Brevet FR2494988A1 — publié le 19820604

' 4,"9 24949f-!l, Perfectionnements aux dispositifs de prothèse auditive L'invention est destinée aux dispositifs de prothèse auditive, dispositifs destinés à porter remè-, de aux surdités en permettant aux sourds de comprendre la parole humaine, et elle concerne plus particulière- ment, mais non exclusivement, parmi ces dispositifs, ceux destinés à remédier à l'insuffisance de capacité auditive des sourds gravement atteints ou "sourds pro- fonds" en leur rendant intelligible ladite parole. On rappelle que les sourds profonds perçoivent uniquement les sons dont l'amplitude est suffisamment élevée et dont la fréquence est relativement basse et généralement située dans la gamme des fréquences, com- prises entre 20 et 1000 Hz, gamme qui sera désignée dans la suite par l'expression "spectre audible par le sourd". Pour fournir à ces sourds des informations audi- tives relatives au reste de la gamme des fréquences cor-.; respondant à la parole humaine, c'est-à-dire de 1000 à 7000 ou 8000 Hz, il a été proposé de transformer en sons graves, audibles par ces sourds, les sons aigus corres-. pondant audit reste de la gamme, lequel reste sera désir gné dans la suite par l'expression "spectre inaudible aux sourds". Pour atteindre ce but, le demandeur a lui-même proposé une solution intéressante dans son brevet France no 1 382 916. Cette solution est basée sur la découverte qu'il n'est pas indispensable, pour la compréhension de la par role humaine, de connaître la totalité des informations contenues dans le spectre inaudible aux sourds il suf- fit à cet effet de prélever les informations acoustiques situées dans certaines bandes de ce spectre ne couvrant Vr C y.t au total qu'une partie de celui-ci, bandes dites ci- après "bandes utiles". Dans son brevet ci-dessus, le demandeur a pro- posé à cet effet de transposer les portions, des sons reçus, dont les fréquences sont comprises dans deux bandes utiles distinctes du spectre inaudible aux sourds en les remplaçant respectivement par deux sons graves de fréquence unique modulés respectivement par les cour- bes enveloppes des amplitudes des deux dites portions, chacun de ces deux sons graves de transposition pou- vant être un son pur sinusoidal. Les dispositifs de prothèse basés sur ce princi- pe donnent de grandes satisfactions et permettent de ré- soudre, dans une certaine mesure, le problème de la sur- dité profonde. Mais le demandeur a constaté qu'il était possi- ble d'améliorer encore les dispositifs basés sur le principe ci-dessus. Il a remarqué en effet que la transformation du signal acoustique contenu dans une bande utile de fré- quence en un son grave unique, même si ce son est modulé en amplitude en fonction de l'enveloppe des amplitudes de cette bande, entraînait certaines pertes d'informa- tion pouvant conduire à des difficultés d'interprétation du message sonore global reçu par le sourd. C'est ainsi par exemple que, si l'une des deux bandes utiles choisies est celle comprise entre 1500 à 3500 Hz, la formule ci-dessus revient à transformer les composantes acoustiques ayant respectivement pour fré- quences 2000 et 3000 Hz en des informations rigoureusement identiques, savoir en deux fractions identiques et super- posées d'un même son grave de transposition. La présente invention a pour but, surtout, de remédier à cette perte d'information. 2:{*&42 A cet effet les dispositifs de prothèse au- ditive du type ci-dessus' selon l'invention sont carac- térisés en ce qu'ils comportent des moyens pour trans--.,,,?s' poser les différentes tranches, du signal acoustique. global reçu à chaque instant, contenues respectivement; dans les différentes bandes utiles, en autant de tran- ches-images situées dans le spectre audible par le sour. et constituant respectivement des images fidèles ampli- fiées en amplitude, mais comprimées et réduites en frë- quence, desdites tranches, la modulation d'amplitude de chaque image étant semblable à celle de la tranche corre-, pondante, mais la fréquence en chaque point de cette im.. ge étant égale à une fraction 1/n de la fréquence au point correspondant de ladite tranche et le taux