ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques 8 Corrélation entre donnés techniques et audiologiques Sommaire 1. Introduction... 1 2. Les db SPL (Sound Pressure Level) ou «décibels physiques»... 1 3. Les décibels «audiométriques»... 3 4. Relation entre décibels physiques et audiologiques... 3 5. Echelle de sonie... 4 6. Les fréquences et la sensation de hauteur... 5 7. Principe de la correction de l audition... 6 7.1. Analyse de l audition... 6 7.2. Principales fonctions de l appareil auditif... 7 7.2.1. Cas d une perte liminaire constante...8 7.2.2. Cas d une perte variable avec la fréquence...9 7.2.3. Intolérance...1 7.2.4. Conclusion...1 1. Introduction Avant d étudier les différentes grandeurs qui permettent de définir les caractéristiques techniques et les performances électroacoustiques d un appareil de correction auditive, il est intéressant de réfléchir à la façon dont peuvent être corrélées les mesures techniques et les mesures audiologiques. Nous avons déjà évoqué deux références pour les niveaux de pression acoustique exprimés en «db». Il faut se souvenir que le db exprime le rapport de deux grandeurs et qu il n est défini qu en précisant de quelle grandeur il s agit et quelle est la référence choisie. 2. Les db SPL (Sound Pressure Level) ou «décibels physiques» Toutes les données techniques fournies par les fabricants sont exprimées en db dits «physiques» ou «SPL». Il s agit en principe de niveaux de pression acoustique. Les db SPL (Sound Pressure Level) sont exprimés par rapport à une référence physique constante de 2x1-5 pascals à toutes les fréquences. Cette pression de référence correspond à peu près au seuil auditif binaural de sujets jeunes bien entendant, mesuré à 2 Hz. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 1/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques db SPL 14 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 MAF = Minimum Acoustic Field 14 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 5 1 2 Hz 5 1 2 khz 5 1 15 Population / conditions de mesure:! Sujets otologiquement normaux! Age : de 18 à 25 ans! Audition binaurale! Installation : salle anéchoïque! Condition : champ libre! Signaux : sons purs continus! Emission : HP azimut Figure 1 - Courbes isosoniques normalisées Mais c est la seule fréquence où une correspondance aussi simple existe, comme le montre le réseau de courbes isosoniques normalisées de la figure 1. Ce réseau de courbes, extrait de la norme NF ISO 226 d août 1987 (en cours de révision), représente les différentes courbes d égale sensation d intensité sonore, celle du bas indiquant le seuil d audition binaurale d une population définie dans des conditions de mesure spécifiques (cette courbe s appelle parfois MAF = Minimal Acoustic Field). Les courbes sont tracées sur un graphique représentant les niveaux de pression acoustiques «physiques», en fonction de la fréquence, dans des conditions de mesure bien définies. En d autres termes, sur la ligne marquée db SPL, le niveau de pression acoustique est constant et égal à 2x1-5 pascals à toutes les fréquences. Toutes les lignes marquées 1, 2,... 14 db représentent aussi des niveaux de pression acoustiques indépendants de la fréquence qu il est facile de calculer (voir annexe 1 «Niveaux en décibels et grandeurs acoustiques»). Remarquons que l axe 1 Hz est gradué en «phones». Le phone est un indice de sonie, ou de sensation d intensité sonore, dont l échelle correspond à l échelle en db à 1 Hz. Chaque ligne isosonique est définie par son niveau en «phones», équivalent au niveau en db à 1 Hz seulement. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 2/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques 3. Les décibels «audiométriques» db HTL 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Octaves 125 25 5 1k 2k 4k 8k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Perte auditive en db HL Seuil d auditio normale Figure 3 - Audiogramme tonal Représentation de la perte auditive en db HL (Hearing Level),1,2,5 1 2 khz 5 1 Figure 2 Représentation de la référence db SPL sur un diagramme en db HTL La courbe «MAF», exprimée en db SPL, varie donc en fonction de la fréquence. Pour les besoins de l audiométrie, il était plus commode de prendre comme référence «le seuil d audition du sujet normal» et c est ainsi qu ont été créés les db HTL (Hearing Threshold Level) dont le db correspond à la courbe MAF, mais ne représente plus un niveau de pression acoustique constant (Figure 2). Puis, pour des raisons pratiques également, les audiométristes ont choisi d exprimer non pas la sensation auditive, mais la perte auditive, transformant ainsi le graphique de «niveau de pression acoustique en fonction du seuil auditif normal» en un graphique de «perte auditive en fonction du seuil auditif normal», encore appelé parfois audiogramme américain. Cet audiogramme est représenté figure 3. Au cours de cette opération, le niveau de référence a changé de nom devenant la référence HL (Hearing Level). Il est aussi en principe défini dans les conditions pratiques de mesure de l audition, c est-à-dire au casque et en audition monaurale. 