On the use of mobile phones and wearable microphones for noise exposure measurements : calibration and measurement accuracy

Dumoulin, Romain (2014). On the use of mobile phones and wearable microphones for noise exposure measurements : calibration and measurement accuracy. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Despite the fact that noise-induced hearing loss remains the number one occupational disease in developed countries, individual noise exposure levels are still rarely known and infrequently tracked. Indeed, efforts to standardize noise exposure levels present disadvantages such as costly instrumentation and difficulties associated with on site implementation. Given their advanced technical capabilities and widespread daily usage, mobile phones could be used to measure noise levels and make noise monitoring more accessible. However, the use of mobile phones for measuring noise exposure is currently limited due to the lack of formal procédures for their calibration and challenges regarding the measurement procedure.

Our research investigated the calibration of mobile phone-based solutions for measuring noise exposure using a mobile phone’s built-in microphones and wearable external microphones. The proposed calibration approach integrated corrections that took into account microphone placement error. The corrections were of two types: frequency-dependent, using a digital filter and noise level-dependent, based on the difference between the C-weighted noise level minus A-weighted noise level of the noise measured by the phone. The electro-acoustical limitations and measurement calibration procedure of the mobile phone were investigated. The study also sought to quantify the effect of noise exposure characteristics on the accuracy of calibrated mobile phone measurements. Measurements were carried out in reverberant and semi-anechoic chambers with several mobiles phone units of the same model, two types of external devices (an earpiece and a headset with an in-line microphone) and an acoustical test fixture (ATF).

The proposed calibration approach significantly improved the accuracy of the noise level measurements in diffuse and free fields, with better results in the diffuse field and with ATF positions causing little or no acoustic shadowing. Several sources of errors and uncertainties were identified including the errors associated with the inter-unit-variability, the presence of signal saturation and the microphone placement relative to the source and the wearer.

The results of the investigations and validation measurements led to recommendations regarding the measurement procedure including the use of external microphones having lower sensitivity and provided the basis for a standardized and unique factory default calibration method intended for implementation in any mobile phone. A user-defined adjustment was proposed to minimize the errors associated with calibration and the acoustical field.

Mobile phones implementing the proposed laboratory calibration and used with external microphones showed great potential as noise exposure instruments. Combined with their potential as training and prevention tools, the expansion of their use could significantly help reduce the risks of noise-induced hearing loss.

Titre traduit

Vers l'utilisation de téléphones et microphones portables pour la mesure de l'exposition au bruit : étalonnage et exactitude de mesure

Résumé traduit

Alors que la perte de l’audition liée au bruit est la première cause de maladie professionnelle dans les pays développés, les niveaux individuels d’exposition au bruit restent souvent inconnus et rarement évalués. En effet, les campagnes d’exposition au bruit normalisées ont pour principal désavantage le coût de l’instrumentation et les difficultés liées à leur mise en oeuvre. Avec leurs capacités techniques avancées et leur omniprésence dans notre vie quotidienne, les téléphones portables représentent une opportunité de rendre la mesure d’exposition au bruit accessible. Cependant, l’utilisation des téléphones portables pour mesurer l’exposition au bruit reste limitée en raison de l’absence de procédures formelles pour leur étalonnage et les défis que représente la procédure de mesure.

Notre recherche a étudié l’étalonnage des téléphones portables pour mesurer de l’exposition au bruit avec le microphone intégré au téléphone et des microphones externes. La méthode d’étalonnage proposée intègre des corrections pour l’erreur associée au placement du microphone, et inclus deux types de corrections : dépendant de la fréquence avec un filtre numérique et dépendant du niveau de bruit basée sur la valeur du C-A (Niveau de bruit pondéré C moins niveau de bruit pondéré A). Les limites électro-acoustiques des téléphones portables et la procédure d’étalonnage ont été examinées. L’étude a également cherché à quantifier l’effet des caractéristiques de l’exposition au bruit sur l’exactitude des mesures avec des téléphones calibrés. Les mesures ont été effectuées dans des salles réverbérante et semi- anéchoïque avec plusieurs téléphones portables du même modèle, deux types de appareils externes (une oreillette et des écouteurs avec un microphone) et un mannequin acoustique.

La méthode d’étalonnage proposée a nettement amélioré l’exactitude des mesures de niveau de bruit en champs libre et en champs diffus, avec de meilleurs résultats en champs diffus et pour des positions de mannequin causant peu ou pas d’ombrage acoustique. Plusieurs sources d’erreurs et d’incertitudes ont été identifiées incluant les erreurs associées à la variabilité entre téléphones, à la saturation du signal, la position du microphone par rapport à la source et au porteur du microphone. Les mesures de validation ont mis en avant les limites de la méthode pour traiter la saturation du signal du microphone intégré au téléphone et amènent à plusieurs recommandations concernant les procédures de mesures incluant l’utilisation de microphones externes ayant une sensibilité appropriée.

Les résultats de l’étude fournissent les bases d’une méthode normalisée et unique d’étalonnage « d’usine » destinée à être mis en oeuvre dans n’importe quel téléphone portable. Un ajustage défini par l’utilisateur a été proposé pour réduire les erreurs associées à l’étalonnage et au champ acoustique.

Les téléphones portables utilisés avec des microphones externes et incluant l’étalonnage en laboratoire proposé ont montré un grand potentiel en tant qu’un instrument de mesure de l’exposition au bruit. Combiné avec leur potentiel en tant qu’outils de formation et de prévention, l’augmentation de leurs utilisations pourrait considérablement aider à réduire les risques de perte d’audition due au bruit.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree in mechanical engineering" Bibliographie : pages 229-234.
Mots-clés libres:	Bruit Mesure. Microphones Étalonnage. Téléphones cellulaires. Surdité. exposition au bruit, dosimètre de bruit, téléphone portable, mesure acoustique, niveau de bruit, microphone portable
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Voix, Jérémie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	09 juin 2014 14:22
Dernière modification:	10 déc. 2016 16:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1320

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