Memoire Implant auditif Soundbridge(VF6

Transcription

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Electromagnétisme,
Électromagnétisme,
On en a plein les
Oreilles !!!!!!!!!!
FLEURY Priscilla
MELIH Ambrine
ROLATI Laurianne
Introduction :
Olympiades de Physique 2013/2014
-Lycée Condorcet – Saint Priest- LES IMPLANTS AUDITIFS
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Pour nos TPE, nous nous sommes intéressées aux implants auditifs. Notre problématique était la suivante :
Comment l’évolution scientifique et technologique permet-elle de passer au-dessus d’un handicap auditif ?
La surdité (appelé également déficient auditif) est un affaiblissement ou une perte complète de l’ouïe entrainant
une incapacité à entendre les sons. Cette définition est certes théorique mais ne traduit pas son handicap. En effet, la
surdité est un véritable handicap pour la population car elle affecte la vie sociale et le quotidien de toute personne
atteinte.
L’origine de tout déficient auditif varie d’un patient à l’autre. En effet, il peut à la fois toucher les enfants comme les
adultes, peut-être dû à son environnement (la musique), un problème médical (bouchon de cérumen, traumatisme) ou être
d’origine génétique.
Plusieurs tests permettent de mesurer l’audition (dès la naissance ou de manière systématique) et donc de diagnostiquer
une quelconque surdité.
Pour
répondre à ce problème, les médecins ont mis au point des techniques aboutissant à la création d’appareils auditifs.
Cependant chaque appareil auditif s’adapte selon les personnes et selon leur niveau de surdité (par exemple, la prothèse
auditive ne sert qu’à améliorer ou rétablir l’audition). De nos jours, les médecins cherchent à améliorer ces appareils pour
faciliter la vie des personnes atteintes de déficient auditif.
Lors d’une visite chez une audioprothésiste spécialisé dans les implants cochléaires, nous avons eu la chance de
suivre une consultation d’un patient étant appareillé depuis un certain temps. Lors de cette consultation, Mme Kreiss, a
réglé la dynamique électrique (le plus petit son qu’il perçoit au plus grand) de l’appareil auditif du patient qui venait à
peine de le changer. Elle a réglé son appareil auditif en testant tout d’abord les sons faibles puis les sons forts. Elle lui a
mis en place trois programmes pour qu’il s’habitue doucement. A la fin de cette consultation nous avons pu lui poser
deux questions mais ce dernier à préférer garder son anonymat, nous l’appellerons donc M.X.
Combien de temps avez-vous porté une prothèse auditive ?
Il nous a répondu : « une semaine » avec franchise. Ceci est un cas exceptionnel puisque normalement le patient
doit avoir porté une prothèse depuis minimum 6 mois. Il est nécessaire de préciser que ce patient est atteint d’une
surdité progressive depuis 20 ans. Son audition ne cesse de ce dégradé au fil du temps. Il est implanté de 1999.
Est-ce que porter un implant auditif vous a permis d’améliorer votre audition ?
Il nous a répondu avec un grand sourire que sans appareil auditif, il n’entrait rien. De plus, il nous a dit que
l’implant lui a permis de diminuer fortement les vertiges qu’il avait.
Notre sujet nous a semblé plus qu’intéressant puisque pour surmonter ce handicap qu’est la surdité, les médecins
ont mis au point des techniques aboutissant à la création d’appareils auditifs. Nous avons constaté que la physique prenait
une place importante dans le fonctionnement des appareils auditifs notamment dans les implants auditifs Vibrant
Soundbridge. Nous avons ainsi décidé d’approfondir notre recherche pour comprendre le fonctionnement de l’implant
Vibrant Soundbridge. Son fonctionnement fait appel à la fois à la physique du son et à l’électromagnétisme, d’où le titre
de notre projet :
Electromagnétisme, Electromagnétisme, on en a plein les oreilles !!! . Nous nous demanderons ainsi Comment les
implants Vibrant Soundbridge ont-ils amélioré l’audition des malentendants ?
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SOMMAIRE
I. La physique du son et sa perception : l’ouïe
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A- Le son
Expérience : production d’un son
Expérience : de la cloche à vide.
