plus intéressant pour diverses raisons :

  • le fichier NBN S.wav s’avère quasiment inutilisable chez certains fabricants, le gain lors de l’émission diminuant drastiquement
  • Si on utilise ISTS_S.wav, la mesure devient possible, mais on s’aperçoit qu’il est illusoire de faire percevoir ce phonème dans une grande majorité des cas (surdité trop importante dans la zone d’émission et la zone adjacente)
  • Toujours en utilisant le signal ISTS_S.wav, le niveau d’émission est plutôt faible, et on est en permanence en limite de point d’expansion chez certains fabricants. Vous serez peut être surpris de voir que quelques aides auditives n’appliquent aucun gain à ce signal (la majeure partie du temps sous le point d’expansion), ou des variations de gain « explosives » (à des moments au dessus du point d’expansion, à d’autres en dessous), ou une amplification normale (le signal est en permanence au dessus du point d’expansion, réglé assez bas). Ce phénomène avait été décrit sur le blog Starkey à la suite d’un article de 2009 de Brennan et Souza (la figure 6 montre bien l’effacement de la consonne par la hauteur croissante du point d’expansion).

Bref, pour nous français, chez qui le pluriel et le possessif sont muets, la perception du /s/ n’a pas la même importance que chez les anglo-saxons, puisque l’article donne le plus souvent l’indication d’un pluriel, la suppléance mentale faisant le reste. De plus, toujours pour le /s/, son identification n’est pas du tout la même s’il est en dernier phonème d’un mot (le pluriel anglais) ou au milieu d’un mot. Dans ce dernier cas, sa perception sera facilitée par les transitions formantiques, rendant inutile un décalage fréquentiel.

Le décalage fréquentiel serait-il un réglage adapté aux anglo-saxons en priorité ? Allez savoir…

Bons tests aux plus téméraires !

Non, ce n’est pas un billet tiré de « philosophie magazine » ou inspiré par une quelconque mouvance « mindfulness », quoique… allez savoir !

Je reviens à nos moutons audioprothétiques, et là normalement vous allez vous dire que le rédacteur de ce billet est totalement obsédé par ce sujet de… dynamique vocale !

Oui, je vais encore aborder le sujet car il me semble important, et même crucial de connaître l’état de cette dynamique à l’entrée de l’aide auditive, et à sa sortie. Surtout à sa sortie : une aide auditive qui lisserait les contrastes temporels de la parole par une compression trop importante des « crêtes » ou une amplification exagérée des « vallées » en réduirait le contraste dynamique, réduisant du même coup les chances du malentendant appareillé d’extraire ces informations dans un bruit par nature souvent plus stationnaire que la parole.

Mais puisque l’on parle de « dynamique », encore faut-il savoir de quoi on parle. Nous avons coutume de considérer que la parole a une dynamique de 30dB environ. C’est à dire que si l’on mesure son niveau par bandes de 1/3 d’octaves à long terme (ex : 1 minute), les crêtes se situent 12dB au-dessus de ce niveau à long terme, et les vallées 18dB en-dessous, environ.

Cette dynamique de 30dB n’est pas « plaquée » autour du LTASS, elle est le résultat d’une analyse statistique de la distribution des niveaux du signal. Dans le cas de la chaîne de mesure in-vivo, pendant toute la durée de la mesure, la chaîne de mesure « classe » les différents niveaux atteints, et va se retrouver avec une courbe de distribution suivant une loi normale (cas de l’ISTS), ou de densité autre (signaux non vocaux par exemple), et dont les niveaux se répartissent autour d’un niveau médian (= dépassé, ou non-atteint 50% du temps), et qui indique, par exemple,  que 10% du temps le signal  a atteint tel niveau, que 30% du temps il a dépassé tel niveau, etc.

C’est une donc ce que l’on appelle l’analyse percentile du signal. Je vous laisse imaginer le calcul processeur nécessaire pour faire cela « à la volée », mais aussi en parallèle compiler et classer sur le long terme (ex : pendant 45 secondes).

