Au cœur de l`innovation
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Au cœur de l’innovation Avancées dans le traitement du signal et intégration de la technologie sans fil La mise en œuvre d’algorithmes intelligents et automatiques a nettement amélioré les performances et la simplicité d’emploi des systèmes auditifs numériques modernes. Toutefois, malgré tous les progrès techniques de ces dernières années, le potentiel d’amélioration des bénéfices apportés aux utilisateurs de systèmes auditifs reste très important. Nos connaissances et notre compréhension des besoins auditifs des mal- entendants dans leur vie quotidienne se sont nettement étoffées. Nous pouvons maintenant apporter de meilleures solutions aux problèmes auditfs actuels. De plus, la technologie microélectronique a fait d’énormes progrès ces dernières années, essentiellement motivés par les applications de communication sans fil. CORE: La nouvelle référence dans l’industrie audioprothétique Les designs modernes de puces électroniques offrent plus de flexibilité et de puissance de calcul que jamais auparavant. CORE, le cœur microélectronique de la toute dernière génération des systèmes auditifs Exélia et Naída de Phonak comprend six processeurs ultraperformants. Chacun a une tâche bien définie, comme le microcontrôleur ou le processeur numérique de signal, et ils comptent ensemble plus de 8 millions de transistors capables de réaliser plus de 120 millions d’opérations par seconde. Cette puissance de calcul procure les ressources nécessaires à l’introduction de nouvelles solutions propres à accroître les performances auditives et à améliorer nettement les bénéfices des utilisateurs. Quelques-unes des nombreuses solutions nouvelles de la plateforme CORE seront décrites plus en détail ci-après: SoundFlow – nouvel algorithme unique d’adaptation automatique Technologie LarsenBloc – nouvelle technique anti-larsen révolutionnaire ZoomControl – nouveau concept pour renforcer l’intelligibilité vocale dans des conditions d’écoute difficiles SoundRecover – nouveau procédé de traitement du signal pour renforcer l’audibilité des sons vocaux aigus De plus, les énormes progrès réalisés dans la technologie de communication sans fil ont enfin permis d’introduire un BAN (Body Area Network) complet, composé d’un système intégré d’accessoires et de deux aides auditives. Cette solution de réseau corporel ouvre la porte à de multiples applications nouvelles et donnera aux malentendants un accès à l’univers de la communication sans fil dont le développement est fulgurant. Plusieurs applications peuvent être réalisées avec ce nouveau type de réseau sans fil: Traitement binaural du signal – possibilité d’échange de données audio large bande entre deux aides auditives (un des vœux de longue date dans ce domaine) permettant de véritables algorithmes de traitement binaural du signal pour améliorer l’intelligibilité vocale et la classification du milieu acoustique. Connectivité sans fil – possibilité de connecter sans fil l’aide auditive à des sources audio extérieures telles que téléphones (mobiles), télé, et autres sources via l’interface de communication iCom. Afin d’obtenir la meilleure qualité sonore, CORE assure la diffusion sans fil de deux canaux audio distincts (transmission stéréo) sans aucun compromis sur la bande passante de 10 kHz. Télécommande – possibilité d’associer les aides auditives à des télécommandes (centre de contrôle myPilot) qui offrent de nouvelles fonctions et des concepts modernes d’interaction avec l’utilisateur. Sources de données externes – possibilité de connecter sans fil les aides auditives à des sources de données externes permettant, par exemple, de procéder sans fil à l’appareillage avec le système d’Adaptation sans fil iCube. Intégrer une liaison audio sans fil dans une aide auditive exige de pouvoir relever certains défis technologiques ardus. La consommation d’énergie doit être minimisée afin de rester dans les limites énergétique des piles des aides auditives. La taille / le volume des composants microélectroniques supplémentaires doit être très faible afin de pouvoir les placer dans les boîtiers de différents styles d’aides auditives. La transmission de données audio entre les aides auditives exige une capacité de diffusion suffisante de 300 kBit/s. Comparaison de certains chiffres-clés de la plateforme CORE de Phonak avec ceux de produits