EP0246970B1 - Perfectionnements aux dispositifs de prothèse auditive - Google Patents

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EP0246970B1
EP0246970B1 EP87401130A EP87401130A EP0246970B1 EP 0246970 B1 EP0246970 B1 EP 0246970B1 EP 87401130 A EP87401130 A EP 87401130A EP 87401130 A EP87401130 A EP 87401130A EP 0246970 B1 EP0246970 B1 EP 0246970B1
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signal
sounds
compensation
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frequencies
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Jean-Claude Lafon
Tijani Gharbi
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Universite de Franche-Comte
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Universite de Franche-Comte
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/35—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception using translation techniques
    • H04R25/353—Frequency, e.g. frequency shift or compression

Definitions

  • the invention relates to hearing aid devices intended for deaf people and in which the sounds emitted in at least a portion of the acute spectrum, sounds normally inaudible to said deaf people, are transposed into other "compensating" sounds situated in the low zone. audible of the acoustic spectrum.
  • the object of the invention is, above all, to make the devices of the kind in question such that the sounds transposed by them in the low region of the spectrum include information relating not only to the height and the intensity of the sound signals to be perceived, but also to the tones or laryngeal components of these signals.
  • the hearing aid devices of the above kind also comprise, in a manner known per se, transducer means for transforming the acoustic signals to be processed into electrical signals, means for taking at least one particular section xi of order i, of each of these electrical signals, included in a predetermined range of high frequencies, that is to say corresponding to acute sounds, frequencies between between fi min and fi max, i being an integer between 1 and 3 and increasing in the same direction as the frequencies of the slots considered, means for developing from each of these slots xi a compensation signal Si included in a range of low frequencies, that is to say corresponding to bass sounds, frequencies between Fi min and Fi max, the low ranges corresponding to the different compensation sounds If being distinct from each other, means for adding the s different compensation signals Si thus developed and transduction means for transforming the sum signal thus obtained into a signal applicable to the deaf to be treated so as to be perceptible by him.
  • transducer means for transforming the acoustic signals to be processed into electrical signals
  • the hearing aid devices are characterized in that the means for producing each compensation signal Si comprise means for multiplying the corresponding signal slice x i by a signal x 'i which is either identical to this signal slice x; or else deduced from the latter by amplitude equalization, so as to form a product signal Xi, and means for taking, from this product signal Xi, using a bandpass filter, the portion of said signal-product whose low frequency is in the frequency range Fi min to Fi m ax, portion which constitutes the compensation signal If desired.
  • the product signals Xi considered comprise such portions at low frequency due to the properties relating to the products of the trigonometric lines.
  • each of the signals x can be broken down into a Fourier series, i.e. a multitude of sinusoidal components of the type a cos 2 ⁇ ft + b sin 2 ⁇ ft (1 formula in which and b denote constants and f, the frequency of oscillation of the component considered, frequency between the two limits fi min and fi max.
  • a second component understood by the same signal xi and defined by the formula a 'cos 2 ⁇ f't + b' sin 2 ⁇ f't (2), in which a 'and b' denote two other constants and f, the frequency of this second component, understood as f between the two limits fi min and fi max, and if we multiply these two components one by the other, the product shows not only terms in cos 2 ⁇ (f + f ') t and sin 2 ⁇ (f + f) t but also terms in cos 2 ⁇ (f + f') t and sin 2 ⁇ (ff) t.
  • the product signal Xi shows sinusoidal components oscillating at almost all frequencies of the type ff corresponding to differences of any two frequencies included in the range of fi min at fi max.
  • the invention includes, apart from these main provisions, certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.
  • Figure 1 of this drawing is a diagram of a hearing aid device established according to the invention.
  • Figure 2 is a triple sonogram for understanding the interest of the invention.
  • Each of these low frequencies is both greater than F o max and included in the range of frequencies audible by the deaf person to be processed.
  • each time Fi max ⁇ F (i + 1) min is chosen.
  • the amplitude equalization indicated above consists in making the coefficients a, b, a 'and b' of formulas (1) and (2) above equal to 1.
