Towards an active hearing protection device for musicians

Bernier, Antoine (2013). Towards an active hearing protection device for musicians. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Professional musicians are oftentimes exposed to high levels of sound. Prolonged or severe exposure to high sound levels could lead to permanent hearing loss and compromise their career. The logical solution would be to wear hearing protection devices (HPDs) when appropriate. However, perceptual discomfort associated with wearing HPD can discourage their use by musicians. The perceptual discomfort is caused by two detrimental effects: the occlusion effect and the isolation effect. The occlusion effect is often reported as an augmented, unnatural and annoying perception of one’s own voice or instrument mechanically coupled to the head when wearing HPDs. The isolation effect is the unnatural sensation of being isolated from a given sound environment and can be caused by wearing HPDs that do not compensate for psychoacoustical factors and therefore alter the wearer’s auditory perception. Both effects are highly unfavorable to the musicians’ auditory perception and compromise their capacity to perform to the best of their abilities for their audience. They are among the reasons most often reported by musicians to decide not to wear HPDs.

This master’s project presents the concept and first prototype of an active HPD for musicians that aims at solving the detrimental effects while protecting the musician’s hearing. A solution for the occlusion effect is presented in the form of an earplug complemented with in-ear active noise control. Practical design issues and required trade-off are analyzed through a literature review and the implementation and characterization of an active occlusion effect reduction system, allowing reduction of the occlusion effect between 8.5 and 12 dB at 250 Hz. A solution for the isolation effect is presented in the form of an earplug complemented with digital signal processing capabilities. Factors that may cause the isolation effect are identified through a literature review and corresponding algorithms that aim at re-establishing the naturalness of the auditory perception while wearing HPDs are presented through the design and implementation of an isolation effect compensation system, allowing up to 15 dB of variable uniform attenuation when used by itself. Both systems working simultaneously in the same device would result in an active HPD for musicians that reduces the occlusion effect and offers uniform variable attenuation up to 25 dB and perceived uniform attenuation up to 25 phons. The aim of this active HPD for musicians is to cause the least perceptual discomfort while protecting a musician’s most precious tool: his hearing.

Titre traduit

Vers un protecteur auditif actif pour musiciens

Résumé traduit

Les musiciens professionnels sont exposés à de forts niveaux sonores et devraient protéger leur audition afin d’éviter des pertes auditives permanentes qui pourraient potentiellement compromettre leur carrière. Étant donné que de forts niveaux sonores sont souvent inévitables dans le cadre de leur travail, la solution logique serait de porter des protections auditives lorsque nécessaire. Cependant, un inconfort perceptuel est associé au port de protecteurs auditifs et freine leur adoption par les musiciens. Cet inconfort découle de deux effets indésirés : l’effet d’occlusion et l’effet d’isolement. L’effet d’occlusion est souvent décrit comme une perception augmentée, dénaturée et désagréable de sa propre voix ou de son instrument couplé mécaniquement à la tête. L’effet d’isolement est la sensation souvent désagréable d’être isolé de son environnement sonore. L’effet d’occlusion et l’effet d’isolement compromettent la capacité des musiciens d’offrir une performance musicale à la mesure de leurs habiletés losqu’ils portent des protecteurs auditifs. Ils font partie des raisons les plus souvent évoquées par les musiciens pour justifier leur décision de ne pas porter de tels protecteurs.

Ce projet de maîtrise présente le concept et premier prototype d’un bouchon d’oreille actif pour musiciens qui vise à réduire l’inconfort causé par les deux effets néfastes tout en protégeant l’audition du musicien. Une solution pour contrer l’effet d’occlusion est présentée sous la forme d’une protection auditive dotée d’un contrôle actif du bruit intra-auriculaire. Les considérations pratiques et compromis associés à la conception d’un tel contrôle sont analysés à travers une revue de littérature ainsi que par l’implémentation et la caractérisation d’un système actif de réduction de l’effet d’occlusion, permettant d’obtenir une réduction de 8.5 ou 12 dB à 250 Hz. Une solution pour l’effet d’isolement est présentée sous la forme d’une protection auditive dotée d’un traitement numérique de signal. Les principales causes de l’effet d’isolement sont identifiées par le biais d’une revue de littérature et des algorithmes visant à rétablir une perception auditive naturelle lors du port de protections auditives sont présentés à travers la conception et l’implémentation d’un système de compensation de l’effet d’isolement, permettant d’obtenir une attenuation uniforme variable jusqu’à 15 dB. Les deux systèmes combinés forment un protecteur auditif actif pour musiciens permettant de réduire l’effet d’occlusion et de fournir une attenuation uniforme et variable jusqu’à 25 dB, ainsi qu’une attenuation perçue comme uniforme jusqu’à 25 phons. Le but de ce nouveau protecteur auditif est de minimiser l’inconfort perceptuel tout en protégeant l’outil de travail le plus important du musicien : son audition.

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 electrical engineering". Bibliographie : pages 165-170.
Mots-clés libres:	Protecteurs auditifs Conception et construction. Bouchons d'oreille. Bruit Lutte contre. Musiciens Lésions et blessures Prévention. Surdité due au bruit Prévention. Contrôle actif du bruit et des vibrations. Traitement du signal Techniques numériques. isolement, musiciens, contrôle actif de l’effet d’occlusion
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Voix, Jérémie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	21 déc. 2016 16:29
Dernière modification:	21 déc. 2016 16:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1778

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