Réponses directionnelles à la classification des environnements sonores et à la provenance de la parole
Introduction
Dans la vie de tous les jours, les gens font l’expérience d’une multitude d’environnements acoustiques : conversations dans le calme à la maison, déjeuner avec un ami dans un restaurant bondé ou discussion dans une rue passante. Les paramètres acoustiques de ces différents environnements peuvent varier considérablement et évoluer de manière dynamique. L’expérience d’écoute d’un porteur d’aides auditives dépend de la façon dont les réglages de ses aides auditives s’adaptent à son environnement acoustique. Au fur et à mesure que son environnement sonore change, la réponse de ses aides auditives peut nécessiter une adaptation à ce nouvel environnement. Cette opération peut être effectuée manuellement par le porteur ou automatiquement par les aides auditives. Pour que les aides auditives s’adaptent automatiquement, elles doivent pouvoir identifier correctement les changements d’environnement et effectuer les ajustements appropriés.
Philosophie d’Unitron en matière de traitement du signal
« Chez Unitron, nous pensons qu’un programme automatique sophistiqué, capable de caractériser le scénario d’écoute et d’ajuster les performances en conséquence, offre l’avantage de la facilité d’utilisation et réduit le risque d’erreurs potentielles, telles que la sélection du mauvais programme manuel ou le fait de ne pas changer du tout le programme actif. »
(Cornelisse, 2017)
Les aides auditives Unitron classent avec précision les environnements acoustiques depuis de nombreuses années. La technologie de traitement du son d’Unitron a évolué pour mieux optimiser le son dans différents environnements. Le mode de microphone directionnel est l’une des fonctionnalités qui a le plus d’impact sur les performances, en particulier dans les environnements très complexes. Unitron applique et ajuste depuis des années la réponse directionnelle en fonction de la classification de l’environnement. Avec la plateforme Vivante™, la capacité des aides auditives Unitron à adapter leur réponse directionnelle en fonction de l’environnement acoustique du porteur a encore été améliorée grâce à l’ajout d’HyperFocus. HyperFocus offre le plus grand potentiel d’amélioration du rapport signal/bruit (RSB) dans les environnements les plus complexes.
Classification des environnements sonores
Pour mettre en œuvre la philosophie d’Unitron, la première étape consiste à identifier avec précision le scénario d’écoute, qui peut être caractérisé par de multiples aspects de l’environnement acoustique, par exemple le niveau général du son, la présence ou l’absence de parole et/ou de bruit de fond, le rapport signal/bruit et la provenance de la parole par rapport à l’auditeur. Cornelisse (2017) a décrit comment tout scénario d’écoute peut être quantifié selon trois dimensions clés : 1) le niveau global, 2) le type de bruit et 3) le RSB.
Un exemple de la façon dont différents scénarios d’écoute peuvent être cartographiés dans l’espace acoustique défini par les trois dimensions clés (Cornelisse, 2017).
Hayes (2021) a comparé les performances du classificateur conversationnel d’Unitron à celles d’auditeurs normaux et a constaté que le système de classification d’Unitron était capable de classer avec précision les environnements d’écoute simples et complexes. Dans cette étude, 26 environnements acoustiques différents ont d’abord été classés par 20 auditeurs normo-entendants afin d’établir une base de référence. Les performances des classificateurs utilisés dans les aides auditives haut de gamme d’Unitron et de quatre autres grands fabricants ont ensuite été comparées aux performances de référence établies par des auditeurs normo-entendants. Les performances du classificateur d’Unitron étaient très proches de celles des auditeurs normo-entendants.
Figure 2 : Exemple de classification de Hayes (2021) pour un environnement simple et complexe.
Les trois dimensions décrites par Cornelisse (2017) sont à la base du classificateur conversationnel d’Unitron. Ce système de classification a évolué au fil du temps et les aides auditives Vivante sont désormais capables de classer jusqu’à huit environnements d’écoute, y compris l’ajout le plus récent, la conversation en milieu très bruyant, qui utilise le mode de microphone HyperFocus :
- Conversation dans le calme
- Conversation en petit groupe
- Conversation dans la foule
- Conversation dans le bruit
- Conversation en milieu très bruyant
- Calme
- Bruit
- Musique
Provenance de la parole
Quelle que soit sa précision, l’identification de l’environnement acoustique ne suffit pas. Si une conversation en milieu bruyant est identifiée, il reste essentiel de déterminer la provenance de l’interlocuteur afin d’appliquer la bonne réponse directionnelle. Walden et al. (2004) ont rapporté que dans 20 % des situations d’écoute, l’auditeur n’est pas face à son interlocuteur. De même, Hayes (2022) a constaté que dans les situations d’écoute complexes, les auditeurs ne sont pas face à la provenance de la parole presque aussi souvent (25 % du temps) qu’ils le sont (30 % du temps). Hayes (2022) a également observé que le pourcentage de temps sans interlocuteur cible était fortement corrélé avec le temps classé comme bruit seul par le classificateur d’Unitron.
