07 Mesurage des appareils de correction auditive

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1 07 Mesurage des appareils de correction auditive Sommaire 1. Introduction Evaluation subjective: Mesurage objectif: Pourquoi faire des mesurages objectifs? Fabricant Audioprothésiste Comment mesurer? Installations de mesurage électroacoustique Conditions du champ libre: Chambre sourde (ou anéchoïde): Caissons de mesure: Mesurages in situ Sources sonores / régulation Microphones de mesure Coupleurs et simulateurs d oreilles Coupleur de 2 cm 3 : Simulateur d oreille occluse: Autres coupleurs Comparaison entre coupleur de 2 cm 3 et simulateur d oreille Installation de mesure KEMAR Signal de mesure Son pur Mesurage séquentiel Son complexe Mesurage parallèle Signal magnétique Graphique normalisé Unités de mesure acoustique (Voir «Grandeurs acoustiques» en annexe) Introduction 1.1. Evaluation subjective: L évaluation subjective permet d apprécier globalement la qualité sonore d une aide auditive. Bien que l on dispose de moyens de mesurage sophistiqués, c est toujours une méthode utilisée pour se faire une première impression de la qualité d une idée (développement), de la qualité et du potentiel d une aide auditive (audioprothésiste) ou de la qualité de la production. C est également par un jugement subjectif que l utilisateur final acceptera ou rejettera l appareil qui lui est proposé. Bien que nécessaire, cette méthode est toutefois insuffisante, car très arbitraire. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 1/15

2 1.2. Mesurage objectif: Le mesurage objectif des aides auditives permet de recueillir des mesures reproductibles, fidèles et comparables. Il est réalisé en champ libre, avec des appareils de mesurage correctement calibrés et des méthodes clairement et complètement définies, appliquées et reconnues par tous les professionnels. 2. Pourquoi faire des mesurages objectifs? 2.1. Fabricant! Développement! Vérifier la conformité des performances du produit avec les objectifs! Définir les spécifications et les tolérances de production! Etablir les fiches techniques et procéder aux homologations éventuelles! Production! Vérifier la conformité avec les spécifications techniques! Vérifier la conformité avec la commande (appareils sur mesure)! Vérifier la qualité! SAV! Analyser la panne!vérifier la réparation 2.2. Audioprothésiste! Contrôle d entrée éventuel! Application des méthodes de présélection: contrôle des cibles prothétiques au caisson ou in situ. 3. Comment mesurer? 3.1. Installations de mesurage électroacoustique Conditions du champ libre:! Pas de réverbération (éviter les ondes stationnaires)! Pas de bruit! Pas de vibrations Chambre sourde (ou anéchoïde):! Description La chambre sourde est une pièce d un volume important, parfaitement isolée Figure 1 - Détail de l'isolant d'une chambre sourde C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 2/15

3 d éventuelles vibrations et des bruits extérieurs et traitée de façon à éviter toute réflexion des sons sur ses parois intérieures. Celles-ci sont donc revêtues de matériaux absorbant de bonne qualité et de pièces d absorption (figure 1) destinés à «piéger» les ondes acoustiques. Leur taille est directement liée à la longueur d onde de la fréquence la plus basse que l on veut traiter.! Qualités: Permet d obtenir des mesures très précises, pratiquement sans influence du milieu environnant. Permet de réaliser des mesures pratiquement incontestables (homologation, études scientifiques). Indispensable pour des mesures correctes de systèmes directionnels - permet de faire des mesures sur mannequin (KEMAR)! Limites Système très encombrant, inadapté aux mesures de routine. Manipulations très lourdes et très longues. La qualité et la reproductibilité des mesures sont par ailleurs directement liées à la qualité des étalonnages de la chambre et de ses appareils, ainsi qu au savoirfaire du manipulateur Caissons de mesure:! Description Les limites des chambres sourdes ont conduit à développer des caissons de mesure, d un volume et d un prix beaucoup plus raisonnables, dans lesquels ont peut considérer atteindre les conditions du champ libre entre 100 Hz et 10 khz, ce qui convient largement à l analyse des aides auditives. La figure 2 représente le caisson de Brüel et Kjær, dont la forme d œuf est conçue Figure 2 - Caisson de mesure B&K Figure 3 - Système de mesurage intégré Aurical pour éliminer le maximum de bruits extérieurs par réflexion sur sa paroi extérieure. Il est destiné aux laboratoires de développement électroacoustique. La figure 3 représente le C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 3/15