concurrents Produit CORE Concurrent A Concurrent B Mesure de la quantité de données pouvant être transmise sans fil entre les aides auditives Capacité de diffusion stéréo du signal Capacité de diffusion mono du signal Capacité d’échange de signaux de contrôle 300 kBit/s 120 kBit/s 0,2 kBit/s oui oui oui non oui oui non non oui Adaptation douce aux conditions d’écoute dynamiques grâce à SoundFlow Le contrôle automatique est devenu un standard dans les aides auditives modernes. Mais les systèmes existants sélectionnent les réglages optimaux des paramètres à partir d’un nombre limité de programmes à réglages discrets. La plupart des milieux auditifs de la vie quotidienne ne sont hélas pas clairement définis; en règle générale, on est confronté à de nombreuses combinaisons de sources sonores différentes. Des compromis quant au mode optimal de traitement du signal doivent donc être faits dans certains environnements. Ce nouveau concept d’automatisme a été évalue par des test de comparaisons par paires pour comparer les artefacts de commutation et l’intelligibilité vocale subjective de deux types de systèmes automatiques dans différents environnements: SoundFlow basé sur une composition de programme versus la commutation entre des programmes discrets. Dans tous les tests, plus de 80% des sujets ont clairement préféré SoundFlow. Figure 1 Pour procurer toujours les performances optimales, il est intéressant de disposer d’un système qui s’adapte en douceur à l’environnement et sélectionne les paramètres optimaux dans un continuum de réglages. Pour cela, le système doit d’abord évaluer le milieu auditif avec précision et fournir une analyse statistique de ses différentes composantes, par exemple 25% de parole dans le bruit, 10% de calme, 15% de bruit et 50% de musique. Au lieu de sélectionner un programme spécifique (par ex. musique), le système sélectionne un mixage pondéré des différents programmes. Ce principe, appelé SoundFlow, permet à l’appareil de s’adapter à des environnements acoustiques avec une précision sans précédent et de procurer les performances auditives optimales tout au long de la vie auditive dynamique. La personnalisation est obtenue en permettant à l’audioprothésiste d’adapter au mieux certains programmes de base selon les préférences individuelles. Globalement, la sélection finale des paramètres de l’aide auditive est définie par une analyse statistique précise du milieu acoustique combinée à une pondération donnée par les préférences d’écoute individuelles de l’utilisateur de l’aide auditive. Calme Parole dans le bruit 25% 10% 15% 50% Bruit Musique Le programme effectif est un mixage pondéré des programmes de base disponibles. Figure 1: Représentation schématique du fonctionnement de SoundFlow. En se basant sur le résultat de la classification, SoundFlow génère un programme fusionné spécialement adapté à la situation actuelle. ZoomControl: Diriger son audition vers l’objectif de son choix Les microphones directionnels sont la méthode la plus efficace pour améliorer l’intelligibilité vocale dans les conditions d’écoute difficiles. Mais une limitation subsiste avec les systèmes existants: L’utilisateur doit faire face à son objectif auditif. C’est parfaitement justifié dans de nombreuses situations de communication car, en général, on se regarde quand on se parle. Cependant, dans un nombre non négligeable de situations, la cible auditive n’est pas en face de soi mais peut se trouver sur le côté ou même derrière. Pensez par exemple au cas d’une voiture où un interlocuteur, assis sur le siège passager, parle au conducteur qui ne peut pas tourner la tête. Dans de nombreuses situations de groupe, l’orateur ne se trouve pas juste en face, mais sur le côté, comme par exemple pendant un déjeuner. Dans ces conditions, les deux aides auditives reçoivent des stimulations asy- métriques: celle qui est dirigée vers la source sonore reçoit un signal plus intense que l’appareil opposé, lui-même recevant surtout des sons perturbants, en raison de l’effet d’ombre de la tête. Dans ces conditions, il serait très utile de prélever le signal du côté du message utile et de le transmettre de l’autre côté où il sera traité avec le signal controlatéral. Ceci exige des possibilités de transmission audio large bande. La plateforme CORE assure la transmission audio large bande nécessaire entre les deux aides auditives. La fonction