  • the compensation signals Si can be amplified so as to take account of the fact that the range of low frequencies which defines the filter band of each of them extends on only a small portion of the entire acoustic spectrum: this is how the range of said range is for example of the order of 200 to 500 Hz while the acoustic spectrum considered is of the order of 8000 Hz .
  • the compensation signals Si produced by the multiplication and filtering mentioned above can only be harmonics of the signals x; who gave birth to them.
  • the high sampling frequencies of the two sections xi and x 2 are then advantageously included, respectively, in the range 1500 Hz (f 1 min) to 3500 Hz (fi max) and in the range 5000 Hz (f 2 min) to 7000 Hz (f 2 max).
  • the compensation sounds Si and S 2 are for example included respectively in the range 800 Hz (Fi min) at 1000 Hz (Fi max) and in the range 1050 Hz (F 2 min) at 1200 Hz (F 2 max ), which corresponds to a deep deafness for which the deaf is able to perceive only the sounds whose frequency is lower than 1200 Hz.
  • the compensation sounds Si and S 2 sounds respectively included in the range 800-1200 Hz and in the range 1250-1900 Hz.
  • the top sonogram in Figure 2 is for normal hearing.
  • the middle sonogram b corresponds to what is heard by a deaf person not equipped with a prosthesis, that is to say to the portion, of the acoustic message considered, which is filtered above 800 Hz.
  • the bottom sonogram c corresponds to what a patient affected by severe deafness means equipped with a prosthesis according to the invention.
  • the vertical stripes represent the transients of the laryngeal components of the sounds, or "timbres" of these sounds.
  • the invention makes it possible to incorporate into the artificially reconstituted bass sounds perceptible by the deaf, not only the “whistles” or acute components of the speech (corresponding in particular to the sounds in "z” or in “s”), but also the timbres of the vowels.
  • a hearing aid device is obtained whose constitution, functioning and advantages (in particular that of conferring automatically and instantly on the grave artificial sounds reconstituted the temporal characteristics or " timbres "natural sounds to be perceived) result sufficiently from the above.
  • the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all variants, in particular those in which the hearing aid devices considered would be arranged so as to correspond to each sound processed a signal still perceptible by the deaf to assist, but not necessarily acoustic, in particular a signal impulse applicable to said deaf person in any desirable manner perceptible to him, this application being carried out for example electrically on his auditory nerve, or even mechanically on his skin using an appropriate vibrator.

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Description

  • L'invention est relative aux dispositifs de prothèse auditive destinés aux sourds et dans lesquels les sons émis dans une portion au moins du spectre aigu, sons normalement inaudibles auxdits sourds, sont transposés en d'autres sons de "compensation" situés dans la zone grave audible du spectre acoustique.
  • Certains dispositifs de ce genre ont été proposés par les brevets France no 1 382 916 et n0 2 494 988.
  • L'invention a pour but, surtout, de rendre les dispositifs du genre en question tels que les sons transposés par eux dans la zone grave du spectre comprennent des informations relatives non seulement à la hauteur et à l'intensité des signaux sonores à percevoir, mais aussi aux timbres ou composantes laryngées de ces signaux.
  • A cet effet, les dispositifs de prothèse auditive du genre ci-dessus comprennent encore, d'une façon en soi connue, des moyens transducteurs pour transformer les signaux acoustiques à traiter en des signaux électriques, des moyens pour prélever au moins une tranche particulière xi d'ordre i, de chacun de ces signaux électriques, comprise dans une gamme prédéterminée de fréquences élevées, c'est-à-dire correspondant à des sons aigus, fréquences comprises entre entre fi min et fi max, i étant un entier compris entre 1 et 3 et croissant dans le même sens que les fréquences des tranches considérées, des moyens pour élaborer à partir de chacune de ces tranches xi un signal de compensation Si compris dans une gamme de fréquences basses, c'est-à-dire correspondant à des sons graves, fréquences comprises entre Fi min et Fi max, les gammes basses correspondant aux différents sons de compensation Si étant distinctes les unes des autres, des moyens pour additionner les différents signaux de compensation Si ainsi élaborés et des moyens de transduction pour transformer le signal-somme ainsi obtenu en un signal applicable au sourd à traiter de façon à être perceptible par lui.
