Rapport bibliographique - Master Acoustique Marseille

Rapport bibliographique
Stage de Master 2
Influence des protecteurs individuels
contre le bruit sur l’intelligibilité
Estelle Merdrignac
Tuteur école : Cédric Maury
Tuteur entreprise : Paul Peyret
Rapport bibliographique – Mai 2015
Estelle Merdrignac
Table des matières I. Introduction ......................................................................................................... 3 a) Présentation de l’entreprise ................................................................................. 3 b) Contexte du sujet .............................................................................................. 3 c) Description du projet .......................................................................................... 4 II. Rapport bibliographique : influence des protecteurs individuels contre le bruit sur
l’intelligibilité de la parole ............................................................................................ 5 a) Types de PICB ................................................................................................... 5 1) Bouchons d’oreilles ......................................................................................... 5 2) Casques antibruit ............................................................................................ 5 b) Méthodes de mesures d’atténuation de PICB ......................................................... 5 1) REAT (Real-Ear Attenuation at Threshold) .......................................................... 6 2) MIRE (Microphone in Real Ear).......................................................................... 6 3) ATF (Acoustical Test Fixture) ............................................................................ 7 4) Autres ........................................................................................................... 8 5) Comparaison des méthodes de mesure .............................................................. 8 6) Utilisation des données d’atténuation pour estimer la protection ............................ 9 c) Tests d’intelligibilité...........................................................................................10 1) Méthodes de mesures directes .........................................................................10 2) Méthodes de mesures indirectes ......................................................................11 3) Influence des PICB sur l’intelligibilité ................................................................12 Bibliographie.............................................................................................................18 Annexe 1..................................................................................................................19 2
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I.
Introduction a) Présentation de l’entreprise GENESIS est une société spécialisée en acoustique et basée au technopôle de l’Arbois à Aix en
Provence. Elle est dirigée par Patrick Boussard depuis sa création en 1999, par 7 ingénieurs issus de la
société STERIA-DIGILOG. Son activité a débuté par la création d’un logiciel de synthèse sonore, basé
sur le système hardware pour lequel ces ingénieurs étaient spécialisés (GENErateur de Signaux
Sonores).
Depuis 2004, GENESIS développe un logiciel d’expertise acoustique, LEA, qui est utilisé dans de
nombreuses grandes entreprises.
Ses principaux domaines d’activités sont l’automobile (Renault, PSA..), les transports aériens (Airbus,
Airbus Helicopters, Safran…) et ferroviaires (SNCF, RATP).
Ses produits se déclinent en 3 types d’offre : logiciels (LEA,GENEIntel…) ; système de restitution et
simulateurs d’environnement sonores 3D ; et études acoustiques ou psychoacoustiques pour les
entreprises.
En 2005, la société a remporté le Prix Industrie de la SFA (Société Française d’Acoustique).
b) Contexte du sujet Dans l’industrie, de nombreux salariés sont exposés à de forts niveaux de bruit, ce qui met en danger
leur santé auditive. En effet, en France, il a été estimé en 2003 qu’un salarié sur trois exposé à des
niveaux supérieurs à 85dB(A) n’était pas protégé (d’après le rapport SUMER 2003 du Ministère du
Travail). De plus, la perte auditive est la 4e cause des maladies professionnelles en France ([Nexer]).
Ces dernières années, de nombreuses lois, normes et directives ont vu le jour pour réglementer les
conditions de travail d’un point de vue auditif :
•
•
•
la directive européenne « Bruit » 2003/10/CE (transposée en droit français par le décret 2006892 du 19 juillet 2006) impose des niveaux d’expositions limites pour le salarié, au-delà
desquels des actions de prévention doivent être mises en place (Annexe 1, Figure 1 ). Par
exemple, un salarié ne doit pas être exposé à une dose de bruit journalière supérieure à
87dB(A) pendant 8h (Valeur Limite d’Exposition). L’adoption de protection individuelle est
rendue obligatoire à partir d’un niveau d’exposition de 85dB(A) pendant 8h. Enfin des
protecteurs individuels contre le bruit et des examens audiométriques doivent être mis à
disposition des salariés à partir d’un niveau d’exposition de 80dB(A).
la norme EN 458 précise que des mesures de protection collective devraient être mise en place
prioritairement (réduction du bruit à la source) sur des mesures de protection individuelle (port
de protecteur individuel contre le bruit, ou PICB).
la norme EN 352 régit les atténuations minimales que doivent pourvoir les PICB.
Cependant, malgré la mise à disposition voire l’obligation par les entreprises (selon la directive
européenne) du port des PICB, ces derniers sont encore beaucoup négligés par les salariés. Ils
provoquent en effet une sensation d’inconfort et d’isolement, ainsi qu’une gêne prétendue pour la
communication, notamment en cas de surprotection, ce qui pousse l’usager à ne pas les porter
([Loizeau, Angot, Parard]). Or retirer le PICB, même sur une courte période, rend la protection beaucoup
moins efficace (comme le précisent la norme EN458, et [Berger]).
Il est avéré que pour être optimal, le PICB doit être adapté au niveau du bruit environnant afin
d’atténuer suffisamment, mais pas excessivement : la norme EN 458 préconise un niveau résiduel
perçu minimal de 70 dB(A) (voir Annexe 1, Figure 2 ).
Suite à cette problématique de surprotection au bruit, de nombreuses études se sont intéressées à la
détection de signaux d’alarmes et à la compréhension des messages d’alerte face au danger, lors du
port d’un PICB. Il est important de protéger l’audition du salarié, mais il est tout aussi important qu’il
reste alertable par son environnement afin de se prémunir d’un danger (potentiellement nombreux
selon les lieux de travail concernés) !