correspondante d’Exélia s’appelle le ZoomControl. Dans un appareillage binaural, et à l’aide du centre de contrôle myPilot, l’utilisateur peut sélectionner dans quelle direction doivent se concentrer ses aides auditives, et permettre ainsi de bénéficier pratiquement partout d’une intelligibilité vocale sans précédent. Gestion anti-larsen: De nouveaux niveaux de performances L’introduction de la technologie numérique a nettement amélioré la stabilité acoustique des aides auditives. Les systèmes anti-larsen modernes permettent aux audioprothésistes d’exploiter au mieux la gamme dynamique résiduelle des malentendants, tout en utilisant des embouts plus aérés ou même complètement ouverts. Malgré ces progrès significatifs, les performances des systèmes anti-larsen actuels résultent avant tout d’un compromis entre le degré de suppression du larsen et la qualité sonore. Un autre inconvénient des anti-larsen actuels est qu’ils identifient par erreur des signaux naturels comportant des composantes tonales, tels que la musique, la sonnerie du téléphone, la sonnette de la porte d’entrée, comme étant du larsen et introduisent des distorsions audibles perçues comme des sons agressifs. Pour surmonter cet inconvénient et cette limitation, le système auditif doit identifier le larsen avec précision et le distinguer des autres signaux tonals. La Technologie LarsenBloc élimine le larsen avec bien plus d’efficacité et de précision. Elle comprend un module ultramoderne d’identification et de marquage du larsen. Cet algorithme est capable de différencier instantanément le véritable larsen des sons naturels, tels que la musique. Figure 2 Pour évaluer les performances des systèmes anti-larsen modernes, plusieurs aspects et paramètres qualitatifs doivent être pris en compte. Freed et Soli (2006) suggèrent de se poser les questions suivantes: 3. L’algorithme sacrifie-t-il du gain dans l’une des bandes de fréquence? 4. Comment réagit l’algorithme face à des signaux d’entrée tonals? La figure 3 représente le gain stable supplémentaire mesuré sur six appareils différents. Les appareils ont été égalisés pour délivrer le même niveau de gain. On voit clairement que la Technologie LarsenBloc procure un gain stable nettement plus élevé. C’est en particulier dans les fréquences les plus sensibles au larsen, entre 1,5 et 3 kHz, que cette nouvelle technologie procure les plus grands bénéfices. 1. Quelle est l’efficacité de l’algorithme pour éviter larsen? 2. Quelle est l’efficacité de l’algorithme pour réduire les crêtes préoscillatoires de la courbe de réponse? Figure 2: Représentation schématique de la Technologie LarsenBloc, comprenant un nouvel algorithme de marquage pour distinguer le larsen des autres composantes. Elle bénéficie d’un module d’identification et de marquage du larsen à la pointe du progrès. Ce module est capable de différencier instantanément entre le véritable larsen est les sons purs naturels, tels que les sons musicaux. Cette identification précise des sons réinjectés dans le système comme du véritable larsen permet d’appliquer une stratégie anti-larsen plus précise et d’assurer un gain stable nettement plus élevé, sans affecter la clarté de la parole ou la qualité sonore. La figure 4 décrit le compromis entre les performances en termes de gain stable supplémentaire et la qualité sonore. Avec les systèmes anti-larsen existants, une élimination plus efficace du larsen se traduit par une moindre qualité sonore. La Technologie LarsenBloc s’affranchit de ce compromis. Un gain stable plus élevé est obtenu avec la même qualité sonore. Figure 3 dB 20 15 Figure 4 20 Avec LarsenBloc 5 125 250 Technologie LarsenBloc Concurrent 1 Concurrent 2 500 750 Concurrent 3 Concurrent 4 Concurrent 5 1K 1,5K 2K 3K 4K 6K 8K Fréquence [Hz] Figure 3: Gain stable supplémentaire pour différentes aides auditives. La Technologie LarsenBloc offre le gain supplémentaire de loin le plus élevé, en particulier dans la bande la plus critique, entre 1.5 kHz et 3 kHz. Meilleure qualité sonore Gain stable supplémentaire (dB) 25 Sa ns La 2 1 nB loc rse Gain stable supplémentaire Figure 4: Représentation qualitative de la qualité sonore vs. le gain stable supplémentaire. Les systèmes anti-larsen actuels imposent clairement un compromis entre la qualité sonore et le gain stable supplémentaire (courbe 1). Grâce à la Technologie LarsenBloc, on peut augmenter nettement le gain sans