Classer les différents niveaux va permette au final de définir la « dynamique » que nous avons l’habitude de visualiser entre le 30ème percentile (dépassé 70% du temps = les vallées) et le 99ème percentile (dépassé 1% du temps = les crêtes). Et on a coutume de dire que cette dynamique 30/99ème percentile est de 30dB.

Oui… mais pas tout à fait ! Ce calcul est totalement dépendant de la fenêtre temporelle d’analyse du signal. Si on voulait utiliser une analogie avec la photographie ce serait le temps d’ouverture de l’objectif de l’analyseur. En photo, plus longtemps vous « ouvrez », plus vous faites entrer de photons sur le capteur. Si vous êtes en plein jour et que vous ouvrez très longtemps, votre photo sera « cramée », c’est à dire blanche…

La chaîne de mesure fonctionne un peu comme un objectif : elle prendra une « photo » selon un temps d’ouverture, et le résultat de l’analyse percentile (et donc la dynamique du signal) sera très dépendant de nombreux facteurs. Parmi ceux ci, il y a la résolution temporelle de la fenêtre de la FFT, et cette dernière peut avoir une influence sur la résolution fréquentielle de la mesure (voir plus loin).

Pour faire savant, si un signal est échantillonné à 44100Hz (Fs) et que la FFT est réalisée avec un bloc de 1024 échantillons (c’est à dire N = 1024 échantillons temporels, correspondant à une taille mémoire imposée par le matériel), la résolution temporelle sera de N/Fs = 1024/44100=23ms, et la résolution fréquentielle sera de Fs/N = 44100/1024=43Hz. N est toujours une puissance de 2 dans les analyseurs physiques. Le principe de la FFT (Fast Fourier Transform) utilisée, entre autres, dans nos chaînes de mesure est donc de prendre ces 1024 échantillons temporels de 23ms et 43Hz de « large » qui vont aller remplir la mémoire de l’analyseur pour ensuite passer dans un algorithme de calcul FFT. Si on voulait avoir une résolution temporelle de 1 seconde, il faudrait remplir une mémoire adéquate avec 44100 échantillons (dans ce cas, le nombre N d’échantillons temporels serait égal à la fréquence d’échantillonnage Fs).

Dans nos chaînes de mesure, il va y avoir, comme dans tout analyseur matériel, plusieurs limitations. L’une est la taille de la mémoire (qui limite le nombre d’échantillons à analyser), l’autre est la vitesse de transmission du port USB qui limite la résolution temporelle de signaux pouvant transiter vers le PC à des blocs de 46ms (donc impossible de faire transiter des informations plus fines en temporel). Ce n’est pas forcément un problème, car l’analyse idéale, définie par la norme IEC 60118-15 (qui régit l’analyse des signaux de mesure in-vivo), souhaiterait que la mesure in-vivo soit réalisée avec une résolution temporelle de 125ms. Mais c’est, pour l’instant, techniquement difficile, car pour y arriver il faudrait, au choix :

  1. diminuer la fréquence d’échantillonnage du signal, et donc sa bande passante (voir la suite)…
  2. ou alors, si on voulait conserver une fréquence d’échantillonnage de 44100Hz afin de ne pas perdre de bande passante mais garder une résolution temporelle de 125ms (0,125sec), effectuer 0,125ms x 44100Hz = 5512,5  blocs temporels pour le calcul de la FFT, soit 5 fois plus qu’actuellement (en fait, ce serait 2 puissance 12 ou 2 puissance 13 blocs temporels pour être exact).

Tout est une question de moyens financiers que l’on veut mettre dans du matériel possédant des capacités aussi importantes… Notez quand même qu’à l’heure actuelle, un matériel distribué en France par la société AURITEC, le Verifit2 d’Audioscan, permet une résolution temporelle de 128ms avec une bande passante (in-vivo et coupleur) de 16kHz, donc 4096 blocs temporels (32000Hz*0,128ms) pour le calcul de la FFT. Il s’agit d’une chaîne autonome (non reliée en USB au PC), tournant sous Linux, avec processeurs dédiés.

