Georges Planté-Longchamp Etienne Caldichoury Guillaume Auzias.

SON NUMÉRIQUE ET AUDITION

Georges Planté-Longchamp Etienne Caldichoury

Guillaume Auzias

«JE SUIS SOURD LA PLUS NOBLE PARTIE DE MON ÊTRE S’EN EST ALLÉE» 

BEETHOVEN

La propagation du son La propagation du son se fait normalement

par une onde transportant l’énergie, sans déplacement de matière, dans le milieu ambiant. (Air et eau)

C’est avec l’invention du téléphone qu’est née la possibilité de le porter par une fréquence radioélectrique modulée.

On a utilisé pour cela le fil, le câble, la fibre optique puis les ondes hertziennes

Le code morse est considéré comme le précurseur des communications numériques.

…---... SOS

Le son dans les multimédias

Une onde sonore est un signal analogique, c'est à dire continu dans le temps. Le signal analogique, peut être stocké sur du vinyle ou une bande magnétique mais il peut être très facilement altéré.Pour numériser un signal, on le récupère fragment par fragment à une cadence donnée, dite fréquence d'échantillonnage.

Les valeurs numériques sont donc stockées sous forme binaire ce sont alors des données multimédia.

La numérisation d'un signal en fait une succession d’éléments parcellaires il n’est donc plus continu mais cela permet de le stocker sur un disque il n'est pas dégradé comme dans le cas de techniques analogiques, mais codage et décodage sont plus complexes.

La fréquence d’échantillonnage

La fréquence à laquelle le signal est échantillonné doit être supérieure à 2 fois la fréquence maximale du signal.

Ainsi, pour l'audio, étant donné que les fréquences audibles par l’homme courent de 20Hz à 20kHz, on utilise couramment deux fréquences d'échantillonnage: le 44.1 kHz et le 48 kHz,

Les compressionsElles sont rendue nécessaires par me poids considérable des fichiers numérique portant le sonNous connaissons plusieurs types de ces fichiersCelui qu’a adopté Windows est le format .Wav.il s'agit d'un conteneur capable de recevoir des formats aussi variés que le MP3, le WMA, l‘ATRAC, l‘ADPCM, le PCM. Il est considéré à tort comme un format sans perte.Un son compressé sans perte (par exemple FLAC) sera de meilleure qualité qu’à un son compressé avec perte (MP3, AAC) mais dans le cas d'une compression avec faible perte, seule une oreille très avertie pourra faire la différence

Les compressions sont de deux types

Compression sans perte Elles doivent réduire la taille du fichier et garder

la possibilité de retrouver exactement le message d'origine. C’est l’équivalent du fichier RAW en photo.

Les compressions avec perte les méthodes les plus efficaces et les plus

utilisées. Sont l'ensemble des normes MPEG  JPEG, en Photo MP3 ou AAC, en audio

Elles sont adaptées comme en image à la capacité de synthèse de l’oreille humaine

La tolérance de la compression

Il existe différents niveaux de "perte" pour une compression. Ils sont reliés à ce qu'on appelle le "bit rate", c'est à dire la quantité de donnée par seconde de musique. On voit donc que pour une musique de temps donnée, plus on veut de qualité, plus la taille du fichier va augmenter ce qui est logique vu qu'on stocke plus d'information :qualité "courante"-> encodage en 128Kbps  Kilobits par seconde de musique)bonne qualité      -> encodage en 192Kbps excellente qualité -> encodage en 320Kbps le format MP3 est conçu pour être de même qualité à 128 kbit/s que le MP2 à 192 kbit/s. C'est une qualité ressentie, profitant des lacunes de l'audition humaine, car le format est destructif.

Le format MP3 est le plus courant

La technique de compression du MP3 passe par une élimination d'informations sonores censément peu ou pas audibles (fréquences élevées, son couvert par un autre...).

Le convertisseur

Ce convertisseur sert à transformer le signal analogique issu de l’amplificateur et du filtre anti-repliement en un signal qui peut être traité par le microprocesseur et en fait un signal numérique. Les différentes actions sont  organisées par l’horloge. Les principaux périphériques comportant des convertisseurs analogique numérique sont:• les cartes d'acquisition vidéo ;• les scanners ;• les cartes de capture sonore (la quasi-totalité des cartes-sons) ;• la souris, l'écran et tout mécanisme de pointage ;• les lecteurs (optiques le lecteur cd CD-ROM, magnétiques comme le disque-dur) ;• les modems (à la réception).

Et les générateurs de son à partir du signal numérique agissent en sens inverse

Les convertisseurs analogiques numériques

Ce qu’a permis le numérique

Les avantages du numérique sur l’analogique sont avant tout le stockage mais derrière lui le travail du son

Au fur et à mesure de l’évolution technologique un réalisme extraordinaire a été reproduit avec l’élimination des parasites et création d’un relief sonore

La simple reproduction du son a été suivie de la reproduction des perceptions naturelles telles la localisation de la source et son déplacement.

C’est l’origine des Dolby et Sur round qui en pratique son reproduit dans le Home Cinéma .

Cela implique au niveau de l’émission la multiplication dans l’espace des hauts parleurs

Les conséquences sur l’audition

L'audition est un mécanisme complexe assurépar les deux oreilles et les voies centrales

avec notamment un rétrocontrôle permanent du cerveau.

