Brevet FR2005003A1 — publié le 19691205

0S872 -I- 2005003 La présente invention a pour objet un procédé et l'appareillage relatif pour rendre audible et intelligible la voix humaine aussi aux sourds profonds. Ce procédé est tout à fait original aussi par rapport aux 5 prothèses plus avancées proposées dans les dernières années en se référant aux techniques de compression des fréquences et/ou de la transposition unique ou multiple des fréquences elles-mêmes. Le procédé selon l'invention consiste dans l'addition d' énergie à fréquence élevée au signal-message, afin que celui-ci dé-10 passe les seuils malades du système auditif et, selon une manière particulière de réalisation du procédé, mentionné par la suite à titre d'exemple on envoie à l'oreille malade un signal e (t) donné pars e (t) + e"(t) où e'(t) est le message qu'on veut transmettre (le lan-guage, parlé naturel) e"(t) est le signal convenable à fréquence éLe-15 vée. Dans les expériences faites jusqu'à présent le signal e" (t), que dorénavant on appellera "pseudoporteuse", était constitué par des sinusoïdes alternées ou par des ondes carrées ; on n'exiut pas que d'ultérieures expériences indiquent la convenience d'emplo-20 y«r à ce but des signaux de type différent. Par la suite on indiquera par un sommet (') les grandeurs existantes lorsqu'il y a un signal-message e'(t), avec deux sommets ("), les grandeurs existantes lorsqu'il y a le signal pseudoporteur et sans sommets celles existantes lorsqu'il y a le signal addition 25 e(t). L'expérience a démontré qu'avec les pseudoporteuses d'ampleur convenable E" et de fréquence f , même avec de petites valeurs d'amplificatbn du signal e'(t), ce dernier est compréhensible à un sourd profond. 30 Pour interpréter ce fait, on développera une théorie en se rapportantaix dessins annexés. Pour ce qui concerne l'appareillage employé tout d'abord, nous allons décrire le schéma à blocs relatif et donc on montrera et on décrira seulement et en bref l'appareillage complet puisque 35 son fonctionnement est aisément accessible à un expert de la branche. 69 05872 -2- 2005003 En supposant les informations de physiologie relatives au système acoustique humain connues, on va schématiser ce dernier en le réduisant à un système unifilaire, constitué par les éléments suivants placés en série : une partie mécanique (oreille extérieure, 5 oreille intérieure, cochlée)„ des organes percepteurs, - synapse -neurone - système central. Pour mieux comprendre l'invention on se rapporte aux figures où ï La fig. I représente un schéma en blocs d'un modèle mathématique de 10 ce système auditif schématisé et simplifié comme ci-dessus, et où par A on a indiqué la partie mécanique et par B la partie synapse-neurone . Les figures 2a, 2b, Bc représentent •îes oscillogrammes qui servent d'exemples de quelques signaux présents dans le schéma en blocs de 15 la Fig. I, selon la théorie qu'on développera. La fig. 3 représente le schéma en blocs de l'appareillage proposé. La fig. 4 représente un schéma complet, de la fig. 3 On va maintenant donner la signification des symboles qui' apparaissent à la figure I. 20 Le symbole e (t) est le signal entrant ; Gjjj(s) (s étant le symbole de variable coaplexe de la trann sfarmée de Laplace} représente la fonction de transfert à attribuer à la partie mécanique du système, selon laquelle et en fonction de la fréquence, le signal acoustique est transformé dans le stimule 25 chimique qe(t) dérivée par rapport au temps de qe(t) ; qe(t) représente la quantité de substance chimique excitatrice fonpt mée par suite du stimule acoustique ; qp(t) la quantité de cette substance, présente dans la synapse et qui détermine la tension v(t) ; 30 v(t) est la tension entre les surfaces de la membrane neuronique. Cette tension, lorsqu'elle atteint la valeur du seuil S donne lieu à une impulsion le long du neurone en donnant lieu au signal u(t) envoyé au système nerveux central ; qd(t) est la quantité de substance chimique excitatrice qui se dé-35 compose dans l'unité de temps proportionnelement à qp ; q^(t) est 69 05872 -3- 2005003 évidemment son intégrale ; q^(t) est la quantité intégrale de substance excitatrice absorbée pour donner lieu au signal impulsif u (t) ; A chaque impulsion toute la qp présente dans la synapse est absorbée à ce but. 5 Le bloc non-linéaire NLI tient compte du comportement des organes percepteurs pour lesquels qe(t) est toujours positif. Le bloc non-linéaire NL2 tient compte du fonctionnement typique au "seuil" de la synapse. Le bloc non linéaire NL3 représente un générateur d'implusion, commandé par le signal sortant du *0 bloc NL2. Le bloc non linéaire NL4 tient compte du fait que chaque fois qu'on a une impulsion en sortie, le long du neurone, on a en môme temps la disparition de la matière excitatrice. C et E représentent ensuite des constantes physiologiques convenables. 