La chaîne de mesure du futur

Il s’agit ici de montrer ce qu’il est possible d’obtenir comme informations sur le fonctionnement d’appareils auditifs actuels, et de mettre en évidence qu’à performances égales, le choix prothétique a toute sa place, pourvu que nous puissions appréhender toutes les subtilités des technologies qui nous sont offertes.

Une première chose avant de commencer : un remerciement à Christophe LESIMPLE de Bernafon, dont le code mis à la disposition de la communauté (et quelques ajouts et modifications de ma main), ont permis d’obtenir les données présentées ici.

Beaucoup de choses ont évolué ces dernières années dans le domaine la technologie des aides auditives, et un simple gain, une courbe de réponse dans le domaine fréquentiel ne sont plus suffisants pour avoir un aperçu des performances des algorithmes. Des données plus importantes pour l’audioprothésiste, l’audiologiste et les patients vont devoir être mesurables par nos chaînes de mesure, et dans un temps que je n’espère pas trop long (en minutes) ni trop lointain (en années).

Ne serait-ce que pour prouver un bénéfice, ou plus simplement confronter des mesures subjectives (audiométrie vocale dans le bruit par exemple) pas toujours évidentes à mener ou interpréter, et des données plus objectives, il va falloir obtenir de nouvelles informations sur le fonctionnement des aides actuelles.

Egalement, il devient important de pouvoir mettre en évidence des orientations très différentes selon les fabricants en matière de traitement du signal alors que les appareils pourraient sembler identiques en performances brutes.

Et enfin, permettre à l’audioprothésiste de reprendre sa place : prouver (ou non) ce que promet le marketing, et permettre un choix éclairé d’aide auditive en fonction de la typologie (de vie, de dynamique auditive, de capacité résiduelle, de discrimination fine, etc.) de son patient.

Prenons deux aides auditives récentes, dont les performances semblent a priori identiques :

  • Le Widex Evoke 440 (Fusion 2)
  • Le Bernafon Viron 9 (MNR).

Mais d’abord, qu’est-ce que la performance d’une aide auditive ?

  • L’amélioration du rapport Signal/Bruit ?
  • Le confort ?
  • La préservation de l’enveloppe temporelle du signal ?
  • Et le dégradation (?) de celle du bruit
  • La préservation du gain de la parole en milieux bruyants ?
  • Soyons exigeants : tout cela à la fois ?

In/Out : quand des données brutes ne renseignent pas sur des différences (presque) invisibles

On pourrait se contenter d’un graphique très réducteur sur ces deux modèles :

Attention aux échelles des ordonnées, ces deux modèles ont quasiment la même amélioration du RSB entre -10 et -5dB en entrée : 10dB d’amélioration et 7dB à 0dB de RSB. C’est pratiquement surnaturel, mais on s’habitue aux miracles, dommage…

Pour avoir ce résultat, l’Evoke est cependant laissé « as is », ce que j’appelle « Mode auto » (= comme le préconise le fabricant). Le Viron atteint cette performance si l’audio le règle pour cela… et c’est là une première différence !

En effet, selon que l’on laisse le « DAC » (c’est à dire la réduction du bruit dans les silences de la parole, voir plus loin) comme le préconise le fabricant, où que l’on ajuste ce « DAC », le réducteur de bruit et la directivité adaptative, l’audioprothésiste obtiendra des résultats très différents avec le Viron 9 :

Effets du DAC, DNR et de la directivité

Donc pour résumer ce premier point :

  • Il faut tanner les fabricants pour connaître les effets éventuels de leurs réglages fins, fouiller les détails, tester pour valider, bref : être curieux et exigeants !
  • Un appareil « tout nu », c’est à dire juste avec sa compression, ça détériore (-2dB pour Widex) le RSB ou au mieux, ça le laisse neutre (Bernafon). On imagine la puissance de calcul pour parvenir ensuite de +7 à +10dB d’amélioration du RSB…
  • Certains vous laissent la main, d’autres pas. A nous de saisir l’opportunité de jouer sur ces réglages qui nous sont offerts, si on pense que nos patients peuvent en avoir besoin ou non.

