Acuité auditive temporelle mesurée par les TMTFs

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1 21 èmes journées de la SSIPR MADERE-Nov 2003 Acuité auditive temporelle mesurée par les TMTFs Incidences sur l intelligibilité? Emeric KATONA

2 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

3 Définitions Parole = signal complexe évoluant dans le temps en fréquence et en intensité Modulations rapides = structure fine Modulations lentes d amplitude = enveloppe

4 Définitions mathématiques Fourrier considère que tout signal est une somme de sinusoïdes Transformée de Fourrier: Spectre fréquentielle Évolution dans le temps de ce spectre= sonagramme

5 Définitions mathématiques Hilbert considère que tout signal est un produit d une porteuse par une enveloppe (qui module en amplitude la porteuse) Transformée de Hilbert factorise le signal porteuse enveloppe

6 Spectre de modulations L enveloppe est un signal qui selon Fourrier correspond à une somme de sinusoïdes Appliquer une transformée de Fourrier à l enveloppe nous fournit le spectre de modulations Profondeur des modulations papapa

7 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

8 Sensibilité à l enveloppe de la parole Reconnaissance de la parole sur la base d indications temporelles primaires (Speech recognition with primarily temporal cues) Shannon, Zeng et Kamath 1995

9 Sensibilité à l enveloppe de la parole Reconnaissance de la parole sur la base d indications temporelles primaires (Speech recognition with primarily temporal cues) Shannon, Zeng et Kamath 1995

10 Sensibilité à l enveloppe de la parole Reconnaissance de la parole sur la base d indications temporelles primaires (Speech recognition with primarily temporal cues) Shannon, Zeng et Kamath 1995

11 Sensibilité à l enveloppe de la parole Reconnaissance de la parole sur la base d indications temporelles primaires (Speech recognition with primarily temporal cues) Shannon, Zeng et Kamath 1995

12 Sensibilité à l enveloppe de la parole Effet de la réduction des modulations temporelles lentes sur la perception de la parole (Effect of reducing slow temporal modulations on speech reception) Drullman, Festen et Plomp 1994.

13 Sensibilité à l enveloppe de la parole Effet de la réduction des modulations temporelles lentes sur la perception de la parole (Effect of reducing slow temporal modulations on speech reception) Drullman, Festen et Plomp 1994.

14 Sensibilité à l enveloppe de la parole Effet de la réduction des modulations temporelles lentes sur la perception de la parole (Effect of reducing slow temporal modulations on speech reception) Drullman, Festen et Plomp 1994.

15 Effet de la réduction des modulations temporelles lentes sur la perception de la parole (Effect of reducing slow temporal modulations on speech reception) Drullman, Festen et Plomp papapa Une claire réduction de l intelligibilité avec des fréquences de coupures > 64 Hz (modulations f m <64 réduites) Pas de réduction de l intelligibilité quand seules les f m < 4Hz sont réduites

16 Sensibilité à l enveloppe de la parole Des sons chimériques revélent des dichotomies dans la perception auditive (Chimaeric sounds reveal dichotomies in auditory perception) Smith, Delgutte et Oxenham 2002 Structure fine 1 Structure fine 2 Structure fine 2 Structure fine 1

17 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

18 Mesure de la sensibilité à l enveloppe Fonctions de transfert de la modulation temporelle TMTF = Temporal Modulation Transfer Functions based upon modulation thresholds. Viemeister 1979 f m m

19 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF = Temporal Modulation Transfer Functions 100 % 50 % 0 %

20 db=20log% 1 % 2 % 4 % 5 % 10 % 25 % 50 % 79 % BB

21 TMTF chez le normo-entendant Viemeister (1979); Bacon & Viemeister (1985); Forrest & Green (1987); Patterson et coll. (1978)

22 TMTF Même acuité chez le malentendant avec perte auditive plate Moore et al (1992)

23 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

24 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Signal initial= son pur

25 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Signal initial modulé à f m et de m = modulation porteuse

26 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Modulation porteuse modulé à f m et de m

27 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Signal initial= bruit blanc

28 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Bruit blanc modulé à f m et de m = modulation porteuse

29 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 Modulation porteuse modulé à f m et de m

30 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 m

31 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000 f m f m+ f m f m- f m

32 Mesure de la sensibilité à l enveloppe TMTF du 2 nd ordre : Second order Temporal Modulation Transfer Functions. Lorenzi Soares et Vonner 2000

33 TMTF du 2 nd ordre Résultats chez le normo-entendant:

34 TMTF du 2 nd ordre Chez le normo-entendant : Lorenzi et coll «Second order modulation detection threshold for pure-tone and narrow-band noise carriers» JASA

35 TMTF du 2 nd ordre Non linéarités dans les voies auditives -> effet audible Source de ces non linéarités = compression rapide cochléaire? Surdité de perception->perte de compression cochléaire Suppression du produit de distorsion f m? Dommages cochléaires devraient donner: Des seuils TMTF du 1er ordre préservés Des seuils TMTF du 2nd ordre dégradés

36 TMTF du 2 nd ordre Résultats entendant/ malentendant: Audition normale Malentendant

37 Les dommages cochléaires n ont qu un petit effet sur la détection des enveloppes sinusoïdales et complexes Les non-linéarités (ex.: battements) ont probablement une origine centrale

38 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

39 Modélisations de la sensibilité à l enveloppe Approche TMTF 1er ordre, analyse linéaire

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41 Banc de filtres de modulations [Kay & Matthews,, 1972; Bacon & Grantham, 1989; Houtgast, 1989; Yost, Sheft,, & Opie,, 1989; Dau,, 1996] Décomposition par plusieurs filtres chacun dédiés à une gamme de fréquences de modulation Une représentation interne d un spectre de modulation? Avec des distorsions supplémentaires fm (Hz)

42 I. Définition de l enveloppe temporelle II. Importance de l enveloppe temporelle dans la perception de la parole III. Mesure de l acuité temporelle i. TMTF ii. TMTF du 2nd ordre IV. Modélisation de l acuité auditive temporelle V. Appareillage: risque sur l intelligibilité i. Compression ii. Débruiteurs et algorithmes phonétiques

43 Indices acoustiques dans l enveloppe temporelle de la parole : les fréquences de modulations présentes dans la parole Constantes de temps = danger La perception des modulations d amplitude lentes comprises entre 4 et 16 Hz est une condition nécessaire, voire suffisante à la compréhension de la parole.

44 Indices acoustiques dans l enveloppe temporelle de la parole : le facteur de crête? Facteur de crête= Intensité Crête / Intensité RMS Son pur : fact. crête = 1 / (1/ 2) Sons de la parole : variable (de 3 à 10 dans des mesures préliminaires) Compression traitant plus les crêtes que le niveau global = risque

45 Indices acoustiques dans l enveloppe temporelle de la parole :la profondeur de modulation db SPL 60 n 1 n 2 n 3 n ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 t(s)

46 Intelligibilité de la parole dans le bruit

47 Intelligibilité de la parole dans le bruit

48 Effets possibles des traitements du signal (DSP) dans la prothèse auditive: débruiteurs et compresseurs Risque de diminuer le rapport S/B Risque de réduire sélectivement certaines fréquences de modulations Risque de réduire exagérément la profondeur de modulation