Expérience : mesure de la célérité
B- L’oreille
II. La physique et la technologie au service des malentendants
page 8
A. Les différents dispositifs d’amélioration de l’audition : prothèses et implants
page 8
B. Le vibrant Soundbridge
page 9
B.1- Pourquoi ?
B.2- Pour qui ?
B.3- Comment ?
C. Fonctionnement de chaque partie de l’implant vibrant
C1. Le Convertisseur Analogique/ Numérique (CAN)
C.2- Le système des filtres
C.3 Le modulateur
C.4 Le démodulateur
C.5. L’Induction électromagnétique
- Expérience d’Oersted
- Expérience de Faraday
CONCLUSION
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I. La physique du son et sa perception : l’ouïe
A. Le son :
Expérience : production d’un son.
Pour comprendre ce phénomène, nous pouvons réaliser une expérience assez simple : si l’on prend un
diapason et que l’on tape dessus à l’aide d’un bâton, nous observons que le diapason vibre et émet un son.
Mais si nous stoppons les vibrations du diapason à l’aide de nos doigts, il n’y a plus de sons. Alors nous
pouvons en conclure que le son est une vibration. Néanmoins cette vibration peut-elle se propager dans le
Figure 1 : production du son par un diapason ( le son est une vibration)
Expérience : de la cloche à vide.
A l’aide de l’expérience de la cloche à vide, nous
pouvons démontrer que le son ne peut se propager que
dans un milieu qui transporte des vibrations. En effet,
l’expérience montre que sous la cloche à vide, aucun
son ne se propage et donc l'onde sonore peut se propager
que dans un milieu déformable
(air, eau ...)
Figure 2 : expérience de la cloche à vide
Pour entendre un son, il faut donc un milieu qui transporte les sons, mais aussi une source de vibrations ainsi
qu’un récepteur (pour qu’il reçoive les sons).
Le son est une onde mécanique (progressive) qui ne peut se propager que dans un milieu matériel :
• Sous une excitation mécanique, les molécules du milieu reçoivent une impulsion qui les met en mouvement
dans une certaine direction. Elles rencontrent d’autres molécules qu’elles poussent devant elles en formant
ainsi une zone de compression.
• A la compression, succède une détente tandis qu’une nouvelle zone de compression se forme plus loin; il
s’établit alors une série d’oscillations qui se propage de proche en proche.
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•
•
La source émettrice transmet son mouvement d’avant en arrière aux particules d’air les plus proches,
celles-ci, à leur tour, les transmettent à leurs voisines, et ainsi de suite. Il y a donc un ensemble d’ondes
longitudinales.
Le son est constitué de petit changement de la pression de l’air. Le son lui-même ne bouge pas; il transfère
à son tour transfère le son.
Figure 3 : représentation de la propagation du son par succession de compression-dilataion des couches
d’air de la source (Diapason) au récepteur (Oreille)
Expérience : mesure de la célérité.
La vitesse de propagation du son (ou célérité du son) diffère selon les milieux (plus rapide dans les solides que dans les
liquides), la température et la pression.
Afin de déterminer au mieux la célérité du son dans l’air, on réalise le montage suivant :
•
•
Aligner 2 microphone séparés d’une distance d=1.500m et reliés à un dispositif d’expérimentation
assisté par ordinateur permettant d’acquérir et de visualiser les signaux (tensions) générés par les
microphones en fonction du temps.
Taper deux planches en bois l’une contre l’autre pour qu’un son bref soit produit.
│EA1
│EA2
Figure 4 : dispositif expérimental pour mesurer la célérité du son
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A l’aide du logiciel Latis-Pro, on a enregistré les deux tensions aux entrées EA1 et EA2 la réception du son à
chaque microphone. On mesure un décalage est égal au temps de parcours τ du son entre les deux
microphones.
d
On peut mesurer la célérité de l’onde par la formule v=
τ
On mesure τ = 4,323 ms, d’où une valeur expérimentale de la célérité du son à température θ = 27,5°C :
vexp = 1,50/(4,323 \ 10-3) = 347 m.s-1.