De l’effet réducteur de la force brute

Juger des aides auditives sur le seul critère d’amélioration du RSB n’est pas assez fin. En effet, il manque systématiquement la même donnée : le temporel !

Les audioprothésistes travaillent depuis toujours en spectral. Et il devient TRES rageant de ne pas savoir ce qui se passe en temporel.

Vous comme moi ces dernières années, en sommes réduits à entendre et croire les discours marketing, sans pouvoir visualiser, si « oui » ou « non », ce réducteur de bruit « nettoie » le bruit dans les vallées de la parole. Est-ce possible ?

Là encore, les fabricants ont des technologies très différentes sur ce point, à performances égales de RSB :

  • Le « DAC » de Bernafon prétend diminuer le bruit dans les silences de la parole. Est-ce possible et vrai ? Et quantifiable ?
  • Widex ne dit rien à ce sujet. Peut-on mettre en évidence sa technologie de réduction du bruit ?

Pour reprendre nos deux protagonistes :

Gris = Signal + bruit – Fonçé = signal extrait – Clair = bruit extrait
Viron 9 – Diminution du bruit dans les silences de la parole en cond. 2

Là ou le Widex nettement réduit le bruit mais le maintient stationnaire, le Bernafon le réduit également dans les mêmes proportions, mais de façon à chaque fois plus prononcée dans les silences de la parole (avec très léger effet retard). Cet effet peut paraître minime, mais il est de l’ordre de 2dB environ.

Le DAC, censé réduire le bruit dans les vallées de la parole, fonctionne donc bien. Ce n’est pas le plus gros du travail qui est fait par cet algorithme, mais 2dB d’amélioration du RSB peuvent au final être cruciaux et s’ajouter à l’amélioration d’autres algorithmes (directionalité, détection de la parole, gain linéaire flottant, etc.).

Le Widex mise sur une réduction du bruit plus globale, mais tout aussi efficace au final.

La différence entre les deux fabricants nous permettra de faire un choix entre différents patients et leurs besoins, leur typologie de vie et d’audition. Confort ou finesse ? Protection ou informations ?

Encore une fois, des comportements très différents d’un modèle à l’autre, et des réglages fins accessibles et efficients.

La visualisation temporelle fine devrait (je l’espère) prendre une place croissante dans les prochaines années.

Pour gagner : d’abord ne pas perdre

Cette lapalissade prend tout son sens lorsque l’on sait à quel point les dB de RSB se perdent vite et se gagnent difficilement.

  • Ouvrir le couplage nous fera perdre 2 à 3dB de RSB
  • Un micro directionnel défaillant, au moins autant
  • Un réglage trop comprimé ne faisant plus émerger les crêtes aussi
  • Etc.

Mais un phénomène moins connu est la détérioration du gain du signal utile en milieu bruyant. C’est un facteur de perte de RSB à la sortie de l’appareil. Au fur et à mesure que le bruit augmente, et si le signal diminuait, le RSB aurait tendance à stagner, voire à régresser.

Sur ce point, et dans les conditions des tests présentés (voix de face 0° et bruit derrière, 180°), ces deux fabricants s’en sortent très bien :

Le bruit diminue en sortie au fur et à mesure qu’il augmente en entrée, mais le signal reste stable ou quasiment.

Normal ?

Ce n’est pas forcément le cas pour tous les fabricants, loin de là.

Les différents algorithmes de réduction de bruit dégradent-ils le signal ?

Le point précédent montre déjà que la dégradation du RSB sur ces deux modèles n’impacte pas, ou peu, le gain du signal. Mais ce gain peut rester stable alors que l’enveloppe du signal peut être dégradée (par rapport au signal d’entrée).

Un amplificateur (sans compression) pourrait théoriquement amplifier l’enveloppe d’entrée, sans la dégrader donc, alors qu’un compresseur avec ses temps d’attaque et de retour, peut potentiellement dégrader l’enveloppe du signal amplifié. Ce phénomène pourrait être plus marqué en milieu bruyant car la compression est alors plus présente.

Egalement, tous les autres algorithmes peuvent impacter l’enveloppe temporelle du signal utile.

