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Rôle comparé des indices spectraux et temporels
pour la perception de la hauteur et l'analyse
séquencielle des scènes auditives. Nicolas
Grimault UMR CNRS 5020, Lyon. Psychoacoustique
et Cognition auditive Expérimentations,
Modélisations, Applications
2
Lanalyse spectrale du signal par le système
auditif
3
La notion de sélectivité fréquencielle et de
filtres auditifs.
Signal
Bruit
Fréquence
Si un bruit est spectralement éloigné dun
signal, il ne gène pas sa perception.
Flechter (1940)
4
La notion de sélectivité fréquencielle et de
filtres auditifs.
Signal
Bruit
Fréquence
Si un bruit est spectralement proche dun signal,
il va gèner sa perception.
5
La notion de sélectivité fréquencielle et de
filtres auditifs.
?F
?F
Energie
Bruit
Bruit
Signal
Filtre auditif
Fréquence (Hz)
Patterson, 1976.
échancrure
Spectre bruit blanc
Spectre bruit à échancrure
6
Résultats Détermination des filtres auditifs
Exemples de filtres auditifs mesurés chez des
normo-entendants et des malentendants. Les
filtres des malentendants peuvent être 3 à 4 fois
plus larges. Cette dégradation de la sélectivité
fréquencielle n est pas corrigée par les
appareillages.
Glasberg Moore (1986)
7
Modélisation du système auditif périphérique
Apex
Base
Grave
Aigu
Fréquences
8
Simulation des sorties temporelles de 10 filtres
auditifs .
1500
2500 ...
n500 ...
12500
F0
F
Spectre son complexe spectre de raies, multiples
de F0
Stimulation 20 premiers harmoniques de 500 Hz.
Simulation filtres auditifs de type
"gammachirp" (Irino Patterson, 1997).
9
Analyse spectrale
Exemple 1 perception des harmoniques dun son
complexe.
Zone ?F
F0
F
Spectre son complexe spectre de raies, multiples
de F0
Moore (1995) Simulation de la réponse transmise
par la cochlée
10
Implications Une analyse spectrale dégradée.
Exemple 2 perception des voyelles.
1er formant
2ème formant
F
Spectre voyelle
Moore (1995)
Moore (1995)
11
LA RESOLVABILITE

• Shackleton Carlyon (1994)

La résolvabilité dépend du nombre moyen
d'harmoniques par filtre auditif. Ce nombre
détermine l'influence de la phase sur la hauteur
perçue par le sujet.
son résolu
son non-résolu
Nb d'harmoniques / filtre
lt 2
gt 3.25
RI
gt 0.135
lt 0.002
Influence de la phase
NON
OUI
12
LA RESOLVABILITE effet de la phase
Son résolu F0250 Filtrage passe-bande 1375-1875
Hz
Son non résolu F088 Filtrage passe-bande
1375-1875 Hz
13
1 ou 2 mécanismes ?
Son complexe harmonique résolu
Son complexe harmonique non résolu
14
PERCEPTION DE LA HAUTEUR Etude expérimentale
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CADRE DE TRAVAIL
Question de l'unicité des mécanismes permettant
l'encodage de la hauteur des sons complexes
harmoniques.
HYPOTHESE DE TRAVAIL
Au moins deux mécanismes neuronaux différents
sont utilisés en fonction de la résolvabilité des
harmoniques.
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Méthode d'exploration le transfert
d'apprentissage ou l'apprentissage sélectif d'une
tâche ou d'un type de stimuli.
score
temps
17
Stimuli
Groupe entraîné en NR
Groupe entraîné en R
Intensité 55 dB SPL. Bruit rose 57 dB SPL.
18
PROCEDURE DE TEST discrimination de F0
A
A
B
200 ms
200 ms
200 ms
200 ms
200 ms
F0BF0A?
19
Evolution des performances
Perception and Psychophysics, 64, (2002)
20
Pré-tests vs Post-tests
Perception and Psychophysics, 64, (2002)
21
Conclusion Au moins deux mécanismes conduisent
à la perception de la hauteur. On peut supposer
que lun est spectral et lautre temporel.
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ANALYSE DES SCENES AUDITIVES Etudes
expérimentales
23
L analyse des scènes auditives.
Une scène auditive est constituée de tous les
sons présents à un instant donné.
Signal
Bruit
Instrument
Bruit
Locuteur
Interlocuteur
Scène auditive composée de 4 sources.
24
Il faut, à tout instant
25
Il faut aussi
Définition les sons successifs appartenant à la
même sources forment un flux auditif.
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Analyse séquencielle Théorie du  Channeling 
(Hartmann Johnson, 1991)
Schématiquement, il semble que lon attribue un
même flux auditif aux signaux dont le contenu
spectral est proche.
B
B
Une source ou un flux
Proximité spectrale
B
B
A
A
A
A
A
A
Proximité spectrale
A
A
temps
temps
Deux sources ou deux flux
27
Suivant cette théorie, lanalyse séquentielle est
donc en deux étapes
28
ETUDE EXPERIMENTALE
Hypothèse
Une analyse spectrale imprécise (sons
non-résolus) pourrait donc entraîner des
difficultés pour lanalyse séquentielle des
scènes auditives.
29
F0
B
B
Démonstration 1 flux 2 flux
?F0
A
A
A
A
temps
30
ETUDE EXPERIMENTALE
Hypothèse
Une analyse spectrale dégradée par une perte
auditive (des sons résolus deviennent
non-résolus) pourrait aussi entraîner des
difficultés pour lanalyse séquentielle des
scènes auditives.
31
Démonstration 1 flux 2 flux
F0
B
B
?F0
A
A
A
A
temps
Grimault et al (2001)
Moore (1995)
32
Démonstration 1 flux 2 flux
F0
B
B
?F0
A
A
A
A
temps
Grimault et al (2001)
Moore (1995)
33
Conclusion
Leffet  cocktail-party  est due au moins en
partie à une perte de sélectivité fréquencielle
qui induit une difficulté particulière à séparer
les sons successifs.
34
Quels indices peut-on utiliser en condition
non-résolue pour séparer A de B ?
F0
B
B
?F0
A
A
A
A
temps
A
B
Moore (1995)
35
Indices spectraux
A
B
36
Dans les conditions non-résolus pour tous, les
sujets malentendants sont aussi performants que
les sujets normo-entendants.
Les indices temporels denveloppe sont-ils
conservés lors dune perte auditive ?
37
Perception des indices denveloppe (des
modulations damplitudes) par les malentendants
m1
Discrimination
1/Fm
Détection
m2
m
1/Fm
1/(Fm?Fm)
avec une perte auditive  plate .
38
Détection
Grimault et al (2002, non publié)
Moore et al (1992d)
39
Discrimination
Grimault et al (2002, non publié)
40
Hypothèse Si les indices denveloppe permettent
de séparer A de B, on devraient pouvoir séparer
des bruits modulés.
Spectre bruit blanc modulé A
Spectre bruit blanc modulé B
Fm
?Fm
B
B
A
A
A
A
temps
41
Résultats
Fm
B
B
?Fm
A
A
A
A
temps
Démonstration 1 flux 2 flux
42
Résultats préliminaires
Résultats
Fm
B
B
?Fm
A
A
A
A
temps
Démonstration 1 flux 2 flux
Grimault et al (non publié)
43
Conclusions
Les modulations damplitudes peuvent servir pour
séparer des séquences de sons. Les malentendants
pourraient être particulièrement habiles pour les
utiliser.
Cest peut-être ces modulations qui permettent de
séparer des séquences de sons complexes
non-résolus.
44