Figure 5: Enregistrement des signaux de chaque microphone
Le son se caractérise par une hauteur (fréquence), une intensité (décibel) et un timbre (ou sonagramme). Nous
allons désormais étudier ses différentes notions.
HAUTEUR :
La fréquence est directement associée à la hauteur du son (elle détermine la hauteur entendue). En effet, la
hauteur détermine si le son est aigu ou grave (plus l’objet vibre rapidement, plus le son sera aigu ; à l’inverse
plus la fréquence est faible, plus le son sera grave). Dans notre cas, l’oreille humaine est sensible à des sons
compris entre 20Hz et 20000 Hz, c’est ce qu’on appelle le spectre audible de l’homme.
INTENSITE :
L’intensité se mesure en Watt par mètre carré. Dans la pratique on mesure préférentiellement le niveau
d'intensité acoustique qui est une échelle logarithmique exprimée en décibels (de symbole dB). Cette échelle
s’étend de 0dB (seuil de détection de l’oreille humaine qui est égale à 10-12 W/m2) à 130 dB. Cependant le
danger au niveau de l’oreille humaine débute à partir de 85 dB. De plus l’oreille humaine tolère mieux les sons
graves que les sons aigus.
LE TIMBRE:
Le timbre est l’une des caractéristiques du son au niveau acoustique. Cette notion est assez complexe
puisqu’elle permet de différencier deux types de sons de même hauteur, de même intensité et de même durée.
Elle permet également à une personne de reconnaître grâce à leur timbre de voix des personnes qui leurs sont
familières.
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B. Perception du son : L’oreille :
L’oreille est composée de trois parties : l’oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne. De l’oreille
au cerveau, un système transforme l’onde sonore en influx nerveux : le système auditif.
Figure 6 : schéma de l’oreille
o L’oreille externe (1) Elle comprend le pavillon de l’oreille. Celui-ci permet la transmission aérienne du
son. Il capte et concentre les ondes sonores en amortissant la brutalité du passage de l’air libre à l’air enclos
transmis au canal auditif. Le canal auditif fait transiter les ondes sonores jusqu'à la membrane du tympan
qui convertit les sons en vibrations. L’oreille externe a aussi un rôle de protection et de résonance.
o L’oreille moyenne (2) est une cavité osseuse qui communique avec l’extérieur dans les fausses nasales par
un long canal, la trompe d’Eustache. Le rôle de cette trompe est essentiel, elle permet par son ouverture,
l’introduction d’air dans la caisse du tympan afin d’équilibrer les pressions de part et d’autre de la membrane du tympan. Celle ci vibre sous l’effet des ondes et fait ainsi vibrer la chaine des osselets. Cette chaîne
est constituée de trois petits os reliés entre eux. Il y a tout d’abord le marteau, puis l’enclume et enfin
l’étrier.La caisse du tympan assure la transmission des sons du milieu aérien provenant de l’oreille externe vers le milieu liquidien de l’oreille interne à l’aide de la fenêtre ovale.
o L’oreille interne (3) a une anatomie complexe. Elle se compose de deux parties : la cochlée et d’un système
vestibulaire.
La cochlée est un tube, comparable à un colimaçon ou à une coquille d’escargot, enroulé sur lui-même près
d'un axe creux qui contient le nerf auditif. Elle contient des fluides et des cellules très sensibles, appelées
cellules ciliées. Ces cellules en forme de cils bougent avec les vibrations sonores transmises par l’étrier. La
stimulation de ces cils génère des signaux électriques transmis au nerf auditif (4) . Les cellules ciliées placées à
l’entrée de la cochlée sont sensibles aux aigues et envoient donc l’information portant sur les fréquences
aigues. Celles placées au sommet de la cochlée sont sensibles aux graves et envoient donc l’information
portant sur les fréquences graves.
Le système vestibulaire n’exerce quant à lui aucun rôle dans l’audition mais il contient néanmoins des cellules
qui contrôlent l’équilibre. A partir des informations reçues, le cerveau (4) nous donne la sensation d’entendre
puis, progressivement, identifie les bruits et la parole, à conditions d’avoir appris à les connaître.
L’audition utilise plusieurs voix (primaires et secondaires) pour décoder le message électrique envoyé par la
cochlée.
