Brevet FR2566658A1 — publié le 19860103

rROTHESE AUDITIVE MULIIVOIE L'invention concerne une prothèse auditive multivoie comprenant un microphone, un préamplificateur, au moins deux voies de traitement différencié réunies dans un sommateur, un amplificateur de puissance et un transducteur de sortie, en particulier un écouteur. La quasi-totalité des prothèses auditives existantes est de type monovoie, comprenant une chaise unique de traitement qui réalise les fonctions d'amplification, filtrage et éventuellement compression de dynamique pour la totalité du signal d'entrée issu du microphone. Les prothèses à compression de dynamique sont apparues plus récemment et réalisent un progrès important par rapport aux prothèses antérieures car la compression de dynamique permet d'adapter la dynamique des sons naturels à la dynamique acoustique du mal-entendant (la plupart des déficiences auditives entrainant en effet une modification, fonction de la fréquence, des seuils de perception et de douleur : "effet de recrutement"). Toutefois dans une prothèse monovoie à compression de dynamique, l'adaptation de dynamique n'est réalisée que sur une plage de fréquence limitée. Pour pallier cette insuffisance, on a conçu des prothèses dites multivoies, comprenant au moins deux chaines de traitement en parallèle, réalisant des traitements différenciés selon les fréquences. Le schéma de ces prothèses comporte atasi, à la sortie d'un préamplificateur directement en série avec un microphone, une division du signal à travers des filtres et plusieurs voies de traitement différencié succédant à ces filtres, chaque voie étant pourvue d'un compresseur de dynamique dans les versions les plus recen- tes (brevet DE 2641675 Bosch ; brevet US 4025723 Blackledge). On peut ainsi espérer améliorer les performances des prothèses au prix d'une plus grande complexité des circuits et donc d'un coût accru. Mais une telle conception en multivoie soulève des difficultés sur le plan du principe meme du fonctionnement de la prothèse. En effet une première idée consisterait à réaliser, à l'entrée de chaque voie, un filtrage de type radi cal (filtre à forte pente) qui sépare nettement la bande de fréquence en gammes distinctes. Toutefois dans cette conception, on atteint de mauvaises performances notamment dans le cas le plus fréquent ou le signal significatif à entendre se trouve décalé temporellement par rapport au bruit de fond : dans ce cas la compression réalisée sur la voie du signal significatif possède un taux préréglé, insuffisant en ambiance bruyante, ce qui fait perdre la plus grande partie de son intérêt à la compression de dynamique. Une autre idée consiste à réaliser, à l'entrée de chaque voie, un filtrage à faible pente, les signaux de fréquences différèntes traversant alors au moins en partie chaque voie ; une prothèse multivoie de ce type est décrite dans le brevet DE 2641675 susévoqué. Toutefois, dans ce cas, on perd en partie, au niveau de la compression, l'intérêt de la conception en multivoie puisque les traitements opérés selon les fréquences ne sont plus aussi nettement différenciés. En fait, de telles prothèses sont pratiquement équivalentes en ce qui concerne la compression, à des prothèses monovoies (avec toutefois un avantage de plus, consistant à autoriser une plus grande souplesse dans le choix de la courbe de réponse) ; la faible amélioration des performances combinée au surcot entrainé par la structure en multivoie explique que ce type de prothèse n'ait pas fait l'-objet à l'heure actuelle d'une diffusion sur le marché. La présente invention se propose de fournir une nouvelle prothèse multivoie, permettant de profiter pleinement de la conception en multivoie sans présenter les défauts précités. Un objectif de l'invention est en particulier d'obtenir une compression pertinente de la dynamique des signaux notamment en ambiance bruyante, tout en réalisant sur chacune des voies un traitement réellement différencié. Un autre objectif de l'invention