La médiane et les intervalles interquartiles pour la parole de face, de côté ou de l'arrière en pourcentage de temps observé par Hayes (2022).
Faisceau directionnel
Avant d’expliquer comment les aides auditives Vivante adaptent leur directivité en fonction de la classification de l’environnement et de la provenance de la parole, il est important de comprendre quelques notions de base sur les microphones directionnels. La réponse directionnelle des aides auditives modernes est créée en combinant l’entrée de deux ou plusieurs microphones différents situés à différents endroits de l’aide auditive. On parle alors de faisceau directionnel.
Avant le lancement de la plateforme Vivante, les aides auditives Unitron utilisaient un mode de faisceau traditionnel qui utilisait les deux microphones d’une seule aide auditive pour créer la réponse directionnelle. Les signaux des deux microphones se combinent et, en raison d’un retard entre les microphones (externe causé par la distance physique et interne appliqué pendant le traitement du signal), la sensibilité aux entrées de différentes provenances varie (Ricketts, 2005). La réponse directionnelle étant créée à l’aide des microphones d’une seule aide auditive, on parle de faisceau monaural.
Dans un appareillage binaural, l’échange de données entre les deux aides auditives est utilisé pour coordonner la réponse directionnelle de chaque aide auditive. Cela permet à la réponse directionnelle d’une paire d’aides auditives Unitron de fonctionner ensemble comme un système binaural.
Avec le lancement de Vivante, Unitron dispose désormais d’un mode de faisceau binaural appelé HyperFocus. Cet effet de microphone directionnel est créé en combinant l’audio des quatre microphones d’une paire d’aides auditives. C'est différent de l'échange de données utilisé historiquement. Le signal audio complet est échangé entre les deux instruments auditifs pour créer une réponse directionnelle plus étroite que ce qui est possible avec un formateur de faisceau monaural traditionnel
D’un point de vue perceptif, ce mélange entre les signaux des aides auditives gauche et droite donne l’impression que toutes les sources sont situées au même endroit, à l’avant, et est perçu comme un faisceau étroit avec moins de bruits parasites provenant de l’arrière et en particulier des côtés (Derleth et al., 2021).
Figure 4. Une illustration de l'échange audio utilisé pour créer HyperFocus.
Directionnalité basée sur l’environnement et la provenance de la parole
Le système d’Unitron peut classer avec précision l’environnement acoustique de l’utilisateur et peut également détecter la provenance de la parole. Hayes (2022) a constaté qu’en moyenne, les gens passent environ 26 % de leur temps dans des environnements complexes. Nous savons si l’utilisateur se trouve dans un environnement simple ou complexe. Si l’utilisateur se trouve dans un environnement complexe, nous savons s’il y a de la parole ou non, et si la parole est présente, nous connaissons sa provenance.
Integra OS est le nom du système automatique sophistiqué de la plateforme Vivante qui ajuste plusieurs paramètres des aides auditives en réponse aux changements de l’environnement acoustique. L’un des paramètres ajustés automatiquement est la réponse directionnelle des aides auditives.
Environnements peu complexes
Dans les environnements d’écoute peu complexes, l’objectif est de faire prendre conscience des sons de l’environnement tout en conservant les indices acoustiques nécessaires à la localisation des sons. Lorsque le rapport signal/bruit est élevé, il n’est pas nécessaire de l’augmenter au moyen du système directionnel. Lorsqu’un environnement peu complexe est détecté, le mode de microphone utilisé par les produits Unitron Vivante est l’Effet Pavillon 2. L’Effet Pavillon 2 a été développé pour recréer la réponse directionnelle de l’oreille humaine moyenne. Comme pour l’oreille humaine, la réponse directionnelle est différente entre les aides auditives gauche et droite. C’est pourquoi l’Effet Pavillon 2 n’est disponible que pour les aides auditives adaptées par paire. L’Effet Pavillon 2 a été conçu pour compenser les indices généralement perdus avec les aides auditives, qui sont nécessaires à la localisation.