  • Selon l'invention, les dispositifs de prothèse auditive ainsi définis sont caractérisés en ce que les moyens pour élaborer chaque signal de compensation Si comprennent des moyens pour multiplier la tranche de signal xi correspondante par un signal x' i qui est ou bien identique à cette tranche de signal x; ou bien déduit de cette dernière par égalisation d'amplitude, de façon à former un signal-produit Xi, et des moyens pour prélever, dans ce signal-produit Xi, à l'aide d'un filtre passe-bande, la portion dudit signal-produit dont la fréquence basse est comprise dans la gamme de fréquences Fi min à Fi max, portion qui constitue le signal de compensation Si désiré.
  • Les demandeurs ont en effet découvert que les signaux-produits Xi considérés comportent de telles portions à fréquence basse en raison des propriétés afférentes aux produits des lignes trigonométriques.
  • Il se trouve en effet que chacun des signaux x; peut être décomposé en une série de Fourier, c'est-à-dire en une multitude de composants sinusoïdaux du type a cos 2πft + b sin 2πft (1 formule dans laquelle et b désignent des constantes et f, la fréquence d'oscillation du composant considéré, fréquence comprise entre les deux limites fi min et fi max.
  • Si l'on considère, en plus du composant qui vient d'être défini, un second composant compris par le même signal xi et défini par la formule a' cos 2πf't + b' sin 2πf't (2), dans laquelle a' et b' désignent encore deux constantes et f, la fréquence de ce second composant, comprise comme f entre les deux limites fi min et fi max, et si l'on multiplie ces deux composants l'un par l'autre, le produit fait apparaître non seulement des termes en cos 2 π (f+f')t et sin 2π (f+f)t mais également des termes en cos 2π (f+f')t et sin 2π (f-f)t.
  • Plus généralement, si l'on multiple le signal xi par lui-même, le signal-produit Xi fait apparaitre des composants sinusoïdaux oscillant à quasiment toutes les fréquences du type f-f correspondant à des différences de deux fréquences quelconques comprises dans la gamme de fi min à fi max.
  • Parmi les innombrables différences de fréquences ainsi définies, un certain nombre se trouvent nécessairement dans les gammes de basses fréquences désirées pour les sons graves de compensation, et c'est ce qui permit d'obtenir de tels sons graves, sons respectant intégralement les formes temporelles des sons aigus à représenter.
  • Ce respect des formes temporelles permet de transposer vers les graves non seulement les hauteurs et intensités des tranches aiguës prélevées, mais aussi leurs timbres, ce qui accroit considérablement l'intelligibilité des sons traités.
  • Dans des modes de réalisation avantageux, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
    • - le nombre n des tranches de signal xi à fréquence élévée qui sont prélevées dans les signaux électriques à traiter est égal à deux, la première tranche étant comprise entre 1500 et 3500 Hz et la seconde, entre 5000 et 7000 Hz,
    • - dans un dispositif selon l'alinéa précédent, les gammes de fréquences graves choisies pour les sons de compensation Si et S2 sont respectivement de 800 à 1000 Hz et de 1050 à 1200 Hz,
    • - dans un dispositif selon l'alinéa qui précède le précédent, les gammes de fréquences graves choisies pour les sons de compensation Si et S2 sont respectivement de 800 à 1200 Hz et de 1250 à 1900 Hz.
  • L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après.
  • Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative.
  • La figure 1, de ce dessin, est un schéma d'un dispositif de prothèse auditive établi selon l'invention.
  • La figure 2 est un triple sonagramme permettant de comprendre l'intérêt de l'invention.
  • Le dispositif considéré comprend, d'une façon connue en soi :
    • - un microphone 1 propre à transformer chacun des signaux acoustiques A qu'il reçoit en un signal électrique E dont les amplitudes et fréquences sont proportionnelles à celles dudit signal A,
    • - un filtre passe-bande 2 laissant passer toute la portion So dudit signal E dont la fréquence est comprise entre une première fréquence très basse Fo min de l'ordre de 60 Hz et une seconde fréquence Fo max qui dépend du degré de surdité à traiter et qui est généralement comprise entre 500 et 1200 Hz, étant par exemple de 800 Hz,
    • - n voies électriques V; montées en parallèle sur le filtre 2 et propres à élaborer chacune un signal électrique de compensation Si, le nombre n étant un entier compris entre 1 et 3 et l'indice i, un entier compris entre 1 et n, limites incluses,
    • - un additionneur 3 propre à faire la somme S des signaux So et Si,
    • - et un haut-parleur 4 propre à transformer le signal électrique S en un signal acoustique B qui est exploité de toute façon désirable et en particulier appliqué à l'oreille d'un sourd.