de.re-;, duction n étant un nombre supérieur à 1, de préférence entier, qui est le même pour tous les points d'une tran- che donnée. Dans les modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- e- tions suivantes - les constantes de temps adoptées pour l'amplifica- tion et pour le prélèvement de l'enveloppe d'amplitude,- de chaque tranche, destinée à moduler l'amplitude de la,% tranche-image correspondante, sont comprisesentre 0,8 et 1,2 ms, - les différentes tranches-images s'échelonnent join-, tivement dans le spectre audible par le sourd, ce qui correspond à des taux de réduction n différents pour 'e - différentes tranches-images, - les bandes utiles de fréquence sont au nombre de deux, comprises respectivement entre environ 1500 Hz et. environ 2400 Hz et entre environ 4800 Hz et environ 6000 Hz, et les taux de réduction appliqués à ces deux bandes sont respectivement de 3 et de 6, - les bandes utiles de fréquence sont au nombre de trois, comprises respectivement entre 1200 Hz et envi- ron 2000 Hz, entre environ 3000 Hz et environ 4500 Hz et entre environ 6000 Hz et environ 8000 Hz, et les taux de réduction appliqués à ces trois bandes sont respectivement de 2, 3 et 4, - la transposition de chaque tranche de signal en sa tranche-image fait intervenir successivement une divi- sion de fréquence, puis une amplification destinée non seulement à compenser la perte d'énergie due à cette division, mais aussi à donner à la tranche-image une amplitude suffisante, - la division de fréquence selon l'alinéa précédent est exécutée par suppression d'alternances de signaux électriques alternatifs élaborés en fonction des signaux acoustiques à transposer, - la division de fréquence selon l'alinéa qui précède le précédent est effectuée par l'intermédiaire d'un co- dage impulsionnel suivi d'une suppression d'impulsions, - la transposition de chaque tranche de signal en sa tranche-image fait intervenir la modulation, par l'en- veloppe en amplitude de ladite tranche, de l'amplitude constante et relativement élevée d'un son occupant toute la largeur de la bande de fréquence réduite correspondant à ladite tranche, - le dispositif comprend des moyens pour amplifier d'un taux relativement élevé toutes les portions acousti- ques, des sons normalement reçus, dont la fréquence est inférieure à environ 500 Hz, et pour réduire ce taux d'amplification progressivement jusqu'à 1000 Hz et au- delà, la constante de temps adoptée pour l'amplification étant comprise entre 0,8 et 1,2 ms. L'invention comprend, mises à part ces dispo- sitions principales, certaines autres dispositions qui 5. s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui-suit, l'on va décrire deux modes' de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non lih- mitative. La figure 1, de ce dessin, est un graphique permettant d'expliquer une application de l'invention à un appareil de prothèse auditive pour sourds profonds.. La figure 2 est un graphique relatif à une va-, riante d'application de l'invention concernant le trai-. tement d'une surdité moins profonde que la précédente. Sur chacun de ces graphiques, _bs fréquence f des sons reçus à traiter sont portés en abscisses et leurs amplitudes, en ordonnées. Dans chaque cas, on fait comprendre à l'appa- reil de prothèse concerné - des moyens pour recevoir intégralement les portions, convenablement amplifiées, des signaux acoustiques, com- prises dans la bande des fréquences inférieures à 500 Hz,4 portions audibles par les sourds, même profonds, ainsi qu'il a été schématisé par le tronçon de courbe A, - et des moyens pour recevoir avec un taux d'amplifi- cation progressivement décroissant vers les fréquences élevées les portions, des signaux acoustiques, comprises dans la bande des fréquences allant de 500 à 1000 Hz et, au-delà, comme schématisé par le tronçon de courbe B. Cet effacement partiel de la zone du spectre audible comprise entre 500 et 1000 Hz permet de libérer. en partie cette zone pour y injecter les signaux artifi-, ciels porteurs d'informations utiles dont il va être question ci-après. Dans le cas de la figure 1, ces signaux sont de deux types, élaborés respectivement à partir des