compromis sur la qualité sonore (courbe 2). SoundRecover: La puissance de la compression de fréquence La majorité des malentendants éprouve plus de difficultés à entendre les sons aigus que les sons graves. Plus la perte auditive est importante et plus il est difficile de fournir suffisamment de gain dans les fréquences aiguës. L’amplification des aigus peut être un défi en raison de la très mauvaise sensibilité auditive dans cette zone. Le gain est généralement limité par l’effet larsen acoustique, l’inconfort ou simplement les limites physiques de l’écouteur. Ne pas pouvoir entendre les informations aiguës peut se traduire par: Des difficultés de reconnaissance de certaines composantes vocales telles que les consonnes fricatives «f», «s» et «ch». Des difficultés d’audition et d’identification des sons ambiants aigus, tels que le chant des oiseaux, les signaux d’alarmes et certains sons musicaux. Des difficultés, en particulier chez les jeunes enfants, pour apprendre à prononcer des sons vocaux aigus. Des difficultés, en particulier chez les adultes, pour maintenir la qualité vocale. SoundRecover est un nouvel algorithme de compression non linéaire de fréquence qui comprime des sons aigus sélectionnés dans une gamme de fréquences plus faibles, où la sensibilité auditive et la discrimination son meilleures. On a montré qu’il améliorait nettement la perception et la reconnaissance des sons aigus. SoundRecover élargit efficacement la gamme audible en délivrant d’importantes informations aiguës sans produire d’artefact gênant. Les fréquences inférieures au seuil de compression ne sont pas affectées par l’algorithme de compression de fréquence et sont amplifiées normalement. Ce principe unique de glissement des fréquences a été étudié de manière approfondie, à la fois en laboratoire et par des essais cliniques (Simpson et al. 2005, Scollie et al. 2007, Glista et al. 2007). Plusieurs grandeurs ont été évaluées tels que (i) l’intelligibilité vocale dans le calme et dans le bruit, (ii) la perception des sons environnementaux et (iii) la production vocale. Les résultats de ces différentes études ont montré un avantage indéniable au traitement SoundRecover par rapport aux modes d’amplification conventionnels, chez les enfants comme chez les adultes. Une étude de Simpson et al. (2005) a montré les avantages de la compression non linéaire de fréquence chez des sujets adultes (figure 5). Sur un test vocal Consonne / Voyelle / Consonne (CVC), les scores moyens de reconnaissance des phonèmes obtenus par chaque sujet avec ses aides auditives conventionnelles (vert foncé) et avec l’appareil expérimental à compression non linéaire de fréquence (vert claire) indiquent le pourcentage de phonèmes (voyelles et consonnes) reconnus correctement dans les mots monosyllabiques. Les scores de reconnaissance vocale ont été comparés chez les 17 sujets pour les deux types d’amplification à l’aide d’une analyse de variance à deux facteurs. On a ainsi trouvé une amélioration statistiquement significative pour la compression non linéaire de fréquence par rapport à l’aide auditive traditionnelle. L’algorithme SoundRecover a été mis en place dans un nouveau produit, Naída, spécialement conçu pour les malentendants atteints de pertes auditives sévères à profondes. Figure 5 Pourcentage de phonèmes corrects 100 80 60 40 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Figure 5: Intelligibilité vocale mesurée avec un test ConsonneVoyelle-Consonne avec (vert claire) versus sans (vert foncé) compression de fréquence (Simpson et al. 2005). myPilot: De nouveaux moyens d‘action pour l‘utilisateur Les télécommandes sont des accessoires très utiles pour les patients qui veulent garder le contrôle total de leur audition. Phonak les a introduites avec succès dans les systèmes auditifs numériques. Avec myPilot, les utilisateurs bénéficient d’un avantage supplémentaire significatif. Les réglages qu’ils font s’affichent sur un grand écran couleurs avec rétroéclarage. Pour que son utilisation soit plus intuitive et plus simple, les informations suivantes s’affichent sur myPilot: Réglage actuel du volume sonore Préréglage du volume sonore Réserve de volume Programme actuel Tout ceci est bien sûr disponible séparément pour chacune des aides auditives (gauche et droite). Et myPilot offre en plus les fonctions suivantes: Accès au ZoomControl Sélection de la direction du