Si on applique cette méthode d’analyse idéale (norme IEC 60118-15), donc avec fenêtre de 125ms (donc N=Fs x 0,125ms = 5512,5), pour un signal (ISTS) émis à 65dB SPL, on obtient :

ISTS_30_99_125ms_65dB SPL

En observant l’analyse ci dessus, on constate bien que la dynamique entre les percentiles 30/99 est d’environ 30dB à 3kHz,et d’environ 20dB à 400Hz.

Mais si on avait analysé le signal avec une fenêtre de résolution temporelle 1 seconde (N=44100 échantillons temporels), pour un ISTS toujours à 65dB SPL, on aurait eu :

ISTS_1s

La fenêtre d’analyse étant plus grande, et si on suppose que les zones faibles (comme les fortes) du signal sont très brèves, elles ont été « diluées » en quelque sorte avec les zones moyennes (entre les percentiles 50 et 65), plus représentées statistiquement. La dynamique a été divisée par 2 (env. 15dB à 3kHz). La parole peut être considérée comme un signal stationnaire… (Citation de Franck L. 😉 ).

Poussons le raisonnement à l’inverse, avec une fenêtre de résolution temporelle de 5ms (de l’ordre du phonème, avec N=220,5 écantillons temporels) :

ISTS_5ms

La dynamique du signal passe à 30dB à 400Hz, et environ 37dB à 3000Hz. Mais surtout, vous remarquerez la perte de résolution fréquentielle  dans les basses fréquences. C’est mathématique : la durée de la fenêtre temporelle doit être au moins 5 fois plus longue que la période du signal à analyser : donc ici pour 200Hz, fenêtre temporelle minimale = 5 x (1/200Hz) = 0,025 = 25ms. La fenêtre temporelle de 5ms n’est pas adaptée à l’analyse de signaux de 200Hz, et pour être exact, cette résolution temporelle ne permet même pas une analyse correcte de signaux inférieurs à 900Hz car leur période (= 1/fréq) est supérieure à la résolution temporelle de la fenêtre d’analyse… ce qui veut dire en clair que nous n’aurons jamais accès à des événements brefs (impulsionnels), dans les graves tout au moins avec les méthodes de type analyse FFT utilisées actuellement sur nos chaînes de mesure. Mais d’autres méthodes existent pour ces événements impulsionnels, et peut-être les verrons-nous dans de futurs modèles de chaînes de mesure…

AN : avec une résolution temporelle de 23ms sur une chaîne de mesure, la plus basse fréquence analysable correctement est de 5/0,023 = 217Hz. On comprend mieux pourquoi l’ISTS a été créé avec des voix de femmes et un fondamental laryngé de 200Hz, et pas des voix d’hommes avec un F0 à 125 ou 150Hz…

Et enfin, ce que font nos chaînes de mesure avec une résolution temporelle de 46ms (2 blocs de 23ms moyennés = 2 x 1024 points moyennés) :

ISTS_65dBSPL_46ms
Vous remarquerez que la dynamique percentile 30<–>percentile 99 est un peu plus importante que celle du signal analysé en 125ms. Tout est relatif donc dans ce genre de mesures et d’analyse de la dynamique du signal…

Le facteur temporel d’analyse, qui découle donc de la fenêtre FFT (1024 échantillons sur nos chaînes de mesure), a donc des répercussions sur la lecture des mesures. La dynamique de la parole (ou d’un autre signal) est tout à fait relative, en fonction des paramètres d’analyse, souvent dictés par le matériel. Les audioprothésistes (les fabricants de nos chaînes de mesures…) sont face à un dilemme :

  • nous donner accès à des événements très brefs et potentiellement agressifs pour le patient, en lecture de crêtes, mais en perdant de la résolution fréquentielle et en sachant que ce n’est pas possible en basses fréquences (avec les méthodes d’analyse actuelles)
  • nous donner accès à la meilleure résolution fréquentielle possible pour les réglages en perdant en résolution temporelle, et donc en risquant de ne pas avoir la lecture d’événements potentiellement agressifs…
  • … je résumerais donc ce dilemme avec une maxime de Pierre DAC : « Plus je pédale moins fort, moins j’avance plus vite » !

