Traitement numérique du signal acoustique pour une aide aux malentendants
Résumé
Hearing impairment may be considered as a serious physical and social handicap. Alleviating hearing impairment is therefore a very challenging application for digital signal processing. The framework of this thesis is the use and development of digital signal processing technique for use in hearing-aid devices. Since the auditory system is a very effective and complex, compensating for the hearing-loss is a very challenging problem. Moreover, hearing-aid is based on miniaturized chips and electro-acoustic devices that force to be subject to certain technology constraints. During our research, we have studied and developed a speech enhancement stage in the hearing-aid using a short-term spectral modification method, the Ephra�m and Malah suppression rule (EMSR). In order to perform the frequency analysis on a perceptually relevant frequency scale, we introduce an adaptation of the EMSR. The frequency scale used in this work, the ERB (Equivalent Rectangular Bandwith) scale, models the resolution of the auditory filters. Hearing-aid can be considered as a closed-loop electro-acoustical system that can become unstable because of the feedback. The main part of this thesis is devoted to feedback cancellation using multi delay adaptive filtering in the transform domain. The last part of this work consist in developing a real-time implementation of the feedback cancellation algorithm previously proposed using a prototype hearing aid.
Pour un malentendant, le déficit auditif peut représenter un handicap majeur tant du point de vue physique que du point de vue social. Pour cette raison, la réhabilitation auditive constitue un champ d'application particulièrement important du traitement du signal audio et ses enjeux dépassent le seul contexte technologique. C'est dans ce cadre, et en particulier dans celui de la réhabilitation auditive par port de prothèses externes, que se situe ce travail de thèse. L'audition étant un sens particulièrement performant et complexe, compenser les pertes auditives des malentendants est une tâche difficile et délicate. En outre, les appareils sont conçus à partir d'éléments miniaturisés de pointe, notamment les micro-processeurs, ce qui impose des contraintes de fonctionnement très strictes. Au cours de nos recherches, nous avons travaillé sur la réalisation d'un module de rehaussement du signal de parole utilisant une technique d'atténuation spectrale à court-terme mise au point par Ephraïm et Malah. A l'issue de ce travail, nous avons proposé d'adapter cette méthode en réalisant l'analyse spectrale selon une échelle en fréquence conforme à notre perception auditive, l'échelle ERB (Equivalent Rectangular Bandwith) qui modélise la résolution fréquentielle des filtres auditifs. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le problème de retour acoustique entre les transducteurs de la prothèse. Ce retour acoustique est source d'instabilité pour le système et aboutit fréquemment à la production d'un effet Larsen. Ce type de désagrément est extrêmement gênant et contraint l'audioprothésiste à limiter le gain d'amplification de la prothèse. De ce fait, la réhabilitation auditive ne peut pas être optimale. Pour pallier ce problème, nous proposons d'utiliser une méthode de filtrage adaptatif multi-délais basée sur le LMS (Least Mean Square) et réalisée dans le domaine de la transformée de Hartley. Du fait du retour acoustique, une prothèse auditive est un système électro-acoustique en boucle fermée. Les conditions d'application sont donc contraires aux hypothèses de convergence du LMS. Pour assurer la convergence de l'algorithme de descente de gradient, nous proposons une nouvelle méthode de définition du pas d'adaptation. Afin de vérifier le bon fonctionnement de la méthode proposée dans des conditions réalistes, nous avons mis en place une plate-forme de test en temps-réel basée sur un prototype de prothèses.
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