25 II est évident que le choix des constantes physiologiques qui apparaissent dans ce schéma en blocs, de la fonction Gm(s) et du mécanisme identificateur du système nerveux central doit interj* • prêter correctement les audiogrammes respectivement dans une personne saine et dans un malade. Dans ce dernier cas pour avoir une cor-20respondance complète, il est nécessaire de penser que le nerf soit constitué par plusieurs systèmes synapse-neurone en série, qui seulement quelques uns de ceux-ci soient défectueux et il est nécessaire de rappeler le temps de réfractairité (insensibilité) des nerfs, c*,est-à-dire le temps qui doit nécessairement espacer les deux im-25pulsions nerveuses pour n'importe quelle intensité du stimule. A cause des considérations quantitatives qui vont suivre le schéma simplifié susdit peut toutefois être considéré encore suffisamment approximatif. La théorie qui suit se base sur les hypothèses suivantes, 30qui en général semblent être raisonables et avec quelques approximations congruentes avec les faits expérimentaux connus. A) le système acoustique fonctionne selon le schéma en blocs de fig. I. B) la fonction de.transfert Gm(s) relative à un sujet sain, soit 35telle à donner lieu à basses atténuations dans une bande comprimée entre IOOO et 3000 Hz, tandis qufelle donne lieu à des atténuations 69 05872 -4- 2005003 bien plus élevées dans la bande inférieure à IOOO Hz ; C)la fonction de transfert Gm(s) relative à un sourd profond (au moins dans le cas où ses menomations soient du type perceptif) soit égale à celle d'une personne saine ; 5D) Une série d'impulsions en aval de la synapse qui se succèdent à intervalles ou espaces de temps égaux ne soit pas perceptible par le système nerveux central ; de même l'addition à un signal-message en amont de la synapse (ce signal aurait donné en aval de la synapse des impulsions différemment espacées entre elles) d'un signal 10 constant (ou peu variable dans le temps) ne donne pas lieu à des dérangements notables par rapport à l'interprétation exacte du message de la part du système nerveux central. Ces hypothèses sont justifiées surtout par l'examen du modèle mathématique du fonctionnement de tout le système auditif dans lequel il y a beaucoup de blocs du 15 type du bloc de la fig. I, des blocs placés tous en parallèle entre l'oreille extérieure et le système nerveux central ; E) Les constantes physiologiques d'une synapse malade (valeur de seuil, constante d'épuisement ou de déchéance, etc.) soient telles à modifier la fonction de transfert complexive d'un sourd profond 20 (avec le comportement attribué au système central avec les hypothèses précédentes) dans le sens de donner lieu à une forte atténuation au-delà de 800 + IOOO Hz, comme habituellement on a trouvé dans ces cas. D'après ces hypothèses, si on fait parvenir au système au-25 ditif d'un sourd profond le signal pseudoporteur e"(t), ce dernier, étant donné sa fréquence convenablement choisie, n'arrivera pas atténué à la synapse malade, (hypothèses B et C). Ce signal, toutefois, même s'il est intense, ne pourra jas dépasser cette synapse selon l'hypothèse E. En effet, ce signal don-30 nera lieu à une v"(t) qui, même si elle est supérieure à la valeur de seuil, produit un signal u"(t) constitué par des impulsions plus ou moins égales espacées dans le temps (oscillogrammes de figures 2a et 2b) et donc d'après l'hypothèse D il n'est pas perceptible par 3e système nerveux central. 35 Analoguement, en envoyant seulement le signal-message ou signal naturel e'(t) (constitué en grande partie par des harmonicas 69 05872 -5- 2005003 à basse fréquence), ce dernier arrive à 3a synapse malade trop atténué pour pouvoir avoir une énergie suffisante telle à dépasser le seuil relatif et ceci aussi si son amplification était remarquable (oscillogrammes de la fig, 2c). Dans le cas, au contraire, d'envoi 5 du signal addition e(t) = e'(t) + e"(t), on aura. : qe(t) = q'e(t) + q"e(t) Si, grâce au signal non atténué v"(t), le signal addition est tel à dépasser le seuil d'une synapse malade, on aura en aval 6s celle-ci un signal u(t). 