Le système EchoBloc : traitement du signal dans les milieux réverbérants

78 Pages·2011·4.7 MB·French

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UNIVERSITE HENRI POINCARE, NANCY I
FACULTE DE PHARMACIE

Le système EchoBloc : traitement
du signal dans les milieux
réverbérants

MEMOIRE
Présenté en vue de l’obtention du Diplôme d’Etat
d’Audioprothésiste

Par Varin Virgile

Novembre 2011
REMERCIEMENTS

Je tiens tout d’abord à remercier le fabricant PHONAK™, pour m’avoir permis
de réaliser des études sur le système EchoBloc et pour avoir mis à ma disposition
des aides auditives, documents, et renseignements, dans le but de m’aider à avancer
dans ce mémoire.
Je remercie Monsieur DUCOURNEAU Joël, pour m’avoir aidé à réaliser les
différents tests et pour avoir consacré du temps à la mise en place de protocoles
d’analyses du système EchoBloc.
Egalement Madame DELLI-PIZZI Caroline, mon maitre de mémoire, pour m’avoir
aidé dans mes recherches et pour m’avoir permis de tester les différents traitements
lors de mes stages et pour m’avoir renseigné concernant les retours d’impression
des patients.
Et enfin, Monsieur GAY Etienne, ancien maitre de stage, pour m’avoir mis en contact
avec des patients motivés pour les tests.
SOMMAIRE

Introduction ....................................................................................................................................................... 1
Chapitre 1 : Notions d’acoustique .............................................................................................................. 2
1.1 Notions sur les ondes acoustiques.................................................................................................. 2
1.2 Notions d’acoustique des bâtiments .............................................................................................. 7
1.3 Notions de réverbération................................................................................................................... 9
1.3.1 Analyse de l’énergie acoustique réverbérée ........................................................................................... 9
1.3.2 Calcul théorique du temps de reverberation (TR) .............................................................................12
1.3.3 La sensation de réverbération ......................................................................................................................15
1.4 Notions de clarté ................................................................................................................................ 18
1.4.1 Critère de clarté : indice C80 .........................................................................................................................19
1.4.2 Critère de clarté : indice C50 .........................................................................................................................20
1.5 Notions de spatialisation................................................................................................................. 20
Chapitre 2 : Le système EchoBloc par PHONAK™ .............................................................................. 21
2.1 Principe de fonctionnement .......................................................................................................... 21
2.2 Etude comparative réalisée sur le système EchoBloc .......................................................... 24
Chapitre 3 : Test du système EchoBloc .................................................................................................. 26
3.1 Tests objectifs réalisés en salle de mesure............................................................................... 26
3.1.1 Mise en place d’un protocole de mesure .................................................................................................26
3.1.2 test avec un bruit blanc en signal sonore ..............................................................................................32
3.1.3 Test avec émission d’un signal de parole................................................................................................34
3.2 Tests subjectifs ................................................................................................................................... 39
3.2.1 Prise en compte du paramètre de clarté .................................................................................................39
3.2.2 Protocole de test sur des patients ..............................................................................................................41
3.2.3 Test en salle d’examen avec Listes de mots...........................................................................................41
3.2.4 Test en salle d’examen avec Listes de phrases ....................................................................................48
3.2.5 Tests en situation réelle, dans le hall de la faculté de pharmacie ..............................................50
3.3 Analyses phonétiques ...................................................................................................................... 55
Conclusion ....................................................................................................................................................... 59
INTRODUCTION

Depuis le mois de mai 2008, le fabricant d’aides auditives Phonak™ à lancé la
sortie d’un nouveau microprocesseur, nommé CORE (Communication Real-audio
Engine). Cette nouvelle plateforme de traitement du signal a amené de nouvelles
options de réglages, notamment de nouveaux algorithmes de traitement visant
l’amélioration de la compréhension dans divers environnements.

C’est le cas du système Windbloc, un algorithme adaptatif qui supprime le
bruit du vent sans modifier les réglages du microphone. Le porteur est moins gêné
sans que la compréhension en soit altérée. Il existe également le système EchoBloc,
algorithme assurant une meilleure qualité d’écoute dans de grandes salles, des lieux
de culte, des pièces aux parois réfléchissantes et autres milieux réverbérants.

