Audition et logiciel libre

Objectif

Il s'agit d'étudier l'apport des logiciels libres dans la correction des troubles auditifs liés à l'âge ( presbyacousie).

Cette démarche est motivée par le fait que les appareils actuels de correction auditive présentent des caractéristiques très contraignantes pour l'utilisateur :

• le coût,
• l'impossibilité ou les possibilités très restreintes de réaliser ses propres réglages,
• l'alimentation par pile.

Une des priorités essentielles des constructeurs de prothèses auditives est également l'aspect esthétique, avec la recherche d'une miniaturisation des appareils et d'un concept le plus discret possible. On peut considérer actuellement, au temps des lecteurs audios nomades et des téléphones avec oreillettes, que le fait de porter des écouteurs dans les oreilles est devenu banal, et que l'aspect discret de l'appareillage n'est plus une priorité.

Devant ce décalage entre les besoins des utilisateurs et les aides techniques proposées, il apparaît intéressant de chercher d'autres possibilités de correction auditive, et les logiciels libres permettent d'en étudier les différents aspects et de favoriser leur mise au point.

Démarche

Cette étude est faite dans le cas d'une surdité de perception légère.

Les symptômes sont :

• une perte auditive de 20 à 40 dB intéressant les fréquences au dessus de 1000 Hz, (perte de certains phonèmes, voix faible inintelligible, difficulté de compréhension dans le bruit, difficulté de localisation spatiale des sons)
• une hypercaousie (seuil de tolérance au bruit très bas),
• des acouphènes(sensation auditive non liée à une source sonore, sifflements ou bourdonnements dans les oreilles).

Deux approches sont proposées :

• La première s'occupe des pertes auditives et de l'hyperacousie, dépendante de l'environnement sonore,
• la seconde s'occupe des acouphènes qui sont indépendants, à priori, du milieu sonore extérieur.

Perte auditive et hyperacousie

Il s'agit de capturer, traiter puis retransmettre le son pour tenter de compenser les pertes auditives et limiter les effets gênants de l'hyperacousie.

Une première approche serait de :

• Rechercher les effets audio intéressants,
• Établir une méthodologie de test pour les réglages,
• Trouver un réglage de base initial qui compense les fréquences perdues, et qui limite la puissance reçue (prévention des traumatismes sonores...),
• Apprécier les divers autres réglages en fonction des types d'environnements sonores et/ou des activités, des types de sons à entendre (langage ou bruit ambiant), des types de sons recherchés (éliminer les sons gênants)...,
• Tester les réglages en intérieur, en extérieur et lors de l'écoute de flux audio sur l'ordinateur,
• Déterminer les effets dont le paramétrage en direct apporte un plus (certains réglages peuvent être fixés à l'avance, d'autres seraient-ils utiles à régler en temps réel ?

Acouphènes

Il s'agit de générer un son pour tenter d'éliminer ou de diminuer les acouphènes, par un phénomène de masquage ou d'habituation au son perçu.

• Trouver une méthodologie de test,
• Tester les durées d'écoute, les changements d'intensité... les types de bruits générés.

Mise en œuvre

Elle a été réalisée avec un équipement informatique standard.

Sur le plan matériel :

• un netbook avec carte son intégrée,
• des écouteurs ou un casque,
• un microphone,
• un caméscope pour l'enregistrement d'échantillons sonores.

L'environnement de travail est UBUNTU version 10.04 (Lucid).

Les logiciels utilisés sont :

• Audacity,
• VLC,
• Jack
• Ardour,
• Ecasound.

Résultats

Les effets audios intéressants sont :

L'égaliseur

Le premier effet notable sur la correction auditive a été mis en évidence lors de l'utilisation de VLC, avec l'égaliseur graphique. Il permet de faire varier le gain de 10 bandes de fréquences, lors de l'écoute de flux audio. Le réglage en direct lors de l'écoute est très appréciable pour constater l'amélioration auditive.

La correction est immédiate et permet :

• de faire apparaître des sons non perçus sans l'égaliseur,
• de rendre les sons plus "purs", moins étouffés,
• d'améliorer l'intelligibilité des dialogues.

Il a également été possible d'utiliser cet effet avec Ardour (TAP Equalizer/BW (2151/tap_equalizer_bw) sur différents échantillons sonores. Avec Ardour il est possible de paramétrer les variations de gains, de fréquence, et d'octave. Les corrections auditives sont immédiates. Cependant, vu le nombre et la finesse des variations possibles, il est difficile de trouver le réglage le plus juste entre l'amélioration auditive et la dégradation du signal sonore qui survient quand l'augmentation de gain est trop importante.