Le message passe tout d’abord par le nerf cochléaire puis passe par différents neurones qui le décodent et
l’interprète succinctement puis il est envoyé au thalamus puis enfin au cortex auditif
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II. La physique et la technologie au service des
malentendants
A. Les différents dispositifs d’amélioration de l’audition : prothèses et implants.
Les évolutions techniques ont permis au médecin d’utiliser de nouvelles techniques pour soigner le plus
possible les patients. Dans le cas des problèmes auditifs, plusieurs appareils auditifs sont mis à la disposition
des médecins, il s’agit des prothèses auditives et des implants auditifs. Ces deux appareils électroniques ont la
même fonction mais restent différents :
•
La prothèse auditive est un appareil électronique qui a pour but d’améliorer l’audition. Ce dispositif permet
d’amplifier les sons et s’adapte en fonction des besoins auditifs, c'est-à-dire aux capacités individuelles de
perception. De plus, certaines personnes le tolèrent plus que d’autre. Il existe plusieurs types d’appareil auditif : appareil auditif à contour d’oreille (derrière le pavillon de l’oreille), intra-auriculaire (située dans le
conduit auditif externe) ou programmable (c’est-à-dire que l’appareil est constitué de circuit numérique
commandé par ordinateur).
•
L’implant auditif est un appareil auditif composé de deux parties, une partie visible et l’autre ancrée dans la
peau. La partie externe code les sons et envoie un signal à la partie implantée sous la peau et reliée à des
électrodes. Ce type d’appareil est définitif mais il peut s’adapter plus facilement à une personne plutôt qu’à
une autre. Il existe plusieurs types d’implants auditifs, parmi eux nous pouvons citer l’implant à ancrage
osseux, l’implant de l’oreille moyenne ou encore l’implant cochléaire (cet implant est le plus utilisés pour
la surdité sévère).
Dans notre étude, nous privilégierons l’implant auditif utilisé pour une surdité de l'oreille moyenne, plus
précisément le vibrant Soundbridge.
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B. Le vibrant Soundbridge
Pourquoi ? Le vibrant Sound bridge est une solution alternative aux aides auditives, il a été développé
par Geoffrey Ball lui-même atteint de surdité. Disponible depuis 1996, le vibrant Sound bridge est l’implant
d’oreille moyenne qui a rencontré le plus de succès sur le marché.
Le Vibrant Soundbridge est un système d’implant d’oreille moyenne unique. Il ouvre de nouvelles voies pour
retrouver l’audition et offre une alternative innovante et sûre aux aides auditives conventionnelles. Au lieu
d’amplifier les sons comme une aide auditive, le Vibrant Soundbridge convertit les sons en vibrations
mécaniques. Cette énergie mécanique est utilisée pour stimuler directement les structures de l’oreille moyenne
pour une perception exceptionnelle des fréquences aiguës. Le conduit auditif reste complètement libre.
Sa technologie de stimulation directe permet de traiter les patients atteints de surdité de transmission,
neurosensorielle légère (ou moyenne) à sévère, mais aussi de surdité mixte.
Pour qui ?
En effet, tout état de l’oreille externe ou moyenne qui empêche l’oreille de transmettre les sons de manière
appropriée à la cochlée est appelée perte auditive de transmission. Elle se manifeste par une obstruction ou une
malformation de l’oreille moyenne qui empêche la chaîne des osselets de vibrer correctement.
La perte auditive neurosensorielle dite de perception est causée par des cellules ciliées endommagées ou
manquant dans la cochlée. La perte auditive causée par le vieillissement (la presbyacousie) est généralement
une surdité de perception. Elle se manifeste par la cochlée qui ne fonctionne pas correctement et qui ne peut
plus transformer les sons en signaux électriques nerveux.
La perte auditive mixte est la combinaison d’une perte auditive de transmission et de perception.
Comment ?
