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Communication dans le bruit : perception de sa propre voix et rehaussement de la parole

Le Cocq, Cécile (2010). Communication dans le bruit : perception de sa propre voix et rehaussement de la parole. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La communication dans le bruit est un problème de tous les jours pour les travailleurs qui oeuvrent dans des environnements industriels bruyants. Un grand nombre de travailleurs se plaignent du fait que leurs protecteurs auditifs les empêchent de communiquer facilement avec leurs collègues. Ils ont alors tendance à retirer leurs protecteurs et mettent ainsi leur audition à risque. Ce problème de communication est en fait double : les protecteurs modifient à la fois la perception de la propre voix du porteur, ainsi que la compréhension de la parole des autres personnes. Cette double problématique est considérée dans le cadre de cette thèse.

La modification de la perception de la propre voix du porteur des protecteurs est en partie due à l’effet d’occlusion qui se produit lorsque le conduit auditif est occlus par un bouchon d’oreille. Cet effet d’occlusion se traduit essentiellement par une amélioration de la perception des sons de basses fréquences internes à l’être humain (bruits physiologiques), et par une modification de la perception de la propre voix de la personne. Dans le but de mieux comprendre ce phénomène, suite à une étude approfondie de ce qui se trouve déjà dans la littérature, une nouvelle méthode pour quantifier l’effet d’occlusion a été développée. Au lieu d’exciter la boite crânienne du sujet au moyen d’un pot vibrant ou de faire parler le sujet, comme il se fait classiquement dans la littérature, il a été décidé d’exciter la cavité buccale des sujets au moyen d’une onde sonore. L’expérience a été conçue de telle manière que l’onde sonore qui excite la cavité buccale n’excite pas l’oreille externe ou le reste du corps directement. La détermination des seuils auditifs en oreilles ouvertes et occluses a ainsi permis de quantifier un effet d’occlusion subjectif pour une onde sonore dans le conduit buccal. Ces résultats ainsi que les autres quantifications d’effet d’occlusion présentées dans la littérature ont permis de mieux comprendre le phénomène de l’effet d’occlusion et d’évaluer l’influence des différents chemins de transmission entre la source sonore et l’oreille interne.

La compréhension de la parole des autres personnes est altérée à la fois par le fort niveau sonore présent dans les environnements industriels bruyants et par l’atténuation du signal de parole due aux protecteurs auditifs. Une possibilité envisageable pour remédier à ce problème est de débruiter le signal de parole puis de le transmettre sous le protecteur auditif. De nombreuses techniques de d´ebruitage existent et sont utilisées notamment pour débruiter la parole en télécommunication. Dans le cadre de cette thèse, le débruitage par seuillage d’ondelettes est considéré. Une première étude des techniques “classiques” de débruitage par ondelettes est réalisée afin d’évaluer leurs performances dans un environnement industriel bruyant. Ainsi les signaux de paroles testés sont altérés par des bruits industriels selon une large de gamme de rapports signal à bruit. Les signaux débruités sont évalués au moyen de quatre critères. Une importante base de données est ainsi obtenue et est analysée au moyen d’un algorithme de sélection conçue spécifiquement pour cette tâche. Cette première étude a permis de mettre en évidence l’influence des diffèrents paramêtres du débruitage par ondelettes sur la qualité de celui-ci et ainsi de déterminer la méthode “classique” qui permet d’obtenir les meilleures performances en terme de qualité de débruitage. Cette première étude a également permis de donner des guides pour la conception d’une nouvelle loi de seuillage adaptée au débruitage de la parole par ondelettes dans un environnement industriel bruité. Cette nouvelle loi de seuillage est présentée et évaluée dans le cadre d’une deuxième étude. Ses performances se sont avérées supérieures à la méthode “classique” mise en évidence dans la première étude pour des signaux de parole dont le rapport signal à bruit est compris entre −10 dB et 15 dB.

Titre traduit

Communication in a noisy environment: perception of one's own voice and speech enhancement

Résumé traduit

Workers in noisy industrial environments are often confronted to communication problems. Lost of workers complain about not being able to communicate easily with their coworkers when they wear hearing protectors. In consequence, they tend to remove their protectors, which expose them to the risk of hearing loss. In fact this communication problem is a double one: first the hearing protectors modify one’s own voice perception; second they interfere with understanding speech from others. This double problem is examined in this thesis.

When wearing hearing protectors, the modification of one’s own voice perception is partly due to the occlusion effect which is produced when an earplug is inserted in the ear canal. This occlusion effect has two main consequences: first the physiological noises in low frequencies are better perceived, second the perception of one’s own voice is modified. In order to have a better understanding of this phenomenon, the literature results are analyzed systematically, and a new method to quantify the occlusion effect is developed. Instead of stimulating the skull with a bone vibrator or asking the subject to speak as is usually done in the literature, it has been decided to excite the buccal cavity with an acoustic wave. The experiment has been designed in such a way that the acoustic wave which excites the buccal cavity does not excite the external ear or the rest of the body directly. The measurement of the hearing threshold in open and occluded ear has been used to quantify the subjective occlusion effect for an acoustic wave in the buccal cavity. These experimental results as well as those reported in the literature have lead to a better understanding of the occlusion effect and an evaluation of the role of each internal path from the acoustic source to the internal ear.

The speech intelligibility from others is altered by both the high sound levels of noisy industrial environments and the speech signal attenuation due to hearing protectors. A possible solution to this problem is to denoise the speech signal and transmit it under the hearing protector. Lots of denoising techniques are available and are often used for denoising speech in telecommunication. In the framework of this thesis, denoising by wavelet thresholding is considered. A first study on “classical” wavelet denoising technics is conducted in order to evaluate their performance in noisy industrial environments. The tested speech signals are altered by industrial noises according to a wide range of signal to noise ratios. The speech denoised signals are evaluated with four criteria. A large database is obtained and analyzed with a selection algorithm which has been designed for this purpose. This first study has lead to the identification of the influence from the different parameters of the wavelet denoising method on its quality and has identified the “classical” method which has given the best performances in terms of denoising quality. This first study has also generated ideas for designing a new thresholding rule suitable for speech wavelet denoising in an industrial noisy environment. In a second study, this new thresholding rule is presented and evaluated. Its performances are better than the “classical method found in the first study when the signal to noise ratio from the speech signal is between −10 dB and 15 dB.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Comprend des réf. bibliogr.
Mots-clés libres: Perception de la parole. Voix. Bruit industriel Communication. Protecteurs auditifs. Bouchons d'oreille. Bouche. Ondelettes. rehaussement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Laville, Frédéric
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Gargour, Christian
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 24 août 2010 14:52
Dernière modification: 07 févr. 2017 21:52
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/274

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