  • D'une façon encore connue en soi, les voies Vi comprennent chacune :
    • - un filtre passe-bande 5i propre à prélever, dans le signal électrique E, une tranche xi du spectre aigu inaudible aux sourds, l'ensemble de ces tranches xi comprenant les portions, de la parole, les plus utiles à l'intelligibilité de cette parole,
    • - et des moyens pour élaborer des signaux de compensation Si à partir de ces tranches xi, signaux compris respectivement dans des gammes distinctes de fréquences basses correspondant à des sons audibles par le sourd.
  • C'est plus particulièrement à ces derniers moyens d'élaboration que se rapporte l'invention.
  • Lesdits moyens comprennent essentiellement, pour chaque voie Vi :
    • - un multiplicateur 6; propre à multiplier la tranche xi par elle-même ou par un signal épuré x'i obtenu à partir de xi par égalisation d'amplitude, ce qui donne un signal-produit Xi,
    • - et un filtre passe-bande 7i traversé par la seule portion, du signal-produit Xi, qui est comprise entre deux fréquences basses Fi min et Fi max.
  • Chacune de ces fréquences basses est à la fois supérieure à Fo max et comprise dans la gamme des fréquences audibles par le sourd à traiter.
  • De plus, de préférence, on choisit chaque fois Fi max < F(i+1) min.
  • Ce sont les sorties des filtres 7i qui constituent les signaux de compensation Si désirés.
  • L'égalisation d'amplitude signalée ci-dessus consiste à rendre égaux à 1 les coefficients a, b, a' et b' des formules (1) et (2) ci-dessus.
  • Elle est obtenue en faisant traverser par les tranches de signal xi à épurer des amplificateurs à gain contrôlé (ACG) 8i.
  • Avant d'être additionnés au signal So dans l'additionneur 3, les signaux de compensation Si peuvent être amplifiés de façon à tenir compte du fait que la gamme de fréquences basses qui définit la bande du filtrage de chacun d'eux s'étend sur seulement une petite portion de l'ensemble du spectre acoustique : c'est ainsi que l'étendue de ladite gamme est par exemple de l'ordre de 200 à 500 Hz alors que le spectre acoustique considéré est de l'ordre de 8000 Hz.
  • Les signaux de compensation Si élaborés par la multiplication et le filtrage ci-dessus mentionnés ne peuvent être que des harmoniques des signaux x; qui leur ont donné naissance.
  • Ils sont donc synchronisés temporellement avec ces derniers et varient rigoureusement comme eux, et en même temps que ceux-ci.
  • On observe donc ici une transposition immédiate, en temps réel, des sons à rendre intelligibles, ce qui présente un avantage important sur les appareils de prothèse auditive pour lesquels le traitement des sons acoustiques reçus conduit à l'émission différée d'autres sons élaborés à partir d'au moins une composante desdits sons reçus.
  • Sur la figure 1 on a supposé que le nombre n des voies Vi était égal à deux.
  • Les fréquences élevées de prélèvement des deux tranches xi et x2 sont alors avantageusement comprises, respectivement, dans la gamme 1500 Hz (f1 min) à 3500 Hz (fi max) et dans la gamme 5000 Hz (f2 min) à 7000 Hz (f2 max).
  • Quant aux sons de compensation Si et S2, ils sont par exemple compris respectivement dans la gamme 800 Hz (Fi min) à 1000 Hz (Fi max) et dans la gamme 1050 Hz (F2 min) à 1200 Hz (F2 max), ce qui correspond à une surdité profonde pour laquelle le sourd n'est apte à percevoir que les sons dont la fréquence est inférieure à 1200 Hz.
  • Selon une variante, applicable à une surdité sévère, mais moins profonde que la précédente, les sons de compensation Si et S2 sons respectivement compris dans la gamme 800-1200 Hz et dans la gamme 1250-1900 Hz.
