Les premières aides auditives numériques sont apparues
en 1996. Il faut savoir que la technologie du numérique peut, selon
les cas de surdité, s’appliquer aux contours d’oreille ou
aux intra-auriculaires.
Son principe est le suivant : le son capté par le micro, arrive
vers un décodeur analogique ou il est numérisé.
L’analyse et le découpage du son se font dans un délai
inférieur à celui mis par le système nerveux pour l’analyser
ce qui les rend négligeable dans la perception d’un son par la
personne malentendante. L’appareil numérique mesure plusieurs
milliers de fois par secondes l’intensité d’un son pour
permettre une adaptation immédiate à l’environnement. Les
manipulations sonores peuvent être réalisées avec précision
en quelques millionièmes de seconde, l’appareil analogique demandant
4 millisecondes pour diminuer le son et 100 millisecondes pour revenir à l’intensité sonore
initiale. Le microphone capte un signal, qui est tout d’abord amplifié puis
ensuite converti en un signal numérique, le microprocesseur traite
ensuite l’information puis on convertie de nouveau le signal en un signal
analogique, on l’amplifie puis il ressort dans un haut parleur.
4.2. Quelle est la différence
entre analogique et numerique ?
Les phénomènes qui nous entourent sont quasiment tous continus,
c'est-à-dire qu’ils passent d'une valeur à une autre sans
discontinuité.
Ainsi, lorsque l'on désire reproduire les valeurs
du phénomène,
il s'agit de l'enregistrer sur un support, afin de pouvoir l'interpréter
pour reproduire le phénomène original de la façon la plus
exacte possible.
Lorsque le support physique peut prendre des valeurs continues,
on parle d'enregistrement analogique. Par exemple une cassette vidéo,
une cassette audio ou un disque vinyle sont des supports analogiques.
En revanche,
lorsque le signal ne peut prendre que des valeurs bien définies,
en nombre limité, on parle alors de signal numérique.
La représentation
d'un signal analogique est donc une courbe, tandis qu'un signal numérique
pourra être visualisé par un histogramme :
De cette façon, il est évident qu'un signal numérique
est beaucoup plus facile à reproduire qu'un signal analogique (la copie
d'une cassette audio provoque des pertes...).
La Numérisation
La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée
numérisation. La numérisation comporte deux activités
parallèles : l'échantillonnage (en anglais sampling) et la quantification.
L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement
des échantillons d'un signal analogique. La quantification consiste à affecter
une valeur numérique à chaque échantillon prélevé.
La qualité du signal numérique dépendra de deux facteurs:
• la fréquence d'échantillonnage (appelé taux d'échantillonnage)
: plus celle-ci est grande (c'est-à-dire que les échantillons
sont relevés à de petits intervalles de temps) plus le signal
numérique sera fidèle à l'original ;
• le nombre de bits sur lequel on code les valeurs (appelé résolution):
il s'agit en fait du nombre de valeurs différentes qu'un échantillon
peut prendre. Plus celui-ci est grand, meilleure est la qualité.
Ainsi,
grâce à la numérisation on peut garantir la qualité d'un
signal, ou bien la réduire volontairement pour:
• diminuer le coût de stockage ;
• diminuer le coût de la numérisation ;
• diminuer les temps de traitement ;
• tenir compte du nombre de valeurs nécessaires selon l'application ;
• tenir compte des limitations matérielles.
Source : Agrégation externe de génie électrique
2000, Épreuve d'électronique, Sujet : Éléments
d'une prothèse auditive numérique
4.3.1. Le microphone
Le microphone peut capter deux types
de signaux : le signal directionnel
et le signal omnidirectionnel. La différence entre ces deux signaux
est très simple. Par exemple dans un bar avec un fond sonore important
lorsque l’on veut faire abstraction de l’environnement pour se
concentrer sur le son de la voi d’un individu précis, on règle
son appareil avec un signal directionnel et inversement lorsque l’on
veut entendre une foule de personnes ou un environnement dans sa totalité,
on règle son appareil avec un signal omnidirectionnel.
Le signal d’entrée
est modifié par deux composants à savoir l’amplificateur
et le filtre anti-repliement :
- l’amplificateur qui comme son nom l’indique amplifie le
signal arrivé en provenance du microphone ;
- le filtre anti-repliement (ou autrement appelé filtre passe bas) dont
la caractéristique est assimilable à la courbe ci-après
permet d’atténuer le signal de manière à avoir la
fréquence divisée par 2, ce qui veut dire que la valeur du signal
est inférieur au quantum du CaN (Convertisseur Analogique–Numérique)
qui suit, de manière à éviter tout repliement.