Il y a donc un compromis dans la mesure, pour l’usage en audioprothèse, et qui va être :

  • de ne pas descendre sous quelques dizaines de ms afin de garder une bonne résolution fréquentielle (en BF),
  • d’aller au-delà de 125ms afin de visualiser l’effet des compressions sur le signal amplifié par la lecture de sa dynamique,
  • … mais tout en sachant que se rapprocher de 125ms permet une bonne résolution fréquentielle (idéale selon la norme)…
  • … donc de se situer dans une fourchette d’analyse 40 <–> 125ms… c’est justement celle choisie par les fabricants de chaînes de mesure !
  • … et tout cela dans la mesure du possible d’une chaîne de mesure reliée à un PC et qui est limitée par son port USB ne pouvant transmettre des segments de plus rapides que 46ms !

On peut imaginer dans un futur pas si lointain la possibilité  de se rapprocher des préconisations de la norme IEC de 125ms, avec un port plus rapide, voire un système autonome (chaîne de mesure ayant une fréquence d’échantillonnage plus importante que 44100Hz, avec processeurs dédiés à l’analyse et tournant sous son propre OS). Allez savoir, il est bien possible que ce soit dans les cartons…

Mais pourquoi tout ce cirque avec une analyse précise de la dynamique ?

A des niveaux « normaux » (efforts vocaux moyens), la lecture précise de la dynamique du signal amplifié est réellement utile, car elle peut être détruite par une compression trop importante qui en lisserait les crêtes, mais, c’est moins connu, également par une amplification trop rapide et importante des vallées (réduction de la dynamique par le bas). C’est ce qu’avait montré Holube en 2007 (interview pour Audiology Online de l’initiatrice de l’ISTS) :

 

 

TA_TR rapides

Le graphique de gauche montre le signal amplifié par une aide auditive à temps d’attaque (TA) et temps de retour (TR) très rapides. Les vallées, dès qu’elles faiblissent, sont amplifiées très rapidement; les crêtes, dès qu’elles apparaissent sont lissées très rapidement également. Il en résulte une très nette diminution de la dynamique par rapport à un système plus lent (graphique de droite). Pour aller plus loin, vous pouvez également consulter ce document très intéressant (enfin, je trouve !).

Attention donc : sur quelques appareils, nous avons encore indirectement la main sur ces facteurs temporels, par le choix (obscur, j’adore !) de la « typologie du malentendant » et notamment un fameux choix « dynamique ». Les connaisseurs de ces fabricants reconnaitrons de qui je veux parler…

Juste pour vous montrer ce que devient le signal extrait d’un RSB 0dB, d’un appareil que j’avais testé précédemment sur ce blog, avant son amplification, puis après (émission à 65dBA, fenêtre d’analyse IEC 60118, de 125ms) :

Dyn ISTS in SNR0Dyn_voix extr SNR0

La dynamique est réduite après amplification, au maximum, d’environ 5dB. Il y a donc un respect de la dynamique du signal, même en milieu bruyant. Ce n’est pas toujours le cas… (des noms ! des noms !). Ce n’était pas du tout le cas il y a quelques années, et c’est là que les choses ont beaucoup évolué, il faut le reconnaître. Notez au passage l’amplification du signal @ 3kHz = 28dB.