4. Relation entre décibels physiques et audiologiques La seule différence, en théorie et en supposant que les conditions d analyse soient les mêmes, est donc le choix de la référence. On peut alors écrire : Niveau en db HTL = Niveau en db HL = Niveau en db SPL seuil normal d audition en db SPL C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 3/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques Cette relation est simple mais demande beaucoup de rigueur. Il faut aussi tenir compte des différentes conditions de mesure. C. Gélis propose une méthode pour passer des niveaux de perte auditive monaurale au casque au seuil monaural en champ libre. Cette méthode s appuie sur deux propositions : 1. Le seuil normal de l audition, monaural, au casque, a pour valeur, à toutes les fréquences le db audiométrique, soit db HTL ; toute valeur supérieure au zéro est représentative d une perte auditive ; En champ libre, le seuil monaural est représenté par une courbe située 3 db audessus du seuil normalisé. Cette valeur, généralement admise comme différence entre le seuil auditif monaural et binaural, correspond au doublement de la surface du tympan en audition binaurale, soit un doublement de l intensité acoustique. 2. La conversion perte auditive / seuil auditif est basée sur un principe appelé «principe de la conservation de la perte auditive liminaire». Il consiste à dire que, quel que soit le mode de présentation du signal tonal, la perte auditive définie comme étant la différence entre le seuil auditif du sujet et le seuil normal de l audition, ne varie pas. En s appuyant sur ces propositions, on transforme une perte auditive au casque exprimée en db HL en seuil d audition exprimé en db SPL en ajoutant fréquence par fréquence, aux valeurs de la courbe située 3 db au-dessus du seuil binaural normalisé, la valeur de la perte auditive relevée sur l audiogramme. Cette conversion peut se faire à l aide de la table de correction suivante (figure 4). Fréquence Hz Perte auditive DB HL + Correction db 125 24 25 14 5 1 1 8 2 4 4-1 8 19 Figure 4 Table de conversion des db HL en db SPL = seuil déficient auditif db SPL Remarques : Cette transformation permet d estimer la corrélation entre db SPL et db HL. Il faut aussi penser, en toute rigueur, que des facteurs individuels tels que la géométrie de l oreille, et donc ses caractéristiques acoustiques, peuvent aussi avoir une influence sur les résultats. En effet, les références sont des valeurs moyennes définies sur un grand nombre de sujets et dans des conditions bien définies, alors que chaque mesure audiométrique est conduite sur un sujet bien particulier, qui peut s écarter de la moyenne. 5. Echelle de sonie C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 4/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques Pour compléter cette vue d ensemble des unités utilisées pour quantifier le niveau d audition ou les caractéristiques des aides auditives, citons encore pour mémoire le sone, unité de sonie ou de sensation d intensité sonore. Le sone est différent du phone que nous avons qualifié d indice de sonie et que nous avons utilisé pour nommer les courbes isosoniques. C est parce que le phone n est pas une unité de sensation que les psychoacousticiens ont élaboré une véritable échelle d intensité subjective dont l unité est le sone. La relation entre les phones et les sones est la fonction de sonie représentée figure 5. Elle montre que les deux grandeurs sont proportionnelles au-dessus de 4 phones, mais ne le sont plus pour les faibles niveaux. Audessus de 4 phones, la sonie double tous les 1 phones : Figure 5 - Fonction de sonie. La courbe représentative de la variation de la sonie en fonction du niveau d'isosonie exprimé en phones, montre que la sonie n'est pas proportionnelle au nombre de phones; l'échelle des phones n'est pas une échelle de sensation. 1 sone correspond à 4 phones 2 sones correspondent à 5 phones 4 sones correspondent à 6 phones 8 sones correspondent à 7 phones Signalons également que d autres échelles ont été créées plus récemment dans le but d analyser plus finement le champ auditif résiduel à l aide de méthodes de classification de sonie. Ces méthodes quantifient la sonie, par exemple sur une échelle de à 5 «Unités Catégorielles». 6. Les fréquences et la sensation de hauteur La situation est un peu plus simple dans la pratique en ce qui concerne les fréquences, car nous utilisions en général la même unité pour tracer les caractéristiques des appareils et pour relever les données audiométriques des patients: le hertz: Le hertz est la fréquence d un phénomène périodique dont la période est une seconde. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 5/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques Le hertz est cependant une unité physique qui ne traduit pas la sensation de hauteur du son ou tonie. Nous citerons ici, pour mémoire, d autres grandeurs qui sont parfois également utilisées. L octave est l intervalle caractérisé par un rapport de fréquence de 2 / 1 ((NF S 3-17). Ceci correspond donc à une échelle logarithmique de base 2: F(octave) = log 2 (F 2 /F 1 ) La décade est l intervalle caractérisé par un rapport de fréquence de 1 / 1. Ceci correspond donc à une échelle logarithmique de base 1: F(octave) = log 1 (F 2 /F 1 ) Le savart est une unité logarithmique caractérisée par un rapport entre deux fréquences égale à 1 1/1. Ceci peut également s écrire: 1 savart = 1 log (F 2 /F 1 ). 