La version du système EchoBloc actuelle est une version évoluée. Avec la
sortie récente du nouveau logiciel d’appareillage Target™ de Phonak™, il est
maintenant possible de gérer plus précisément le traitement EchoBloc. Les
algorithmes de calcul de ce système ont été améliorés avec l’apparition de la
nouvelle puce de traitement SPICE en 2011, remplaçante de la plate-forme CORE.

Cette technologie EchoBloc a été mise au point en réponse aux problèmes de
compréhension en milieu réverbérant pour les porteurs d’aides auditives.

Après un rappel de quelques notions d’acoustique et sur le phénomène de
réverbération plus particulièrement, nous nous pencherons sur le mode opératoire de
l’algorithme du système EchoBloc. Le but de ce mémoire est de montrer comment ce
système de traitement du signal fonctionne à l’aide de différents tests objectifs
réalisés en salle de mesure. Nous testerons enfin l’efficacité du système EchoBloc
pour la compréhension en milieu réverbérant, avec des patients, dans différentes
situations sonores.

1
CHAPITRE 1 : NOTIONS D’ACOUSTIQUE
1.1 NOTIONS SUR LES ONDES ACOUSTIQUES

Lors de la production d’un signal sonore dans un local, divers phénomènes
que l’on peut décomposer entrent en jeu. On désigne par champ acoustique la
région de l’espace dans laquelle existent des ondes acoustiques. Plusieurs termes
sont utilisés, avec plus ou moins de rigueur, pour désigner les différents types de
champs acoustiques.

On considère l’émission d’un son bref, appelé une impulsion et émis par une source
sonore dans un local. Le point de réception de ce son est une personne située dans
ce local à un point fixe.

La première onde acoustique que va percevoir la personne est celle qui arrive
directement de la source en ligne droite, sans obstacle : c’est le champ direct ou
encore son direct.

« Champ direct : champ acoustique parcouru de façon prépondérante par les
rayons sonores en provenance directe de la source. » [1]

Toutes les autres ondes sonores qui parviennent à la
personne sont des ondes réfléchies par les parois du
local et elles constituent le champ réverbéré ou encore
les réflexions (figure 1.1).

« Champ réverbéré : champ acoustique parcouru de
façon prépondérante par des rayons ayant subit une ou
plusieurs réflexions. » [1]

Figure 1.1 Emission d’un son dans un local

2
La combinaison du son direct et des différentes réflexions constitue la réponse
impulsionnelle de la salle. Elle se décompose en trois parties : le son direct, les
réflexions précoces et le champ diffus, comme le montre la figure 1.2.

Figure 1.2 Réponse impulsionnelle d’un local [2]

Le son direct dépend des caractéristiques de la source sonore (c'est-à-dire sa
puissance sonore et sa directivité) et de la distance entre la source et le récepteur.
Les caractéristiques de la salle n’influencent pas le son direct. Les réflexions
précoces suivent aussitôt le son direct, ce sont les premières réflexions et sont utiles
à la compréhension. Elles sont suivies du champ diffus, qui diminue progressivement
au cours du temps, jusqu'à ne plus être perceptible.

« Les réflexions précoces sont les réflexions qui arrivent au point de réception dans
les 80 à 100 premières millisecondes qui suivent le son direct.
Champ diffus : champ acoustique parcouru par des rayons sonores sans qu’il soit
possible de définir une direction privilégiée de propagation ; on trouve ce type de
champ dans la plupart des locaux ; un champ réverbéré ou semi-réverbéré a des
caractéristiques de champ diffus. » [3]

On différencie les réflexions précoces et le champ diffus par leurs répartitions
temporelles. Pour les réflexions précoces, il n'y a pas de régularité dans les temps
d'arrivées et dans les niveaux sonores des réflexions contrairement à celles du
champ diffus qui vont en décroissant, comme le montre la figure 1.2.