Voilà ce que subit le bruit avant et après amplification par le même appareil, extrait du même mix à RSB 0dB :

Dyn ISTSnoise in SNR0

Dyn_bruit extr SNR0

Le bruit n’a pas de dynamique (c’est l’IFnoise), ce qui rend d’ailleurs « l’audition dans les vallées du bruit » très difficile; sa dynamique n’est donc pas affectée… puisqu’il n’en a pas. Notez au passage l’amplification du bruit @ 3kHz = 22dB, alors que les deux signaux ont été émis strictement au même niveau (RSB 0dB) et ont la même densité spectrale de niveau. Le signal est détecté, traité et amplifié de manière sélective (+6dB d’amplification par rapport au bruit).

Imaginons maintenant que la dynamique de sortie du signal n’ait pas été respectée (écrasée), cette différence d’amplification entre le signal et le bruit aurait été réduite à néant, car nous l’avons vu, la dynamique du signal avait déjà été réduite de 5dB par les compressions déjà « douces » (CR env. 1.2); une trop grande compression (protection) de la part de l’audioprothésiste aurait encore réduit cette dynamique, lui faisant perdre ses quelques dB d’émergence.

On le voit donc, la lecture de la dynamique du signal est extrêmement importante. Son respect par les algorithmes de traitement du signal est crucial. Pour info, la plupart des chaînes de mesure utilisent résolution temporelle de 46ms, mais en « overlapping », c’est à dire en faisant se chevaucher plusieurs blocs temporels à 50%, arrivent à 92ms de résolution temporelle, et donc se rapprochent des 125ms de l’idéal standard (j’en avais déjà parlé dans un billet traitant des diverses constantes de temps des chaînes de mesure in-vivo). Vous pouvez accédez à cette fonction dans le paramétrage de vos chaînes de mesure.

Tout cela montre bien la subtilité de toutes ces analyses, mais nous fait aussi prendre conscience (attention : psychologie magazine !) que nous voyons le monde, en général, à travers… une fenêtre !

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Atelier informatique

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Pour ceux qui seraient intéressés, cette analyse percentile du signal est réalisable avec une fonction (script) écrite pour le logiciel R.

Ce programme a été écrit par Nathan D. Merchant pour accompagner leur article sur l’acoustique des habitats écologiques. J’en ai modifié le code source afin de l’adapter à l’analyse percentile du signal au audioprothèse. Vous pouvez, si vous le souhaitez, en modifier également les bornes percentiles (ici j’ai défini 30, 50, 65, 95 et 99, dans le fichier Viewer.R). Vous trouverez le script de cette version modifiée ici. Téléchargez les fichiers PAMGuide.R et Viewer.R et mettez-les dans un dossier (votre bureau par exemple). Ouvrez R et définissez ce dossier comme répertoire de travail, puis tapez les commandes suivantes :

source("/votre dossier de destination/PAMGuide.R")

Vous pouvez aussi, sans taper cette commande, accéder au menu « Sourcer fichier » dans R et sélectionner « PAMGuide.R », puis taper :

PAMGuide(atype="TOL", plottype="Stats", lcut=200, Hcut=16000, N=5512.5)

Cette commande déclenche une boîte de dialogue vous demandant de choisir un fichier .wav pour analyse. Cette dernière est effectuée en 1/3 d’octave (TOL), en bande passante de 200 à 16000Hz, et avec fenêtre temporelle de 125ms (N=5512,5). Le paramètre temporel N est fonction de la fréquence d’échantillonnage du signal à analyser : si vous avez 44100Hz de f.e., N=44100 x 0,125 =5512,5. Pour un signal échantillonné à 96000Hz, avec fenêtre d’analyse de 46ms, N = 96000 x 0,046 = 4416. Dans le cas où vous souhaiteriez avoir les valeurs en dB SPL (comme ici) et non pas en dB relatifs, utilisez le paramètre « calib=1 », puis définissez la sensibilité en dB du paramètre Mh en fonction de votre calibration (ici, un fichier .wav de calibration à 94dB SPL a servi de référence pour définir précisément Mh).