La prothèse Vibrant Soundbridge (VSB) est une prothèse à transduction électromagnétique semi-implantable,
composée d’une unité externe appelée « Audioprocessor » et d’une unité interne (implantable) appelée VORP
(Vibrating Ossicular Prothese)
Figure 7 : l’implant auditif vibrant Soundbridge
L' UNITE EXTERNE
L' UNITE INTERNE
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Figure 8 : principe de transmission
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C. Le fonctionnement du vibrant Soundbridge
Dans cette partie nous nous sommes intéressées à l’étude de chaque partie de l’implant vibrant Soundbridge.
Quatre processus physiques sont mis en jeu ( la Filtration, la conversion analogique/numérique, la
modulation/démodulation et l’induction électromagnétique) : c’est une succession de chaine de transmission de
l’information (figure 9 ):
Figure 9 :
LE DESTINATAIRE
Figure 10 : schéma de l’oreille avec l’implant auditif
Le son est la source de l’information. Le processeur vocal
code en signaux numériques.
est l’émetteur qui reçoit les sons, les analyse, les
Le canal de transmission est la peau. L’antenne émet une onde électromagnétique qui traverse la peau, il
s’agit d’une transmission libre. La partie interne
de l’implant est le récepteur qui ensuite véhicule les
signaux électriques jusqu’à la cochlée qui est le destinataire. La transmission est alors guidée par câble.
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1. L’unité externe (1)
L’unité externe qui contient le microphone, la pile, l’aimant, le processeur et le système de transmission de
l’unité externe à l’unité interne, dérive de la technologie des prothèses auditives conventionnelles. Elle se
présente sous la forme d’un boîtier de carbone de 28mm de diamètre, 10mm d’épaisseur et pèse 7,6 grammes.
Elle est maintenue en place dans la région mastoïdienne, en regard du récepteur interne par un aimant.
a) Le microphone :
Le microphone est un microphone omnidirectionnel.
b) La pile :
La pile est une pile Zinc-Air standard de 1,5 V ayant une durée de vie d’une semaine.
c) L’aimant :
Le boîtier contient un aimant qui permet le maintien de l’unité externe en regard de l’antenne de l’unité interne.
Il existe trois aimants de force différente
d) Le processeur :
Le processeur est une puce numérique identique à celle utilisée dans les aides auditives conventionnelles : il
s’agit de la puce qui comporte :
- un convertisseur analogique-numérique qui converti le signal analogique provenant du microphone en un
signal numérique ;
- huit filtres à largeur programmable, permettant de définir un gain différent sur huit bandes fréquentielles
différentes de largeur variable, en fonction de la perte auditive du patient ;
- quatre canaux de compression à largeur et mode de compression programmable, permettant d’adapter la
compression au champ dynamique du patient ;
- un convertisseur numérique-analogique qui converti le signal numérique traité par le processeur, en un signal
analogique ;
- un modulateur, (voir expérience) non présent dans les aides auditives conventionnelles, qui insère le signal
analogique traité au sein d’une onde porteuse de très haute fréquence, permettant la transmission à l’unité
interne par voie transcutanée.
e) Le système de transmission :
Le système de transmission est une bobine d’induction électromagnétique qui permet le passage transcutané
de l’onde porteuse de haute fréquence contenant le signal analogique traité et amplifié.
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C.1 Le Convertisseur Analogique- (CAN)
Le CAN numérise les signaux analogiques en provenance du microphone.
Ces conversion est nécessaire puisqu’il est plus pratique de filtrer un signal numérique qu’analogique.
Figure 11 : signal analogique et signal numérique
Cependant cette conversion peut entrainer entraîne une dégradation car le signal est codé avec un
nombre de valeurs restreint, par exemple s’il est codé avec une résolution de 8 bits la tension ne peut prendre
que 28 valeurs.
Par ailleurs la période d’échantillonnage Te joue aussi un rôle sur la qualité de la conversion.
L’implant doit conserver la hauteur et le timbre des sons.
Pour améliorer la qualité de l’information transmise on peut améliorer les caractéristiques du processeur vocal
en augmentant sa résolution (le nombre de bits) et aussi en diminuant sa période d’échantillonnage Te.
Tension
Temps
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C.2 Le système des filtres
Nous l’avons dit le processeur externe comporte Huit filtres.