Ces deux grandeurs dépendent des positions de la source sonore et du récepteur (la
personne), mais également de la configuration des parois du local (sol, murs, parois
3
latérales...). On applique le terme de paroi non seulement aux murs, sols et plafonds,
mais aussi à tous les matériaux se trouvant dans la salle : moquette, meubles,
personnes.

Le champ diffus est lié au temps de
réverbération (TR), c’est « le temps mis par
un son réverbéré pour décroître de 60
décibels (dB) dans un local après extinction
de la source sonore. » [4]

Figure 1.3 Définition du temps de réverbération [2]

« Dans un local clos, au-delà d'une certaine distance, le niveau de bruit résultant de
la superposition de toutes les ondes réfléchies masque le champ direct. Dans un
champ diffus, le niveau de bruit est constant et indépendant du point de mesure. »
[2]

Le champ diffus est le résultat de l’énergie qui se décompose en rayons
sonores qui partent de la source pour se réfléchir sur toutes les parois du local. Il
ressort des précédentes définitions, quatre caractéristiques du champ diffus :

Il est perçu un certain temps après l'arrivée du son direct,
A un point fixe, l'intensité réverbérée décroît de manière exponentielle.
Exprimée en décibel, cette décroissance devient linéaire (voir figure
1.3),
Il est homogène, c'est-à-dire que son intensité est la même en
n’importe quelle position dans le local,
Il est chaotique, c'est-à-dire que les multitudes de réflexions
proviennent de toutes les directions. À l'inverse, le son direct et les
réflexions précoces proviennent d'une direction précise.

4
La réflexion d’une onde se produit selon certaines lois physiques ; ceci est valable
pour les ondes sonores autant que pour les rayons lumineux.

Considérons une onde sonore qui frappe une paroi. « Si sa longueur d'onde
est petite devant les dimensions de l'obstacle (donc pour les hautes fréquences),
l'onde sonore se comporte comme une balle frappant un mur, ou comme un rayon
lumineux frappant un miroir. » [2]

En optique géométrique, d’après la loi de Descartes,
lorsqu’un rayon lumineux frappe un miroir avec un
angle d’incidence i par rapport à la normale, il est
reflété avec le même angle par rapport à cette droite.
La normale est une droite imaginaire, perpendiculaire
à la surface frappée, au point d’impact du rayon
lumineux. Il s’agit de la même chose avec les ondes
sonores, on parle d'acoustique géométrique. On
modélise alors l'onde sonore par une droite qu'on
appelle un rayon sonore.

Figure 1.4 Loi de Descartes en optique [5]

Considérons une source S placée à proximité d’une paroi.
Le récepteur (la personne) est placé en un point P. En
acoustique géométrique, les rayons sonores subissent des
réflexions spéculaires. Le son réfléchi semble provenir d'une
source image S’, symétrique de la source S par rapport à la
paroi.

Une réflexion est diffuse, ou chaotique, si l'onde incidente
est réfléchie selon de multiples directions. C’est le cas pour
le champ diffus qui nous intéresse dans l’objectif de ce
Figure 1.5 Réflexion
spéculaire et source mémoire.
image [5]

5
« Une réflexion chaotique est produite par une surface diffusante qui présente des
irrégularités dont les dimensions sont de l’ordre de grandeur de la longueur d'onde
de l'onde incidente. Ces réflexions proviennent de directions multiples, et se
mélangent de façon chaotique.» [6]

Figure 1.6 Réflexions d’ondes chaotiques

Lorsque l’onde sonore incidente percute une paroi qui présente des aspérités, la
dimension de ces irrégularités et la longueur d’onde de l’onde incidente jouent un
rôle déterminant. En effet, si leur ordre de grandeur est le même, alors la réflexion
est diffuse comme le montre la figure 1.6, et si leur ordre de grandeur n’est pas le
même, alors cela donne une réflexion spéculaire, comme dans le cas de la figure
1.5.

Dans une salle, une bonne diffusion des ondes sonores accentue l'impression de
baigner dans le son.
Le coefficient d’absorption d’une salle n’influe pas sur le nombre de réflexions, mais
uniquement sur le niveau sonore de ces dernières. Cette notion d’absorption fait
partie du domaine de l’acoustique du bâtiment.

6