ZoomControl Réveil et alarme Réglage monaural du volume sonore gauche/droite Indication d’état de l’accumulateur de myPilot Connectivité sans fil avec iCom Le concept de réseau BAN (Body Area Network) sous-entend la possibilité de connecter sans fil les aides auditives à des réseaux externes tels que des téléphones mobiles, appareils Bluetooth ou systèmes FM. L’accessoire sans fil iCom joue le rôle d’interface et relie les aides auditives Exélia ou Naída à l’univers des appareils sans fil. iCom se connecte à des téléphones mobiles compatibles Bluetooth et diffuse le signal dans les deux aides auditives, offrant au malentendant appareillé une utilisation binaurale mains-libres de son téléphone. Sa voix est prélevée par un microphone directionnel intégré à iCom et transmise via Bluetooth dans son téléphone mobile. Quand on l’appelle, la seule chose que doit faire l’utilisateur et d’accepter la communication en pressant la (seule) touche d’iCom. Tout le reste est automatiquement géré par le réseau BAN. Un microphone directionnel s’impose dans un tel appareil, car la voix de l’utilisateur doit être prélevée en toute sécurité, surtout en présence de bruit (figure 6). Des microphones omnidirectionnels prélèveraient autant les bruits ambiants que le signal vocal, ce qui se traduirait par un mauvais S/B. Figure 6 A B Figure 6: Un microphone directionnel dans iCom (figure A) peut prélever la voix de l’utilisateur et assurer un bon S/B dans des milieux bruyants. Si un microphone omnidirectionnel était utilisé (figure B), la voix et les bruits seraient prélevés simultanément, rendant la conversation téléphonique beaucoup plus difficile. Adaptation sans fil avec iCube L’adaptation des aides auditives numériques nécessitait de les connecter à un câble de programmation propre à chaque fabricant et parfois même à chaque modèle. Grâce à la plateforme CORE, les aides auditives Exélia et Naída, comme toutes celles à venir basées sur cette plateforme, peuvent être adaptées sans devoir connecter le moindre câble. L’interface d’adaptation iCube communique avec le PC via Bluetooth et avec les aides auditives via la technologie sans fil CORE. iCube est porté autour du cou par le patient et se recharge facilement entre deux appareillages. Plus besoin de rechercher le bon câble de programmation! Résumé La technologie audioprothétique est actuellement à l’aube d’une nouvelle ère technologique, d’une importance comparable à celle de l’introduction des appareils numériques il y 10 ans. La microélectronique a fait des progrès significatifs au cours des dernières années: la puissance de calcul a nettement augmenté et il est désormais possible d’intégrer les aides auditives dans un réseau permettant une communication audio complète entre deux appareils, mais aussi avec l’univers des autres systèmes de communication. CORE est la nouvelle plateforme numérique développée par Phonak; elle affiche des progrès significatifs sous les deux aspects. La plus grande puissance de calcul et la transmission sans fil de données permettent d’introduire des algorithmes de trai- tement du signal plus sophistiqués. SoundFlow, la Technologie LarsenBloc, ZoomControl et SoundRecover n’en sont que quelques exemples. Ils offrent des bénéfices significatifs aux utilisateurs et permettent aux patients de mieux relever les défis de leur vie quotidienne. Grâce à la possibilité unique de transmette des données audio d’une aide auditive à l’autre et des accessoires aux aides auditives et vice versa, un univers fabuleux d’opportunités s’offre à nous. Les aides auditives basées sur la plateforme CORE peuvent créer un Body Area Network et offrir un accès sans fil au téléphone mobile, à la focalisation contrôlée, à l’Adaptation sans fil et à bien d’autres innovations. Références Freed, D., Soli, S. (2006), “An Objective Procedure for the Evaluation of Adaptive Anti-Feedback Algorithms in Hearing Aids”, Ear and Hearing; 27(4): p. 382-398. Ricketts, T. and Henry, P. (2002), ”Evaluation of an Adaptive Directional-Microphone Hearing Aid”, International Journal of Audiology, 2006. 41: p. 100-112. Glista, D., Scollie, S.D., Bagatto, M. Seewald, R., Johnson, A. (2007), ”Evaluation of Nonlinear Frequency Compression II: Clinical Outcomes.” Soumis à Ear and Hearing. Scollie, S.D., Parsa, V., Glista, D., Bagatto, M., Wirtzfeld, M., Seewald, R. 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