Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2020
Langue
Français
Résumé
Au Québec, environ 360 000 travailleurs sont exposés quotidiennement à des niveaux de bruit susceptibles d’engendrer des problèmes d’audition. Les protecteurs auditifs individuels sont souvent utilisés pour pallier ce problème. Cependant, l’inconfort lié à l'utilisation de ces protecteurs limite la durée du port et donc l'efficacité de la protection. Le développement d'outils de conception acoustique minimisant les sources d’inconforts auditifs et physiques de ces protecteurs tout en assurant une atténuation adéquate constitue le contexte de cette recherche.
La présente étude se concentre sur deux indicateurs du confort associés au port des bouchons d’oreille : l’atténuation et l’effet d’occlusion. L’atténuation quantifie la réduction du niveau de pression acoustique au tympan. Cet indicateur peut être source d’inconfort s’il est trop important (impossibilité de communiquer) ou trop faible (niveaux de bruit trop élevé). L’effet d’occlusion est caractérisé par une augmentation du niveau de pression acoustique au tympan en basses fréquences résultant de la vibration des parois du conduit auditif créée par les sources internes au corps humain ou par conduction osseuse externe. Ces deux indicateurs de confort dépendent de nombreux facteurs (matériau des bouchons, positionnement dans l’oreille, etc.) encore aujourd’hui peu pris en compte dans les dispositifs expérimentaux dédiés à leur étude. En effet, les oreilles artificielles actuelles utilisent un cylindre métallique à section constante représentant le conduit auditif, recouvert d’une couche de silicone imitant la peau et terminé par un coupleur acoustique simulant l’impédance tympanique. Ce coupleur limite l’étude de l’atténuation puisque, de par sa conception, il restreint la profondeur d’insertion des bouchons. L’absence d’os temporal et de cartilage environnant le conduit ainsi que la simplification de sa géométrie dans ces oreilles artificielles limitent considérablement l’étude de l’effet d’occlusion. En résumé, ces oreilles artificielles sont peu adaptées à la mesure de l’atténuation de bouchons et ne permettent pas la mesure objective de l’effet d’occlusion.
L’objectif de cette étude est de proposer des points méthodologiques pour la conception d’oreilles artificielles adaptées à ces mesures. La première originalité de cette étude est de reconstruire des modèles d’oreilles numériques 3D à partir d’images par résonnance magnétique (IRM) individuelles obtenues in vivo. La seconde originalité est le développement d’oreilles artificielles basées sur ces modèles géométriques et adaptées à l’étude du confort des bouchons grâce à la prise en compte de la géométrie et des tissus environnant le conduit auditif. Les propriétés mécaniques des oreilles artificielles sont ajustées lors de l’étape de fabrication pour simuler au mieux des tissus humains comme l’os, le cartilage ou les tissus mous. Une méthode d’estimation des champs de déplacement des parois du conduit auditif dus à l’insertion de bouchons d’oreilles est proposée et validée pour l’oreille artificielle et pour le cas d’un sujet. L’utilisation de cette méthode doit permettre la validation de matériaux synthétiques pour simuler le comportement mécanique de tissus humains.
Enfin, des mesures d’atténuation et d’effet d’occlusion sont réalisées et comparées à des simulations numériques. À long terme, les outils développés dans cette étude permettront de contribuer à améliorer l’efficacité des protecteurs réduisant ainsi les risques de surdité des travailleurs.
Abstract
In Québec, approximately 360,000 workers are exposed daily to noise levels that can lead to hearing problems. Hearing protection devices (HPDs) are often used to mitigate this problem. However, the discomfort associated with their use limits how long they are worn and thus the effectiveness of the protection they provide. This research is being conducted in the context of developing acoustic design tools that minimize the sources of auditory and physical discomfort of these protectors while ensuring adequate attenuation.
The study focuses on two comfort indicators associated with wearing earplugs: attenuation and the occlusion effect. Attenuation quantifies the reduction in sound pressure levels on the eardrum. This indicator may be a source of discomfort if it is to high (making it impossible to communicate) or too low (excessive noise level). The occlusion effect is characterized by an increase in low frequency sound pressure levels at the eardrum, resulting from vibration of the earcanal walls created by sources internal to the human body or by external bone conduction. These two comfort indicators are dependent on numerous factors (such as the material that the earplugs are made of, positioning in the ear) which are still rarely taken into account in the experimental devices designed to study them. Today’s artificial ears use a cylindrical earcanal of constant circular cross-section, covered with a layer of silicone to imitate skin and ending in an acoustic coupler that simulates eardrum impedance. This coupler limits the study of attenuation because of its design, which restricts how deeply the earplugs can be inserted. The absence of temporal bone and cartilage surrounding the canal and the simplification of its geometry in these artificial ears considerably limits the study of the occlusion effect. In short, these artificial ears are poorly suited to measuring the attenuation of earplugs and do not enable objective measurement of the occlusion effect.
The objective of this study is to recommend methodological guidelines for the design of artificial ears adapted to these measures. The primary novel aspect of this study lies in reconstructing 3-D digital ear models using individual magnetic resonance images (MRI) obtained in vivo. The second novel aspect is the development of artificial ears based on these geometric models and adapted to the earplug comfort study by taking into account the geometry and tissues surrounding the earcanal. The mechanical properties of artificial ears were adjusted during the manufacturing stage to better simulate human tissue, such as bone, cartilage and soft tissue. A method to estimate the displacement field of the earcanal walls resulting from inserting the earplugs has been proposed and validated for the artificial ear and for the case of a human subject. Use of this method should make it possible to validate synthetic materials that simulate the mechanical behaviour of human tissues.
Finally, attenuation and occlusion effect measurements were carried out and compared to digital simulations. In the long-term, the tools developed in this study will make it possible to improve hearing protector effectiveness, thus reducing the risk of occupational hearing loss.
ISBN
9782897971304
Mots-clés
Protège-tympan, Earplug, Évaluation du confort, Comfort assessment, Impression 3D, 3D printing, Oreille, Ear, Physiologie de l'ouïe, Physiology of hearing, Conception du matériel, Design of equipment, Méthodologie, Methodology, Évaluation du matériel, Evaluation of equipment, Matériel de simulation, Simulation facility, Atténuation du bruit, Sound attenuation, Critère de confort, Comfort criteria, Préservation de l'ouïe, Hearing conservation, Choix du matériel, Choice of equipment, Description de procédé, Process description, Conception technique, Technical design
Numéro de projet IRSST
2016-0020
Numéro de publication IRSST
R-1106
Citation recommandée
Benacchio, S., Doutres, O., Wagnac, É. et Sgard, F. (2020). Conception d'oreilles artificielles réalistes dédiées à l'étude du confort acoustique et physique des protecteurs auditifs intra-auriculaires (Rapport n° R-1106). IRSST.