Environnements complexes
Dans un environnement complexe, l’objectif dépend de la présence ou de l’absence de parole dans l’environnement. Si la parole est détectée, nous voulons que la réponse directionnelle augmente le RSB du locuteur cible, mais si la parole n’est pas détectée, nous voulons appliquer une directionnalité légère pour réduire une partie du bruit de fond tout en maintenant la perception de l’environnement. Avec les aides auditives Vivante, cela se fait automatiquement dans Integra OS qui active le mode de microphone AutoFocus 360.
Aucun locuteur cible
Lorsqu’aucune parole n’est détectée dans un environnement complexe, AutoFocus 360 applique une réponse directionnelle symétrique, fixe et large, orientée vers l’avant. Le modèle de faisceau est destiné à réduire les bruits de fond provenant de l’arrière, tout en maintenant la perception de l’environnement provenant de l’avant et des côtés. Par rapport à l’Effet Pavillon 2, ce mode réduit le bruit de fond ambiant, mais pas autant qu’un faisceau orienté vers l’avant pleinement activé.
Locuteur sur le côté
Lorsque la parole provient de la droite ou de la gauche dans un environnement complexe, une réponse asymétrique est appliquée. Côté provenance de la parole, un modèle de faisceau orienté vers le côté est appliqué pour accentuer la parole du même côté. De l’autre côté, un modèle adaptatif de faisceau avant est appliqué pour réduire le bruit provenant de ce côté et de l’arrière. Par exemple, si la parole provient de la droite, l’aide auditive droite se concentrera sur la droite et l’aide auditive gauche se concentrera sur l’avant. L’effet recherché est d’augmenter l'émergence du locuteur sur le côté, tout en réduisant globalement le bruit de fond ambiant.
Locuteur à l’arrière
Lorsque la parole provient de l’arrière dans un environnement complexe, les deux aides auditives appliquent un faisceau directionnel vers l’arrière. Le faisceau directionnel vers l’arrière se concentre sur l’arrière tout en maintenant une certaine audibilité pour les sons provenant de l’avant.
L’effet recherché est d’augmenter la saillance du locuteur à l’arrière, tout en réduisant globalement le bruit de fond ambiant provenant d’autres directions. Dans ce cas, bien que les signaux provenant de l’avant soient réduits, ils restent audibles afin de maintenir un équilibre entre la focalisation sur le locuteur à l’arrière et la perception des autres sons hors axe - en particulier les sons provenant de l’avant.
Locuteur à l’avant
Lorsque la parole provient de l’avant dans un environnement complexe, la réponse directionnelle des aides auditives Vivante dépend du niveau général de l’environnement. Dans les environnements modérément bruyants, la réponse directionnelle des deux aides auditives est un faisceau traditionnel avec un modèle frontal adaptatif.
Si l’environnement est très bruyant, un environnement Integra OS dédié active automatiquement HyperFocus, le faisceau binaural. Celui-ci permet d’obtenir des performances directionnelles maximales. Pour les produits rechargeables dotés d’un accéléromètre intégré, la réponse dépend également du fait que l’utilisateur de l’aide auditive se déplace ou non. HyperFocus ne se déclenchera pas si les aides auditives détectent que l’utilisateur est en train de marcher.
Locuteur de face en milieu très bruyant
Avec l’ajout d’HyperFocus à la plateforme Vivante, Integra OS dispose désormais d’un mode de microphone supplémentaire pour aider les porteurs d’aides auditives dans les environnements les plus difficiles. Avec toutes les fonctionnalités au réglage par défaut, HyperFocus peut fournir une amélioration moyenne du RSB sur les fréquences audiométriques (250 à 8 000 Hz) de 2,8 dB par rapport au mode de microphone Fixed Wide et une amélioration de 1,2 dB par rapport à AutoFocus 360 pour la parole provenant de l’avant (Unitron, 2023). L’amélioration du RSB a été estimée à l’aide d’une technique d’inversion du signal décrite par Hagerman et Olofsson (2004).
Figure 5 :
Ces valeurs ont été obtenues à partir d’enregistrements effectués sur la base d’une perte auditive plate de 60 dB HL (CA uniquement) en utilisant des RIC Moxi Vivante sur un KEMAR dans un réseau de 10 haut-parleurs. Des écouteurs M et des dômes Power ont été utilisés et le couplage dans TrueFit a été configuré avec le dôme Power. Un stimulus vocal de face et un bruit à large bande ont été présentés à ±30, ±45, ±90, ±135 et 180 degrés. Le niveau général était de 83 dB SPL avec un rapport signal/bruit de 0 dB. L’International Speech Test Signal (ISTS) a été utilisé en tant que stimulus vocal et l’International Female Noise (IFnoise) en tant que bruit à large bande. Les fonctionnalités adaptatives étaient aux réglages par défaut. (Unitron, 2023).