infor_; t i '-. J-.t mations sonores contenues respectivement dans deux ban- des utiles C et D du spectre inaudible aux sourds. Ces deux bandes sont ici celles comprises respectivement entre 1500 et 2400 Hz (bande C) et entre 4800 et 6000 Hz (bande D). A partir des tranches de signaux acoustiques C1 et D1 contenues respectivement dans ces deux bandes C et D, on élabore deux "tranches-images" c1 et d1 con- tenues respectivement dans la bande c comprise entre 500 et 800 Hz et dans la bande d comprise entre 800 et 1000 Hz. La première-tranche-image c1 correspond à une image fidèle de la tranche C1 mais amplifiée en amplitude et "comprimée en fréquence" avec un taux de réduction de 3. Plus précisément, cette image c1 présente une modulation d'amplitude semblable à celle de la tranche C1 qu'elle reproduit, mais en chacun des points m de cette image, l'amplitude est plus élevée et la fréquence f est égale au tiers de la fréquence F au point corres- pondant M de ladite tranche C1. En somme l'image c1 correspond à la tranche C amplifiée en amplitude et divisée par trois en fréquence. Il résulte du choix d'un nombre entier (ici 3) adopté pour le taux de division, que la transposition -acoustique effectuée correspond à un changement d'octave conservant la qualité "tonale" de l'information acoustique transposée: les "notes" restent les mêmes, mais sont changées d'octave. Pour ce qui est de la modulation d'amplitude de cette image c1, elle est effectuée à partir de l'enve- loppe de l'amplitude de la tranche de signal C1 et cette enveloppe est prélevée avec une constante de temps infé- rieure à 1,2 ms: en d'autres termes, on conserve dans la transposition effectuée la qualité vibratoire, des por- 2494 dû tions de signaux acoustiques d'origine, dont la pério- dicité est inférieure à 1,2 ms, c'est-à-dire les vibra r- tions laryngées de ces portions, lesquelles sont carac-:,: téristiques de la hauteur de la voix humaine.: Cette observation présente un grand intérêt pour.II. la reconstitution intellectuelle de la voix humaine par >- le sourd équipé de la prothèse considérée..': D'une façon plus générale, on donne à la constan-,,t,, te de temps en question une valeur comprise entre 0,8 et 1,2 ms.:: On choisit semblablement laconstante de temps À: pour les diverses amplifications, pour la même raison que précédemment.:- Exactement dans les mêmes conditions que pour, l'image c1, l'image d1 est formée à partir de la tranche: de signaux D1 moyennant une amplification d'amplitude et: une division en fréquence de cette dernière, mais ici pa> ::,; le facteur 6.,'', Ceci étant, on peut faire les deux constatations ' suivantes: -. - les deux images c1 et d- s'étendent chacune sur une bande de fréquences relativement large au lieu d'être constituées par des sons graves de fréquence unique: il en résulte un transfert d'information beaucoup plus rich:,f et complet que dans l'hypothèse de ces sons graves uniqU"e, - les bandes de fréquences c et d dans lesquelles sIont' contenues respectivement les deux images c et d1 se sUc-,:',_', cèdent jointivement dans la gamme des fréquences, de saor- ', te qu'elles occupent ensemble la totalité de la zone com-l prise entre 500 et 1000 Hz qui a été partiellement libé- rée de la manière prévue plus haut pour recevoir les soues5i,"' transposés, et ce sans se gêner mutuellement par un che-_': vauchement partiel desdites bandes., Le message sonore amplifié ainsi reconstitué se ' . 3.,., ,!';.... révèle très riche en informations et particulièrement adapté à la compréhension de la parole humaine. Le graphique de la figure 1 - tout comme d'ail- leurs celui de la figure 2 - n'est qu'un schéma permet- tant d'expliciter les divisions de fréquence effectuées selon l'invention: les bandes c et d ne sont hachurées sur ce schéma que pour bien les distinguer des autres bandes; c'est également dans ce souci de distinction qu'on leur a donné une amplitude supérieure à celle des autres bandes. De plus, en toute rigueur, les amplitudes des signaux-images c1 et dl ne devraient pas être comp- tées à partir de l'axe des abscisses, mais à partir des amplitudes des signaux (non représentés) qui sont direc- tement