est de fournir une prothèse multivoie universelle, qui puisse être préalablement réglée par le praticien en fonction des déficiences spécifiques du mal-entendant. A cet effet la prothèse auditive visée par l'invention comprend un microphone et un préamplificateur, suivis d'au moins deux voies de traitement différencié pourvues chacune d'un filtre séparateur apte à séparer une bande de fréquence prédéterminée, d'au moins un compresseur de dynamique et d'un filtre compensateur, lesdites voies étant réunies dans un sommateur suivi d'un amplificateur de puissance et d'un transducteur de sortie ; selon la présente invention d'une part, la prothèse comporte un etage de compression préalable, situé en aval du préamplificateur et en amont des filtres séparateurs, en vue d'assurer avant le traitement différencié une compression préalable du laI signal sur toute/gamme de fréquence, d'autre part, le filtre-séparateur de chaque voie est adapté pour présenter une pente au moins égale à 20 dB/octave, de préférence comprise entre 40 et 52 dB/octave. Ainsi dans une telle prothèse, est combinée à la compression réalisée sur chaque voie, une compression préalable réalisée avant séparationisur la totalité du signal issu du préamplificateur. Cette compression préalable, associée à un filtrage suffisamment sévère et aux compressions sélectives sur chaque voie, permet, comme on le comprendra mieux plus loin, de réaliser un traitement global quiaà la fois, tient compte du rapport signal bruit et présente un caractère nettement différencié en fonction des gammes de fréquence de façon à adapter au mieux la dynamique de sortie à la dynamique du malentendant, fonction de la fréquence. I1 est essentiel de remarquer que la compression différenciée est réalisée sur chaque voie sur un signal déjà comprimé au cours d'une-phase préalable de sorte que les signaux significatifs se trouvent dans chaque voie à des niveaux suffisants pour déclencher les compresseurs de ladite voie avec un taux de compression pertinent, même si le bruit de fond se trouve dans une gamme de fréquence diffé- rente de celle de la voie considérée. L'étage de compression préalable est avantageusement constitué par un compresseur (ou par plusieurs compresseurs en série), disposé en série avec le préamplificateur en amont du noeud de séparation des voies. Selon un mode de réalisation préféré, la prothèse comprend deux voies, le filtre-séparatéur- d'une voie étant un filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure comprise entre 1 800 et 2 500 Hz, le filtre-séparater de l'autre voie étant un filtre passe-haut ayant sensiblement la même fréquence de coupure. Les expérimentations ont démontré qu'une telle prothèse permettait généralement une bonne intelligibilité de la parole (la fréquence d'environ 2 000 Hz étant une fréquence charnière pour la grande majorité des déficiences). De plus, selon une autre caractéristique de l'invention, l'étage de compression préalable est adapté pour présenter un taux de compression compris entre 1,5 et 2. Ce taux de compression représente en pratique un taux optimum pour améliorer le rapport signal en ambiance bruyante, tout en évitant un rétrécissement trroUpit important de la dynamique du signal significatif en sortie de la prothèse. Par ailleurs, chaque voie comporte préférentiellement un atténuateur1 situé sur ladite voie en aval du ou des compresseurs de celle-ci et réalisant une atténuation variable, réglable entre environ 0 et 60 dB. I1 est ainsi possible d'ajuster la fonction de transfert de la prothèse en fonction de la pathologie considérée. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention se dégageront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui présentent un mode de réalisation de prothèse et des diagrammes illustrant son fonctionnement ; sur ces dessins - la figure 1 est un schéma synoptique de prothèse multivoie conforme à l'invention, - la figure 2 est un diagramme illustrant les courbes de compression des trois ensembles de compression de la prothèse, - les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e et 3f sont des diagrammes illustrant le fonctionnement dans un cas particulier. La prothèse nultivoie illustrée à la figure 1 comprend un microphone miniaturisé 1, en particulier de type électret, un préamplificateur 2 ajustant la plage des amplitudes des signaux électriques issus du microphone à la plage de fonctionnement des moyens suivants, un étage de compression préalable 3, suivi de deux voies de traitement, voie grave 4 et voie aigüe 5, un sommateur 6 dans lequel- se réunissent les deux voies 4 et 5, un amplificateur de puissance 7 à gain réglable et un écouteur 8. Chaque voie de traitement 4 ou 5 comprend un filtre séparateur 9 ou 10, de forte pente comprise entre 40 et 52 dB/octave; le filtre de la voie grave 4 est en l'exemple un filtre passe-bas de pente égale à 48 dB/octave tant une fréquence de coupure comprise entre 800 Hz et 2 500 Hz, en particulier égale à 2 000 Hz ; le filtre de la voie aigus 5 est en l'exemple un filtre passe-haut de pente égale à 48 dB/octave ayant une fréquence de coupure sensiblement égale à celle du filtre précédent. Chaque voie 4 ou 5 comprend en aval des filtres 9 ou 10 un compresseur de dynamique 11 ou 12 ayant un taux de compression variable entre 1,5 et 3 pour la voie grave, et entre 1,5 et 5 pour la voie aigüe. Les courbes B et C de la figure 2 il lustrent les taux de compression des compresseurs 11 et 12 pour des réglages prédéterminés. (La courbe D illustre à titre comparatif une amplification linéaire). Les compresseurs 11 et 12 sont suivis par des filtres compensateurs 13 et 14 de même nature et sensiblement de même fréquence de coupure que les filtres separa- teurs 9 et 10. La pente de chacun de ces filtres compensateurs est choisie de l'ordre de P/t où p est la pente du filtre sé t parateur de la voie considérée et t une valeur choisie dans la plage des taux de compression du compresseur de ladite voie. La valeur de p étant de 48 dB/octave et la valeur préférentiellement choisie pour t de 2, la pente des filtres compensateurs pourra être avantageusement choisie égale à 24 dB/octave. Cette pente donne en pratique une compensation optimale de la perte de sélectivité sur chacune des deux voies (perte due à la compression). A la suite de ces filtres compensa teurs, chaque voie comprend un atténuateur variable 15 ou 16, adapté pour réaliser une atténuation réglable entre énviron O et 60 dB. L'étage de compression préalable 3 est formé par un ou plusieurs compresseurs en série, situés en amont du noeud de séparation des voies. Le taux de compression de ce ou ces compresseurs est ajusté entre 1,5 et 2, en particulier à une valeur sensiblement égale à 1,7. La courbe A de la figure 2 illustre ce taux de compression. I1 est à noter que les courbes A, B, C sont des courbes de compresseurs de type connu en soi. On peut également utiliser des compresseurs de même taux, mais présentant des performances améliorées, tels que décrit dans la demande de brevet déposée simultanément au nom du demandeur. La combinaison de la compression préalable, du filtrage à pente élevée et de la compression différenciée sur chaque voie permet d'obtenir des dynamiques de faible largeur réglable, compatible avec celles de la grande majorité des mal-entendants, comme l'illustrent les exemples chiffrés ci-dessous. Exemple 1 : exemple limite d'un signal grave dans un bruit parasite aigü Cet exemple se place dans lthypothèse réaliste de signaux superposés pour l'oreille (c'est à dire séparés 2 par des temps très faibles inférieurs à /10 /10 seconde) mais en fait distincts de quelques centièmes de seconde. Taux de compression prelable : 1,7. Taux de compression de la voie grave ajusté à 1,5. Taux de compression de la voie aigüe ajusté à 5. Le signal grave est supposé à un niveau sonore de 50 dB à l'entrée de la prothèse (voix d'homme chuchotée). Le signal aigu est supposé à un niveau sonore de 90 dB à l'entrée de la prothèse (bruits de scierie, tolerie, usine, considérés comme très forts). L'écart de 40 dB entre les signaux à l'entrée du compresseur préalable 3 est réduit à 23 dB à l'entrée des deux voies, les signaux ayant des niveaux électriques correspondant respectivement à 90 et 67 dB. La compression différenciée (de façon nette en raison des pentes des filtres 4 et 5) réduit cet écart à 4 dB à l'issu des deux voies, du fait que les signaux ont des niveaux suffisants dans chacune des deux voies pour déclencher la compression. En sortie (après sommation), les signaux possèdent des niveaux équivalents à - 130 dB pour les aigus, - et 126 dB pour les graves. On obtient de la sorte un écart entre les signaux graves et aigus, compatible avec la dynamique très étroite du mal-entendant A titre comparatif, en l'absence de compression préalable et en supposant tous les autres paramètres réglés pour obtenir le même type de dynamique, on obtiendrait en sortie - 130 dB pour les aigües, - et 113 dB pour les graves On constate que les signaux graves sont de 13 dB inférieurs à ceux de la prothèse conforme à l'invention ; ces signaux sont à peine perceptibles, alors que ceux obtenus dans la prothèse visée sont parfaitement entendus Exemple 2 : Signal aigu dans un bruit parasite grave. Cet exemple est analogue au précédent, avec les réglages suivant Taux de compression de la voie grave, ajusté à 1,5. Taux de compression de la voie algUe, ajusté à 3. Signal grave à l'entrée : 90 dB. Signal aigu à l'entrée : 50 dB. (Ceci correspond à une voix aigüe chuchotée dans un bruit de fond ambiant du type rue, cocktail...) L'écart-de 40 dB entre les signaux à l'entrée de compresseur préalable 3 est réduit comme précédemment à 23 dB. La compression différenciée réduit cet écart à 3 d/B à l'issu des deux voies. En sortie les signaux possèdent des niveaux équivalents à - 130 dB pour les graves, - 127 dB pour les aigües. En l'absence de compression préalable, on obtiendrait en sortie - 130 dB pour les graves, - et 122 dB pour les aigües (limite audible pour un signal aigu dans une dynamique de 8 dB) Exemple 3 : Signaux graves et aigus rigoureusement simultanés. Ce cas illustré aux figures 3a à 3f n'est pas une image courant de la réalité sonore mais permet d'illustrer de façon plus claire la nécessité de filtres séparateurs de pente élevée tels que prévus dans l'invention (signaux en traits pleins aux figures) en comparaison avec une prothèse multivoie connue ayant des filtres de faible pente (signaux en traits discontinus). A la figure3a, sont illustres' le signal grave d'un niveau de 90 dB et le signal aigu d'un niveau égal à 60 dB à l'entrée des deux voies de traitement. (Afin de montrer l'influence de la pente des filtres séparateurs, on suppose que ces signaux graves et aigus sont les mêmes à l'en- trie, des deux voies d'une prothèse classique à faible pente de séparation : en particulier prothèse décrite dans le brevet DE Bosch nO 2641675 déjà évoqué). Les figures 3b et 3c donnent l'allure des signaux, à la sortie des filtres séparateurs respectivement pour la voie grave et pour la voie aigüe. Les pointillés illustrent les pentes des filtres séparateurs : 48 octave dans le cas de l'invention, 12 dB/octave dans le cas connu. Sur la voie grave (figure 3b), les signaux sont peu différents dans le cas de l'invention (traits pleins) et dans le cas connu (traits discontinus). Par contre sur la voie aigüe (figure 3c), la prothèse connue laisse passer une grande partie du signal grave (ce qui, comme on le verra, sera la source de la mauvaise différenciation de la prothèse connue). Les figures 3d et 3e il lustrent les signaux respectivement à la sortie du compresseur de la voie cet exemple égaux à 5./ grave et à la sortie du compresseur de la voie aigüe dont les taux sont dans/ Sur la voie aigüe (figure 3e), la compression est déclenchée dans les deux cas -invention et cas connu- par le signal grave ; mais ce signal grave possède un niveau très différent dans les deux cas de sorte