Le rôle d’un filtre est de supprimer ou d’atténuer fortement le signal pour ne laisser passer que certaines
fréquences ou au contraire laisser passer l’intégralité du signal. Les filtres sont des éléments essentiels de
l’implant Vibrant Soundbridge puisqu’ils permettent de laisser passer qu’une partie des fréquences pour que
la personne implanté puisse entendre les sons extérieurs sans être assourdi par les bruits parasites. Le filtre est
donc capable de trier les composantes du signal en fonction de leur fréquence.
On utilise l’expression filtre passif, lorsque dans un montage filtre, US < UE. On utilise l’expression
filtre actif, lorsque dans un montage filtre, US peut être > UE, c’est le cas en utilisant des AOP.
Etude du montage suivant (qui est « encore » un pont diviseur de tension)
a. Filtre passe-bas:
A=
Lorsque
1
√2
on montre que la
pulsation de coupure (ou fréquence f0
coupure) à -3dB est égale à
ω 0=2πf 2 =
1
RC
Tous les signaux de pulsations ici inférieures à
ω 0=
1
RC
Figure 13 a) : circuit d’un filtre passif passe bas et sa
courbe de réponse
sont donc filtrées.
On parle d’un filtre passe bas. (Voir expérience)
b. Filtre passe-haut :
On montre que la fréquence f0 de coupure à
-3dB
est
égale
1
2π RC
à
( pulsation de coupure
ω 0=
1
RC
)
Figure 13 b) : circuit d’un filtre passif passe haut et sa
courbe de réponse
Tous les signaux de pulsations ici supérieures à
ω 0=
1
RC
sont donc selectionnés. On parle d’un filtre passe haut
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Dans la chaine de transmission de l’information par la partie externe de l’implant, on trouve un convertisseur
numérique analogique (CNA). Le CNA convertit le signal numérique, traité par le filtre, en signal analogique
puisqu’il faut transmettre un signal analogique à la partie interne à l’aide du modulateur.
C.3 Le modulateur
Dans cette partie qui suit, nous tentons d’expliquer le principe du modulateur. Le modulateur permet de
transmettre le signal analogique de la partie externe à la partie interne. En effet, le modulateur insère le signal
traité au sein d’une porteuse de très haute fréquence, permettant la transmission par voie transcutanée.
Dans cette expérience que nous présentons ici nous nous limitons à la modulation d’amplitude qui est la plus
utilisée pour la transmission des ondes sonores
LA Modulation d’amplitude :
Principe :
L’information à transmettre est contenue dans un signal électrique uS(t) de basse fréquence.
transporter, on utilise une « onde porteuse » de haute fréquence.
Pour le
L’amplitude de l’onde porteuse est modulée par le signal électrique de basse fréquence.Ceci est effectué par un
modulateur
Manipulation : Simulation de la modulation d’amplitude :
Pour simuler la modulation d’amplitude, nous avons pris deux GBF : GBF1 qui délivre signal
électrique ( qui représente l’information à transmettre : un son par exemple de basse
fréquence ( signal dit modulant) Pour obtenir une bonne modulation d’amplitude, il faut
préalablement ajouter une composante continue U0 au signal us(t) à transmettre.
On branche ce GBF à l'entrée X1 du multiplieur : us(t) : fS = 440 kHz et Usmax = 2 V et on le
visualise à l’Entrée EAO de la centrale d’acquisition SYSAM ou un oscilloscope, en
position DC ).
On ajoute ensuite la tension (continue (de « décalage ») U0 = 3 V à l’aide du bouton d’offset du GBF1
On branche le second GBF2 ( qui simule la porteuse = signal de haute fréquence) ensuite à
l'entrée Y1 du multiplieur la tension sinusoïdale up(t) délivrée par le GBF2 : FP = 10 kHz et UPmax
= 4 V.
Le multiplieur va multiplier la tension [us (t) + U0] connectée en X1 à la tension up(t) connectée en Y1 .
Ainsi la tension modulée um(t) à la sortie du multiplieur est : um(t) = 0,1 x[ us(t) + U0 ]x up(t)
um(t) peut s’écrire sous la forme : um(t) = [a .us(t) + b].cos (2πfp t).