4 très petit caisson de mesure Aurical destiné aux mesures de contrôle chez les audioprothésistes.! Qualité Ces caissons sont maniables, bon marché et simples d emploi.! Limites La précision des mesures, surtout dans les graves, est d autant plus limitée que le volume du caisson est petit. Ils doivent être utilisés dans des ambiances assez calmes en raison de leur étanchéité acoustique limitée et ne permettent donc pas des mesures à très bas niveaux d entrée. Il n est par ailleurs pas possible de faire des mesures de microphones directionnels sérieuses dans les volumes trop restreints de ce type de caisson Mesurages in vivo Figure 4 - Exemple de caractéristiques d'un système destiné au laboratoire audioprothétique (Aurical).! Description Les mesurages in vivo consistent à mesurer directement le niveau de pression acoustique présent dans l oreille du malentendant à l aide d une sonde microphonique. Etant réalisés dans des environnements où les conditions du champ libre ne sont pas toujours suffisamment réalisées, ils ne peuvent pas utiliser de signaux sinusoïdaux purs, mais des sons complexes. Parmi eux, les bruits à pondération vocale offrent de plus C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 4/15

5 l avantage de tester l appareillage avec des signaux réalistes. La figure 4 décrit les caractéristiques d un tel système.! Qualité C est essentiellement un système d assistance à l appareillage, qui prend en compte les caractéristiques acoustiques individuelles de chaque sujet. Il permet de connaître les réponses et les niveaux de pression acoustiques réellement perçus. Ceci peut être très important, en particulier dans le cas de petites oreilles qui s éloignent beaucoup des dimensions des coupleurs, et dans lesquelles les niveaux de pression acoustiques réels peuvent être 20 à 30 db supérieurs aux valeurs affichées sur coupleur.! Limites Il ne s agit typiquement pas d un système de qualification d une aide auditive. Les résultats dépendent du sujet et de l environnement de mesure. Ils ne sont donc ni reproductibles, ni comparables Sources sonores / régulation La source sonore des systèmes de mesurage électroacoustiques est un haut-parleur dont la courbe de réponse, au moins dans des gammes de prix abordables, est loin d être parfaite (figure 5). Ces non linéarités de la source sonore affecteraient les résultats de mesure des appareils de correction auditive. Pour pouvoir faire des mesurages techniquement corrects, la non linéarité de la source sonore ne doit pas excéder ± 1 db dans toute la bande passante, à savoir de 100 Hz à Hz, pour des mesures relevées au simulateur d oreille (voir plus loin). Il y a donc lieu de réguler la courbe de réponse par l une des méthodes suivantes, définies par les normes européennes :! Méthode de comparaison «Méthode de mesure dans laquelle l appareil de correction auditive et le microphone utilisé pour la mesure le la pression acoustique en champ libre sont placés simultanément en deux points acoustiquement équivalents du champ acoustique.» Figure 5 - Haut-parleur et courbe de réponse (source Vonlanthen) C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 5/15

6 Microphone de régulation étalonné Microphone de mesure étalonné Enceinte d essai cloisons absorbantes Hautparleur Circuit de régulation Générateur Enregistreur Figure 6 - Principe de régulation d'une enceinte d'essais (source Vonlanthen) C est la méthode utilisée dans les chambres sourdes ou dans les caissons assez volumineux (figure 6). Un microphone de régulation, placé dans l enceinte d essai, mesure en permanence la pression acoustique présente et ajuste le gain de l amplificateur du haut-parleur jusqu à ce que la pression acoustique dans le rayon d action du microphone corresponde à la valeur requise (courbe en trait plein de la figure 7).! Méthode de substitution «Méthode de mesure dans laquelle l appareil de correction auditive et le microphone utilisé pour la mesure le la pression acoustique en champ libre sont placés alternativement au même point dans le champ acoustique.» Cette méthode, souvent utilisée dans les systèmes de mesure informatisés, consiste à mesurer et à enregistrer la courbe de réponse du haut-parleur. Les valeurs ainsi mesurées sont utilisées pour ajuster le niveau de sortie de l amplificateur du haut-parleur. Cette régulation doit être faite au moins une fois par jour, à la mise en marche de l installation de mesurage. Il est conseillé de la vérifier en cours de journée, car les caractéristiques du haut-parleur peuvent évoluer dans le temps, en particulier en fonction de la température ambiante ou de l humidité.! Méthode de pression Figure 7 - Courbe de haut-parleur régulée (trait plein) Source Vonlanthen «Méthode de mesure dans laquelle le niveau de pression acoustique d entrée est régulé à proximité de l orifice d entrée acoustique de l appareil de correction auditive au C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 6/15