Repliement de spectre : Si la fréquence maximale du signal
appelé fm est supérieure à la moitié de la fréquence
d'échantillonnage fe, on a un repliement de spectre, ce qui peut entraîner
toutes sortes d'erreurs :
• Un signal complètement inexploitable ;
• Ajout d'une composante continue ;
• Effet larsen ;
• etc...
Ce convertisseur sert à transformer le signal analogique issu de l’amplificateur
et du filtre anti-repliement en un signal qui peut être traité par
le microprocesseur (signal numérique). Les différentes actions
sont organisées par l’horloge. Un convertisseur analogique
numérique (CAN) est un appareil permettant de transformer en valeurs
numériques un phénomène variant dans le temps. Lorsque
les valeurs numériques peuvent être stockées sous forme
binaire (donc par un ordinateur), on parle de donnée multimédia.
Un ordinateur dit « multimédia » est une machine
capable de numériser des documents (papier, audio, vidéo)
Les principaux périphériques comportant des convertisseurs analogique
numérique sont:
• les cartes d'acquisition vidéo ;
• les scanners ;
• les cartes de capture sonore (la quasi-totalité des cartes-sons) ;
• la souris, l'écran et tout mécanisme de pointage ;
• les lecteurs (optiques comme le lecteur cd CD-ROM, magnétiques
comme le disque-dur) ;
• les modems (à la réception).
L’échantillonnage est une fonction de l’électronique
fondamentale dès lorsque l’on étudie le traitement du signal.
Le théorème de Shannon stipule que pour pouvoir numériser
correctement un signal, il faut échantillonner à une fréquence
double (ou supérieure) à la fréquence du signal analogique
que l’on échantillonne.
4.3.5. Le processeur numérique de traitement du signal
Le processeur numérique (DSP) traite un signal numérique. Il
n’est capable que de faire des opérations de base : additions
et multiplications de valeur. Il assure le filtrage numérique :
Sans filtrage : a(x) = b(x)
Un
filtrage permet de changer la courbe a(x) en une courbe b(x) en se servant
d’une constante k qui est défini pour chaque prothèse
en fonction du besoin du malentendant.
b(x) = a(x) x k1 + a(x)^(n-1) x k2 + a(x)^(n-2)
x k3
Ainsi en fonction de k on réduira plus ou moins l’allure de la
courbe a(x) ce qui en fait qui diminuera plus ou moins une fréquence
donnée.
Le haut-parleur n’étant pas capable de traiter un signal numerique,
celui-ci doit être converti en analogique. Les convertisseurs numérique
analogique permettent donc de restituer un signal numérique en signal
analogique. En effet, si une donnée numérique est plus facile à stocker
et à manipuler, il faut tout de même pouvoir l'exploiter.
Ainsi,
sur un ordinateur multimédia on trouve des convertisseurs numérique
analogique pour la plupart des sorties:
• sorties audio des cartes-sons ;
• synthétiseur musical ;
• imprimante ;
• modem (à l'émission)…
L’étage de puissance est l’endroit où l’on
amplifie le signal qui va ensuite vers le haut-parleur. Une pile et un push-pull
permettent cette amplification.
Ce montage ne sert pas à augmenter le voltage du signal, mais son ampérage,
comme le montre les relevés ci-dessous :
Le message de sortie obtiens donc un ampérage plus élevé que
celui d’entrée, l’amplification pouvant être réglé par
un potentiomètre.
Le signal en provenance du convertisseur numérique analogique
passe par un bobinage, ce même bobinage qui fait vibrer une tige métallique
accrochée une membrane et dont il résulte un son. C’est
en quelque sorte le principe inverse du microphone.
Les nouveaux appareils numériques apportent un meilleur confort que
leurs descendants. L’utilisateur peut, s’il le désire, programmer
l’amplification selon différents canaux fréquentiels. Ils
amortissent différents bruits forts ou brusques, modulent l’amplification
des différences de la voix, s’adaptent plus rapidement d’une
voix à l’autre, distinguent mieux les syllabes les unes des autres.
Dans un environnement plus bruyant, il est prouvé que les prothèses
numériques apportent une meilleure audition grâce aux filtrages
de bruits de fond. De plus, on peut opter pour une captation directionnelle,
c'est-à-dire atténuer les bruits venant de tous les côtés
pour privilégier le message venant de l'interlocuteur. Cependant les
prothèses numériques ne conviennent qu’aux sujets atteint
de surdités légères, moyennes ou sévères
(n’excèdent en général pas 80% de perte). Le côté esthétique
est un aspect primordial de la vie de tous les jours, c’est pourquoi
le côté discret et l’esthétique furent améliorés
au cours de ces dernières années.
Le signal d’entrée
est modifié par deux composants à savoir l’amplificateur
et le filtre anti-repliement :
Source :