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On branche ensuite la sortie du multiplieur à l’entrée EA1 : on visualise ainsi la porteuse modulée
um(t):
Entrée
EA0
carte
SYSAM
Figure 14 : dispositif multiplieur
GBF1
Entrée
EA1 carte
SYSAM
GBF2
oscillo
On lance l’acquisition à l’aide du logiciel LatisPro
Figure 15 : signal modulant et signal porteur Le signal représentant l’information à transmettre,
est donc porté par la porteuse : le signal analogique de basse fréquence enveloppe le signal de
haute fréquence.
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2. L’unité interne :
L’unité implantable, appelée VORP, est constituée d’une antenne réceptrice centrée par un aimant, d’un
démodulateur, d’une liaison conductrice et du vibrateur FMT (schéma ).
a) L’antenne réceptrice :Cette antenne réceptrice est sous la peau du cuir chevelu de la région
mastoïdienne. Elle est centrée par un aimant permettant la fixation de l’unité externe en regard. Il s’agit
d’une bobine qui capte le signal (champ magnétique) provenant de l’unité externe par transmission
électromagnétique transcutanée (récepteur télémétrique).
Cette transmission repose sur la loi physique (voir expériences ci-après ) du courant induit par un
champ magnétique variable (flux d’induction):
C.4 Le démodulateur (voir expérience précédente )
La partie implantée comporte un système de transmission qui est une bobine d’induction
électromagnétique (nous reviendrons dans la partie suivante pour mieux appréhender le principe) .
Cette bobine permet le passage transcutané de l’onde porteuse de haute fréquence contenant le signal
analogique. Elle comporte également un système de démodulation qui consiste à récupérer le signal
informatif modulant qui est contenu dans la partie supérieure (ou inférieure) de l’enveloppe de la
porteuse modulé en amplitude
On reçoit le signal um(t)
On veut récupérer le signal us(t)
Porteuse démodulée = signal
modulant
u (t) = U
.cos 2πf t
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C.5 L’Induction électromagnétique
L’antenne réceptrice se situe sous la peau, elle est centrée par un aimant qui permet la fixation de l’unité
externe. Il s’agit d’une bobine qui capte le signal (champ magnétique) provenant de l’unité externe par
transmission électromagnétique transcutanée. Cette transmission repose sur la loi physique du courant induit
par un champ magnétique variable que nous proposons de développer dans cette partie en réalisant une série
d’expérience.
Expérience D’OERSTED
On sait depuis l’expérience du physicien danois Hans Christian Oersted qu’un conducteur parcouru par un
courant se comporte comme un aimant. Il crée dans l’espace environnant un champ magnétique.
L’intensité du champ est proportionnelle à l’intensité du courant qui traverse le conducteur.
B = KI
B en tesla (T) I en Ampère (A) k dépend de la forme géométrique du circuit.
Polarité d’une bobine parcourue par un courant – règle de la main droite
Placer votre main droite sur la bobine pour l’entourer dans le sens de circulation du courant. Votre pouce vous
indiquera la face Nord de la bobine.
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Expérience : la loi de Faraday
Un courant éphémère, appelé courant induit, est obtenu en déplaçant un aimant à l’intérieur d’une bobine.
Observation :
Si on approche l'aimant vers la bobine, l'aiguille du voltmètre dévie dans un sens.
Si on approche l'aimant vers la bobine plus rapidement, l'aiguille du voltmètre dévie dans le même sens et
de façon de plus importante.
Dès que le mouvement de l'aimant s'arrête, le voltmètre affiche 0.
Si on éloigne l'aimant de la bobine, l'aiguille du voltmètre dévie dans l'autre sens.
Interprétation :
Lorsque l'aimant est en mouvement, on observe une tension aux bornes de la bobine : la bobine se
comporte comme un générateur.
Si le mouvement de l'aimant cesse, la tension aux bornes de la bobine est nulle : la tension aux bornes de la
bobine existe s'il y a une variation de mouvement.
Lorsque l'aimant se déplace, la bobine embrasse un flux magnétique qui varie suivant la position de
l'aimant : la bobine est soumise à un flux variable.
Plus l'aimant se déplace rapidement, plus la tension aux bornes de la bobine est important.
