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

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

ENHANCEMENT OF SPEECH INTELLIGIBILITY USING SPEECH TRANSIENTS EXTRACTED BY A WAVELET PACKET-BASED REAL-TIME ALGORITHM

Studies have shown that transient speech, which is associated with consonants, transitions between consonants and vowels, and transitions within some vowels, is an important cue for identifying and discriminating speech sounds. However, compared to the relatively steady-state vowel segments of speech, transient speech has much lower energy and thus is easily masked by background noise. Emphasis of transient speech can improve the intelligibility of speech in background noise, but methods to demonstrate this improvement have either identified transient speech manually or proposed algorithms that cannot be implemented to run in real-time.We have developed an algorithm to automatically extract transient speech in real-time. The algorithm involves the use of a function, which we term the transitivity function, to characterize the rate of change of wavelet coefficients of a wavelet packet transform representation of a speech signal. The transitivity function is large and positive when a signal is changing rapidly and small when a signal is in steady state. Two different definitions of the transitivity function, one based on the short-time energy and the other on Mel-frequency cepstral coefficients, were evaluated experimentally, and the MFCC-based transitivity function produced better results. The extracted transient speech signal is used to create modified speech by combining it with original speech.To facilitate comparison of our transient and modified speech to speech processed using methods proposed by other researcher to emphasize transients, we developed three indices. The indices are used to characterize the extent to which a speech modification/processing method emphasizes (1) a particular region of speech, (2) consonants relative to, and (3) onsets and offsets of formants compared to steady formant. These indices are very useful because they quantify differences in speech signals that are difficult to show using spectrograms, spectra and time-domain waveforms.The transient extraction algorithm includes parameters which when varied influence the intelligibility of the extracted transient speech. The best values for these parameters were selected using psycho-acoustic testing. Measurements of speech intelligibility in background noise using psycho-acoustic testing showed that modified speech was more intelligible than original speech, especially at high noise levels (-20 and -15 dB). The incorporation of a method that automatically identifies and boosts unvoiced speech into the algorithm was evaluated and showed that this method does not result in additional speech intelligibility improvements