L’implant cochléaire

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Sons et musiques
Type : Exercice | Année : 2013 | Académie : Moyen-Orient
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
L’implant cochléaire

Son et musique

Corrigé

50

Spécialité

pchT_1306_09_00C

Liban • Mai 2013

Exercice 3 • 5 points

La plupart des surdités totales, profondes ou sévères, quelles qu’en soient l’origine et l’ancienneté, peuvent être maintenant partiellement réhabilitées par l’implantation chirurgicale, sous les cheveux et dans l’oreille, d’un système électronique piloté de l’extérieur par un émetteur extérieur caché derrière l’oreille.

Paul, 40 ans, rencontre des troubles auditifs profonds. Son médecin ORL (Oto-Rhino-Laryngologie) lui annonce que son audiogramme correspond maintenant à celui d’une personne de 90 ans.

Il lui propose la pose d’un implant cochléaire tout en l’informant qu’une réadaptation sera nécessaire pour retrouver une adaptation satisfaisante.

Paul accepte l’opération.

Document 1

Fonctionnement de l’implant cochléaire

La partie externe

Un processeur vocal 1, intégrant un microphone et placé derrière le pavillon de l’oreille, reçoit les sons, les analyse, les code en signaux numériques qu’il envoie à l’antenne 2. Cette dernière transmet les signaux à travers la peau à la partie interne implantée 3.

La partie interne

Implantée chirurgicalement 3, la partie interne réceptionne puis véhicule les signaux électriques jusqu’à un faisceau d’électrodes 4 placé dans la cochlée. Le rôle de ce faisceau est d’émettre des impulsions électriques qui stimulent les fibres du nerf auditif. L’influx nerveux créé est envoyé vers le cerveau où il est analysé et interprété.


Document 2

Conversion analogique-numérique d’un signal issu du microphone


Document 3

Dégradation du signal auditif


Entendre ce n’est pas comprendre !

Comprenez-vous le japonais ? Pourtant vous entendez parfaitement !

La réadaptation après la pose chirurgicale d’un implant est absolument nécessaire pour apprendre à reconnaître ce qui est entendu avec cet appareil.

Voici ci-dessus l’analogie visuelle d’un mot : « CLARTÉ », tel qu’on peut le percevoir dans ses versions dégradée ou non dégradée.

Document 4

Spectre de deux sons


Document 5

Diagramme d’audiométrie tonale


L’audiométrie tonale est une technique permettant d’évaluer la perte auditive d’un individu, exprimée en dB, pour l’ensemble des fréquences conversationnelles situées entre 125 Hz et 8 000 Hz.

Le diagramme donné ci-dessus est appelé audiogramme.

1. Étude de l’implant cochléaire

À l’aide des documents et des connaissances nécessaires, rédiger en 20 lignes maximum, une synthèse argumentée répondant à la problématique suivante :

> Comment est-il possible d’envisager l’amélioration du fonctionnement de l’implant cochléaire afin d’éviter la réadaptation ?

Pour cela, préciser les différents types de sons audibles et ce qui les distingue. Identifier ensuite les éléments de la chaîne de transmission de l’information arrivant à l’oreille jusqu’à la cochlée. Proposer ensuite une explication de la dégradation du signal perçu en précisant l’élément de cette chaîne lieu de cette dégradation. Enfin, indiquer, en justifiant, un paramètre sur lequel on peut influer pour améliorer la qualité de l’information transmise. Préciser, en le justifiant, quelle évolution il faudra lui faire subir.

2. Analyse des performances auditives par ­audiométrie tonale

L’implant de Paul lui permet d’augmenter ses performances auditives et de retrouver ainsi un audiogramme correspondant à celui d’une personne de 60 ans. Un son de fréquence égale à 4,0 kHz et de niveau sonore égal à 100 dB parvient à Paul.

> Déterminer les niveaux sonores du son perçu par Paul avec et sans implant cochléaire. Conclure sur la performance de l’appareillage de Paul en calculant le rapport des intensités sonores avec et sans implant.

Données

Le niveau d’intensité sonore (L en dB) est lié à l’intensité sonore I (en W . m–2) par L = 10 log II0

I0 est le seuil d’audibilité (I0 = 1,0 × 10–12 W . m–2).