Une possibilité pour visualiser ce phénomène consiste :

  • à prendre le mix signal + bruit à l’entrée de l’appareil,
  • à en extraire le bruit et la parole à chaque RSB,
  • à faire de même dans deux conditions de tests « Tout actif » et « Tout désactivé »,
  • puis comparer les signaux et les bruits de chaque condition de test avec le signal et le bruit de référence (à l’entrée de l’aide auditive),
  • et enfin de comparer leurs enveloppes et d’en calculer les différences entre elles… ouf !

Cette technique vaut ce qu’elle vaut dans l’absolu, mais elle a le mérite de pouvoir comparer entre elles deux conditions et différents modèles.

Voici ces EDI (Indices de Différences d’Enveloppes) pour le Widex Evoke 440 :

Et pour le Bernafon Viron 9 :

Attention à bien relativiser : cet EDI est basé sur la parole et le bruit extraits d’un signal de parole et de bruit mélangés. Dans le silence (sans bruit), cet indice serait beaucoup plus faible (de 0,05 à 0,2 selon les fabricants sur le marché). Pour rappel : un EDI de 0,20 signifie que l’enveloppe du signal ou du bruit comporte 20% de différences avec l’enveloppe du signal ou du bruit d’entrée.

Oui, les divers algorithmes de traitement du signal ont un effet sur l’enveloppe du signal amplifié, mais de l’ordre de 5% de détérioration, ce qui est minime si on le compare au bénéfice apporté de 5 à 10dB d’amélioration du RSB. Et dans le pire des cas, on reste proche d’une valeur « critique » de 25%.

Dans le cas présent, la détérioration de l’enveloppe temporelle du bruit n’est pas importante (alors que l’on pourrait l’attendre et le souhaiter), mais c’est parce que le bruit utilisé ici (IFnoise) n’a pas de variations temporelles. Un même test avec un « babble » donne une détérioration de l’enveloppe du bruit plus importante.

Pour conclure

Je rêve, et vous aussi, de ne pas avoir, un jour, à passer 2h de tests et analyses pour obtenir ces données.

Je rêve donc un jour que nos chaînes de mesures ne se contentent plus de calculer des gains ou mesurer des niveaux de sortie, mais de nous apporter ces informations qui commencent à devenir cruciales. Cruciales pour notre indépendance vis à vis des fabricants, cruciales pour apporter la preuve clinique, cruciales pour un choix prothétique raisonné.

Je pense également que l’analyse à long terme du RSB deviendra caduque, car de plus en plus d’aides auditives vont utiliser ces débruiteurs capables de nettoyer le signal à la milliseconde. Il est d’ailleurs intéressant de noter que l’ANSI travaille actuellement à une nouvelle mouture du SII permettant l’analyse à très court terme de l’émergence de la parole. Vous trouverez quelques éclaircissements avec ce document et cet article de Rhebergen qui est à l’initiative du projet.

Ce calcul du SII sur des périodes très courtes (4 à 13ms) pourrait alors nous renseigner sur des améliorations fugaces mais réelles de l’émergence de la parole dans les vallées du bruit ( = plus d’intelligibilité) ou de la diminution du bruit dans des vallées de la parole ( = moins d’effort cognitif).

Vous trouverez également ici un article récent sur un algorithme utilisé dans une des deux aides auditives (au moins) citée ici.

Je voulais encore remercier une fois Christophe LESIMPLE de Bernafon AG pour avoir mis à la disposition de tous un code d’analyse sous R, bien plus léger qu’un code Matlab correspondant, et en libre accès. Ce code, (légèrement) modifié et enrichi de nouvelles fonctionnalités par l’auteur de ce billet, permet d’obtenir toutes ces données, assez simplement, pourvu que vous fournissiez les signaux Speech+Noise et (inverse)Speech+Noise en entrée et en sortie de l’aide auditive.

Mais le relai doit être pris par les fabricants de chaînes de mesure, les Interacoustics, Natus et autres Audioscan pour nous permettre de mesurer ces paramètres rapidement et simplement. Nous n’avons pas vocation à être des codeurs pour obtenir des informations !