Par exemple pour une analyse de l’ISTS (fichier son téléchargeable sur le site de l’EHIMA), en dB absolus (et RMS = 65dB SPL) et fenêtre temporelle de 1 sec. :

PAMGuide(atype="TOL", plottype="Stats", lcut=200, hcut=16000, N=44100, calib=1, Mh=-3.4)

Et pour finir, l’analyse standardisée IEC 60118-15 en audiologie/audioprothèse, pour l’ISTS :

PAMGuide(atype="TOL", plottype="Stats", lcut=200, hcut=16000, N=5512.5, calib=1, Mh=-3.4, winname="Hann", r=50)

… suite de la première partie.

En reprenant l’exemple suivant :

Capture

 

Environ 30dB SPL de bruit de fond (EINLevel) à 3KHz peuvent-ils être considérés comme gênants pour ce patient ?

On peut penser (mais je n’en ai pas la confirmation) que lorsqu’un fabricant met un modèle sur le marché, de surcroît s’il est censé pouvoir s’adapter sur des surdités légères à moyennes, il connait les limites de BDF acceptables issues de la littérature. Enfin, on espère…

Une solution radicale pour se garantir de toute perception de BDF serait de placer le 1er TK en entrée assez haut, mais pas trop quand même car il y aurait un risque de sous-amplifier les zones failles de la parole; disons 30/35dB SPL. C’est étrange, en explorant les courbes entrée/sortie (si par chance vous les avez), c’est justement la limite très commune d’expansion !

Un seul fabricant, depuis fort longtemps s’est quand même aventuré à passer sous cette barre : Widex, depuis le premier Senso. Mais quand vous voulez amplifier des niveaux très bas (5 à 30dB SPL) pour éventuellement les faire émerger au-dessus du seuil, il va falloir énormément de gain (si le larsen vous le permet). Et donc vous pouvez amener par la même occasion le bruit de fond en même temps que l’information dans la zone audible. Je crois me souvenir que tout avait été pensé chez ce fabricant pour maintenir le niveau du BDF toujours sous le meilleur seuil, notamment par la mesure du « sensogramme » qui était (est toujours) quasi obligatoire, comme celle du larsen. Très rapidement, l’effet d’évent (et pas uniquement son seul diamètre) a été également mesuré afin d’estimer la limite basse de TK sans larsen et/ou sans risque de BDF perceptible dans les BF.

Bref, pour passer sous la barre des 30dB SPL en entrée sans craindre une perception de BDF avec une méthodologie d’amplification non-linéaire, il vaut mieux avoir confiance en sa technologie…

Macrae et Dillon ont établi des niveaux de BDF acceptables en fonction du gain apporté (donc en fonction du seuil d’audition) à diverses fréquences, et mesuré dans un coupleur HA1 (intra). Pour donner quelques exemples (mais vous pouvez les retrouver sur l’article téléchargeable de la première partie) :

@1KHz, de 0 à 50dB de gain : env. 17,5dB SPL

@250Hz, de 0 à 45dB de gain : env. 37dB SPL

@2KHz, de 0 à 60dB de gain : env. 13dB SPL

Attention : il s’agit de bruit de fond à l’entrée, comme vu dans la première partie. On constate une gêne survenant plus rapidement après 1KHz. Etrangement, la « tolérance » au BDF semblerait importante dans les BF, mais ces zones fréquentielles sont souvent masquées (et le BDF avec) par le bruit ambiant, la « rumeur ». Et d’autant plus  l’appareillage présente un évent : le bruit ambiant entrant par l’évent minimise la perception du BDF de l’appareil.

Je vous passe les calculs éprouvants des auteurs, mais je reprendrais le résumé de leur méthode de calcul du EIN acceptable en fonction de la surdité : considérant un seuil à une fréquence donnée, ce seuil doit être corrigé avec NAL (et oui, c’est Dillon quand même !). Attention, ici, c’est NAL « old school » = formule linéaire d’avant NAL-NL1, c’est à dire NAL-R.

