Réponses directionnelles à la classification de l’environnement et à la localisation de la parole
Introduction
Dans la vie de tous les jours, les gens sont confrontés à une multitude d’environnements acoustiques : des conversations calmes à la maison, un déjeuner avec un être cher dans un restaurant bruyant ou demander des renseignements au coin d’une rue animée. Les paramètres acoustiques de ces différents environnements peuvent varier considérablement et évoluer de manière dynamique. L’expérience d'une personne qui porte un instrument auditif dépend de l’adaptabilité des paramètres de celui-ci à l’environnement acoustique. Au fur et à mesure que leur environnement sonore change, la sensibilité de leurs instruments auditifs peut avoir besoin d’être adaptée à ce nouvel environnement. Cette opération peut être effectuée manuellement par la personne qui porte des instruments auditifs ou automatiquement par les instruments auditifs. Pour que les instruments auditifs s’adaptent automatiquement, ils doivent être en mesure d’identifier correctement l’environnement changeant et de procéder aux réglages appropriés.
La philosophie d’Unitron en matière de traitement des signaux
« Chez Unitron, nous pensons qu’un programme automatique sophistiqué, capable de caractériser le scénario d’écoute et de régler 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 instruments auditifs Uniton sont en mesure de classifier avec précision les environnements acoustiques depuis des années. La technologie de traitement du son d’Unitron a continué d'évoluer pour mieux optimiser le son dans différents environnements. Le mode de microphone directionnel est l’une des caractéristiques qui peut avoir le plus grand impact sur les performances, en particulier dans les environnements très complexes. Depuis des années, Unitron a mis en oeuvre et réglé la réponse directionnelle en fonction de l’environnement classifié. Avec la plateforme VivanteMC, la capacité des instruments auditifs Unitron à adapter leur réponse directionnelle en fonction de l’environnement acoustique de la personne qui les porte a été encore 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
Pour appliquer 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 sonore général, la présence ou l’absence de parole et/ou de bruit de fond, le rapport signal/bruit et l’emplacement de la parole par rapport à la personne qui écoute. Cornelisse (2017) a décrit la façon dont chaque scénario d’écoute peut être quantifié selon trois dimensions clés : 1) le niveau sonore général, 2) le type de bruit et 3) le rapport signal/bruit.
Figure 2. Un exemple de la façon dont différents scénarios d’écoute peuvent être représentés 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 de personnes dotées d’une audition normale et a constaté que le système de classification d’Unitron était capable de classifier avec précision les environnements d’écoute simples et complexes. Dans cette étude et afin d’établir une base de référence, 26 environnements acoustiques différents ont été d’abord classifiés par 20 personnes dotées d’une audition normale. Les performances des classificateurs utilisés dans les instruments auditifs haut de gamme d’Unitron et de quatre autres grands fabricants ont ensuite été comparées aux performances de la base établie par des personnes dotées d’une audition normale. Les performances du classificateur d’Unitron étaient très proches de celles des personnes dotées d’une audition normale.
Figure 2. Un exemple des résultats
de la classification de Hayes (2021) pour un environnement simple et complexe.
Les trois dimensions décrites par Cornelisse (2017) font office de base de référence du classificateur conversationnel d’Unitron. Ce système de classification a évolué au fil du temps et les instruments auditifs Vivante sont désormais capables de classifier jusqu’à huit environnements d’écoute, y compris le plus récemment ajouté, la conversation dans un environnement 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 dans un environnement très bruyant
- Calme
- Bruit
- Musique
Localisation de la parole
Peu importe sa précision, la simple identification de l’environnement acoustique n’est pas suffisante. Si une conversation dans un environnement bruyant est identifiée, il est toujours essentiel de déterminer l’emplacement de l’interlocuteur afin d’appliquer la réponse directionnelle correcte. Walden et al. (2004) ont rapporté que dans 20 % des situations d’écoute, la personne qui écoute ne fait pas face à son interlocuteur. De même, Hayes (2022) a signalé que dans les situations d’écoute complexes, les gens ne font pas face à la direction de la parole (25 % du temps) presque aussi souvent qu’ils le font (30 % du temps). Hayes (2022) a également rapporté que le pourcentage de temps sans interlocuteur cible était fortement corrélé avec le temps classé dans la catégorie Bruit uniquement par le classificateur d’Unitron.
Figure 3. La médiane et les intervalles interquartiles
pour les conversations de face, de côté ou
de dos en pourcentage de temps rapportés par Hayes (2022).