Notions et compétences en jeu

Connaître les ondes sonores et le procédé de transmission d’un signal • Savoir utiliser la conversion analogique - numérique • Savoir rédiger une synthèse de documents.

Les conseils du correcteur

Partie 1

• Suivez le « plan » demandé, c’est-à-dire répondez aux questions écrites après la question-problématique.

• Rédigez d’abord un brouillon car l’énoncé précise que la synthèse doit tenir en 20 lignes maximum. Vous aviserez ensuite selon la longueur obtenue s’il faut raccourcir les phrases, être plus direct, concis ou au contraire développer vos arguments.

• Utilisez le vocabulaire appris en cours et faites référence aux documents.

• Identifiez le CAN comme le lieu de dégradation la plus importante.

Partie 2

• Appliquez la relation entre intensité et niveau sonores.

Corrigé

1. Étude de l’implant cochléaire

Rédiger une synthèse argumentée à partir de documents

Il existe deux types de sons : les sons purs et les sons complexes.

Les premiers sont de forme sinusoïdale et ont un spectre ne présentant qu’une seule composante, le fondamental (son 1, document 4) alors que les seconds sont de forme quelconque (mais continue) et possèdent au moins deux composantes, le fondamental et harmonique(s) (son 2, document 4).

Ces ondes sonores subissent différentes conversions lorsqu’ils sont perçus par une personne portant un implant. Voici la chaîne de transmission :


Des dégradations du signal se produisent tout au long de cette chaîne de transmission, des pertes d’informations. Les dispositifs les plus « dégradants » sont la conversion analogique-numérique effectuée par le processeur vocal et la transmission entre les deux antennes ; le premier étant le plus important car les antennes sont très proches donc les pertes sont maximales.

Comme le montre le document 2, le signal numérique est discontinu et ne peut prendre que des valeurs particulières. Même s’il a une forme proche de celle du signal analogique, ce signal par palier ne le reproduit pas parfaitement. Il s’ensuit une dégradation comme le montre le document 3. Plus le signal possède d’harmoniques, plus une numérisation fidèle est difficile.

Remarque

L’énoncé demandait de ne présenter qu’un seul paramètre pouvant améliorer la qualité du signal transmis. Un autre paramètre est la résolution, c’est-à-dire le nombre de valeurs numériques possibles. Le signal numérique est aussi plus fidèle car moins approximé : la valeur numérique obtenue est plus proche de la valeur mesurée.

Pour réduire cette détérioration, on peut agir sur la fréquence d’échantillonnage, c’est-à-dire sur le nombre de mesures faites par seconde. Le signal numérique obtenu est alors plus fidèle au signal analogique car il comprend davantage de mesures pour une même durée.

Le fonctionnement de l’implant cochléaire dans son ensemble est alors amélioré car le signal numérique est plus fidèle à l’onde onde sonore enregistrée, c’est ce signal qui est ensuite transmis au nerf auditif.

2. analyse des performances auditives par audiométrie tonale

Calculer et comparer des niveaux et des intensités sonores

Les caractéristiques du son arrivant à l’oreille de Paul ont une fréquence égale à 4,0 kHz et un niveau sonore de 100 dB.

D’après le médecin, Paul a une audition avant opération égale à celle d’une personne de 90 ans.

Le document 5 présente l’audiogramme correspondant. Pour une fréquence de 4,0 kHz, la perte du niveau sonore est de 80 dB.

Cela signifie que Paul ne perçoit qu’un signal de niveau égal à L = 100 – 80 = 20 dB pour ce son.

L’intensité sonore correspondante est alors :

I = I0 × log L/10 = 1,0 × 10–12 × 1020/10 = 1,0 × 10–10 W . m–2

Calculons de la même façon le niveau et l’intensité sonores après opération.

Le nouveau niveau est L′ = 100 – 55 = 45 dB

et l’intensité correspondante I′ = 1,0 × 10–7,5 = 3,2 × 10–8 W . m–2.

Le rapport des intensités est donc ii = 1,0×107,51,0×1010 = 102,5 = 316.

Avec l’implant, l’intensité du son perçu a augmenté d’un facteur d’environ 316 et le niveau sonore d’un facteur supérieur à 2.