1 octave = 31 savarts. Le mel (unité non officielle) a été proposée par Stevens et Volkmann en 194 comme unité physiologique de tonie. C est donc une démarche analogue à celle qui a conduit à la définition des sones. Par définition, 1 mels correspondent à un son de 4dB à 1 Hz. La sensation de tonie d un son de 2 mels est le double de celle d un son de 1 mels. Cela correspond a 4 Hz environ (voir le précis d audioprothèse, tome 1, page 7) Le bark: L échelle des barks est basée sur les bandes critiques. L oreille divise le spectre audible en 24 bandes de fréquences de largeurs inégales appelées bandes critiques. Sous cet aspect, la membrane basilaire peut être considérée comme un banc de filtres passe-bande, constituant chacune un échelon de tonie. Le bark représente la valeur d une bande critique. Il peut être défini ainsi: si on accroît une fréquence f d une quantité égale à la bande critique, la tonie augmente de 1 bark. (Gélis) La relation entre mels et barks s écrit: 1 mel = 1 barks Remarque: l échelle des fréquences des graphiques utilisés en audiométrie ou en électroacoustique sont logarithmiques (les audiogrammes, par exemple, sont généralement gradués en octaves), même si les valeurs des fréquences sont toujours indiquées en Hz. Ceci est possible car la gamme des fréquences audibles (de 2 à 2 Hz) n est pas aussi importante que la gamme des niveaux d intensité sonore. NS 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1-1 1 2 5 1 2 khz 5 1 2 7. Principe de la correction de l audition Nous allons maintenant évoquer quelques principes simples de la correction de l audition, avec comme objectif de définir comment il faut agir sur les paramètres des appareils pour atteindre certains objectifs prothétiques élémentaires. 7.1. Analyse de l audition Le soupçon de l existence d une perte auditive naît de l observation de difficultés de communication, Figure 6 - Altération du champ dynamique Réseau isosonique du bien entendant Réseau isosonique du malentendant! Correction requise C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 6/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques au moins dans certaines situations. Le moyen le plus simple d analyser l audition du sujet est de faire une mesure tonale de son seuil auditif. Des moyens d investigations plus modernes permettent d étendre cette analyse tonale à la totalité du champ auditif (méthodes de classification de sonie, profil de perception de sonie). Les résultats obtenus par la méthode tonale employée sont alors comparés à ce qu ils devraient être chez le sujet bien entendant. Les mesures audiométriques tonales évoquées ne sont naturellement qu un élément de l ensemble des mesures psychoacoustiques nécessaires pour analyser complètement le fonctionnement complexe du système auditif déficient. On observe pratiquement toujours que la perte d intelligibilité ou de confort observée s accompagne d une modification du seuil auditif (et de l ensemble du champ auditif). Les références utilisées sont les champs auditifs et la courbe d intelligibilité du bien entendant, statistiquement bien définis. L idée de base, puisque l audiométrie tonale est relativement simple et que les appareils sont aussi mesurés par des méthodes tonales, est de considérer que le rétablissement optimal du champ auditif conduirait à l amélioration optimale de l intelligibilité, en comblant simplement le déficit auditif par un gain électroacoustique (figure 6): MOYEN: CORRECTION TONALE ==> BUT: CORRECTION VOCALE Cette démarche suppose néanmoins que trois conditions essentielles soient remplies: 1. Que la déficience auditive puisse être entièrement décrite par des mesures tonales séquentielles. 2. Que le fonctionnement de l appareil puisse être totalement décrit par des mesures fréquentielles séquentielles. 3. Que les conditions de mesure audiométriques et électroacoustiques soient compatibles. Nous aurons l occasion de voir un peu plus tard que ces trois conditions ne sont pas toujours remplies et que l ajustement final et le contrôle du résultat prothétique par des méthodes vocales et/ou en sons complexes naturels s impose. De nombreuses raisons expliquent cette limitation. Sans entrer dans les détails, citons: " La non linéarité de l audition " La non linéarité des appareils à compression " Les différences de références de mesure " Les spécificités individuelles " Le fait que le système auditif ne perçoit pas les sons selon des critères physiques purs. 7.2. Principales fonctions de l appareil auditif Sous les réserves précédentes, l analyse du champ auditif permet de définir les fonctions principales des appareils. Par souci de simplification, l étude préliminaire se base uniquement sur l analyse fréquentielle et s appuie sur l examen de cas théoriques