Puisque HyperFocus offre une directionnalité maximale, pourquoi ne pas l’utiliser systématiquement lorsque la parole provient de l’avant ? Il y a plusieurs raisons à cela. Les faisceaux binauraux consomment plus d’énergie que les faisceaux traditionnels en raison de l’échange audio complet entre la paire d’aides auditives nécessaire pour créer ce mode de faisceau. Un faisceau binaural est créé en combinant les signaux d’entrée des quatre microphones d’une paire d’aides auditives. Cela signifie que les deux aides auditives de la paire émettent le même signal, ce qui a un impact sur les indices de localisation (Derleth et al., 2021). Bien qu’un faisceau binaural offre la meilleure amélioration du RSB pour un locuteur situé directement en face de l’auditeur, il réduit la perception des sons qui sont hors de l’axe, ce qui est moins souhaitable si une conversation n’est pas en cours.
HyperFocus est uniquement disponible dans le cadre du programme automatique pour les aides auditives Vivante avec le niveau de technologie 9. HyperFocus est disponible en tant que programme manuel avec les niveaux de technologie 9 et 7. La puissance d’HyperFocus peut être réglée dans le cadre du programme manuel. À la puissance maximale, l’amélioration du RSB fournie par HyperFocus est de 3,7 dB, soit une amélioration supplémentaire de 0,5 dB du RSB par rapport au réglage par défaut (Unitron, 2023).
En résumé
La philosophie d’Unitron est de créer un système automatique sophistiqué capable de caractériser un scénario d’écoute et de s’adapter en conséquence, dans le but d’accroître la facilité d’utilisation et de réduire les erreurs potentielles. Notre système de classification peut classer avec précision les environnements d’écoute simples et complexes. Les aides auditives Unitron peuvent détecter la présence ou l’absence de parole et, lorsque la parole est présente, détecter sa provenance. Integra OS et AutoFocus 360 permettent aux instruments auditifs Vivante d'utiliser l'environnement
classification et localisation de la parole pour adapter intelligemment leur réponse directionnelle à l'environnement acoustique du porteur. Les performances pour chaque provenance cible consistent en un équilibre entre la focalisation sur la provenance cible, la réduction du niveau global du bruit de fond ambiant, le maintien de la perception des sons hors axe et la réduction des transitions audibles au fur et à mesure que la provenance cible change. L’ajout de l’HyperFocus, notre mode de microphone binaural le plus agressif, permet à Integra OS de mieux répondre dans les environnements d’écoute les plus complexes.
Références
Cornelisse, L. (2017). A conceptual framework to align sound performance with the listener’s needs and preferences to achieve the highest level of satisfaction with amplification. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.10315.08486
Derleth, P., Georganti, E., Latzel, M., Courtois, G., Hofbauer, M., Raether, J., & Kuehnel, V. (2021). Binaural Signal Processing in Hearing instruments. Seminars in hearing, 42(3), 206–223. https://doi.org/10.1055/s-0041-1735176
Hagerman, B. & Olofsson, A. (2004). A method to measure the effect of noise reduction algorithms using simultaneous speech and noise. Acta Acustica united with Acustica. 90, 356-361.
Hayes, D. (2021). Environmental Classification in Hearing instruments. Seminars in Hearing, 42(3), 186-205. https://doi.org/10.1055/s-0041-1735175
Hayes, D. (2022). Hey! I’m over here: Log It All and the direction of speech. Unitron. https://www.unitron.com/content/dam/echo/en_us/learn/UH_FieldStudyNews_LogIt_AllDirectionOfSpeech_EN.pdf
Ricketts T. A. (2005). Directional hearing instruments: then and now. Journal of rehabilitation research and development, 42(4 Suppl 2), 133–144.
Unitron (2023). 23EQ Verification Report - Moxi V9 R RIC Directional Performance. PDL-13831 [2]. Unpublished internal company document.
Walden, B. E., Surr, R. K., Cord, M. T., & Dyrlund, O. (2004). Predicting hearing instrument microphone preference in everyday listening. J Am Acad Audiol, 15(5), 365-396. https://doi.org/10.3766/jaaa.15.5.4