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c) Description du projet L’objectif principal de ce stage est de déterminer comment le port d’un PICB influence l’intelligibilité,
autrement dit le degré de compréhension de la parole.
Cette problématique a été posée à la suite d’une étude réalisée par Genesis qui impliquait des tests
d’intelligibilité dans plusieurs configurations de bruit, avec et sans PICB. La conclusion des tests a
montré, dans certains cas, une faible corrélation entre les indicateurs d’intelligibilité standards (STI,
SII), qui permettent en théorie de prédire l’intelligibilité directement à partir des paramètres physiques
du signal entendu (voir Partie Mesure d’intelligibilité), et les scores d’intelligibilité issus des tests
d’écoute, lorsque ces derniers étaient améliorés par le port du casque. Les indicateurs STI et SII,
calculés en intégrant l’atténuation du casque, ne semblent pas prendre en compte cette amélioration et
sous-estiment alors l’intelligibilité.
Le stage a pour objectif de trouver des éléments de réponse à la problématique amenée par ces
observations :
Quel est l’effet du port du PICB sur l’intelligibilité ?
Il devra pour ce faire répondre à plusieurs questionnements.
Comment est caractérisé un PICB ?
Différentes méthodes pour mesurer l’atténuation d’un protecteur seront utilisées. Les résultats seront
ensuite comparés et analysés afin d’obtenir le meilleur filtre pour simuler le PICB choisi pour l’étude.
Comment est pris en compte le PICB dans les tests d’intelligibilité subjectifs (tests d’écoute) ?
Des tests d’écoute seront effectués systématiquement pour plusieurs configurations dans différents
modes de restitutions (casques audio ou enceintes). Ces configurations mêleront différents rapports
signal sur bruit, avec l’utilisation soit du PICB réel, soit d’un filtre PICB synthétisé, soit d’aucun PICB.
Les tests d’intelligibilité seront réalisés par le biais du logiciel GENEIntel, développé par Genesis. Cet
outil permet la mise en place de tests d’intelligibilité (définition des situations de tests), la passation
des tests (restitution sonore et interface de réponse), l’analyse des réponses et le calcul des
indicateurs d’intelligibilité standards.
Comment est pris en compte le PICB dans la prédiction de l’intelligibilité (indicateurs) ?
Les résultats de scores d’intelligibilités seront mis en relation avec les indicateurs d’intelligibilité
standards calculés, et les différents modes de restitutions pourront être comparés. On tentera
d’améliorer ces indicateurs pour la prédiction de l’intelligibilité.
Un GANTT (Figure 1 ) a été réalisé pour planifier le projet.
Figure 1 : GANTT du projet
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II.
Rapport bibliographique : influence des protecteurs individuels contre le bruit sur l’intelligibilité de la parole Afin de préparer le projet, une étude bibliographique a été réalisée pour faire l’état de l’art des études
déjà réalisées en lien avec le sujet. Elle concerne les différents types de PICB, les méthodes existantes
pour mesurer leur atténuation, les tests d’intelligibilités existants, et enfin les études d’intelligibilité
réalisées sur des PICB. Ce rapport en constitue un résumé.
a)
Types de PICB Il existe plusieurs types de protecteurs individuels contre le bruit qui se divisent en deux catégories :
les bouchons d’oreilles (dispositifs intra auraux), et les casques antibruit (dispositifs circum auraux)
([Officiel Prévention]). Cette répartition des différents PICB est illustrée en Annexe 1, Figure 3 . Chacun
possède des caractéristiques propres (atténuation, mode de placement...), qui amènent des avantages
et des inconvénients ([Berger], [Nexer]).
1) Bouchons d’oreilles Ces protecteurs s’introduisent dans le conduit auditif afin de le « boucher ». Ils peuvent se présenter
sous plusieurs formes et matériaux.
On peut les diviser en trois types :
• Les bouchons pré-modelés (formes élastomères)
Ils sont généralement disponibles en plusieurs tailles pour s’adapter aux oreilles de la plupart
des utilisateurs, et s’introduisent directement dans le conduit auditif.
• Les bouchons à façonner (en mousse, en cire ou en fibre de verre)
Ils doivent être malaxés et déformés sous forme cylindrique avant d’être insérés dans le conduit
auditif. Ils s’expansent ensuite afin de fermer le conduit.
• Les bouchons moulés sur mesure (généralement en silicone)
Ils sont fabriqués à partir d’une empreinte du conduit auditif de l’utilisateur, et permettent ainsi
une parfaite insertion dans le conduit auditif et une atténuation plus personnalisable. Ils ont de
nombreux avantages parmi lesquels un filtre d’atténuation généralement homogène en fonction
de la fréquence, un confort d’utilisation, et un ajustement facile, ce qui permet d’éviter les
fuites.
Il existe un dernier type de bouchons d’oreilles dits « avec arceau » (supra-auraux), qui sont des
bouchons indéformables, tenus en place dans le conduit auditif grâce à un arceau.
2) Casques antibruit Ces protecteurs sont constitués de coques rigides qui entourent les oreilles et exercent une force sur la
tête afin d’assurer une étanchéité, ce qui permet une atténuation plus efficace.
Les fuites d’air peuvent en effet réduire l’atténuation de 5 à 15dB sur une large bande de fréquences,
comme précisé par Berger ([Berger]).
Ces coques sont soit reliées par un arceau solide monté au-dessus de la tête (serre-tête), soit montées
sur un casque (coquilles adaptables). Elles sont doublées avec un matériau acoustique tel que la
mousse, qui absorbe les hautes fréquences à l’intérieur de la coque.
