Study of the occlusion effect induced by an earplug : modelling and experimental validation

Malgre l’existence de limites d’exposition au bruit en milieu du travail, la perte d'audition professionnelle constitue un probleme important au Quebec et a l’echelle mondiale. Plusieurs approches existent pour proteger les travailleurs exposes a des niveaux sonores nocifs. La solution a court terme la plus souvent rencontree en pratique demeure l’utilisation de protecteurs individuels contre le bruit (PIB), tels que les bouchons d'oreilles et les protecteurs de type coquille. Les PIBs representent un moyen de protection efficace et ils se distinguent d’autres approches par leur cout economique faible et leur facilite d’utilisation. Neanmoins, a cause de problemes d’inconfort il arrive souvent que la duree de port recommandee pour limiter l’exposition au bruit n’est pas respecter par les travailleurs et qu’ils risquent par consequent de developper une perte d’audition professionnelle. L’inconfort associe au port des PIBs peut etre associe a deux grandes categories. L’inconfort « physique » regroupe, pour les PIBs de type bouchon d’oreille, par exemple une sensation de pression sur les parois du conduit et l’echauffement de l’oreille. L’inconfort « auditif » regroupe des phenomenes lies a la modification de la perception de sons et de la parole ainsi que des difficultes de communication. Une source d’inconfort « auditif » qui joue un role important est l’effet d’occlusion. L'effet d'occlusion apparait lors de l’insertion d’un bouchon d’oreille dans le canal auditif et decrit un phenomene d’amplification sonore en basses frequences par rapport au niveau habituel en oreille ouverte. Cette amplification sonore est perceptible par le porteur et mesurable par le niveau de pression dans le canal auditif (mesure objective) et la modification du seuil d’audition (mesure subjective). De plus, l'effet d'occlusion entraine une sensation desagreable qui resulte du fait que la propre voix du porteur est deformee (elle est percue comme plus caverneuse) et que les bruits physiologiques (tels que la respiration et la circulation sanguine) sont egalement amplifies par le port des bouchons. La reduction de l'effet d'occlusion contribuerait a augmenter le confort auditif des PIBs et donc aiderait a prevenir la surdite professionnelle. Afin de contribuer a resoudre les problematiques presentement associees au port des PIBs, l’institut de recherche Robert-Sauve en sante et en securite du travail (IRSST) et l'Ecole de technologie superieure (ETS) ont mis en place un projet conjoint de recherche scientifique visant a mieux comprendre le fonctionnement des PIBs dans un but d’une meilleure conception acoustique. La presente etude fait partie de cette collaboration et a pour but d’etudier l'effet d'occlusion induit par un bouchon d'oreille insere dans le canal auditif grâce au developpement de nouveaux modeles numeriques predictifs et de methodes experimentales. Deux modeles couples elasto-acoustiques lineaires a geometrie complexe et a geometrie simplifiee (axisymetrique) sont presentes pour simuler l’effet d’occlusion induit par un bouchon d’oreille dans le cadre d’une excitation par voix osseuse. Le premier modele 3D a geometrie complexe est utilise pour simuler l’effet d’occlusion d’un bouchon d’oreille a plusieurs profondeurs d’insertions. Des bilans de puissances sont utilises pour etudier la circulation d’energie dans l’oreille occluse a faible, moyenne et profonde insertion pour mieux comprendre comment contribuent la surface interieure du bouchon ainsi que les parois non-occlues a l’effet d’occlusion. Les effets d’occlusions numeriques obtenus a partir du modele sont valides a l’aide de mesures experimentales disponible dans la litterature. Le modele numerique 3D est utilise pour etudier les modeles qualitatifs de l’effet d’occlusion a l’aide de bilans de puissances. Le deuxieme modele a geometrie axisymetrique est utilise pour etudier les fonctions de transferts (oreille ouverte et occluse) ainsi que l’effet d’occlusion dans trois conditions d’excitation differentes. Tout d’abord une excitation purement par voie osseuse est consideree. Ensuite un bruit aerien est ajoute de maniere incoherente a la stimulation par voie osseuse pour etudier l’effet d’une excitation mixte. Cette excitation mixte est ensuite etudiee dans le cas (i) d’une occlusion parfaitement etanche et (ii) sous presence de petites fuites acoustiques dans les modeles geometriques du bouchon. Chaque type d’excitation est considere pour quatre configurations de conditions aux limites et d’excitation. Toutes les simulations numeriques sont comparees a des mesures experimentales. Le modele axisymetrique est utilise pour simuler l'effet d'occlusion pour etudier le role que joue le type du bouchon par rapport a l'effet de l'occlusion. Ce travail est realise en trois temps. Dans un premier temps le modele numerique est valide a l’aide de mesures experimentales faites sur deux groupes independant de sujets humains, chaque groupe etant equipe d’un bouchon different. Dans un deuxieme temps le modele axisymetrique est valide a l’aide de deux modeles electriques equivalents de l’effet d’occlusion issus de la litterature. Dans un troisieme temps des calculs de bilans de puissances sont effectues pour mieux comprendre comment l’energie circule dans le systeme dependamment du type de bouchon utilise. Ces calculs sont effectues dans le canal occlus ainsi que dans les bouchons en contact avec les parois du canal a une moyenne et une tres faible profondeurs d’insertions. Le prototype d'un nouveau dispositif experimental d’une oreille externe artificielle est propose pour mesurer l’effet d’occlusion de maniere objective et standardise. Des resultats experimentaux issus de ce prototype sont presentes pour demontrer la fonctionnalite du dispositif dans le but de mesurer l'effet d'occlusion d'un bouchon d'oreille. Premierement la mise oeuvre d’une oreille externe artificielle axisymetrique est presentee. Deuxiemement, le dispositif experimental est utilise pour etudier la contribution des differents chemins de transmission sonore. Troisiemement l’effet d’occlusion d’un bouchon en mousse a moyenne profondeur d’insertion est mesure a l’aide du dispositif experimental. La mesure de l’effet d’occlusion est repetee a plusieurs niveaux d’excitation mecanique pour etudier la linearite du systeme.