que le gain d'amplification obtenu est beaucoup plus important pour la prothèse de l'invention que celui obtenu pour la prothèse connue. Ainsi le signal aigu se trouve amplifié à un niveau équivalent à 126 dB environ dans le cas de l'invention, et seulement à un niveau équivalent à 105 dB dans le cas connu. La figure 3f montre les signaux après sommation et illustre la bande dynamique du mal-entendant (D). Dans l'invention, les signaux graves et aigus appartiennent à cette dynamique, alors que, dans le cas connu, le signal aigu est nettement en dehors de celle-ci. REVENDICATIONS 1/ - Prothèse auditive multivoie, comprenant un microphone (1) et un préamplificateur (2), suivis d'au moins deux voies de traitement différencié (4,5) pourvues chacune d'un filtre séparateur (9,10) apte à séparer une bande de fréquence prédéterminée,d'au moins un compresseur de dynamique (11,12) et d'un filtre compensateur (13,14), lesdites voies étant réunies dans un sommateur (6) suivi d'un amplificateur de puissance (7) et d'un transducteur de sortie (8), ladite prothèse auditive étant caractérisée en ce qu'elle comporte un étage de compression préalable (3) situé en aval du préamplificateur (2) et en amont des filtres séparateurs (9,10), en vue d'assurer avant le traitement différencié une compression préalable du signal sur toute la gamme de fréquence, et en ce que le filtre-séparateur (9,10) de chaque voie est adapté pour présenter une pente au moins égale à 20 dB/octave. 2/ - Prothèse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre-séparateur (9,10) de chaque voie est adapté pour présenter une pente de 40 à 52 dB/octave. 3/ - Prothèse selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant deux voies (4,5), le filtre-séparateur d'une voie (4) étant un filtre passe-bas (9) ayant une fréquence de coupure comprise entre 1 800 et 2 500 Hz, le filtre séparateur de l'autre voie (5) étant un filtre passe-haut (10) ayant sensiblement la même fréquence de coupure. 4/ - Prothèse selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'étage de compression préalable comprend au moins un compresseur (3) situé en série avec le préamplificateur (2) en amont du noeud de séparation des voies (4,5). 5/ - Prothèse selon l'une des revendications 1, 2, 3, ou 4, caractérisée en ce que l'étage de compression préalable (3) est adapté pour présenter un taux de compression compris entre 1,5 et 2. 6/ - Prothèse selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre compensateur (13,14) de chaque voie est un filtre de même nature et sensiblement de même fréquence de coupure que le filtre séparateur (9,-lO) de la voie considérée, ledit filtre-compensateur ayant une pente de l'ordre de P/t où p est la pente du filtreséparateur de la voie considérée et t une valeur choisie dans la plage des taux de compression du ou des compresseurs (11, 12) précédant ledit filtre sur ladite voie. 7/ - Prothèse selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, dans laquelle chaque voie (4,5) comporte un atténuateur (15,16), situé sur ladite voie en aval du ou des compresseurs (11,12) et adapté pour réaliser une atténuation variable, réglable entre environ 0 et 60 dB. 8/ - Prothèse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou les compresseurs (12) de la voie (5) comportant le filtre passe-haut (10) présente un taux de compression variable entre 1,5 et 5, et le ou les compresseurs (11) de l'autre voie (4) présente un taux de compression variable entre 1,5 et 3. 9/ - Prothèse selon les revendications 2, 3, 4, 5, 6 prises ensemble, caractérisé en ce que : le ou les compresseurs (3) situés en amont du noeud de séparation des voies (4,5) présentent un taux de compression de l'ordre de 1,7, le filtre-séparateur (9,10) de chaque voie possède une pente de l'ordre de 48 dB/octave et une fréquence de coupure de tordre de 2 000 Hz, le filtre-compensateur (13,14) de chaque voie possède une pente de l'ordre de 24 dB/octave et une fréquence de coupure de l'ordre de 2 000 Hz.