reçus dans la gamme correspondante comprise entre 500 et 1000 Hz, les deux amplitudes considérées se super- posant. On peut procéder de toute manière désirable pour assurer la transposition de chaque tranche de signal C1 ou D1 en son image de fréquence réduite c1 ou d1. C'est ainsi qu'on peut considérer dans chacune des tranches C1 et D1 un certain nombre de sous-bandes de fréquences successives et jointives sélectées à l'ai- de de filtres appropriés, puis transformer les fractions de signal contenues dans chacune des sous-bandes ainsi sélectées en un signal électrique alternatif, après quoi on divise la fréquence de ce signal par le taux de réduc- tion n désiré pour la tranche considérée en supprimant, dans ledit signal alternatif, n-i alternances sur n, et enfin on amplifie le signal à fréquence réduite ainsi obtenu de façon non seulement à compenser la perte d'éner- gie due à la suppression ci-dessus, mais aussi à attein- dre la zone audible par le sourd. Selon,une variante, on transforme chaque fraction de tranche correspondant à l'une des sous-bandes définies 2 49 49 # ci-dessus en un train codé d'impulsions dont le nombre est lié à la fréquence de ladite fraction, puis on sup- prime un certain nombre de ces impulsions (savoir n-i sur n, si l'on désire assurer une division par le fac- teur n) et enfin on procède à une amplification comme dans le cas précédent d'un signal dont la fréquence réduite est liée au nombre des impulsions restantes. On peut également faire appel, pour assurer cha- cune des divisions de fréquence, à un circuit logique, à un micro-processeur ou à tout autre dispositif dési- rable. l Le mode de réalisation schématisé sur la figure 2 est basé sur les mêmes principes que le précédent schéma- tisé sur la figure 1. Il s'applique au traitement de sourds moins grave- ment atteints que dans le cas précédent, ceux-ci étant capables d'entendre les sons jusfud'à une fréquence d'au moins 2000 Hz. Ce deuxième mode de réalisation diffère du précé- dent en ce que le nombre des bandes utiles du spectre inaudible aux sourds est ici égal à 3 et non plus à 2 et en ce que les images à fréquence réduite reconsti- tuées à partir des tranches de signaux comprises dans ces trois bandes utiles occupent ici la bande des fré- quences comprises entre 600 et 2000 Hz. Plus précisément, les trois bandes en question s'étendent respectivement la première, R, d'environ 1200 Hz à environ 2000 Hz, - la seconde, S, d'environ 3000 Hz à environ 4500 Hz, - la troisièmeT, d'environ 6000 Hz à environ 8000 Hz.'' Les trois images correspondantes r, s et t sont ob- tenues à partir des tranches de signaux acoustiques comur2,. prises dans ces trois bandes R, S et T par des asplifica-'X; tions d'amplitude et divisions de fréquence dont les diviseurs sont respectivement égaux à 2, 3 et 4, ces tranches-images occupant donc respectivement: - la première, r, la bande de fréquence comprise en- tre environ 600 et environ 1000 Hz, - la seconde, s, la bande de fréquence comprise en- tre environ 1000 et environ 1500 Hz, - et la troisième, t, la bande de fréquence comprise entre environ 1500 et environ 2000 Hz. Comme dans la première variante, les trois bandes- images r. s et t correspondant respectivement aux trois - tranches images se succèdent dans la bande de fréquence comprise entre 600 Hz et 2000 Hz sans se chevaucher. Pour éviter tout risque de traumatisme de l'oreil- le équipée de l'appareil de prothèse décrit ci-dessus lors de l'application sur elle des sons amplifiés élabo- rés par cet appareil, on fait comprendre audit appareil des moyens pour supprimer automatiquement tous ceux, de ces sons amplifiés, qui présentent à la fois une amplitu- de trop importante et une vitesse d'établissement trop élevée: on met en oeuvre avantageusement à cet effet les enseignements du brevet des EtatsUnis d'Amérique no 3 458 669 dont le demandeur est co-inventeur. En suite de quoi et quel que soit le mode de réa- lisation adopté, on dispose finalement d'un appareil de prothèse auditive dont la construction, le fonctionne- ment et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nulle- ment