Loi de Faraday :
Pour tout circuit soumis à une variation de flux
magnétique, il se crée à ses bornes une f.é.m. induite
(phénomène de l'induction électromagnétique) qui est
proportionnelle à la variation du flux. Le circuit qui est
soumis aux variations de flux est appelé induit, dans notre
cas il s’agit de la bobine. Le circuit qui crée le flux
magnétique variable est appelé inducteur, dans notre cas
Figure 20 mise en évidence de l’induction magnétique :
Création d’une force électromotrice induite
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il s’agit de l’aimant.
La f.é.m. induite qui a pour expression :
e(t)= f.e.m en volt (V)
dt : en seconde (s)
e(t )=
dΦ
di
= L.
dt
dt
dΦ
avec
: flux élémentaire en weber (Wb) ;
Φ=B . S
( intensité du champ magnétique B inducteur
(Tesla)
S la surface (m²) induite (de la face de la bobine)
Sachant que B= K. i ; i= intensité du courant induit (A)
L=inductance de la bobine ( Henry : H)
Conclusion :
Toute variation du flux d’induction à travers un circuit fermé, la bobine de l’antenne réceptrice, s’accompagne
de la production dans le circuit d’un courant électrique, dit courant induit. De plus l’intensité et le sens du
courant induit sont à chaque instant proportionnel à la vitesse de la variation du flux d’induction à travers le
circuit. Ainsi la bobine réceptrice transforme, par induction, le signal électromagnétique en un signal électrique
en tout point identique à celui sortant du modulateur de l’unité externe.
c) Le fil conducteur :
Le fil conducteur assure le passage du signal électrique du démodulateur au transducteur (le FMT). Il est
composé de trois câbles fins en or, isolés par une enveloppe en silicone. A son extrémité proximale, cette
enveloppe en silicone est renforcée pour assurer la décharge des forces de traction sur la liaison avec le
démodulateur.
d) Le FMT :Le FMT est un transducteur électromagnétique qui transforme le signal électrique analogique en
stimulation mécanique vibratoire. On rappelle que les mouvements vibratoires du FMT sont asservis aux
variations d’intensité et de tension du signal électrique analogique traité et amplifié par l’unité externe.
Figure 21 photo du Transducteur électromagnétique FMT
de l’implant Soundbridge
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Conclusion :
L’implant vibrant Soundbridge est une solution auditive très performante. Le fonctionnement, le son,
l’apparence et la sensation est différente. En effet, l’implant convertit les sons en vibrations mécaniques. Cette
énergie mécanique stimule les structures de l’oreille moyenne (chaîne des osselets). Le conduit auditif reste
donc libre. Avec une stimulation directe, le Vibrant Soundbridge offre une meilleure qualité d’écoute au
patient appareillé. La transmission d’une bonne amplification des sons améliore l’appréciation de l’écoute. De
plus, l’implant s’avère être design et beaucoup plus confortable. Il traite les moindres bruits parasites (bruit du
vent détecté et réduit, le bruit d’un journal est diminué. Tout ceci est possible grâce à l’Amadé).
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REMERCIEMENTS
Nous voulons remercier
• tout d’abord nos familles pour leur soutien aussi bien moral que physique.
• L’équipe enseignante composée de M. Noureddine MESBAHI professeur de Physique , nos
professeurs de SVT encadrant de TPE
• Mme Corine Linares La préparatrice de Physique-Chimie du lycée Condorcet.
• M. DUFFAIT, professeur à la retraite Université Claude Bernard Lyon.
• Mme Kreiss audioprothésiste, spécialisée dans les implants auditifs, qui nous a ouvert ses portes
malgré sa charge de travail et nous a bien accueilli dans son cabinet en nous présentant un de ses
patients porteur d'implant auditif.
Nous remercions La société MED EL fabricant des implants auditifs et principalement M. SELDRAN
ingénieur consultant qui nous reçu dans son bureau et nous a prêté un prototype d'implant Vibrant
Soundbridge.
Enfin, nous remercions également la municipalité de la Ville de Saint-Priest pour son soutien
financier
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BIBLIOGRAPHIE- WEB
A Compléter

Memoire Implant auditif Soundbridge(VF6

Transcription

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