Le casque Clarity C1, commercialisé par Bilstom-Howard Leight et qui sera utilisé pour le stage, est un
PICB de type serre-tête.
b)
Méthodes de mesures d’atténuation de PICB Un des critères importants d’un PICB, en plus de son confort d’utilisation, est son spectre
d’atténuation. Il est en effet important, afin de choisir un PICB optimal, de connaître l’atténuation qu’il
opère lorsqu’il est porté. Ce paragraphe fait état des principales méthodes existantes pour mesurer
l’atténuation d’un PICB, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
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1) REAT (Real-­Ear Attenuation at Threshold) La méthode REAT est décrite dans les normes ISO 4869-1 et ANSI-ASA 12.6. Elle est la plus largement
répandue puisqu’elle est utilisée comme référence dans la norme EN352 ([Damongeot, A.] ), pour
obtenir la certification européenne CE, et pour calculer le NRR (Noise Reduction Rating).
Il s’agit d’une méthode subjective, qui consiste à mesurer le seuil d’audition d’un sujet avec et sans le
port du PICB pour plusieurs fréquences. La différence entre le seuil avec PICB et le seuil sans PICB
correspond à l’atténuation (plus précisément la perte d’insertion) du PICB à la fréquence évaluée. On
effectue la mesure pour les fréquences séparées d’un tiers d’octave, de 125 à 8000 Hz, ce qui permet
d’obtenir le spectre d’atténuation du PICB par bande de tiers d’octave.
La mesure doit être réalisée en champ diffus, avec un minimum de 16 sujets, et le niveau de bruit
ambiant doit être suffisamment bas pour ne pas masquer les seuils d’audition. Les niveaux maxima de
bruit ambiant autorisés par bande de tiers d’octave sont spécifiques à chaque norme.
Les avantages de cette méthode sont nombreux (c’est bien la raison pour laquelle elle est privilégiée) :
• elle prend en considération tout le chemin auditif de l’extérieur de l’oreille jusqu’à la cochlée,
elle préserve donc toutes les caractéristiques auditives dans l’évaluation de l’atténuation
• elle est subjective et prend donc intrinsèquement en compte les biais dus aux
comportements humains (entraînement, ajustement du PICB, langue…)
Les inconvénients sont :
• les mesures doivent être réalisées dans un endroit suffisamment silencieux (exemple d’après
la norme ISO 4869-1 : 2 dB à 2000 kHz) et en champ diffus, ce qui peut être difficile à
obtenir dans la pratique
• les mesures sont coûteuses en temps
• un artéfact, dû au bruit physiologique, conduit à une surestimation de l’atténuation en
basses fréquences (inférieures à 500Hz), car le seuil d’audition avec PICB augmente en
raison de l’effet d’occlusion à basse fréquence (amplification du bruit lorsque l’oreille est
couverte, ce qui augmente les effets de masque). L’erreur peut s’élever jusqu’à 5dB, ce qui
reste une valeur relativement faible ([Berger], [Berger]).
2) MIRE (Microphone in Real Ear) La méthode MIRE est une méthode objective, qui consiste à placer un microphone dans le conduit
auditif du sujet (comme illustré Figure 2 , [Steeneken]), et à effectuer deux mesures avec et sans PICB,
pour mesurer l’atténuation au niveau du microphone à chaque fréquence. Comme pour la méthode
REAT, les mesures sont effectuées pour chaque bande de tiers d’octave et en champ diffus. La
méthode est décrite notamment dans la norme ISO 11904-1 et ANSI S1.42-1995. Celle-ci ne précise
pas de nombre minimum de sujets nécessaire, mais précise qu’il existe des écarts de précision et une
variabilité due aux nombres de sujets employés.
Figure 2 : Configuration du microphone utilisé pour la méthode MIRE
L’avantage est que, les mesures étant réalisées à des niveaux au-dessus du seuil d’audition, les
niveaux minimum de bruit ambiant requis sont très peu contraignants.
De plus, les mesures sont plus rapides que pour la méthode REAT, et la dispersion due à la différence
dans la physiologie de l’oreille des sujets est prise en compte.
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Les inconvénients sont :
• elle est moins précise que la méthode REAT, et tend à surestimer l’atténuation dans les hautes
fréquences, car elle néglige la conduction acoustique osseuse ([Berger]).
• l’ajustement correct du PICB peut être affecté par le microphone ([Berger])
• le placement du microphone dans le conduit auditif est sensible, ce qui peut amener des erreurs
de mesure
Une mesure alternative consiste à placer deux microphones, pour mesurer simultanément les niveaux
sonores à l’intérieur et à l’extérieur du PICB. Cela permet de mesurer l’atténuation de niveaux sonores
plus élevés sans mettre en danger la santé auditive du sujet, qui porte la protection.
Il convient de préciser ([Berger]) qu’avec la méthode MIRE peuvent être mesurées la perte d’insertion
(IL, avec un microphone) ou la réduction du bruit (NR, avec deux microphones), qui sont deux valeurs
différentes reliées par la fonction de transfert de l’oreille (TFOE) : IL = NR + TFOE, comme illustré en
Figure 3 .
Figure 3 : Différentes méthodes de mesures d’atténuation du bruit par les PICB.
Pour la mesure du TFOE, le point B est généralement positionné au centre de la tête, tête absente.
Issu de [Berger, 1986]
3) ATF (Acoustical Test Fixture) La méthode ATF est une méthode objective, similaire à la méthode MIRE dans sa démarche, mais qui
utilise des mannequins à la place de personnes réelles pour réaliser les mesures. Le microphone est
inséré dans le tube simulant le conduit auditif dans la tête du mannequin. La méthode est décrite dans
la norme ISO 11904-2 . Elle est préconisée pour les mesures de contrôle de qualité et les études
comparatives ([Potikaris]).