Formation de faisceaux directionnels
Avant d’expliquer comment les instruments auditifs Vivante adaptent leur directivité en fonction de l’environnement classifié et de la localisation de la parole, il est important de comprendre quelques notions de base sur les microphones directionnels. La réponse directionnelle des instruments auditifs modernes est créée en combinant l’entrée de deux ou plusieurs microphones différents situés à différents endroits de l’instrument auditif. C’est ce que l’on appellera le formeur de faisceaux directionnels.
Avant le lancement de la plateforme Vivante, les instruments auditifs Unitron utilisaient un mode de formation de faisceaux traditionnel qui utilisait les deux microphones d’un seul instrument auditif pour créer la réponse directionnelle. Les signaux des deux microphones sont combinés et, en raison d’un retard entre les microphones (externe causé par la distance physique et interne arrivant pendant le traitement du signal), la sensibilité aux entrées provenant de différents endroits variera (Ricketts, 2005). La réponse directionnelle étant créée à l’aide des microphones d’un seul instrument auditif, il s’agit d’un formeur de faisceaux monaural.
Dans une configuration binaurale, l’échange de données entre les deux instruments auditifs est utilisé pour coordonner la réponse directionnelle de chaque instrument auditif. Cela permet à la réponse directionnelle d’une paire d’instruments auditifs Unitron de fonctionner ensemble, comme un système binaural.
Avec le lancement de Vivante, Unitron dispose désormais d’un mode de formation de faisceaux binaural appelé HyperFocus. Cet effet de microphone directionnel est créé en combinant l’audio des quatre microphones d’une paire d’instruments auditifs. 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 instruments auditifs gauche et droit donne l’impression que toutes les sources sont situées au même endroit, à l'avant, et est ressenti 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 localisation de la parole
Le système d’Unitron peut classifier avec précision l’environnement acoustique de l’utilisateur et peut également détecter la localisation 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 situe 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 s’il y a de la parole, nous savons de quelle direction elle vient.
Integra OS est le nom du système automatique sophistiqué de la plateforme Vivante qui règle plusieurs paramètres dans les instruments auditifs en réponse aux changements de l’environnement acoustique. L’un des paramètres qu’il règle automatiquement est la réponse directionnelle des instruments auditifs.
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 repères 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 moins complexe est détecté, le mode de microphone utilisé par les produits Unitron Vivante est Effet Pavillon 2. 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 instruments auditifs gauche et droit. C’est pourquoi Effet Pavillon 2 n’est disponible que pour les instruments auditifs appareillés par paire. Effet Pavillon 2 a été conçu pour compenser les indices généralement perdus avec les instruments auditifs, qui sont nécessaires à la localisation.
Environnements très complexes
Dans un environnement complexe, l’objectif dépend de la présence ou de l’absence de parole dans l’environnement. Si de la parole est détectée, nous voulons que la réponse directionnelle augmente le rapport signal/bruit de l'interlocuteur cible, mais si aucune parole n’est détectée, nous voulons appliquer une directionnalité légère pour réduire une partie du bruit de fond tout en maintenant une conscience de l’environnement. Pour les instruments auditifs Vivante, cela se fait automatiquement dans Integra OS, qui active le mode de microphone AutoFocus 360.
Pas d’interlocuteur 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 formation de faisceaux est destiné à réduire les bruits de fond provenant de l'arrière, tout en maintenant une conscience de l’environnement provenant de l'avant et des côtés. Par rapport à Effet Pavillon 2, ce mode réduit le bruit de fond ambiant, mais pas autant qu’un formeur de faisceaux frontal pleinement actif.
Interlocuteur situé sur le côté
Lorsque la parole vient de la droite ou de la gauche dans un environnement complexe, une réponse asymétrique est appliquée. Du côté où la parole est détectée, un modèle de formeur de faisceaux orienté vers le côté est appliqué pour accentuer la parole du même côté. De l’autre côté, un modèle adaptatif de formation de faisceaux avant est appliqué pour réduire le bruit provenant de ce côté et de l'arrière. Par exemple, si la parole vient de la droite, l’instrument auditif droit se focalisera sur la droite et l’instrument auditif gauche sur l'avant. L’effet cible est l’augmentation de la perception de l'interlocuteur sur le côté, tout en réduisant globalement le bruit de fond ambiant.
Interlocuteur situé à l'arrière
Lorsque la parole vient de l’arrière dans un environnement complexe, les deux instruments auditifs appliquent un faisceau directionnel orienté vers l’arrière. Le faisceau directionnel orienté vers l’arrière s'y concentre, tout en maintenant une certaine audibilité pour les sons provenant de l'avant.
