Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans de nombreuses situations civiles ou militaires, la protection de l'audition du personnel est cruciale. La perception et l'interprétation de l'environnement sonore par l'auditeur doivent cependant être préservées. Les Systèmes Tactiques de Communication et Protection (TCAPS) sont des protections auditives qui, à la fois, protègent suffisamment les oreilles de l'auditeur contre les bruits dangereux, et préservent l'intelligibilité, permettant ainsi la communication vocale à bas niveau. Des études précédentes ont cependant démontré que les TCAPS continuent de détériorer la perception de l'environnement sonore de l'auditeur, en particulier sa capacité à localiser les sources sonores. Sur le plan horizontal, la dégradation des indices acoustiques empêchant, en temps normal, l'auditeur de confondre les sources avant et arrière, en est la principale explication. Dans ce travail de thèse, une expérience subjective de localisation sonore est conduite avec six TCAPS: deux bouchons d'oreille passifs, deux bouchons d'oreilles actifs et deux casques actifs. Si aucun protecteur ne permet de retrouver les performances de la condition d'écoute normale, l'expérience permet de classifier les TCAPS du point de vue de la localisation sonore: les performances des bouchons passifs sont meilleures que celles des bouchons actifs, et les casques actifs engendrent les plus mauvaises performances. Dans le cadre de la conception et de l'évaluation des TCAPS, une méthode prédisant leur dégradation des performances de localisation sonore, basée sur des mesures électroacoustiques, serait plus adaptée que des expériences comportementales très chronophages. Dans ce contexte, deux méthodes basées sur les Fonctions de Transfert Relatives à la Tête (HRTF) mesurées sur tête artificielle sont étudiées: un processus d'appariement et un réseau de neurones à trois couches. Ils sont optimisés pour reproduire les performances de localisation humaine en condition d'écoute normale. Les méthodes sont ensuite appliquées aux HRTF mesurées avec les six TCAPS, et prédisent des probabilités de localisation en fonction de la position. Comparé aux résultats de l'expérience subjective, le réseau de neurones prédit des performances réalistes avec les bouchons d'oreille, mais surestime les erreurs avec les casques. Le modèle d'appariement prédit correctement les performances de localisation. Toutefois, la vraisemblance de ses distributions de probabilité avec les observations subjectives demeure plus faible que celle du réseau de neurones. Pour finir, les deux méthodes développées dans cette étude sont indépendantes de la tête artificielle utilisée, et peuvent être utilisées pour évaluer non seulement des prototypes de TCAPS, mais aussi des prothèses auditives. / In many civilian or military situations, hearing protection is of major importance. The listener's acoustical situational awareness must however also be preserved. Tactical Communication and Protective Systems (TCAPS) are hearing protection devices that sufficiently protect the listener's ears from hazardous sounds and preserve speech intelligibility, thus allowing low-level speech communication. However, previous studies demonstrated that TCAPS still deteriorate the listener's situational awareness, in particular the ability to locate sound sources. On the horizontal plane, this is mainly explained by the degradation of the acoustical cues normally preventing the listener from making front-back confusions. In the present PhD work, a behavioral sound localization experiment is conducted with six TCAPS: two passive and two active earplugs, and two active earmuffs. The performance in open ear condition is not retrieved with any protector, but the experiment ranks the TCAPS by type: passive earplugs lead to better performance than active earplugs, and active earmuffs induce the worst performance. As part of TCAPS development and assessment, a method predicting the protector-induced degradation of the sound localization capability, and based on electroacoustic measurements, would be more suitable than time-consuming behavioral experiments. In this context, two methods based on Head-Related Transfer Functions (HRTFs) measured on an artificial head are investigated: a template-matching model and a three-layer neural network. They are optimized to fit human sound localization performance in open ear condition. The methods are applied to the HRTFs measured with the six TCAPS, providing position-dependent localization probabilities. Compared with the behavioral results, the neural network predicts realistic performances with earplugs, but overestimates errors with earmuffs. The template-matching model predicts human performance well. However, the likelihood of the resulting probability distributions with the behavioral observations is lower than that of the neural network. Finally, both methods developed in this study are independent of the artificial head used, and can be applied to assess not only TCAPS prototypes, but also hearing aids.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le vieillissement dit "naturel", affecte physiologiquement les structures auditives périphériques; il en va de même du collicule supérieur (CS) lors du traitement des signaux auditifs et visuels. Chez le rat âgé, la sensibilité auditive périphérique diminue et l’extraction des attributs des signaux auditifs est modifiée, et ce, dès les noyaux cochléaires (premiers relais centraux de la voie auditive ascendante). De plus, les propriétés spectrales, temporelles et directionnelles des neurones auditifs du CS sont altérées lors du vieillissement. Ceci se manifeste aussi au niveau de l’organisation topographique de la sensibilité à la direction qui est abolie au sein des couches profondes du CS. Dans la même optique, l’extraction des attributs des fréquences spatiales concentriques mobiles (en présence ou en absence d’objet sonore modulé en amplitude) est altérée aussi au niveau des neurones audiovisuels du CS lors du vieillissement. En effet, au niveau spatial, chez l’animal âgé, la présence de déficits visuels est particulièrement marquée par une diminution de la sensibilité aux stimuli visuels et audiovisuels mobiles et rapides lors du déplacement de l’organisme dans son environnement. Compte tenu de l’ampleur des changements qui s’installent avec le vieillissement au niveau des structures périphériques et centrales, inévitablement, les mécanismes nerveux de la plasticité audiovisuelle de bas niveau, i.e. au niveau des neurones du CS, sont perturbés. En outre, chez l’animal âgé, le gain audiovisuel induit par l’activité des neurones du CS ne produit pas d’amélioration notable par rapport à la modalité unisensorielle. Dans l’ensemble, ces résultats montrent que le vieillissement perturbe l’activité neuronale du CS permettant de détecter les informations sensorielles pertinentes dans un environnement audiovisuel complexe. / Age-related physiological changes affect the peripheral auditory structures; this also applies to the superior colliculus (SC) auditory and visual processes. In aged rats, the peripheral hearing sensitivity decreases and at more central regions, particularly the first central node, in the ascending auditory projections, auditory processing of sounds is altered. Furthermore, at the level of the SC, spectral, temporal and directional properties of auditory neurons are also altered during aging. In addition, no systematic directional spatial arrangement is encountered among the neurons of aged rats, implying that the topographical organization of the auditory directional map is abolished in the deep layers of the SC. Moreover, in a condition where SC visual neurons are stimulated with looming concentric sinusoidal gratings (in the presence or in the absence of modulated audio signals), visual deficits in aged animals are particularly marked by a decrease in sensitivity to fast moving visual and audiovisual stimuli during self-motion. Given the links of age-related changes in the peripheral and in the central structures, inevitably, the mechanisms underlying the neuronal audiovisual plasticity, in the low-level (SC), are somehow disrupted. Specifically, in aged animals, the presence of the auditory stimulus when coupled with the visual signal did not enhance the response activity of the visual neurons. This seems to suggest that the mechanism that may serve to amplify the visual signal under weak or ambiguous and noisy conditions thus improving greater behavioral relevance of detecting rapidly approaching visual and audiovisual moving objects during self-motion is altered with aging. Overall, these results show that aging disrupts the SC neuronal activity that enables detection of relevant sensory information in a complex audiovisual environment.