Comme pour la méthode MIRE, les avantages sont que les mesures sont rapides, facilement réalisables
par rapport aux exigences de niveau minimum du bruit ambiant, et acceptables jusqu’à de forts
niveaux sonores. De plus, un autre avantage majeur, qui fait de cette mesure la plus facile à mettre en
place, est l’absence de sujets. Cela permet aussi de limiter la variabilité des résultats et d’assurer la
répétabilité de la mesure plus facilement ([Berger]).
L’absence de sujets est cependant aussi un inconvénient, puisque les caractéristiques de la tête
humaine et les chemins de transmission acoustique de l’oreille ne sont pas tous représentés dans la
mesure (ex : conduction acoustique osseuse), ou sont approximatifs (matériau du mannequin, forme
de tête légèrement différente), ce qui est source d’imprécisions : l’atténuation est surestimée en
hautes fréquences (comme toutes les méthodes objectives) et parfois aussi en basses fréquences,
selon les types de têtes utilisées.
De plus, l’implication humaine (ajustement, confort…) qui influence fortement les performances des
PICB sur le terrain n’est pas prise en compte.
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Un autre inconvénient est le risque de mauvais ajustement du PICB sur la tête artificielle. Les mesures
avec casques antibruit se révèlent ainsi plus fiables que les mesures avec bouchons ([Berger]).
4) Autres Il existe beaucoup d’autres méthodes ([Berger]), moins standards que celles évoquées jusque ici, telles
que :
• La méthode par masquage : l’atténuation correspond à la différence entre les seuils de
détection d’un signal masqué par le bruit, avec et sans PICB.
• La méthode TTS (Temporary Threshold Shift), qui mesure la différence entre les niveaux
sonores nécessaires à un déplacement temporaire du seuil d’audition défini.
• La méthode de mesure par tests d’intelligibilité, qui mesure la différence en dB du seuil de
réception de la parole (niveau nécessaire à 50% d’identification correcte de listes de mots
bisyllabiques) avec et sans PICB. L’inconvénient de cette méthode est qu’elle n’a pas de
spécificité fréquentielle.
• La méthode du déplacement de seuil du réflexe stapédien, qui mesure la différence entre les
seuils de déclenchement avec ou sans PICB.
En raison de leur difficulté de mise en œuvre et/ou de leur absence d’intérêt par rapport aux autres
méthodes décrites précédemment, ces méthodes sont cependant peu utilisées.
Récemment se sont développées des méthodes « sur le terrain », plus ou moins efficaces, qui se
basent sur des méthodes de laboratoire, par exemple le système EarFit (Technique « FMIRE »)([Berger/Voix/Kieper], [Kusy&Trompette]).
5) Comparaison des méthodes de mesure Comme vu précédemment, la méthode REAT a tendance à surévaluer l’atténuation en basses
fréquences, la méthode MIRE la surestime en hautes fréquences, et la méthode ATF a tendance à la
surestimer sur toutes les fréquences (tendances différentes selon les têtes utilisées).
Berger [Berger] compare des valeurs obtenues pour les différentes méthodes, qui confirment ces
affirmations. En Figure 4 sont comparées les valeurs obtenues par la méthode REAT et les valeurs de
pertes d’insertion IL mesurées par la méthode MIRE, et en Figure 5 sont illustrées les différences entre
les méthodes REAT et ATF.
Figure 4 : Résumé des différences entre des valeurs d’atténuation moyenne mesurées par méthode
REAT et MIRE. E-A-R STD et E-A-R PAR correspondent à un bouchon en mousse inséré normalement et
partiellement. SOUND BAN est un bouchon d’oreilles, MX-41/AR un PICB supra-aural, et BILSOM et
CLARK des casques antibruit. Les valeurs entre les lignes pointillées ne sont pas significativement
différentes. Issus de [Berger, 1986]
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Figure 5 : Comparaison entre valeurs mesurées avec un ATF (type « ASA test fixture » avec de la chair
artificielle de 6mm) et avec REAT. Dans les deux cas les données sont des valeurs en tiers d’octave
pour des signaux présentés en champ diffus. Les casques antibruit A, C et F sont faits de coussinets en
mousse, et D et E sont des coussinets remplis de liquide. Issus de [Berger, 1986]
6) Utilisation des données d’atténuation pour estimer la protection La méthode la plus précise pour estimer la protection auditive à partir des données d’atténuation est la
méthode par « bande d’octave » ([Berger]) : à chaque fréquence, la différence entre l’atténuation
moyenne du PICB et une correction d’une fois l’écart type (Europe et Australie) ou deux fois l’écarttype (USA) est calculée. Cette quantité est l’APV (Assumed Protection Value, ou indice fréquentiel
d’affaiblissement acoustique). Un exemple de calcul ([Kusy]) est donné en
Figure 6 .
Figure 6 : Exemple de valeurs d’affaiblissement acoustique (en dB) affichées par les fabricants
conformément à la série des normes NF EN 352. Issu de [Kusy 2012]
L’intérêt de l’écart-type pour l’ajustement des valeurs calculées est de représenter l’atténuation
attendue pour 84% (correction d’un écart type) ou 98% (correction de deux écarts-types) des sujets
testés. L’INRS préconise de rajouter une décote pour les salariés non formés ([Kusy], [Kusy], [Nexer]).
Une autre méthode consiste à calculer une seule valeur décrivant l’atténuation globale. L’une de ces
valeurs, calculée par les constructeurs de PICB américains et donnée sur leur emballage, est le NRR
(Noise Reduction Rating). Il s’agit d’un indice d’atténuation qui représente l’atténuation globale en
dB(A) dans un environnement de niveau sonore connu en dB(C). Un spectre de bruit rose est utilisé et,
comme pour la méthode par bande d’octave, l’atténuation moyenne pour ce bruit est calculée et
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soustraite de deux écarts-types pour chaque bande de fréquence. Les valeurs obtenues sont ensuite
moyennées. En Europe est utilisé un indice similaire (Single Number Rating, SNR).
