Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2011
Langue
Français
Résumé
Le projet « Étude de la transmission sonore à travers les protecteurs auditifs et application d'une méthode pour évaluer leur efficacité effective en milieu de travail » comptait principalement deux parties : i) une étude terrain portant sur la mesure de l'efficacité effective des protecteurs auditifs en milieu de travail; ii) une étude exploratoire visant à examiner le potentiel de la modélisation par éléments finis à traiter le problème de la transmission sonore à travers les protecteurs auditifs. Compte tenu de l'ampleur des travaux effectués et de la quantité d'information à présenter, un rapport formé de deux documents distincts est proposé. Ce document constitue la deuxième partie du rapport final de ce projet.
La réduction du bruit à la source est la solution à privilégier pour combattre les effets du bruit sur la santé et la sécurité des travailleurs en milieu de travail. Malgré tout, de par sa simplicité à mettre en oeuvre et de par son apparent faible coût, l'utilisation de protecteurs auditifs (serre-têtes ou bouchons) demeure très populaire. Il existe cependant des lacunes dans la compréhension de la transmission sonore à travers les protecteurs auditifs. Des réponses à ces questions via l'utilisation d'un modèle performant permettraient d'expliquer les observations expérimentales et de guider les développements techniques du dispositif de mesure de la performance des protecteurs proposé dans la partie 1 (position optimale des microphones utilisés dans le dispositif de mesure de la performance des protecteurs notamment des coquilles, meilleure compréhension des différentes fonctions de transfert entre les microphones et le tympan, influence de la directivité du champ acoustique incident sur l'atténuation des protecteurs). Un tel modèle pourrait également être utilisé dans une perspective d'amélioration de la conception acoustique des protecteurs auditifs.
Le présent rapport présente les résultats d'une étude exploratoire visant à examiner le potentiel de la modélisation numérique à traiter le problème de la transmission sonore à travers deux types de protecteur (bouchons et coquilles). Des modèles éléments finis d'un bouchon cylindrique bafflé inséré dans un conduit cylindrique rempli d'air muni d'une terminaison caractérisée par son impédance et de coquilles attachées à un baffle couplés au même conduit cylindrique ont été établis grâce au logiciel COMSOL Multiphysics. Le conduit cylindrique représente un conduit auditif simplifié terminé par le tympan. Un dispositif expérimental a été élaboré pour évaluer ces modèles. Il consiste en un simulateur d'oreille IEC 711 attaché à l'arrière d'une plaque métallique jouant le rôle de baffle acoustique et couplé à un bouchon moulé en silicone ou à des coquilles EARMUFF 1000 dans une chambre semi-anéchoïque. Le bouchon est excité par une onde acoustique alors que les coquilles sont excitées soit acoustiquement soit mécaniquement.
Les résultats du projet sont prometteurs. Dans le cas des bouchons, le modèle permet de bien représenter la physique du problème sur une grande partie de la gamme de fréquence avec des paramètres recalés à une température donnée. Les différences observées entre calcul et mesures sont probablement dues à des fuites acoustiques dans le montage expérimental. Dans le cas des coquilles, le modèle fournit les bonnes tendances pour les deux types d'excitation (acoustique e tmécanique) mais il existe des écarts entre la mesure et le calcul à la fois au niveau de l'amplitude et des positions fréquentielles des pics. Ces écarts peuvent s'expliquer par la mauvaise connaissance du champ excitateur, l'inadéquation du modèle vibroacoustique du coussin, des problèmes liés au montage expérimental. Ce travail révèle l'importance de bien caractériser chaque composant du système (les matériaux, l'impédance du coupleur, l'excitation), de choisir un modèle plus approprié du coussin de confort des coquilles, de bien contrôler les fuites au niveau du dispositif expérimental. Des pistes sont proposées pour améliorer la qualité du modèle.
Abstract
The project "Study of sound transmission through hearing protectors and application of a method for evaluating their effective efficiency in the workplace" had two parts: i) a field study to measure the effective attenuation of hearing protectors in the workplace, and ii) an exploratory study to examine the potential of finite element modeling to investigate the problem of sound transmission through hearing protectors. Considering the scope of the work carried out and the amount of information to be presented, a report consisting of two separate documents was proposed. This document is the second part of the final report for this project.
Noise reduction at source is the solution to be favoured in reducing the effects of noise on workers' health and safety in the workplace. However, due to the simplicity of their use and apparent low cost, hearing protectors (earmuffs or earplugs) remain very popular. However, there is inadequate understanding of sound transmission across hearing protectors. Answering these questions through the use of an efficient model would explain the experimental observations and guide the technical developments of the instrumentation set-up proposed in part 1 for measuring the protectors' performance (optimal position of the microphones used in the protector (mainly earmuffs) performance-measuring device, better understanding of the different transfer functions between the microphones and eardrum, effects of the directivity of the incident acoustic field on the attenuation of the protectors). Such a model could also be used to improve the acoustical design of hearing protectors.
This report presents the results of an exploratory study to examine the potential of numerical modeling for investigating the problem of sound transmission through two types of protectors (earplugs and earmuffs). Finite element models of a baffled cylindrical plug inserted in a cylindrical air-filled duct equipped with a termination characterized by its acoustic impedance and of earmuffs attached to a baffle coupled to the same cylindrical duct were established using COMSOL Multiphysics software. The cylindrical duct represents a simplified ear canal with an eardrum termination. An experimental device was developed to evaluate these models. It consists of an IEC 711 ear simulator attached at the rear of a metal plate playing the role of acoustical baffle and coupled to a moulded silicone plug or to EARMUFF 1000 earmuffs in a semi-anechoic chamber. The earplug is excited by a sound wave, while the earmuffs are excited either acoustically or mechanically.
The project's results are promising. In the case of earplugs, the model is a good representation of the physics of the problem over a large frequency range with parameters adjusted at a given temperature. The differences observed between calculation and measurement are probably due to acoustical leaks in the experimental setup. In the case of earmuffs, the model gives the good trends for the two types of excitation (acoustic and mechanical) but there are differences between measurement and calculation for both the amplitude and frequency positions of the peaks. These differences can be explained by a poor knowledge of the excitation field, the inadequacy of the cushion's vibroacoustic model, and problems related to the experimental setup. This work demonstrates the importance of properly characterizing each system component (materials, impedance of the coupler, excitation), of choosing a more appropriate model of comfort cushion for the earmuffs, and of properly controlling the leaks in the experimental device. Scenarios are proposed for improving the quality of the model.
ISBN
9782896315307
Mots-clés
Coquille antibruit, Earmuff, Protège-tympan, Earplug, Protection de l'ouïe, Hearing protection, Modèle, Model, Essai du matériel, Equipment testing, Évaluation du matériel, Evaluation of equipment, Évaluation des résultats, Evaluation of results, Québec
Numéro de projet IRSST
0099-4940
Numéro de publication IRSST
R-680
Citation recommandée
Sgard, F., Nélisse, H., Gaudreau, M.-A., Boutin, J., Voix, J. et Laville, F. (2011). Étude de la transmission sonore à travers les protecteurs auditifs et application d'une méthode pour évaluer leur efficacité effective en milieu de travail. Partie 2 : étude préliminaire d'une modélisation des protecteurs auditifs par éléments finis (Rapport n° R-680). IRSST.