COMPRESSION ET EXPANSION PAR L'ENVELOPPE
OBJECTIF
L'expérience précédente a montré
l'importance de l'enveloppe sur l'intelligibilité et a soulevé le
problème de distorsion de l'enveloppe lors de la compression du signal
dans les aides auditives actuelles (cf figure 30).
Nous avons ensuite voulu estimer les performances d'un nouveau
type de compression ou d'extension du signal de la parole. Des tests
d'intelligibilité dans le bruit ont été choisis pour
évaluer la qualité de la compression. La technique
utilisée pour compresser ou étendre le signal se base sur la
modification de l'enveloppe temporelle en préservant sa forme et la
structure fine du signal. L'avantage de ce type de technique est
d'éliminer tout effet indésirable de distorsion lorsque le signal
n'est pas stationnaire.
Lorsqu'un sujet à un recrutement important, il est
intéressant d'utiliser cette technique de compression car elle
préserve la structure fine et la forme de l'enveloppe du signal. Moore,
1992 montre que pour simuler une surdité avec une audition normale
(surdité de perception) l'enveloppe du signal doit être
comprimée par sa racine carrée (compression de 1/2).
MATERIEL ET METHODE
TRAITEMENT DU SIGNAL
L'objectif du traitement du signal est de préserver le
spectre instantanée et la forme de l'enveloppe temporelle du signal lors
d'une compression. Il est donc nécessaire d'extraire
séparément l'enveloppe et la structure fine du signal, puis de
compresser uniquement l'enveloppe.
Redressement
Filtre passe bas
250 Hz
Puissance
(X-l)
Filtre passe bas
250 Hz
Signal de
Parole
Signal
Traité
Figure 31 : Schéma simplifié du traitement de
signal effectué pour compresser
l'enveloppe du signal bruité.
Si l'on veut compresser par 1/2 la puissance sera --1/2.
Pour pouvoir compresser l'enveloppe nous avons tout d'abord
extrait l'enveloppe du signal (par redressement et filtrage passe bas à
250 Hz). Nous avons ensuite élevé l'enveloppe à une
puissance X-1, X étant le facteur de compression. Puis nous avons
refiltré l'enveloppe par un filtre passe bas de 250 Hz pour
éliminer les fréquence induites par le passage à la
puissance. Pour finir nous multiplions le signal d'origine par l'enveloppe
traitée (on retrouve donc l'enveloppe à la puissance X-1 +1=X ;
cf figure 31)
20 40 60 80
Intensité d'entrée (dB SL)
0
0
80
U)
o
, 40
-o
Figure 32 : fonction entrée sortie de la compression
de l'enveloppe
pour des X=1/8, 1/4, 1/2, 1, 2 et 4.
Nous avons choisi les compressions suivantes, X=1/8, 1/4, 1/2,
1, 2 et 4. Les fonctions entré/sortie de la compression sont
représentées figure 32. X=1, correspond au signal d'origine,
X=2,4 correspond à une extension du signal, X=1/2, 1/4 et 1/8 correspond
à une compression du signal.
La figure 33 nous donne un exemple des différents
traitement obtenu sur les mots 'le bouchon' prononcé avec un rapport
signal sur bruit (S/B) de 12dB (cf X=1). Comme le montre la figure 33 dans cet
exemple, la compression du signal diminue le rapport signal sur bruit (pour
X=1/2 S/B passe de +12 à +6dB, X=1/4 S/B passe de +12 à +3dB,
X=1/2 S/B passe de +12 à +1.5dB). Par contre l'extension du signal
augmente le rapport signal sur bruit (pour X=2 S/B passe de +12 à +24dB,
X=4 S/B passe de +12 à +48dB). Les modification des rapport S/B devrait
influencer l'intelligibilité.
Figure 33 : Exemple du traitement de signal pour le mots
'le bouchon' pour les différents X
pour un rapport signal sur bruit
de +12 dB
|
X
|
-6
|
0
|
6
|
12
|
|
4
|
-1.5
|
0
|
1.5
|
3
|
|
2
|
-3
|
0
|
3
|
6
|
|
1
|
-6
|
0
|
6
|
12
|
|
1/2
|
-12
|
0
|
12
|
24
|
|
1/4
|
-24
|
0
|
24
|
48
|
|
1/8
|
-48
|
0
|
48
|
96
|
Tableau I: S/B après traitement en fonction de X et
du S/B avant traitement.