Pour le moment, c'est l'augmentation de gain (de +10dB à +20 dB) sur les fréquences supérieures ou égales à 1000 Hz qui entraîne une amélioration évidente dans mon cas.

Les autres variations (fréquence et octave) sont plus difficiles à évaluer.

Il n'a pas été possible de trouver un réglage standard compatible avec plusieurs échantillons sonores. Même si l'effet est copié d'un échantillon à l'autre avec les mêmes réglages, une modification même minime des paramètres semble toujours apporter une amélioration.

Le compresseur

C'est le deuxième effet (SC4 mono (1916/sc4m) qui permet une amélioration notable. L'utilisation d'un compresseur entraîne la diminution des bruits forts sans perdre l'information auditive ni atténuer les bruits les plus faibles. Il est utile dans les situations où le bruit est élevé, ou quand la puissance sonore varie beaucoup, ou lors de l'écoute de vidéos quand il existe un décalage important de puissance sonore entre passages musicaux et dialogues. Les paramètres qui ont permis de mettre en évidence les améliorations sont le seuil et le ratio. Les autres paramètres sont plus difficile à évaluer.

Comme dans le cas de l'égaliseur, il n'a pas été possible de réaliser un réglage standard utilisable sur tous les échantillons sonores.

Les générateurs de bruits

Il existe de nombreux générateurs de bruits, simples à utiliser. Il est possible de réaliser ses propres enregistrements de bruit blanc ou autre pour les utiliser si besoin.

En raison du caractère très subjectif, aléatoire, et difficilement mesurable des acouphènes, l'impact des techniques de masquage ou d'habituation, par l'écoute de sons de type "bruit blanc" ou autre, est difficile à évaluer. L'amélioration n'est pas immédiate. Il peut s'agir soit de la disparition complète des acouphènes pour une période de temps plus ou moins longue, soit d'une diminution de leur intensité, soit d'une modification du type d'acouphène (sifflements, bourdonnements...).

La simplicité d'utilisation des générateurs de bruit permet très facilement de faire des essais, de tester plusieurs types de bruit, et de les associer à d'autres flux audios en bruit de fond.

Les autres effets audios

De nombreux autres effets existent. (à voir : limiteur, stereo amplifier, "noise gate"...)

Les pistes de travail

Elles vont concerner surtout la partie traitement du son pour améliorer et affiner l'utilisation des effets audios dans la correction auditive.

• Trouver une méthodologie de test pour trouver les réglages les mieux adaptés :

Les tests les plus intéressants à ce jour sont réalisés avec le logiciel Ardour, sur divers échantillons sonores enregistrés. Il sera possible aussi d'intégrer des effets directement dans Pulseaudio ou dans Jackd pour la lecture des flux audios du pc. Il sera possible de tester en "live" les réglages établis avec Ecasound.

Les réglages sont définis pour chaque effet. Les différents paramètres de chacun des effets sont à étudier pour apprécier leur intérêt dans la correction auditive.

• Poursuivre la prise en main des logiciels audios :

Elle se concentrera sur Jackd, Ardour, et Ecasound, mais de nombreux autres logiciels audios libres existent.

• Poursuivre la recherche des effets audios utiles et étudier la façon de les intégrer dans la chaîne de traitement :

Un des points à étudier est l'ordre dans lequel les effets sont mis en oeuvre et si il existe des interactions entre eux.

• Etudier les contraintes matérielles et logicielles pour pouvoir mettre en oeuvre les effets choisis en "live" :

Avec l'étude des possibilités de réglage à la volée de certains effets, et l'étude de l'application d'un traitement différent pour chaque oreille ?

Conclusion (septembre 2010)

Les logiciels libres comprennent un très grand nombre de logiciels dédiés au traitement audio. Plusieurs bibliothèques d'effets audios sont disponibles et offrent une très grande variété de greffons dont certains sont utiles pour améliorer les troubles auditifs dans le cas d'une presbyacousie débutante. La mise en oeuvre de ces effets reste relativement aisée lorsqu'il s'agit d'écouter les flux audios du pc (Internet, Tv, fichiers musicaux...). Elle se complique sérieusement lorsqu'il s'agit de prendre en compte l'environnement extérieur. Il s'avère très intéressant de pouvoir réaliser les réglages soi-même, et en direct au moment de l'écoute. Cela permet une meilleure qualité de réglage et facilite l'adaptation de la correction pour trouver le point d'équilibre entre les améliorations auditives et les effets indésirables pouvant survenir lors du traitement du son.