D’autres valeurs d’atténuation, H (en hautes fréquences), M (en moyennes fréquences) et L (en basses
fréquences), sont souvent précisées pour mieux tenir compte du spectre de bruit réel ([Officiel
Prévention]).
Ces méthodes d’estimation de la protection sont toutes décrites dans la norme ISO 4869-2.
c)
Tests d’intelligibilité La problématique de ce stage est d’étudier l’effet du PICB sur l’intelligibilité, problématique intervenant
dans le cadre de la communication de l’usager.
L’intelligibilité représente le degré de compréhension d’un signal de parole. Elle peut se mesurer de
différentes manières, qui seront décrites ci-après.
1)
Méthodes de mesures directes Parmi ces méthodes, on s’intéressera principalement aux tests d’écoute, en opposition aux tests
d’opinion, qui se basent sur une évaluation du sujet et servent généralement à avoir une idée rapide
de l’intelligibilité.
Les tests d’écoute permettent de mesurer un score d’intelligibilité (en %), qui correspond au
pourcentage de phonèmes, mots ou phrases correctement reconnus par un sujet parmi la liste qui lui
est présentée. Cette liste peut lui être présentée par le biais d’enceintes, ou de casques audio, et un
bruit de fond est émis simultanément.
Alternativement à un score d’intelligibilité, on peut aussi calculer le seuil de réception de la parole
(Speech Reception Threshold), qui correspond, dans un environnement silencieux, au niveau
d’intensité de la parole, et dans un environnement bruyant, au Rapport Signal sur Bruit (RSB,
différence entre le niveau du signal de parole et le niveau du bruit émis) nécessaire pour obtenir 50%
de score d’intelligibilité.
Certaines méthodes sont décrites dans la norme ISO 4870 , qui en dégage deux types selon la
technique d’obtention des résultats utilisée :
• Les tests sur liste fermée avec choix forcé (ou Questionnaire à choix multiples, ou Tests de
rime)
Ils sont constitués par des stimuli regroupés en sous-groupes de 2 mots ou plus différenciés
uniquement par un phonème. Parmi ces sous-groupes, seul un mot est présenté au sujet
dans le signal de parole, et il doit l’identifier parmi les mots du sous-groupe.
Pour le test, la norme recommande d’utiliser des listes de 50 sous-groupes, avec un
minimum de 3 listes testées par au moins 5 sujets pour chaque configuration de test. Ces
listes sont équilibrées phonétiquement, c’est-à-dire qu’elles sont représentatives de
l’occurrence des différents phonèmes dans la langue utilisée.
L’avantage de cette méthode est qu’elle est facilement analysable, la durée d’apprentissage
des sujets est très courte, et les listes de mots peuvent être réutilisées plusieurs fois.
Son inconvénient majeur est que la dynamique des résultats est faible, les scores atteignant
rapidement 100%.
Exemple de tests appartenant à cette catégorie : Modified Rhyme Test (MRT) (choix parmi 6
alternatives), Diagnostic Rhyme Test (DRT) (choix parmi deux alternatives), Four Alternative
Auditory Feature Test (FAAF) (choix parmi 4 alternatives de mots de type Consonne-VoyelleConsonne).
•
Les tests sur liste pseudo-ouverte avec choix libre
Ces tests sont constitués de listes de mots seuls équilibrées phonétiquement.
Le sujet écoute chacun de ces mots et doit les noter librement. Les résultats sont ensuite
traduits phonétiquement afin de calculer le pourcentage de phonèmes ou de mots reconnus.
La norme recommande de constituer des listes de 50 mots parmi un grand corpus de 500
mots minimum, et de tester pour chaque configuration au moins 3 listes par 10 sujets.
L’avantage de cette méthode est sa grande dynamique de résultats : elle permet de détecter
plus finement la dégradation (ou l’amélioration) d’intelligibilité.
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Son inconvénient est qu’elle est relativement plus difficile à analyser (traduction des
résultats en phonétique), et le temps d’apprentissage est très long (12 heures pour des
mots) : pour pallier à ce dernier problème, il est possible de supprimer la période
d’apprentissage et présenter les mêmes listes à tous les sujets, ce qui implique une sousestimation de l’intelligibilité (biais systématique pour chaque configuration).
Ces deux types de méthodes vont donner différents résultats selon le type d’éléments qui constituent
la liste (mots, phonèmes, logatomes), leur nombre, la taille du corpus dont ils sont issus… Un graphe
comparant les résultats obtenus par différents tests en fonction du STI est illustré en Figure 7 .
Les méthodes de mesures d’intelligibilité peuvent aussi se diviser en 3 catégories, dépendant du type
d’élément (unité phonétique) constituant les listes, qui sont phonétiquement équilibrées et d’égale
difficulté :
• Test de phrases.
Exemple : test HINT (Hearing In Noise Test).
• Test de mots .
Exemple : « PB-word tests », MRT, DRT. Ces mots sont généralement présentés au sein de
phrases porteuses, qui permettent le contrôle de l’effort vocal du locuteur, et servent à
conserver les distorsions temporelles (temps de réverbération, échos …) qui jouent un rôle
important dans la compréhension de la parole.
Les résultats peuvent évaluer la reconnaissance des mots, mais aussi des phonèmes.
• Test avec syllabes sans signification.
Il s’agit notamment du « test d’articulation ».
2)
Méthodes de mesures indirectes Les méthodes indirectes sont une bonne alternative en terme de temps et de facilité aux méthodes
directes, compliquées à mettre en place, longues à réaliser et nécessitant une analyse statistique des
résultats avant interprétation.