On a :

 EINL = Max( HTL + MAP – CG – Corr – 15,EINL0 )   (1)

Et là, oui, c’est beaucoup plus clair n’est-ce pas ?

En fait, NAL ne fournissant pas de cibles de niveaux de sortie en dB SPL au tympan (REAR), contrairement à DSL, Macrae et Dillon on converti la perte auditive (HTL), en niveau au tympan. Ils ont donc pour ceci ajouté au seuil HTL, le MAP (qui est le niveau d’audition minimal mesuré en dB SPL au niveau du tympan), ce qui a converti en quelque sorte le seuil HTL en seuil SPL au tympan. Mais comme la valeur du gain (CG) est donnée dans le coupleur d’intra (le HA1), ils ont ajouté une correction (Corr) pour passer du coupleur au tympan. Pour les puristes, cette valeur de correction provient de diverses tables de conversion toujours utilisées et très souvent citées dans la littérature : les valeurs de conversions (ou fonction de transfert) de Bentler & Pavlovic, et leur pendant en champ diffus. Aride… mais sachez quand même que ces valeurs se cachent encore dans tous nos logiciels de réglages et jusque dans nos chaînes de mesure (tables 1 & 2). Et enfin, la soustraction de l’EIN tolérable (EINL0) donnant 0dB SL (Sensation Level).

Vous retrouverez dans l’article (Table 6.) les valeurs de l’EIN max. acceptable, en fonction du seuil d’audition pour chaque bande de 1/3 d’octave.

Ce qui est intéressant, c’est de pouvoir saisir ces valeurs dans votre chaîne de mesure, comme ici pour un seuil de 0dB HL (ligne pleine) et un seuil, par exemple, de 50dB HL (carrés) :

Limites EIN

Par contre, il faut relativiser cette mesure, par l’apport de bruit de fond extérieur : performance du caisson de mesures (isolation) et BDF des transducteurs de mesure (microphones de mesure et de référence). Par exemple dans un caisson très performant, Bruël&Kjaer/Interacoustics TBS25 avec la config suivante:

20150306_173214

On obtient, au plus bas, cet EIN:

EIN TBS25 micros

Pour conclure, j’ouvrirais le débat sur les valeurs de Macrae et Dillon qui ont été obtenues à l’époque sur la base d’une formule linéaire (NAL-R). Il serait très intéressant d’avoir des valeurs aujourd’hui avec des formules de correction non-linéaires (NAL-NL et DSL) puisque les sons faibles sont nettement plus amplifiés qu’avec NAL-R, et que l’EIN risque donc potentiellement d’augmenter car le facteur CG de l’équation (1) augmente.

Avis aux étudiants de D.E. ou M1/2 en recherche de mémoire…

Les appareillages de surdités légères se multiplient ces dernières années (enfin, je trouve). Dans le même temps, je pense que nous ne sommes pas loin d’adapter quasiment 100% des aides auditives BTE/RIC/RITE avec deux micros, qu’ils soient utilisés dans leurs modes directionnels ou non.

La conjonction de ces deux faits augmente potentiellement le risque de perception de bruit de fond, notamment par un risque accru d’encrassement ou de panne du micro arrière, souvent plus exposé que le micro avant. Le circuit lui-même également génère un bruit de fond lors de son fonctionnement.

S’il est un sujet qui n’est pratiquement plus abordé par les fabricants, c’est bien celui du bruit de fond. On trouve en effet rarement ces données dans les fiches techniques aujourd’hui, alors qu’elles y figuraient encore systématiquement il y a… finalement longtemps ! (longtemps = + de 10ans en audiologie prothétique…). Et pourtant, l’importante amplification des circuits WDRC, voire FDRC actuels est susceptible d’amener ce bruit « brownien » électronique à un niveau perceptible, voire gênant.

Peut-on avoir une base quantitative fiable pour savoir si un bruit de fond se situe dans une limite tolérable ? Encore mieux : en fonction du seuil à chaque fréquence, comment déterminer si un bruit de fond risque d’être perceptible ?

