Il est important de comprendre comment le système auditif humain traite les stimulus acoustiques si l'on veut mettre au point de nouvelles technologies audionumériques. Les codecs audio, éléments essentiels des nouveaux services multimédias et de radiodiffusion numérique, exploitent les propriétés du système auditif pour comprimer les données audionumériques afin qu'elles soient enregistrées ou transmises à un débit binaire minimum. Récemment, de nouvelles techniques de mesure objective de la qualité des sons ont été conçues. Ces techniques utilisent un modèle du système auditif humain afin de produire des mesures objectives qui soient bien corrélées avec les résultats de tests d'écoute. Notre laboratoire effectue des recherches en vue de perfectionner et de tester de tels modèles du système auditif humain.

La recherche en psychoacoustique nous aide à saisir le lien qui existe entre les propriétés physiques d'un son et la manière dont l'oreille humaine perçoit ce son . Ainsi, pour l'auditeur, l'énergie d'un son correspond à l'intensité de ce dernier, tandis que sa fréquence correspond à sa hauteur (tonie). La fonction reliant les caractéristiques physiques d'un son et la façon dont ce son est perçu est souvent une fonction non linéaire. Par exemple, Stevens et Volkmann ont découvert en 1940 que la relation entre la fréquence et la tonie perçue d'un son est telle que décrite dans la figure ci-dessous.

L'étude des liens entre les propriétés physiques des sons et la façon dont ces sons sont perçus nous aide également à comprendre les limites et la variabilité de l'ouie. Ainsi, les êtres humains n'ont pas tous la même aptitude à entendre les sons à haute fréquence. Les jeunes perçoivent fréquemment les sons allant jusqu'à 17 ou 18 kHz, tandis que plusieurs personnes agées n'entendent pas les fréquences supérieures à 8 kHz. D'autre part, certaines fréquences composant un son, physiquement présentes dans le signal, peuvent être rendues inaudibles par la présence d'autres composantes importantes situées à proximité dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquenciel. Ce phenomène, appelé «masquage», varie considérablement d'un sujet à un autre.

Les progrès récents dans le domaine du codage source audio sont en grande parties dûs à l'exploitation du phénomène de masquage de l'oreille humaine. Des modèles psychoacoustiques sont utilisés dans les codeurs audio pour identifier les composantes inaudibles des sons à coder. En ignorant ces composantes inutiles, il est possible de réduire sensiblement le débit binaire requis pour transmettre ou enregistrer le signal audionumérique. L'efficacité des algorithmes de codage varie généralement avec le contenu du signal audio et certains algorithmes de codage exploitent mieux les propriétés psychoacoustiques de l'oreille humaine que d'autres.

La psychoacoustique a aussi facilité l'élaboration de nouvelles méthodes pour mesurer objectivement la qualité sonore des systèmes audio en général, et des codecs audio en particulier. Une de ces méthodes, baptisée PEAQ (Perceptual Evaluation of Audio Quality - évaluation perceptuelle de la qualité sonore) a été normalisée par l'Union internationale des télécommunications (UIT). En cliquant sur PEAQ, on peut voir deux figures montrant l'efficacité de cette méthode. Ces figures comparent les résultats de l'évaluation objective faite avec PEAQ sur des codecs audio aux résultats de tests subjectifs faits avec des sujets humains.

Certains éléments du modèle PEAQ de l'UIT sont tirés d'un modèle plus ancien, Perceval, un outil mis au point par le CRC pour mesurer objectivement la qualité sonore des codecs audio. Le modèle du système auditif périphérique de Perceval a été créé dans le cadre d'un contrat avec l'Université de Sherbrooke (Québec), au Canada. Un modèle cognitif, qui analyse le signal généré par le modèle du système auditif périphérique, a été créé et ajouté à Perceval par les chercheurs du CRC. Le modèle cognitif génère une mesure de la qualité sonore d'un signal ou encore une mesure du seuil de détection d'un son en présence d'un autre. Perceval reproduit les phénomènes psychoacoustiques élémentaires se produisant dans l'oreille humaine (tel le masquage) et mesure objectivement la qualité d'un signal sonore traité par une pièce d'équipement audio tel qu'un codec audio. Cette mesure objective est bien corrélée avec la qualité subjective attribuée par des sujets humains.

L'utilisation de modèles de l'oreille humaine permet d'optimiser les performances de certains appareils de traitement des signaux audio ainsi que des équipments de mesure de qualité du son. Ceci est possible parce que le fonctionnement de l'oreille humaine est suffisamment bien connu et peut être modelisé en temps réel avec la technologie d'aujourd'hui. Néanmoins, certains aspects de la perception du son sont encore méconnus. Notre groupe a aménagé des installations et élaboré un programme de recherche afin de combler certaines lacunes du savoir humain sur la perception du son.