L’effet cible est l’augmentation de la perception de l'interlocuteur situé à l’arrière, tout en réduisant globalement le bruit issu des 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 de l'interlocuteur situé l'arrière et la conscience des autres sons hors axe, en particulier pour les sons provenant de l'avant.
Interlocuteur situé à l'avant
Lorsque la parole vient de l'avant dans un environnement complexe, la réponse directionnelle des instruments auditifs Vivante dépend du niveau général de l’environnement. Dans les environnements modérément bruyants, la réponse directionnelle des deux instruments auditifs est un formeur de faisceaux traditionnel avec un modèle frontal adaptatif.
Si l’environnement est très bruyant, un environnement Integra OS dédié engagera automatiquement HyperFocus, le formeur de faisceaux binauraux. Il est utilisé pour fournir une performance directionnelle maximale. Pour les produits rechargeables dotés d’un accéléromètre intégré, la réponse dépend également de si l’utilisateur de l’instrument auditif se déplace ou non. HyperFocus ne s’enclenchera pas si les instruments auditifs détectent que l’utilisateur est en train de marcher.
Interlocuteur situé à l'avant au sein d’un environnement bruyant
Avec l’ajout d’HyperFocus à la plateforme Vivante, Integra OS dispose désormais d’un mode de microphone supplémentaire pour aider les personnes qui portent des instrument auditifs dans les environnements les plus difficiles. Avec toutes les caractéristiques par défaut, HyperFocus peut fournir une amélioration moyenne du rapport signal/bruit sur les fréquences audiométriques (250-8 000 Hz) de 2,8 dB par rapport au mode microphone large fixe et une amélioration de 1,2 dB par rapport à AutoFocus 360 pour la parole située à l'avant(Unitron, 2023). Le bénéfice du rapport signal/bruit a été estimé en utilisant une technique d’inversion de 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 (AC uniquement) en utilisant des appareils Moxi Vivante RIC sur KEMAR dans un réseau de 10 haut-parleurs. Des récepteurs M et des dômes Power ont été utilisés et le couplage dans TrueFit a été configuré pour le dôme Power. Le stimulus vocal était présenté de l'avant et le bruit à large bande était présenté à ±30, ±45, ±90, ±135 et 180 degrés. Le niveau global était de 83 dB SPL avec un rapport signal/bruit de 0 dB. Le stimulus vocal était le signal international de test de la parole (ISTS) et le bruit à large bande était le bruit féminin international (IFnoise). Les fonctions d’adaptation ont été réglées par défaut. (Unitron, 2023).
Puisque HyperFocus offre une directionnalité maximale, pourquoi ne pas l’utiliser systématiquement lorsque la parole vient de l'avant? Il y a plusieurs raisons à cela. Les formeurs de faisceaux binauraux consomment plus de courant que les formeurs de faisceaux traditionnels en raison de l’échange audio complet entre la paire d’instruments auditifs nécessaire pour créer ce mode de formation de faisceaux. Un formeur de faisceaux binaural est créé en combinant les signaux d’entrée des quatre microphones d’une paire d’instruments auditifs. Cela signifie que les deux instruments auditifs de la paire émettent le même signal, ce qui a un impact sur les indices de localisation (Derleth et al., 2021). Bien qu’un formeur de faisceaux binaural offre la meilleure amélioration du rapport signal/bruit pour un interlocuteur situé directement en face de la personne qui écoute, 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 instruments auditifs Vivante au niveau technologique 9. HyperFocus est disponible dans un programme manuel pour les niveaux technologiques 9 et 7. Dans un programme manuel, l’intensité d’HyperFocus peut être réglée. À sa puissance maximale, l’avantage du rapport signal/bruit fourni par HyperFocus est de 3,7 dB, soit un avantage du rapport signal/bruit supplémentaire de 0,5 dB par rapport au réglage par défaut (Unitron, 2023).
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 classifier avec précision les environnements d’écoute simples et complexes. Les instruments auditifs Unitron peuvent détecter la présence ou l’absence de parole et, lorsque la parole est présente, détecter sa direction. Integra OS et AutoFocus 360 permettent aux instruments auditifs Vivante d'utiliser l'environnement
classification et localisation de la parole pour s'adapter intelligemment à leur réponse directionnelle à l'environnement acoustique du porteur. La performance pour chaque emplacement cible est un équilibre entre la focalisation sur l’emplacement cible, la réduction du niveau global du bruit de fond ambiant, le maintien de la conscience des sons hors axe et la réduction des transitions audibles lorsque l’emplacement cible change. L’ajout d’HyperFocus, notre mode de microphone binaural le plus puissant, permet à Integra OS de mieux répondre aux 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. Séminaires sur l'audition, 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]. Document interne non publié de l’entreprise.
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