simples. Il faut rappeler que: C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 7/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques " L appareil a pour rôle d ajuster le champ sonore aux capacités auditives résiduelles du malentendant. Il ne modifie pas ou peu la déficience auditive. " L analyse liminaire peut donner des informations erronées car la référence au seuil (isosonique db) n a pas la même allure qu au niveau normal d audition (isosonique 7 db) (figure 6). " Il est généralement vain d espérer transposer la totalité des informations acoustiques dans le champ auditif résiduel. Une sélection plus ou moins sévère des ces informations doit être faite. Il est clair que les informations vocales doivent être privilégiées. Elles sont représentées schématiquement par la «zone vocale» ou «zone utile» (figure 7). " Pour bien souligner le parallèle entre mesures physiques et audiométriques, nous raisonnerons dans ce qui suit à la fois sur des diagrammes gradués en db SPL et en db HL. 7.2.1. Cas d une perte liminaire constante (figure 8) L exemple montre une perte constante de 4 db. On peut observer que: 1. Les 4 db de perte auditive sont clairement visibles sur les diagrammes 2. La forme des courbes, par contre, diffère selon le mode de représentation. db 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1-1,125,25.5 1 2 khz 4 8 Figure 7 - perte auditive et composantes utiles Champ auditif résiduel 3. Une partie de la zone parole est située en dessous du seuil d audition: toutes les informations qu elle contient ne sont pas perçues. Au voisinage de la courbe de seuil, les informations sont trop faibles. Pour compenser une telle perte, il «suffit» de déplacer l ensemble de la zone parole vers le haut. Chaque composante subit la même translation verticale G. Ce terme G est l amplification ou gain. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 8/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques Audiogramme HL,125,25.5 1 2 khz 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 db 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Diagramme SPL Perte auditive horizontale: 4 db à toutes les fréquences -1,125,25.5 1 2 khz 4 8 Figure 8 - Perte auditive horizontale 7.2.2. Cas d une perte variable avec la fréquence (figure 9) Dans cet exemple, la perte liminaire dépend de la fréquence. Là encore, les courbes diffèrent selon le mode de représentation mais les pertes auditives restent aisément interprétables. La fonction «Amplification constante» décrite précédemment conduit ici à placer les composantes vocales graves trop haut dans le champ auditif, alors qu une partie des composantes aiguës restent en dessous du seuil. Il faut évidemment corriger l amplification selon la fréquence. C est le rôle des fonctions de tonalité. Audiogramme HL,125,25.5 1 2 khz 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 db 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Diagramme SPL Perte auditive variable avec la fréquence -1,125,25.5 1 2 khz 4 8 Figure 9 - perte auditive variable avec la fréquence C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 9/1
ACA8 Corrélation données techniques et audiologiques 7.2.3. Intolérance (figure 1). Audiogramme HL,125,25.5 1 2 khz 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 db 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Diagramme SPL Perte auditive et recrutement -1,125,25.5 1 2 khz 4 8 Figure 1 - Perte auditive et intolérance Si l on ajoute à la mesure précédente un relevé de la courbe d inconfort, niveau que l on ne doit jamais dépasser, on observe que: 1. Les valeurs lues sur les deux types d audiogrammes sont différentes. 2. Les écarts entre les lignes d inconfort et la référence de seuil du sujet normal sont les mêmes sur chaque audiogramme, mais les comparaisons seuil normal / inconfort malade n ont aucun sens. 3. L amplification (G, G ) avec correction de tonalité du cas précédent place correctement la zone parole au-dessus du seuil, mais 4. une partie des composantes vocales atteint le niveau d inconfort. Si l amplification des faibles niveaux est correcte, celle des niveaux élevés ne l est plus. Il faut apporter une deuxième correction à l amplification dépendant de l intensité du signal: c est le rôle des systèmes de limitation ou de compression. 7.2.4. Conclusion Dans le cadre de l analyse fréquentielle d une aide auditive, trois notions principales apparaissent: " L amplification, ou gain, qui indique le rapport entre le signal émis et le signal restitué, dans des conditions de mesure spécifiées " La tonalité: le gain dépend de la fréquence. Le graphique représentant les variations du gain en fonction de la fréquence est la courbe de réponse, le niveau d entrée étant choisi comme paramètre.. La limitation, ou plus généralement la correction dynamique: le gain dépend du niveau d émission. Le graphique représentant les variations du niveau de sortie en fonction du niveau d entrée est la courbe de transfert. Le paramètre est ici la fréquence. C:\Documents and Settings\Couespel\Mes documents\cours Audio 25\Cours word\aca8_corrélation.doc/6.2.26/jaquesc 1/1