  • C'est à cette dernière variante que correspondent les trois sonagrammes comparés de la figure 2.
  • Pour chacun de ces graphiques, la fréquence est portée en ordonnées et on a porté en abcisses le temps correspondant à l'émission de la phrase "des unités des sons".
  • Le sonagramme du haut de la figure 2 correspond à une audition normale.
  • Le sonagramme b du milieu correspond à ce qui est entendu par un sourd profond non équipé de prothèse, c'est-à-dire à la portion, du message acoustique considéré, qui est filtrée supérieurement à 800 Hz.
  • Enfin le sonagramme c du bas correspond à ce qu'entend un patient affecté d'une surdité sévère équipé d'une prothèse conforme à l'invention.
  • Les rayures verticales représentent les transitoires des composantes laryngées des sons, ou "timbres" de ces sons.
  • On voit que l'invention permet d'incorporer aux sons graves reconstitués artificiellement et perceptibles par le sourd, non seulement les "sifflements" ou composantes aiguës de la parole (correspondant en particulier aux sons en "z" ou en "s"), mais aussi les timbres des voyelles.
  • En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation envisagé, on obtient un dispositif de prothèse auditive dont la constitution, le fonctionnement et les avantages (en particulier celui de conférer automatiquement et instantanément aux sons artificiels graves reconstitués les caractéristiques temporelles ou "timbres" des sons naturels à percevoir) résultent suffisamment de ce qui précède.
  • Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà ce de qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où les dispositifs de prothèse auditive considérés seraient agencés de façon à faire correspondre à chaque son traité un signal encore perceptible par le sourd à assister, mais pas obligatoirement acoustique, en particulier un signal impul- sionnel applicable audit sourd de toute manière désirable perceptible par lui, cette application étant par exemple effectuée électriquement sur son nerf auditif, ou encore mécaniquement sur sa peau à l'aide d'un vibrateur approprié.

Claims (4)

1. Dispositif de prothèse auditive comprenant des moyens transducteurs (1) pour transformer les signaux acoustiques à traiter (A) en des signaux électriques (E), des moyens (5i) pour prélever au moins une tranche particulière x; d'ordre i, de chacun de ces signaux électriques, comprise dans une gamme prédéterminée de fréquences élevées, c'est-à-dire correspondant à des sons aigus, fréquences comprises entre fi min et fi max, i étant un entier compris entre 1 et 3 et croissant dans le même sens que les fréquences à partir de chacune de ces tranches xi un signal de compensation Si compris dans une gamme de fréquences basses, c'est-à-dire correspondant à des sons graves, fréquences comprises entre Fi min et Fi max, les gammes basses correspondant aux différents sons de compensation Si étant distinctes les unes des autres, des moyens (3) pour additionner les différents signaux de compensation Si ainsi élaborés et des moyens de transduction (4) pour transformer le signal-somme ainsi obtenu en un signal (B) applicable au sourd à traiter de façon à être perceptible par lui, caractérisé en ce que les moyens pour élaborer chaque signal de compensation Si comprennent des moyens (6i) pour multiplier la tranche de signal x; correspondante par un signal x'i qui est ou bien identique à cette tranche de signal xi ou bien déduit de cette dernière par égalisation d'amplitude, de façon à former un signal-produit Xi, et des moyens pour prélever, dans ce signal-produit Xi, à l'aide d'un filtre passe-bande (7i), la portion dudit signal-produit dont la fréquence basse est comprise dans la gamme de fréquences Fi min à Fi max, portion qui constitue le signal de compensation Si désiré.
2. Dispositif de prothèse auditive selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des tranches de signal x; à fréquence élevée qui sont prélevées dans les signaux électriques à traiter est égal à deux, la première tranche étant comprise entre 1500 et 3500 Hz et la seconde, entre 5000 et 7000 Hz.
3. Dispositif de prothèse auditive selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gammes de fréquences graves choisies pour les sons de compensation Si et S2 sont respectivement de 800 à 1000 Hz et de 1050 à 1200 Hz.
4. Dispositif de prothèse auditive selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gammes de fréquences graves choisies pour les sons de compensation S1 et S2 sont respectivement de 800 à 1200 Hz et de 1250 à 1900 Hz.
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