• Flechter H. (1940). "Auditory patterns," Rev.
  Mod. Phys. 12, 47-65.
• Glasberg B.R., Moore B.C.J. (1986). "Auditory
  filter shapes in subjects with unilateral and
  bilateral cochlear impairements," J. Acoust. Soc.
  Am. 79, 1020-1033.
• Grimault N., Bacon S.P. Micheyl. C. (2002).
  "Auditory stream segregation on the basis of
  amplitude-modulation rate," J. Acoust. Soc. Am.
  111, 1340-1348.
• Grimault N., Bacon S.P. Micheyl. C. (non
  publié).  Rapport scientifique de la Fondation
  pour la Recherche Médicale.
• Grimault N., Micheyl C., Carlyon R.P., Arthaud
  P., Collet L. (2001). "Perceptual auditory
  stream segregation of sequences of complex sounds
  in subjects with normal and impaired hearing,"
  Brit. J. Audiol. 35, 173-182.
• Grimault, N., Micheyl, C., Carlyon, R.P., Artaud,
  P. and Collet, L. (2000). Influence of peripheral
  resolvability on the perceptual segregation of
  harmonic complex tones differing in fundamental
  frequency, J. Acoust. Soc. Am. 108, 263-271.
• Grimault N., Micheyl C., Carlyon R.P., Collet L.
  (2002)  Evidence for two pitch encoding
  mechanisms using a selective auditory training
  paradigm , Perception and Psychophysics, 64,
  189-197.
• Hartmann, W.M., and Johnson D. (1991). Stream
  segregation and peripheral channeling, Mus. Perc.
  9, 155-184.
• Irino T., Patterson R.D. (1997). A time domain,
  level-dependent auditory filter The gammachirp,
  J. Acoust. Soc. Am. 101, 412-419.
• Moore B.C.J. (1995). "Perceptual consequences of
  cochlear damage," Oxford university press.
• Moore B.C.J., Shailer, M.J., Schooneveldt G.P.
  (1992d).  "Temporal modulation transfer functions
  for band-limited noise in subjects with cochlear
  hearing loss, " Brit. J. Audiol. 26, 229-237.
• Patterson R.D. (1976). " Auditory filter shapes
  derived with noise stimuli," J. Acoust. Soc. Am.
  59, 640-654.
• Shackleton, T.M., and Carlyon, R.P. (1994). The
  role of resolved and unresolved harmonics in
  pitch perception and frequency modulation
  discrimination, J. Acoust. Soc. Am. 95, 3529-3540.

45
Remerciements
46
Le laboratoire
47
Annexes
48
1
Q1
Extraction de lenveloppe temporelle
Attribution des flux auditifs.
49
2