L'oreille humaine perçoit les différents sons allant, dans les meilleurs cas, de 20 Hz (son grave) à environ 20 000 Hz (son aigu).

Il semblerait que la limite haute de la fréquence soit plus élevée chez l’enfant et l’adolescent

Oreille externe Oreille moyenne Oreille interne

Onde sonore Vibration des osselets Stimulus électrique

L’audiogramme et les surdités

Deux types de surdité

Elle n’est pas indépendante des autres sensAudition et vision,Audition et concentration intellectuelle Audition et reflexe (conduite au téléphone)

La génération du stimulus et ses conséquences

L’intensitéLa hauteur (le timbre) Le relief

Le capteur (l’oreille interne) génère une activité électrique

le courant microphonique et les potentiels évoqués

La voie auditive et le Cortex de Broca

Comment fonctionne l’oreille ?

Le courant microphonique de base

Ce n’est cependant pas ce courant qui est interprété par le cortex cérébral mais une série de potentiels provoqués tout au long de la voie auditive par les

différents relais

Les quatre premières ondes permettent de déceler un retard de transmission provoqué par

certaine lésions

Le pouvoir discriminatoireL'oreille dispose de deux cent cinquante

mille cellules de sensibilités différentes qui permettent une grande discrimination en fréquence ce qui permet d‘analyser un mélange de plusieurs fréquences.

On est ainsi capable de distinguer un son "pur" (composé d'une seule fréquence) d'un son composé de nombreuses fréquences.

C'est ainsi que nous reconnaissons des instruments différents, jouant la même note, à leur timbre et que nous savons distinguer un accord d'une note isolée

C’est l’opposé de l’œil qui ne dissociera pas, dans une couleur, les différents éléments du spectre

L’audition binaurale et le relief

Elle suppose l’existence d’un intervalle de temps interaural

Retenons la valeur du pouvoir séparateur angulaire maximal de l'œil : =1/3000 radian. Au mieux, l'œil sépare des détails de 0,33 mm à 1 m, ou de

3,3 mm à 10 m, ou de 3,3 cm à 100 m, etc.,

Les prothèses et le son numérique

Il faut les nommer «aides auditives » Elles ne peuvent agir que sur l’un des éléments

du son : l’intensité L’oreille humaine analyse le son selon trois

facteurs L’intensité La hauteur La durée d’où résulte l’intelligibilité

Les prothèses n’ayant aucune possibilité d’agir sur la fréquence se heurtent à deux difficultés: Les sons parasites L’hypersensibilité de l’oreille malade « le recruitement »

Qu’a apporté aux prothèses la

numérisation ?Avant tout la possibilité de l’élimination des

sons parasites Il s'agit donc d'une représentation de la source éliminant les données jugées inutiles pour la bonne compréhension, en se focalisant sur les données significatives.

En second lieu la possibilité de varier l’amplification pratiquement fréquence par fréquence

Enfin le traitement de cette amplification en fonction de la puissance de la source

Le principe de la prothèse numérique est le même que pour

l’ordinateur

Le processeur numérique (DSP) traite le signal numérique. Il n’est capable que de faire des opérations de base : additions et multiplications. Il assure le filtrage numérique :

Le rôle du processeur

Cette amplification va donc se faire par le voltage et l’intensité

Un écueil : Le « recruitement »

C’est le terme anglais qui signifie le rattrapage de la sensibilité auditive.

Alors que dans la normale le seuil de perception et celui de la douleur sont assez distants , l’oreille malade rattrape en quelque sorte son retard et devient hypersensible

Ainsi le champ auditif se pince et l’amplification entraine rapidement une sensation pénible sinon douloureuse.

Le paradoxe est atteint lorsque le seuil douloureux se confond voire précède le seuil de sensibilité

Le recruitement et le champ auditif de l’oreille pathologique

Avec les appareils numériques, le prothésiste:

1/peut programmer l’amplification selon différentes fréquences. 2/ amortir l’augmentation de puissance en fonction de l’intensité de la source pour compenser le « recruitement »

Il ya en plus deux possibilités particulières :

1/La captation directionnelle, qui privilégie le message venant de l'interlocuteur. 2/L’utilisation de la boucle magnétique qui évite un convertisseur

Les appareils numériques

Les limites de l’appareillage

Au delà de 80% de perte les prothèses n’ont plus pour rôle que de sortir le malade du monde du silence !

Malgré la filtration l’ambiance sonore est un facteur d’inefficacité et surtout la multiplication des sources rend difficile l’analyse du son utile. Mais là il s’agit surtout d’une difficulté venue la portion corticale de la voie auditive. (C’est-à-dire la capcité du cerveau a interprêter le signal qui lui parvient.)

De la les difficultés de sources multiples Dolby Surround et duHome cinémaou l’utilisation simultanée du casque et des prothèses !

Il faut concevoir que devant la modification du stimulus généré par l’oreille interne le cerveau doit faire un effort d’analyse soutenu. (Comme la réception d’une langue étrangère ou d’un accent très marqué )

De plus avec le temps, en fonction de l’évolution de la surdité, le cortex cérébral doit s’adapter en permanence d’où l’effort d’attention intense du patient.

Le coté esthétique

C’est pour certains un aspect primordial de la vie !!! C’est pourquoi le côté discret et l’esthétique furent recherchés au cours de ces dernières années et la miniaturisation de la prothèse permet aujourd’hui de l’intégrer totalement dans le conduit .