Comme le montre le tableau I, le traitement effectue modifie
grandement les S/B donc a priori, cela devrait se répercuter sur
l'intelligibilité.
LISTE DE MOTS
Nous avons choisi les mêmes listes que dans
l'expérience précédente. Afin de rendre le test plus
difficile, pour chaque liste, on surajoute un bruit rose pour masquer en partie
le spectre de la parole (cf figure 24). Différents rapports signal bruit
sont testés (12, 6, 0 et --6 dB).
EXPERIMENTATION
Pour chaque sujet testé nous avons passé une liste
par condition sur l'oreille droite. L'intensité de stimulation est
à environ 30 dB SL
Pour chaque sujet six types de compressions avec quatre rapports
signal sur bruit ont été choisies (soit 24 listes) :
- compression de 1/8, 1/4, 1/2, 1 et expansion de 2 et 4.
- rapport signal sur bruit de 12, 6, 0 et --6 dB
Pour chaque mot deux mesures d'intelligibilité sont
effectués :
1- la reconnaissance du mot (0 ou 100%),
2- le pourcentage de phonèmes reconnus dans la liste de
mot (de 0 à 100%).
SUJETS TESTES
Dans cette deuxième expérience seule la
population de normo-entendant a été testée. L'objectif
étant, dans un premier temps, de vérifier que la compression du
signal n'engendre pas de détérioration sur
l'intelligibilité en fonction du S/B.
20 sujets normo-entendants ayant une perte auditive sur
l'oreille droite inférieure à 10 dB sur les fréquences
125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 et 8000 Hz ont participé a cette
étude. L'âge des sujets est en moyenne de 28 ans (déviation
standart de 5 ans). La population est composée de 10 hommes et 10
femmes.
RESULTATS & DISCUSSION
le,
100
I »
0
-6 0 6 11
dopdodol idedoll/bne (de)
-6 0 4 12
Reopeel 166061/6.ull (0S)
-6 0 6 11
Reooen skreibte (011)
E 0
I
î 40
20
0
I
Id 100
0
-6 0 6 11 Roman signel/Oeu« (011)
Roma sionel/ausi (a)
Figure 34 : Intelligibilité des phonèmes pour
différentes compressions à différents rapport
signal
sur bruit du signal d'entré sur une population de 20 sujets.
L'exemple figure 33 nous montre que le fait de compresser un
signal diminue le rapport signal sur bruit, ce qui est logique si l'on regarde
aussi la figure 32. Inversement une extension du signal augmente le rapport
signal sur bruit.
Malgré cela les résultats figures 34 et 35 ne
montrent pas de différence statistique (par une anova à deux
facteurs à mesure répété) de
l'intelligibilité en fonction du facteur de compression (ou
d'extension). Ce type de compression ne modifie apparemment pas
l'intelligibilité dans le bruit pour différent S/B du signal
entré.
Comme nous nous y attendions, le traitement du signal
utilisé permet de préserver la forme de l'enveloppe ainsi que les
structures fines du signal, ce qui se traduit par la stabilité de la
compréhension de la parole dans le bruit.
-6 0 6 12
Rommel skpotetwe (OS)
-6 0 6 12
Rommel skpessus os)
·
"
so
4o
20
o
-6 0 6 12
· 4
·
·
·1 sksel/beu11
(OS)
z
100
g6°
60
40
20
1,7
100
160
1 40
I "
--100
6°
4
40
20
0
-6 0 6 12
Ro00so1 es
·olibee (M)
17 100
I e°
40
20
-5 0 6 12
Roct0o11 t15 oo/W
·1 (dl)
oo
100
4
· "
to
20
-5 0 6 12
1000011 sbeogeewl (te)
Figure 35 : Intelligibilité des mots pour
différentes compressions à différents rapport
signal
sur bruit du signal d'entré sur une population de 20
sujets.
CONCLUSION
Bien qu'artificiellement le rapport signal sur bruit se
modifie lors d'une compression (figure 33, table I), l'intelligibilité
reste néanmoins identique. L'utilisation de ce type de traitement semble
être intéressant pour les aides auditives par rapport aux
compressions utilisées actuellement.
Afin de valider ce type de compression, il semble
intéressant de poursuivre ces investigations sur des sujets atteints
d'une surdité cochléaire. Plusieurs sous-groupes, en fonction du
niveau de surdité, doivent être étudiés (de la
surdité moyenne à profonde).
Il semble aussi intéressant d'utiliser ce même
traitement sur plusieurs canaux fréquentiels.
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