En revanche, ces méthodes ne fournissent qu’une estimation de l’intelligibilité, puisqu’elles
correspondent à des calculs d’indicateurs, dont la valeur correspond à la prévision d’un certain degré
d’intelligibilité selon un certain modèle.
Les indicateurs se calculent directement à partir des paramètres physiques du canal de transmission.
Une première famille d’indicateurs, dont la plupart sont normalisés, est celle se basant sur les mesures
du Rapport Signal sur Bruit :
• Le STI (Speech Transmission Index)
Cet indicateur, normalisé par la norme IEC 60268-16, suit l’hypothèse que la parole peut être
représentée par une onde stationnaire, modulée en amplitude par des signaux de basse
fréquence, et que les détériorations d’intelligibilité correspondent à des pertes de profondeur de
ces modulations (dues par exemple, à un bruit parasite, de la réverbération…).
La procédure de calcul du STI comprend la détermination de Fonction de Transfert de
Modulation (MTF) pour 12 fréquences de modulation pour chacune des 7 bandes d’octave entre
125 et 8 kHz.
Le STI est un indice compris entre 0 et 1, calculé à partir de la somme pondérée d’indices issus
des MTF sur chacune des bandes d’octave.
La norme IEC 60268-16 fournit une courbe de correspondance entre les scores d’intelligibilité
pour différents tests d’écoute et le STI (Figure 7 ).
• L’Articulation Index (AI)
L’AI est le premier indicateur qui a vu le jour dans les années 1940, standardisé par la norme
ANSI S3.5. Il se base sur l’idée que chaque bande de fréquence de la parole a une contribution
différente à l’intelligibilité, et que la contribution totale de toutes les bandes que représente l’AI
est la somme des contributions de chaque bande pondérées par un facteur. Ce facteur, entre 0
et 1, dépend entre autres du RSB.
L’AI est compris entre 0 (parole inintelligible) et 1 (parole parfaitement intelligible).
Plusieurs versions existent, faisant notamment varier les bandes considérées.
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Figure 7 : Relations entre plusieurs mesures d’intelligibilité : STI, et test d’écoute de type liste
de mots phonétiquement équilibrés, liste de mots consonne-voyelle-consonne, et liste de
phrase. Issu de [ISO 60268-16]
• Le SII (Speech Intelligibility Index)
Cet indicateur, normalisé dans la norme ANSI S3.5 :1997, est dérivé de l’AI dans son principe
de calcul.
Il se distingue de celui-ci dans sa méthode de détermination du spectre de bruit équivalent, qui
rejoint celle du STI. En effet, la détermination du spectre utilise alors plusieurs éléments : le
bruit parasite (incohérent), le bruit cohérent avec le signal de parole (effet de la réverbération),
et l’effet d’écrêtage du signal de parole, tandis que l’AI ne calcule que le bruit parasite. Le SII
est, comme les autres indicateurs, compris entre 0 et 1.
Par ailleurs, la norme prévoit différentes résolutions fréquentielles d’analyse : bandes critiques
(21 bandes), bandes de tiers d’octave (18 bandes), bandes critique d’égale contribution (17
bandes) et bandes d’octave (6 bandes).
L’avantage de cet indicateur est qu’il permet d’analyser finement les distorsions temporelles
(réverbération), fréquentielles, l’effet du bruit et les saturations potentielles. Il ne prend
cependant pas en compte, comme les autres indicateurs, les non-linéarités.
Il existe une deuxième famille d’indicateurs, non normalisés, qui se base sur une analyse de la
réverbération de la salle. Ces indicateurs ne seront pas utilisés dans le cadre du stage, on se
contentera donc de les énoncer :
•
•
•
•
Le
Le
Le
Le
%ALcons (Percentage Articulation Loss of Consonants) (peu fiable)
rapport son direct/ réverbération (exemple : Clarté C50)
rapport énergie précoce/tardive (similaire au précédent)
rapport son utile/nuisible
3)
Influence des PICB sur l’intelligibilité De nombreuses études ont analysé l’effet des PICB sur l’intelligibilité, dans différentes configurations.
Plusieurs paramètres influant sur l’intelligibilité peuvent varier et définissent chaque configuration d’un
test ([Nexer], [Bockstael], [Verbsky], [Berger]) :
•
•
Le rapport signal sur bruit (RSB) : en général, le niveau de parole varie pour un niveau
de bruit fixé. Plus ce rapport diminue, plus l’intelligibilité se détériore ([Verbsky],[Abel]).
Le niveau de bruit ambiant (ou de parole, selon ce qui définit le RSB).
Un bruit de faible niveau sonore améliorera l’intelligibilité, car il créera moins de
détérioration fréquentielle sur le signal de parole.
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Rapport bibliographique – Mai 2015
Estelle Merdrignac
•
•
•
•
•
•
Le spectre fréquentiel de la parole et celui du bruit ([Bescond], [Verbsky])
Un bruit ayant plus d’énergie dans les hautes fréquences, typiquement autour de
2000Hz, va masquer la partie du spectre de parole (qui s’étend de 100 à 8000 Hz) la
plus faible en niveau, correspondant aux consonnes et qui contribue le plus à
l’intelligibilité.
Les caractéristiques temporelles du bruit
Un bruit fluctuant augmentera l’intelligibilité face à un bruit stable (plus masquant).
La réverbération de la salle, qui crée des distorsions temporelles ([Pekkarinen]
[Pekkarinen] )
Le niveau sonore global
Des niveaux élevés vont augmenter la distorsion de la cochlée, en raison des effets de
masquages auditifs qui dépendent du niveau sonore, ce qui diminue la discrimination
fréquentielle et donc l’intelligibilité ([Bockstael])
Les paramètres spécifiques aux sujets passant les tests (âge, langue, audition,
entraînement, fatigue …)
Les méthodes de test d’intelligibilité choisis et le matériel phonétique associé (phrase
porteuse, contexte du message …)([Verbsky]).