Mise à jour (novembre 2010)

Les évolutions du projet concernent :

• Le recueil de solutions destinées à traiter le son venant de l'ordinateur,

• La possibilité d'utiliser Ardour pour capturer, traiter, écouter le son en temps réel et régler les effets en direct,

• La recherche d'informations et de documentations autour du projet.

Solutions destinées à traiter le son venant de l'ordinateur

- L'égaliseur graphique du logiciel VLC (Menus : Outils, Liste des effets et filtres)

- PulseAudio Equalizer qui permet de régler le gain de 15 bandes de fréquence, et qui agit au niveau du serveur de son permettant une correction quelque soit l'application audio ou vidéo utilisée. (PulseAudio Equalizer Script). PulseAudio Equalizer est aussi disponible dans les dépots d'Ubuntu 10.04.

Utiliser Ardour pour capturer, traiter, écouter le son en temps réel et régler les effets en direct

Cette étape est primordiale. La recherche d'un outil permettant d'écouter son environnement extérieur en temps réel, d'y intégrer des effets pour corriger les troubles auditifs et de faire les réglages en direct avec correction immédiate, était une des étapes majeures de ce projet. Elle vient d'être rendue possible avec le logiciel Ardour qui est alors utilisé pour simuler le fonctionnement d'une prothèse auditive.

Cette nouvelle étape permet d'envisager la possibilité :

- de découvrir facilement les types d'améliorations proposées par les aides auditives (en terme d'effet simple pour le moment, et avec des algorithmes complexes de traitement du son peut-être dans le futur),

- de réaliser plus facilement des essais d'adaptation et de réglage d'aide auditive,

- d'appréhender avant l'appareillage, à quels types de son numérique la personne va être confrontée et faciliter l'habituation à ces nouveaux sons.

- d'étudier le concept d'Audition Assistée par Ordinateur du monde du Libre (Linux AAO ?).

Un autre aspect très important de cette étape est la possibilité pour la personne malentendante de pouvoir s'approprier l'aide auditive par la mise en oeuvre elle-même des réglages en fonction des différents environnements sonores et des différents types d'écoute souhaitée (privilégier l'intelligibilité du langage par rapport au confort auditif ou vice versa).

Références :

Pour utiliser Ardour en temps réel : L'accès temps-réel pour les applications - P.A.M.

Pour avoir une piste monitoring et pouvoir intégrer des effets sur cette piste, sans nécessité de passer par la phase enregistrement pour traiter le son capturé (ce que je croyais indispensable avant de découvrir cette fonction).Glossaire Monitoring

La recherche d'informations et de documentations

Elle a été essentiellement réalisée actuellement par des recherches sur le web et grâce aux contributions de toutes les personnes qui sont intervenues par l'intermédiaire :

• de la liste de diffusion du groupe accessibilité de l'April,
• du forum Ubuntu
• du forum LinuxMAO.

Récapitulatif (novembre 2010)

Matériel :

• Casque standard (Philips SHP2500) écouteurs intra-auriculaires (MetroFi 170vi/220vi de Ultimate ears)

==> à voir écouteurs et casque haut de gamme.

• Pc : Eeepc S101d'Asus. Le but c'est qu'il soit le moins lourd possible et qu'il permette de faire les réglages

==> à voir du côté des tablettes pc ou des téléphones portables qui supportent GNU/Linux ?

• Carte son intégrée

==> à voir les différents types de carte son : carte dédiée, carte son haut de gamme ?

• Micro : Microphone intégré ou microphone externe (ECM-PC50 de Sony)

==> à voir les différents types de microphones, étudier effet directionnel du microphone, étudier un ou plusieurs micros pour voir aspect localisation spatiale du son, et réduction bruit de fond +++ si interlocuteur en milieu bruyant.

• Liaisons : Filaire

==> à voir les autres types de liaisons

• Commande de réglage : commande par le clavier

==> à voir « Midibox » surface de commande Midi adaptée (source liste de discussion : [Midibox]et [explications Midibox])

Noyau et système d'exploitation :

• Noyau 2.6.32-25-generic

==> à voir noyau temps réel Compiler un noyau 2.6 Temps Réel (source liste de discussion : [Noyau temps réel])

• Système d'exploitation GNU/Linux Ubuntu version 10.04 (Lucid)

==> à voir distributions orientées MAO ?

Logiciels :