20 D'après les hypothèses B et C, q'e(t) et v'(t)sont égales aussi bien pour un sourd que pour une personne saine„ Toutefois d'après, l'hypothèse B, le signal u(t) peut être considéré qu'il soit interprété par le système nerveux central comme correspondant à l'unique signal v1(t), relatif c'est-à-dire au 15 signal-message. En résumant les précédents raisonnements, on peut dire syn-thétiquement que le signal pseudoporteur fournit l'énergie suffisante afin que le signal-message puisse dépasser la synapse du nerf malacfe , tandis que, d'autre part, sa fréquence relativement élevée ne lui 20 permet pas d'interférer avec les informations contenues dans le message . A la figure 3 on a représenté le schéma en blocs de l'appareillage qui comporte : - un oscillateur I qui fournit le signal périodique e"(t); 25 - un dispositif 2 destiné à transformer les signaux acoustiques en sinaux électriques correspondants e'(t) ; - un dispositif 3 destiné à additionner les signaux entrant dans ce dispositif e'(t) et e"(t) de manière à donner lieu aux signaux e(t) ; 30 - un amplificateur 4 ; - un dispositif 5 destiné à transformer les signaux électriques dans des signaux acoustiques correspondants. Une autre manière pour atteindre le même but, c'est-à-dire exploiter l'énergie d'un pseudoporteur à fréquence élevée afin que 35 le signal-message e'(t) dépasse les seuils malades, peut être celle 69 05872 -S- 2005003 d'amplifier uniformément le signal-message e'(t) à basse fréquence et atteindre l'énergie nécessaire en amplifiant fortement le signal e'(t) dans une bande étroit® à haut® fréquence de manière à obtenir automatiquement la pseinloportéiise par le signal-message lui-mâûe „ 5 La figure 4 représente le schémaélectrique complet du cir cuit destiné à obtenir le mélange de deux signaux dont un est un si-gnal-rue s sage provenant à travers une amplification convenable du microphone et l'autre produit par un oscillateur local et ayant une fréquence variable comme on a précisé à la figure 3. m/ 10 Ledit circuit comporte comme vient de le dire, un oscil lateur à fréquence variable I), an noeud d'addition 3, c'est-à-dirs un point où le signal-message et le signal local, et un amplificateur final de puissance affluent et se superposent. L'oscillateur I est un multi-vibrateur, non stable et il 15 est réalisé par un circuit intégré par exemple du type RTL9IO. Les resistors Rj, Rg et les condensateurs C , C^ déterminent la fréquence minima, d'oscillation tandis que et (^garantissent l'étoupille automatique de l'oscillation, dont la fréquence peut être réglée par le complexe constitué du potentiomètre P, les 20 resistors R., R_ etles diodes D_, D_. Le signal produit par l'oscil-4 D 12 lation, est appliqué à l'entré de l'amplificateur final 4, par le groupe condensateur résistance Ca-Ra 7 Ie signal-message arrive au même amplificateur à travers le groupe condensateur et resistor C_- rb* 25 Dans le noeud 3 (noeud d'addition) on a pourtant un signal composé résultant de l'addition du signal local et du signal-message qui une fois amplifié par la phase finale est envoyé à la sortie et d'ici au dispositif pour transformer le signal électrique en signal acoustique. 30 L'ampleur de chaque signal qui afflue au noeud 3, peut être réglée de manière indépendante agissant sur les potentiomètres . Pi et P2> L'amplificateur final 4 est du type à symétrie complémentaire, dans l'amplification les resistors Rc et Rp déterminent le 35 point de travail (polarisation) des transistors tandis que les au- BAD ORIGINAL 69 05872 -7- 2005003 très composants sontnécessaires pour un fonctionnement exact de 1' amplificateur lui-même. Le condensateur placé entre l'amplificateur 4 et la borne de sortie sert pour bloquer la composante continue due à la po-5 larisation des transistors et mais permet le passage seulement du signal alterné nécessaire pour produire le son. Par les valeurs indiquées à titre d'exemple au schéma de la fig. 4, la fréquence de l'oscillateur peut être variée entre I kHz et 5 kHz environ, tandis que le gain de tension de l'amplifica-10 teur est d'environ 3. 69 05872 2005003 REVENDICATIONS 1. Procédé pour rendre audible et intelligible aux sourds profonds la voix humaine, caractérisé en ce que au signal-message on ajoute l'énergie à fréquence élevée d'une • pseudoporteuse afin que le signal-message dépasse les seuils malades du système audi- 5* tif du sourd. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que au signal-message on ajoute l'énergie d'un signal périodique extérieur à fréquence élevée, et que le signal ainsi obtenu, est amplifié et envoyé à l'oreille malade du sourd profond. -&> 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce ' que le signal-message est amplifié de manière uniforme à basse fréquence et il est fortement amplifié dans une bande étroite à haute fréquence pour obtenir automatiquement la pseudoporteuse du signal-* message lui-même. A.% 4. Appareillage électronique destiné à réaliser le procé dé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu1 il comporte un oscillateur local qui fournit le signal périodique pseudoporteur, un moyen destiné à transformer un signal acoustique, ou signal naturel dans un signal électrique correspondant, un dispositif destine né à additionner le signal périodique pseudoporteur avec le signal naturel, un amplificateur pour le signal addition des précédents et un moyen destiné à transformer ce signal addition dans un signal acoustique Correspondant.