Les effets du PICB sur l’intelligibilité dépendent de ces paramètres, dont on peut dégager plusieurs
résultats notables.
Certaines études font varier les caractéristiques du bruit et du signal de parole, ou comparent les
différents PICB.
Par exemple, d’après l’étude de Verbsky [Verbsky], l’intelligibilité augmente pour des sujets normauxentendants lorsque le spectre d’atténuation du PICB est uniforme par rapport au spectre usuel d’un
PICB (qui a plus d’atténuation en hautes fréquences), comme l’illustre la Figure 8 .
Figure 8 : Effet du niveau de parole sur les résultats de mesures d’intelligibilité (SNR50, rapport RSB
pour lequel on obtient 50% de score d’intelligibilité) pour des configurations avec différents PICB, de
spectre conventionnel ou uniforme. Issu de [Verbsky]
D’après Verbsky [Verbsky], pour un test d’intelligibilité QSIN (Quick SIN Test) à différents niveaux de
parole (40, 70, 90 dB SPL), sans casque, six sujets sur les dix ont montré une détérioration
d’intelligibilité dans le bruit pour un niveau de 90dB par rapport à un niveau de 70 dB SPL : c’est le
phénomène « Rollover », qui correspond à une détérioration d’intelligibilité lorsque le niveau de parole
est supérieur à 68dB SPL ([Fletcher & Galt], 1950).
Un autre exemple concerne les études de l’interaction de l’intelligibilité avec le RSB et le niveau de
bruit. Fernandes [Fernandes] réalise des tests avec différents PICB, à différents niveaux de bruit,
différents rapports signal sur bruit (variation du niveau de parole), en utilisant du bruit rose et 25
sujets normaux-entendants. Les résultats sont illustrés en Figure 9 et Figure 10 .
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Rapport bibliographique – Mai 2015
Estelle Merdrignac
Figure 9 : Différence moyenne entre le pourcentage de mots monosyllabiques correctement reconnus
pour différents PICB en comparaison avec l’absence de PICB, pour les 4 niveaux de bruit testés. Les
PICB Pump Plus et 1100-3M sont des bouchons d’oreille, les Novel et Silent sont des casques antibruit.
Résultats issus de [Fernandes]
Figure 10 : Différence moyenne entre le pourcentage de mots monosyllabiques correctement reconnus
pour différents PICB en comparaison avec l’absence de PICB, par rapport aux rapports RSB. Les PICB
Pump Plus et 1100-3M sont des bouchons d’oreille, les Novel et Silent sont des casques antibruit.
Résultats issus de [Fernandes]
Il observe que l’intelligibilité diminue en l’absence de bruit ambiant, mais peut augmenter pour des
niveaux de bruits forts (80-90 dB) avec des rapports RSB pourtant infavorables (0, -5dB ou -10dB). De
plus, les bouchons se révèlent plus efficaces que les casques antibruit pour augmenter l’intelligibilité,
offrant une amélioration jusqu’à 30% par rapport à la situation sans PICB.
Hashimoto et al. [Hashimoto] ont testés 10 sujets normaux-entendants, à des niveaux de paroles de 65
et 85dBA, avec un bruit rose présenté à des RSB de 0, +5 et +10dB.
Les résultats de cette étude ont montré que pour un niveau de parole de 85 dB(A), l’intelligibilité était
améliorée par le PICB, tandis qu’à 65dBA, elle était inchangée dans le bruit et détériorée dans le
silence.
De même, d’après Pekkarinen et al. [Pekkarinen] , pour des normaux-entendants, à un niveau de
présentation faible (60dBA) et avec un bruit large bande, l’intelligibilité diminue avec des casques
antibruit pour un RSB : 5-10dB, mais pas pour les plus forts niveaux dont 85dB(A) (où elle reste
constante par rapport à une configuration sans casque antibruit), ce qu’appuie Berger [Berger].
D’après Pekkarinen et al. [Pekkarinen] , pour des niveaux de présentation à 60 et 85dBA et un SNR de 0
dB, l’intelligibilité était améliorée par le port de casques antibruit.
D’après Bockstael [Bockstael], lorsque le niveau de bruit est supérieur à 85dB, les casques passifs
permettent de maintenir ou même d’augmenter le score d’intelligibilité.
Casali [Casali] réalise des tests (listes de mots) avec 55 sujets, à SNR 5dB et niveau de bruit 60 et 83
dBA, pour différents PICB. Les résultats de son étude montrent qu’un PICB à forte atténuation (dans
cette étude, les bouchons d’oreilles) offre une bonne intelligibilité dans les forts niveaux de bruit
comparé au cas sans PICB (limitation de la distorsion cochléaire), ce que reprend [Berger], comparant
l’effet du PICB à des lunettes de soleil, permettant d’observer une scène en réduisant « l’éclat
acoustique » des bruits à fort niveaux.
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Rapport bibliographique – Mai 2015
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En conclusion, le PICB aurait peu d’effet sur l’intelligibilité à fort niveau de bruit, voire même
l’améliorerait pour des RSB négatifs, tandis qu’il la détériorerait à faible niveau de bruit.
D’autres études font participer des personnes avec pertes auditives.
D’après Verbsky [Verbsky], à 90 dB SPL, l’intelligibilité augmente pour les personnes malentendantes
portant des aides auditives et un casque antibruit par rapport aux personnes malentendantes portant
seulement un casque antibruit.