à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embras- se, au contraire, toutes les variantes. REVENDI CATIONS 1. Dispositif de prothèse auditive comprenant' des moyens pour prélever des tranches de signaux acous- tiques contenues respectivement dans différentes bandes -5 de fréquences utiles situées dans le spectre inaudible- aux sourds et pour les transposer en des signaux acous- r." tiques dont l'amplitude est suffisante et dont la fré- quence est contenue dans le spectre audible aux sourds, caractérisé en oe que ces moyens sont agencés de façon à donner à ces derniers signaux la forme de tranches-, images (c, d, r, s, t) des tranches ci-dessus (C, Dr R, S, T) constituant respectivement des images fidèles am- plifiées en amfplitude, mais comprimées et réduites en fréquence, desdites tranches, la modulation d'amplitude-,' de chaque image étant - semblable à celle de la tranche correspondante, mais la fréquence en chaque point de cette image étant égale à une fraction 1/n de la fréquen- ce au point correspondant de ladite tranche et le taux de réduction n étant un nombre supérieur à 1, de pré- férence entier, qui est le même pour tous les points d'une tranche donnee. 2. Dispositif de prothèse auditive selon la rev'en- dication 1, caractérisé en ce que la- constante de tempe adoptée pour le prélèvement de l'enveloppe d'amplitude, de chaque tranche, destinée à moduler l'amplitude de la' tranche-image correspondante, est comprise entre 0,8 et 1,2 ms. 3. Dispositif de prothèse auditive selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en c que les différentes tranches-images s'échelonnent join- tivement dans le spectre audible par le sourd, ce qtu correspond à des taux de réduction n différents pour ces différentes tranches-images. 4. Dispositif de prothèse auditive selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les bandes utiles de fréquence sont au nom- bre de deux, comprises respectivement entre environ 1500 H-z et environ 2400 Hz et entre environ 4800 Hz et 5. environ 6000 Hz, et en ce que les taux de réduction appliqués à ces deux bandes sont respectivement de 3 et de 6 (figure 1). 5. Dispositif de prothèse auditive selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bandes utiles de fréquence sont au nombre de trois, comprises respectivement entre environ 1200 Hz et envi- ron 2000 Hz, entre environ 3000 Hz et environ 4500 Hz et entre environ 6000 Hz et environ 8000 Hz, et les taux de réduction appliqués à ces trois bandes sont. respectivement de 2, 3 et 4 (figure 2). 6. Dispositif de prothèseauditive selon l'une quel- conque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la transposition de chaque tranche de signal en sa tranche-image fait intervenir successivement une divi- sion de fréquence, puis une amplification. 7. Dispositif de prothèse auditive selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que la division de fréquence est exécutée par suppression d'alternances de signaux électriques alternatifs élaborés en fonction dessignaux acoustiques à transposer. 8. Dispositif de prothèse auditive selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que la division de fréquen- ce est effectuée par l'intermédiaire d'un codage impul- sionnel suivi d'une suppression d'impulsions. 9. Dispositif de prothèse auditive selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5. caractérisé en ce que la transposition de chaque tranche de signal en sa tranche- image fait intervenir la modulation, par l'enveloppe en amplitude de ladite tranche, de l'amplitude constante 2 4949" et relativement élevée d'un son occupant toute la -: largeur de la bande de fréquence réduite correspon-. dant à ladite tranche-image.,i. 10. Dispositif de prothèse auditive selon l'une > quelconque des précédentes revendications, caractérisé,. t. en ce qu'il comprend des moyens pour amplifier d'un ' J taux relativement élevé toutes les portions acoustiques,: des sons normalement reçus, dont la fréquence est infé-:. rieure à environ 500 Hz, et pour réduire ce taux d'am- plification progressivement jusqu'à 1000 Hz et au-delà,; la constante de temps adoptée pour l'amplification étant:" comprise entre 0,8 et 1,2 ms.:% ,.L*,.%