Il est en effet difficile de savoir si 35dB SPL de bruit de fond est un niveau tolérable par un patient. Et même pour un audioprothésiste qui écoute (« L’Art perdu de l’écoute des aides auditives », repris de A. Rosette 😉 ), ou qui mesure ce BDF, où fixer la limite acceptable de qualité des composants électroniques à partir de cette mesure (ou de cette écoute) ?

Une mesure de BDF la plus utilisée en audioprothèse est la mesure du Bruit Equivalent en Entrée, ou en bon anglais « Equivalent Input Noise » ou EIN. La définition de ce terme m’a toujours parue « perchée », mais à la réflexion, elle est robuste (donc c’est moi qui ne suis pas assez perché) :

EIN = Bruit Equivalent  à l’Entrée :

  1. On suppose (c’est fictif) une aide auditive qui ne présenterait aucun BDF, avec un réglage équivalent (gain/fréquence) à celle (réelle) que l’on veut tester
  2. EIN = quantité de bruit qu’il faudrait envoyer à l’entrée de l’aide auditive fictive sans bruit pour avoir le même niveau de sortie (qui comprend l’amplification ET le bruit de fond mélangés) que l’aide auditive testée

Bref, trêve de bavardages, une bonne formule « et pi c’est tout ! » :

BDF dans le silence – Gain max. = EIN

Pourquoi faire intervenir une « aide fictive silencieuse » et donc exprimer le bruit « à l’entrée » plutôt qu’à « la sortie » ? Macrae & Dillon (2001) voient plusieurs intérêts à cela :

  • dans la plupart des aides auditives de bonne qualité de conception (pas les trucs faits en Chine et vendus en pharmacies), le BDF vient en majorité des micros, et le reste, du circuit
  • le BDF s’il était exprimé à la sortie, varierait en fonction de la position du potentiomètre (s’il y en a un); ce n’est pas la cas quand le BDF est exprimé en entrée
  • si le bruit était exprimé en sortie, les aides auditives à faible gain auraient toujours moins de BDF que les aides auditives à gain important

Ce qui veut dire :

  • que tester le BDF en entrée pour des appareils avec un potentiomètre (ou un réglage de gain) permet de s’affranchir du problème de l’augmentation de BDF avec l’augmentation du gain : en effet, si le BDF était testé en sortie, plus le gain serait élevé, plus le BDF le serait aussi. Le fait de retrancher le gain du BDF dans le silence permet de décorréler le BDF du niveau de l’amplification.
  • de même pour les appareils très puissants : s’ils étaient testés en sortie, leur amplification très importante (y compris dans un caisson de mesure très silencieux, mais jamais totalement silencieux) ferait croire à un bruit de fond très important. Le fait de le mesurer en entrée (donc de déduire le gain max.) permet de pouvoir comparer le BDF en entrée d’un « petit » appareil open et d’un surpuissant.

Donc en quelque sorte, la mesure de l’EIN « relativise » le bruit de fond par la soustraction du gain…

Pour calculer l’EIN, la chaîne de mesure va faire deux mesures successives dans chaque bande de tiers d’octave :

  1.  première passe : mesure du gain, en général à bas niveau d’entrée (40/50dB SPL par exemple) pour chaque bande de 1/3 d’octave
  2. deuxième passe : mesure du BDF dans chaque bande de 1/3 d’octave. Donc là, c’est le silence (relatif) dans le caisson, d’où l’intérêt d’avoir un bon caisson de mesures

Et donc ensuite, 2 – 1 = EIN. C’est la courbe bleue que vous voyez sur cette mesure :

Capture

Bon, maintenant que l’on a cette mesure d’un bruit de fond équivalent en entrée, qui est ici comprise entre 20 et 35dB, qu’en faire ? Bien ou pas bien dans ce cas ? Audible par le patient ou inaudible ? Mieux : potentiellement gênant ou non ?

La suite au prochain épisode….

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