Voici les liens vers le drive avec mes enregistrements et les codes d’analyse utilisés :

Ces codes sont à utiliser avec le logiciel R. Pour cela, je vous conseille l’environnement RStudio, plus simple à utiliser, surtout pour coder. Et bien sûr, nous sommes preneurs de toute amélioration ou suggestion. R est un logiciel Open Source, il faudrait que la pensée, la recherche, la transmission et le partage le soient tout autant (Open Source).

Est-il besoin de le préciser, mais je le précise quand même : je n’ai aucun lien d’intérêt avec Bernafon ni Widex !

Arrivederci a tutti !

Un autre jour, ailleurs, peut-être.

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Comments (4)

  • Article passionnant. Une fois de plus je te félicite pour cette vulgarisation et cette mise à disposition des connaissances, le tout dans un esprit « open source ». On te doit un immense « merci » avec de belles crêtes bien définies !

    J’attends avec impatience le prototype de chaine de mesure ;)) Quand on connait le tarif d’une chaine de mesure -et de tout le matériel professionnel par ailleurs- on se dit qu’en effet se serait bien de pouvoir aller un peu plus loin que relever une courbe de réponse et un graphique entrée sortie.

    Une petite question :
    – si les fabricants ne mettent pas d’emblée les algorithmes à fond c’est peut-être qu’il y a un revers à la médaille. Ainsi par exemple sur le Viron, cette diminution légèrement retardée du bruit dans les vallées de la parole n’entrainerait-elle pas une sorte de pompage audible ?

    Enfin dernières suggestions :
    – pourquoi ne pas mettre les données brutes du dernier Oticon, Phonak, Signia, Starkey à coté de celles du Bernafon et du Widex ? par faute de temps je suppose, mais peut-être que quelqu’un pourrait reprendre le protocole qui est accessible ?

    – puisque les fabricants développent des DSP pleines d’algorithmes et les brident pour créer leur gamme (ou permettent à l’audioprothésiste d’installer un niveau ou un autre) n’aurait-on pas intérêt à comparer le haut et le bas de gamme avec dans les deux cas l’algorithme poussé au max de ses possibilités ?
    Au passage je vois un risque de faire payer chaque algorithme ou chaque niveau d’algorithme sur un seul et même modèle et non plus un appareil ou un autre dans une gamme de 4-5 niveaux, ce qui modifierait le modèle économique. Mais c’est là un autre sujet.

    • Bonjour Brice, et merci pour tes encouragements

      Concernant les points que tu relèves :
      – l’activation ou non des algorithmes à leur maximum (et même à leur minimum) reste pour moi un mystère = pas bien expliqué (encore !) par les fabricants. Par exemple, si je prends l’exemple de ces deux appareils testés, tu as dû remarquer que des fois, le réducteur de bruit est proposé aux maximum, des fois en action moyenne (Widex). Par exemple cet a.m; avec le Viron, j’ai eu un exemple où le logiciel me proposait d’office la directionalité maximale… Donc il y a une typologie établie par le fabricant, et par forcément bien expliquée à l’audio –> demandons des explications !

      – concernant des enregistrements comparatifs « tous fabricants, tous modèles », j’ai ça dans mon HDD externe. Tu as émis une très bonne idée en me proposant de mettre juste les fichiers sons traités pour que chacun fasse son calcul avec le code R fourni par exemple. Comme ça c’est le lecteur lui-même qui ferait l’extraction… pas bête 😉

      – la rupture d’un modèle économique existant nécessite beaucoup d’énergie, d’esprit visionnaire, etc. mais au final est souvent payante. Etrangement, la société vénère les visionnaires, mais personne n’est jamais prêt à « perdre » ce qu’il connait bien, c’est de la psychologie de base.

      Merci encore pour tes réflexions.

  • Pour être honnête, j’ai fait ces extractions à la suite de votre question sur le sujet, n’ayant jamais rien lu là-dessus.

    L’effet sur le brui est encore plus marqué avec un brouhaha de voix.

  • Bravo pour ce travail … ça correspond exactement à la question que je me posais sur l’impact des algos divers et variés de réduction de bruit etc … sur un réglage, soit mieux comprendre les bénéfices et limites de ces dispositifs, pour utiliser la boîte à outils en connaissance de cause et en fonction du patient en face !

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