7 moyen d un microphone de mesure étalonné en pression, ce qui élimine ainsi pratiquement les effets de diffraction dus à l appareil de correction auditive.» Cette méthode s applique plutôt dans les cas de petits caissons, équipés d un microphone de régulation Microphones de mesure! Description Les microphones de mesure utilisés dans les chaînes de mesure électroacoustiques (pour le mesurage comme pour la régulation) sont des microphones à condensateur, en raison de l excellente linéarité de leur courbe de réponse (figures 8 et 9). Figure 8 - Microphone de mesure (B&K)! Etalonnage des microphones Les microphones à condensateur sont remarquablement stables. Leur sensibilité peut cependant dériver quelque peu dans le temps et il y lieu de les étalonner régulièrement. Cet étalonnage se fait à l aide d une source sonore de référence (pistonphone), en principe au cours des visites régulières des installations de mesurage Coupleurs et simulateurs d oreilles Figure 9 - Préamplificateur et alimentation d'un micro à condensateur (B&K) Si, comme nous l avons vu, les mesures in vivo permettent de déterminer l effet d un appareil de correction auditive sur chaque sujet individuel, elle de sont pas appropriées pour faire des mesurages techniques précis et reproductibles, en raison de la grande dispersion des caractéristiques acoustiques des oreilles individuelles. D où la nécessité de créer des systèmes techniques parfaitement définis, qui se substituent aux oreilles naturelles. Ces systèmes sont composés d un microphone, dont la membrane simule le tympan, d une cavité volume résiduel entre l embout et le tympan et d un circuit acoustique reproduisant la liaison acoustique entre la sortie de l aide auditive et cette cavité. On utilise aujourd hui le coupleur de 2cm 3 ou le simulateur d oreille occluse. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 7/15

8 Coupleur de 2 cm 3 :! Description Le coupleur de 2 cm 3 est composé d un microphone d un pouce et d une cavité de 2 cm 3 (figure 10). Il est donc loin d être une représentation fidèle de l oreille, car il a été créé à une époque où la technologie ne permettait pas de disposer de microphones suffisamment petits. Néanmoins, il est toujours utilisé car il est simple d emploi, bon marché et fiable. L essentiel en l occurrence étant de pouvoir faire des mesures comparatives. Figure 10 - Coupleur de 2cm 3 (source CEI)!Couplage de l appareil Le coupleur représente l embout et l oreille externe. Différents systèmes normalisés permettent de connecter les différents types d appareils au coupleur : Figure 11 Mesurage d un contour d oreille sur coupleur (source CEI) C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 8/15

9 ! Limites Figure 12 Mesurage d un intra-auriculaire sur coupleur (source CEI) La bande passante du coupleur de 2 cm 3 n est définie que de 100 à Hz Simulateur d oreille occluse:!description Le simulateur d oreille occluse est également défini par une norme (EN 60711). Il a pour objet de reproduire d une façon plus exacte l impédance acoustique d une oreille moyenne. Il est composé d un ensemble de cavités ajustées avec précision. Le simulateur d oreille est représenté figure 13.! Couplage de l appareil Comme pour le coupleur de 2cm 3, tout un ensemble de dispositifs de couplage de l appareil au simulateur est défini par la norme.! Limites Le simulateur d oreille, défini par la CEI, est utilisé dans tous les pays européens. Le coupleur de 2 cm 3 reste le coupleur officiellement utilisé par les normes américaines ANSI. Il est à noter que la norme européenne EN , qui définit les contrôles qualité en vue d une livraison reste basée sur le coupleur de 2 cm 3. En effet, c est le seul sys- C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 9/15

10 tème qui puisse être utilisé en pratique par les audioprothésistes, pour des raisons de coût et d étalonnage. Figure 13 - Simulateur d'oreille occluse (source CEI) C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 10/15

11 Autres coupleurs Les deux coupleurs décrits ci-dessus sont les seuls qui soient strictement définis par des normes. D autres laboratoires ont développé leurs propres systèmes. Pour mémoire, citons les coupleurs de Diestel et de Keller, ainsi que le coupleur de Zwislokcki, dont les caractéristiques sont très proches de celles du simulateur d oreille Comparaison entre coupleur de 2 cm 3 et simulateur d oreille Les niveaux de pression acoustiques délivrés par un appareil de correction auditive sur un simulateur d oreille sont plus élevés que sur le coupleur de 2 cm 3. La norme publie également les différences typiques entre les deux méthodes de couplage. Figure 14 comparaisons entre le coupleur et le simulateur d'oreille 3.4. Installation de mesure Les différents composants décrits ci-dessus permettent de représenter une installation de mesurage typique (figure 15) C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 11/15

