Auditory research platform : twenty-four hour in-ear dosimetry

Mazur, Jakub (2016). Auditory research platform : twenty-four hour in-ear dosimetry. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Noise induced hearing loss (NIHL) is permanent and irreversible, yet completely preventable. It remains to be one of the most common health and safety diseases in the workplace and is an increasing concern in daily urban life and recreational activities, such as live music, bars & nightclubs, and even personal media players (PMPs). Conventional ‘personal’ noise dosimeters do not easily interface with PMPs, communication devices, and HPDs, nor are they meant for 24-hour use. Not only is it quite difficult to keep track of noise exposure accumulated over a 24-hour period; there are few guidelines to follow. Current legislation is designed for 8-hour work-shifts and based on a 16-hour recovery period in a ‘relative quite’ environment (<75 dB(A)). In an effort to increase hearing protection compliance in dangerously noisy environments two common issues are addressed: 24-hour tracking of effective individual noise exposure level, including communication or PMPs, and tracking proper fit of hearing protection devices (HPDs).

The objective of this thesis is assessing the feasibility of designing a device capable of monitoring comprehensive 24-hour in-ear noise dosimetry, while interfacing with personal music players (PMPs) or communication devices. This thesis also proposes a novel algorithm for 24-hour (personal/individual/in-ear) noise dosimetry including auditory recovery while providing an open-source framework of hardware and software tools to encourage further development in this area. A custom in-ear open-source hardware ‘Auditory Research Platform’ (ARP) and an open-source Matlab ‘Dosimetry Toolbox’ have been developed for this purpose. The ARP hardware is an embedded digital signal processing system contained within a palm-sized belt-pack ready to interface with PMP, communication devices, and custom HPDs, all controllable with an Android device. The Matlab Dosimetry Toolbox is compatible with a third party iOS application and is intended to facilitate the creation of a personal noise exposure database while visualizing the results.

This Master degree thesis discusses the development of the hardware and software while identifying instrumentation challenges and highlighting several key research questions related to the risk assessment of NIHL. Preliminary laboratory studies are presented and the real-life usability of such a platform is discussed. The results of this work can be used to enable further studies revisiting damage risk criteria and further research into the underlying mechanisms of NIHL such as: recovery rate, effective silence, own voice contribution, and ultimately individual susceptibility.

Résumé traduit

La perte auditive induite par le bruit, est une lésion permanente et irréversible. Bien qu’elle soit évitable, par la mesure appropriée de la dose de bruit reçue et la limite de cette dernière, la perte auditive induite par le bruit reste l’une des maladies professionnelles les plus communes et un fléau touchant plusieurs centaines de millions d'individus dans les pays industrialisé. Elle représente également un enjeu de santé grandissant dans les milieux de vie modernes, notamment par le biais des activités de loisir bruyants, tels les sorties dans des concerts, bars ou discothèques, mais aussi pas le biais de l'utilisation d'outils motorises bruyants ou encore par le biais de l'utilisation des appareils multimédia personnels. Les dosimètres acoustiques conventionnels, capables de mesurer la dose de bruit reçue par un individu donné, peuvent être utilisés, dans des approches de santé sécurité au travail (SST), afin de limiter les risques de pertes auditives induites par le bruit en milieu de travail. Cependant leur utilisation en conjonction avec des appareils multimédia personnels, des appareils de communication voire même de simples protecteurs auditifs, reste très difficile en pratique. De plus, ces dosimètres de bruit étant principalement adapté à des problématiques d'hygiène industrielle, ils ne sont pas conçus pour une mesure continue sur 24 heures de l'exposition au bruit : en SST, la législation actuelle se base sur un quart de travail de 8 heures, suivi d’un temps de récupération de 16 h dans un environnement « relativement calme », c'est à dire dont le niveau sonore n'excède pas 75 dB(A), ce qui n'est pas réaliste compte-tenu des activités de loisirs bruyantes citées précédemment auxquels des travailleurs sont régulièrement soumis. Il n'y a, dans la législation actuelle, aucune recommandation pour la prise en compte de cette exposition sonore récréative, ni pour la mesure en continue sur 24 heures de la dose de bruit reçue.

Aussi, pour limiter le fléau de la perte auditive professionnelle et récréative conviendrait-il de pouvoir mesurer d'une part l'exposition sonore effective d'un travailleur durant son quart de travail, et notamment en tenant compte de l'atténuation effective offerte par le port éventuel d'un protecteur auditif, mais d'autre part en mesurant également l'exposition sonore récréative induite par l'utilisation l’utilisation d’outils motorisés bruyants ou encore par le biais de l'utilisation des appareils multimédia personnels.

Ce projet de maîtrise a pour but le développement d'outils permettant la mise au point d'une telle méthode de mesure continue sur 24 heures de la dose de bruit, et compatibles tant avec la mesure de l'exposition professionnelle, incluant l'effet du port d'un protecteur auditif, qu'avec l'exposition récréatives, incluant la compatibilité avec l'utilisation des appareils multimédia personnels. À cette fin, un système embarqué, baptisé « Auditory Research Platform » (ARP), a été développé et consiste en un bouchon d'oreille sur mesure équipé de 2 microphones et 1 haut-parleur et raccordé, par fils, à un processeur numérique du signal (DSP) lequel est logé dans un boitier compact se portant à la ceinture et contrôlable, via Bluetooth, par un téléphone ou une tablette fonctionnant sous Android. Le système ARP développé peut ainsi être utilisé pour la mesure de l'exposition sonore professionnelle, puisqu'il agit à la fois comme protecteurs auditifs sur mesure et également comme dosimeter intégrateur, mais il peut aussi mesurer l'exposition sonore induite par l'utilisation des appareils multimédia personnels, puisqu'il est précisément hébergé sur un tel système. Par ailleurs, une boite à outil Matlab intitulée « Dosimetry Toolbox » a été développée afin de permettre, en ayant recours à une application tierce, la mesure précise de la dose de bruit mais afin de permettre également la visualisation aisée des données personnalisés d'exposition au bruit. À titre illustratif, un algorithme de mesure continue sur 24 heures de la dose de bruit incluant un modèle simple de récupération de la fatigue auditive lors des périodes de non exposition a également été développé. Les sources logicielles de l'outils « Dosimetry Toolbox », de même que les spécifications matérielles de la plate-forme ARP sont distribués en libre-accès (« Open Source »), afin de permettre à la communauté scientifique de poursuivre ce travail sur la détermination d'un critère de risque pour la dosimétrie continue sur 24 heures mais aussi pour l'étude des mécanismes plus fondamentaux sous-jacents au problème de la perte auditive induite par le bruit, tels que la détermination du taux effectif et individualisé de récupération de la fatigue auditive, la détermination du niveau sonore de silence effectif, la prise en compte de la contribution sonore de la voix du porteur dans la dose voire même la détermination de la susceptibilité individuelle à la perte auditive induite par le bruit.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Mots-clés libres:	santé et sécurité au travail, acoustique, bruit, exposition sonore, dosimetrie, sonométrie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Voix, Jérémie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	28 janv. 2021 14:42
Dernière modification:	28 janv. 2021 14:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1730

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