Différences individuelles dans la pondération fréquentielle de l'information auditive

Individual differences in the frequency weighting of auditory information

• Auteur / Autrice : Rodrigue Bravard
• Direction : Daniel Pressnitzer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences cognitives
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des systèmes perceptifs (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Audition
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Sackur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Pressnitzer, Sabine Meunier, Maria Chait, Emmanuel Ponsot, Laurent Demany
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Meunier, Maria Chait

Mots clés

Mots clés libres

Audiogramme

Au dessus du seuil

Variabilité individuelle

Psychoacoustique

Expérimental

Spectre

Audiogram

Above threshold

Individual variability

Psychoacoustics

Experiments

Spectrum

Résumé

Les sons qui nous entourent contiennent des informations sur une large bande de fréquence. L’une des tâches de l’audition est donc de combiner les indices disponibles pour percevoir et comprendre notre environnement. Or, des observations récentes, notamment des illusions auditives, suggèrent qu’il pourrait exister de larges différences individuelles dans la façon de combiner ces informations à travers les fréquences. L’objectif de cette thèse est de mesurer la pondération fréquentielle utilisée dans diverses tâches auditives et d’en documenter la variabilité individuelle. Pour cela, une méthode de « corrélation inverse » est développée, permettant d’estimer les poids associés aux différentes régions fréquentielles à partir de réponses comportementales à des stimuli perturbés aléatoirement. Pour recruter une population expérimentale aussi large et diverse que possible, il a été choisi de réaliser des expériences en ligne. Néanmoins, pour étudier les différences individuelles, il est critique d’assurer une homogénéité des conditions expérimentales. Nous avons donc mené une première étude méthodologique, introduisant l’utilisation d’un bruit partiellement masquant, le « Threshold-Equalizing Noise », pour égaliser les seuils de détection à travers les fréquences et les participants. Les résultats montrent que notre technique permet un contrôle efficace du niveau de sensation de chaque composante de sons complexes, malgré l’inévitable variabilité du niveau de présentation et du matériel de présentation audio lors d’expériences en ligne. Ensuite, une étude de la variabilité de poids fréquentiels dans une tâche de hauteur a été menée. Une tâche de jugement de changement de fréquence a été introduite, utilisant des accords composés de 7 composantes choisies aléatoirement parmi des bandes fréquentielles pré-définies. A chaque essai, deux de ces accords étaient présentés en succession aux participants, le deuxième étant dérivé du premier mais avec chaque fréquence légèrement décalée aléatoirement. Les participants étaient invités à répondre à la question « le deuxième son vous parait-il plus aigu ou plus grave que le premier ». Notons que les essais contenaient des mouvements fréquentiels ascendants et descendants, et que donc il n’existait pas de réponse objectivement correcte. Deux observations principales ont été réalisées. D’abord, le profil « moyen » entre participants (N=99) montre un pic particulièrement prononcé dans une région fréquentielle centrale (autour de 1000-1500 Hz). Ensuite, malgré cette tendance globale, les profils montrent une très grande variabilité individuelle. Pour tester la fiabilité et la stabilité de ces différences individuelles, les participants ont été réinvités à participer à jusqu’à trois sessions supplémentaires (jusqu’à 10 mois d’écart entre sessions), ce qui a permis de montrer que les profils mesurées était remarquablement stables et aux variations bien plus importantes que le bruit de mesure. Dans une seconde série d’expérience, un paradigme similaire a été utilisé pour mesurer, chez un même participant, les poids fréquentiels dans trois tâches différentes : changement de fréquence, comme précédemment ; changement d’intensité, et changement de différences inter-aurale d’intensité. Le paradigme développé utilise des stimuli quasi-identiques pour les trois tâches, différant uniquement sur la dimension d’intérêt. Les résultats ont montré que les poids fréquentiels étaient dépendants de la tâche en plus du participant. En conclusion, la thèse démontre une variabilité individuelle large pour des tâches portant sur des indices auditifs élémentaires comme la fréquence ou l’intensité. Cette variabilité est supra-liminaire, et s’ajoute donc aux éventuelles variations dans l’audiogramme par ailleurs documentée. Nous proposons que l’étude systématique du profil auditif supra-liminaire d’un auditeur, avec les techniques développées ici, pourraient participer à mieux comprendre l’audition de chacun.

The sounds that surrounds us contain information across a large frequency bandwidth. One of the task of audition is thus to combine the available clues to perceive and understand our environment. However, recent observations, such as auditory illusions, suggest that large individual differences could exist in the way we combine these clues across frequencies. The aim of this PhD is measure the frequency weighting used in several auditory tasks and to document its individual variability. To this end, a “reverse correlation” method is developed, which allows to estimate weights associated with the different frequency regions based on behavioral responses to randomly perturbed stimuli. In order to recruit an experimental cohort as large and diverse as possible, running online experiments was chosen. However, to study individual differences, it is critical to make sure the experimental conditions are homogeneous. We consequently ran a first methodological study, introducing the use a partially masking noise, the “Threshold-Equalizing Noise”, to equalize the detection thresholds across frequencies and listeners. Results how that our technique allows an efficient control over the sensation level of each component of complex sounds, despite the inevitable variability in the presentation level and the audio hardware while running online studies. Then, a study of the frequency weights variability on a pitch task was conducted. A frequency shift judgment task was introduced, using chords composed of 7 components randomly drawn from predefined frequency bands. For each trial, two of these chords were presented in succession to participants, the second one being derived from the first but with each frequency randomly shifted. Participants were invited to answer the question “Did the second sound seemed higher or lower in pitch than the first one?”. It should be noted that trials contained both upward and downward frequency shifts, and thus there was not an objectively correct answer. Two main observations were made. First, the mean “profile” between participants (N=99) shows a pronounced peak in a central frequency region (around 1000-1500Hz). Then, despite this global tendency, profiles show a very high individual variability. To test the reliability and stability of these differences, participants were reinvited to take part to up to three additional session (with up to 10 month between sessions), which allowed to show that the profiles were remarkably stable and their variations were much higher than measurement noise. In a second set of experiment, a similar paradigm was used to measure, for the same participants, the frequency weights for three different tasks: frequency shifts, as before, intensity shifts and shifts in inter-aural level difference. The paradigm developed here use almost identical stimuli for all three tasks, only differing in the dimension of interest. Results showed that the frequency weights were dependent on the task on top of the participant. To conclude, the PhD demonstrates a large individual variability for tasks involving elementary auditory cues such as frequency or intensity. This variability is supra-threshold, and can add up to the already documented variations in the audiogram. We propose that the systematic study of this supra-threshold auditory profile for a listener, with the techniques developed here, could help towards a better understanding to each individual’s audition.