12 Microphone de régulation étalonné Appareil de correction auditive Coupleur avec Microphone de mesure Enceinte d essai cloisons absorbantes Hautparleur Circuit de régulation Générateur Enregistreur Figure 15 - Schéma d'une installation de mesure 3.5. KEMAR Pour compléter la vue d ensemble des systèmes de mesurage des appareils de correction auditive, il faut évoquer le mannequin de la CEI, également normalisé sur la base du KEMAR développé par Knowles. L objectif du mannequin est de fournir un outil de mesurage qui permette de simuler complètement le sujet malentendant et de prendre en compte non seulement les effets acoustiques du conduit auditif, mais également ceux de la tête et du torse. Les oreilles du KE- MAR sont équipées de coupleurs de Zwislocki ou de simulateurs d oreille occluse. Il peut être équipé de deux tailles d oreilles, et la longueur de son cou peut être ajustée. Le KEMAR est très délicat à utiliser et il est bien entendu réservé à des activités de recherche et développement. Il est particulièrement utile pour mieux tester et ajuster les effets directifs des appareils de correction auditive. Les figures suivantes représentent le mannequin tel qu il est proposé par la CEI (figure 16), quelques vues du KEMAR (figure 17 et 18), ainsi que la courbe de résonance de l oreille ouverte du KEMAR (figure 18). C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 12/15

13 Figure 16 - Mannequin de la CEI Figure 17 - Intérieur de la tête du KE- MAR Figure 18 - Ajustement de la longueur du cou du KEMAR C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 13/15

14 Figure 19 Résonance de l oreille ouverte du KEMAR (source CEI) 3.6. Signal de mesure Son pur Mesurage séquentiel Le son pur (signal sinusoïdal) est le signal le plus utilisé pour mesurer les appareils de correction auditive. On procède soit à des relevés à fréquences discrètes ou, pour tracer les courbes de réponse, à une succession de fréquences discrètes (chaînes de mesure informatisées) ou à un balayage en fréquence. Il est important de noter que dans ce cas, l appareil n est excité que par une seule fréquence à la fois. En d autres termes, les résultats relevés à cette fréquence ne subissent aucune influence d autres signaux de stimulation. Cela facilite beaucoup les mesures, mais reste assez éloigné de la réalité, car nos systèmes sont faits pour être stimulés avec des signaux complexes (parole). Une autre remarque importante pour les appareils numériques sophistiqués : quand un appareil numérique est soumis à un son pur, les automatismes de l aide auditive peuvent interpréter la stimulation sinusoïdale comme du bruit ou du larsen et activer en conséquence les systèmes anti-bruit ou anti-larsen correspondants. C est pour cette raison que les fabricants fournissent des programmes spéciaux pour tester les appareils, dans lesquels les automatismes sont déconnectés. Enfin, le son pur exige un espace de mesure de grande qualité pour éviter les réflexions, et ne s applique donc pas aux mesures in situ. Pour faire des mesurages séquentiels en chambre non anéchoïde, on peut utiliser des signaux modulés en fréquence (warble tone) ou des bruits blancs filtrés, par exemple Son complexe Mesurage parallèle Une autre technique, beaucoup plus complexe mais également plus réaliste, consiste à soumettre l appareil à des signaux large bande bruits blancs, ou bruits blancs à pondération vocale par exemple. Une analyse spectrale (analyse de Fourier) en sortie permet alors de retrouver le comportement fréquentiel de l appareil. Dans ce cas, toutes les fréquences sont présentes simultanément et les comportements pour une fréquence donnée dépendent de l effet éventuel des autres fréquences. Ceci a un impact particulièrement important dans le cas de mesures de systèmes non linéaires (appareils à compression). C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 14/15

15 Signal magnétique L analyse du comportement des bobines d induction nécessite la mise en place de boucles magnétiques générant un champ magnétique parfaitement défini au point de mesure de l appareil de correction auditive Graphique normalisé NS , khz 5 10 F Figure 20 - Graphique normalisé Pour faciliter la présentation des mesures et éviter toute ambiguïté dans leur interprétation, la norme a également défini un graphique normalisé, dans laquelle l échelle des fréquences est logarithmique et l échelle des db est linéaire (c est-à-dire que l échelle des pressions acoustiques ou intensités acoustiques correspondantes est également logarithmique) (figure 20) Unités de mesure acoustique (Voir «Grandeurs acoustiques» en annexe) C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 2005\ACA07_Mesurage\ACA07_Mesurage.doc/ /JaquesC 15/15