D’après Lindeman
[Lindeman], pour des niveaux de parole et de bruit respectivement à 90 et 80 dB SPL, l’utilisation de
casques antibruit augmente l’intelligibilité seulement pour les sujets avec une perte d’audition légère,
et lorsque le pourcentage de réponse correcte sans le casque est faible (resp. élevé), un plus grand
nombre de personnes montrent une amélioration (resp. détérioration) d’intelligibilité grâce au casque.
Les tests conduit par Abel [Abel] ont été réalisés sur des groupes de 12 sujets avec une audition
différente et pour différentes configurations faisant varier le bruit de fond (silence, bruit blanc ou bruit
de foule à 85dBA), le niveau de parole (80 ou 90dBA) et la présence de PICB. Il montre notamment
que l’intelligibilité dépend du bruit de fond (meilleur score dans le silence que dans le bruit), que la
différence d’intelligibilité entre les conditions d’écoute avec et sans PICB ne dépend pas de l’âge, mais
de l’aisance dans la langue, que les résultats globaux d’intelligibilité varient entre les différents types
de PICB, et enfin que l’intelligibilité diminue avec les capacités auditives, tendance accentuée avec la
présence du bruit.
Les Figure 11 Figure 12 illustrent certains de ces résultats en représentant le score d’intelligibilité en
fonction des capacités auditives, du niveau de parole et de la présence de PICB, avec ou sans bruit
blanc. On observe ainsi que le bruit rend les résultats plus dispersifs, que les scores d’intelligibilités
diminuent avec les pertes auditives, mais pas nécessairement avec le port de PICB.
Figure 11 : Score d’intelligibilité en fonction du niveau moyen de seuil audition aux fréquences 500,
1000 et 2000 Hz, point tracés pour les différents niveaux de parole, avec ou sans PICB, et dans le
silence. Issu de [Abel]
Enfin, certaines études étudient les PICB avec ANC (Active Noise Control), développés depuis quelques
années.
Dans l’étude de Costa [Costa], 26 sujets avaient pour tâche de détecter un signal d’alarme dans un
bruit représentatif de machines industrielles textiles. Ce bruit était réduit séquentiellement de 5, 10, et
15dB, et les sujets devaient lever leur main dès qu’ils détectaient le signal. Comme l’illustre la Figure
13 , les casques antibruit passifs ont montré de meilleurs résultats que les casques actifs, puisqu’avec
ces casques une réduction plus faible était nécessaire pour détecter le signal.
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Rapport bibliographique – Mai 2015
Estelle Merdrignac
Figure 12 : Score d’intelligibilité en fonction du niveau moyen de seuil audition aux fréquences 500,
1000 et 2000 Hz, point tracés pour les différents niveaux de parole, avec ou sans PICB, avec un bruit
blanc de 85dBA. Issu de [Abel]
Figure 13 : Pourcentage de réponses positives en fonction de la réduction du bruit minimale nécessaire
à la détection, pour chaque type de PICB. Issu de [Costa, 2014].
Un casque actif avec gain maximal détériore l’intelligibilité à cause de la distorsion et de la surégalisation des fluctuations temporelles, qui sont des phénomènes indésirables connus pour les
casques actifs ([Casali, J., and Berger, H.]
[Potikaris, 2013]).
Les casques actifs avec amplification minimale permettent donc une bonne communication dans le
silence mais les casques passifs sont plus bénéfiques pour des niveaux de bruit plus forts.
Cependant, dans une étude de Giguère [Giguère] sur un total de 45 sujets avec des profils auditifs
variés, les résultats ont montré qu’à des niveaux de bruits de 80-95dBA et pour différents gains, les
casques actifs augmentaient en moyenne l’intelligibilité, tandis que les casques passifs (sans gain) la
diminuaient, et ce d’autant plus que les sujets avaient une mauvaise audition. Ces résultats sont
illustrés Figure 14 .
Les résultats sur l’effet des casques actifs sur l’intelligibilité sont donc contrastés.
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Figure 14 : Différence entre les scores d’intelligibilité obtenus avec et sans PICB, pour deux casques
actifs, selon le gain du casque (aucun, gain faible, ou gain fort) et le profil auditif des sujets. Les
données sont moyennées sur les sujets et les environnements sonores. Issu de [Giguère, 2011]
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Estelle Merdrignac
Bibliographie [Berger],
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2003 (Ed.). (2003). The noise manual. Aiha.
[Berger/Voix/Kieper], 2007. « Methods of Developing and Validating a Field-MIRE Approach for Measuring Hearing
Protector Attenuation »
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[Kusy], 2012 « Valeurs limites d’exposition au bruit et port de protecteurs individuels » INRS
[Kusy&Trompette], 2014. « Evaluation des systèmes commerciaux pour le test individuel de l’efficacité des
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[Potikaris], 2008. « Performance evaluation method for high noise environment intercom headsets »
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de l’affaiblissement acoustique ».
ISO 4869-2 (1990).« Acoustique-Protecteur individuels contre le bruit,Partie 2: Estimation des niveaux de pression
acoustique pondérés A en cas d’utilisation de protecteurs individuels contre le bruit ».
ISO 11904-1 (2002). « Acoustique–Détermination de l’exposition sonore due à des sources sonores placées à
proximité de l’oreille ».
ISO 11904-2 (2005). « Acoustique-Détermination de l'exposition sonore due à des sources sonores placées à
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Rapport bibliographique – Mai 2015
Estelle Merdrignac
Annexe 1 Figure 1 : Niveaux de bruit d’exposition limite d’après le code du travail
Figure 2 : Niveaux effectifs à l’oreille avec affaiblissement du PICB selon l’EN458 (Choisir un PICB,
Nexer,2011)
Figure 3 : Classification des PICB
(Kusy, 2008)
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