Understanding the discomfort induced by earplugs when hearing our own voice: an experimental investigation of the occlusion effect in laboratory conditions

Saint-Gaudens, Hugo (2025). Understanding the discomfort induced by earplugs when hearing our own voice: an experimental investigation of the occlusion effect in laboratory conditions. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The occlusion effect is typically described as an amplified and distorted perception of physiological sounds of one’s own body, such as speech, chewing, and heartbeat. In many cases, the occlusion effect induced by hearing protection devices leads to acoustical discomfort that can result in increased noise exposure due to improper use or removal of the protector by the wearer as a way to alleviate discomfort. Despite numerous studies over the past decades, several aspects relating to the measurement of the occlusion effect and the assessment of the discomfort it causes remain to be investigated.

In this thesis, the occlusion effect caused by earplug-type hearing protection devices is investigated to achieve a better understanding of the discomfort it produces through an experimental study with human participants in laboratory conditions. For this purpose, this thesis focuses on (i) proposing a methodology for measuring the objective occlusion effect induced by speech, (ii) identifying and prioritizing the physical and psychosocial characteristics of the environment–person–protector triad that influence the discomfort experienced by a user, and (iii) objectivizing the occlusion effect experienced by a user using indicators derived from microphonic measurements. In addition, the formulation of questions used to evaluate occlusion effect-related discomfort, as well as the methodology for its assessment, are also investigated.

The data necessary to achieve these objectives were collected through two measurement campaigns conducted in laboratory conditions with 63 human participants, along with a survey of 21 respondents.

In the first part, various aspects related to the objective measurement of the occlusion effect are examined, namely the indicator, the stimulation source, and the measurement method. The quantification of the objective occlusion effect based on frequency-dependent indicators remains the most suitable approach to analyze the phenomenon across the frequency range. However, single-value indicators based on the averaged 160–500 Hz band allow trends to be observed, are simple to compute, and show lower variability than others. Moreover, inducing the occlusion effect through continuous speech enables easy and reproducible measurement of the objective occlusion effect, while remaining representative of the situation for which this discomfort is generally reported by users. Finally, a method based on simultaneous measurements inside and outside the occluded earcanal, analogous to the noise reduction method for sound attenuation assessment, allows from a single measurement the derivation of an objective occlusion effect indicator in each ear independently, without the need for an open-ear measurement.

In the second part, key aspects related to assessing discomfort through a questionnaire are highlighted. Although various terms can be used to assess discomfort in French, the word “gêne” appears suitable and well understood, provided that its definition is given to participants before testing. The comparison between the “experienced occlusion effect” and the “perceived occlusion effect” revealed significant differences on the rating scale, highlighting the importance of clear, precise, and easily understandable questions when evaluating discomfort.

In the third part, the most influential characteristics of the environment–person–hearing protection device triad are identified using a statistical approach based on mixed linear models. User-related factors included acquaintance with the experimenter (associated with higher discomfort), non-circular earcanal morphology at the second bend (associated with greater discomfort), and hearing loss at 250, 500, and 1000 Hz (which influenced discomfort to a lesser degree). The earplug model did not significantly affect discomfort, whereas environmental background noise level significantly increased discomfort. Regarding the interaction between the user and the protector, insertion depth had a significant effect, with deeper insertions leading to less discomfort than shallow ones.

In the fourth part, discomfort associated with the occlusion effect is objectivized using a statistical approach based on mixed linear models. When relying solely on microphonic-based indicators, discomfort was linked to increasing noise level in the occluded ear within the 125 Hz octave band and to the overall background noise level of the test environment. However, this first model presented low statistical power and limited predictive accuracy. When the influential characteristics of the environment–person–hearing protection device triad were combined with these objective indicators, the model’s statistical power and predictive accuracy improved. This second model also highlighted the stronger influence of users’ physical and psychosocial characteristics compared to objective indicators.

The work conducted in this thesis contributes to a deeper understanding of the discomfort associated with the occlusion effect induced by earplug-type hearing protection devices and proposes methods to improve its measurement using microphones and its assessment using questionnaires. The results of this work will also contribute to the development of earplugs that generate less occlusion effect and are therefore more comfortable, as well as to improved earplug selection in the field by taking this aspect of comfort into account.

Titre traduit

Compréhension de l’inconfort induit par les bouchons d’oreille lors de l’écoute de sa propre voix : une étude expérimentale de l’effet d’occlusion en laboratoire

Résumé traduit

L’effet d’occlusion est généralement décrit comme une perception amplifiée et déformée des bruits physiologiques du corps, tels que la parole, la mastication et les battements cardiaques. Dans de nombreux cas, l’effet d’occlusion induit par les protecteurs auditifs entraîne un inconfort acoustique qui peut mener à une exposition accrue au bruit en raison d’une utilisation inadéquate ou du retrait du protecteur par l’utilisateur pour soulager son inconfort. Malgré de nombreuses études menées au cours des dernières décennies, plusieurs aspects liés à la mesure de l’effet d’occlusion et à l’évaluation de l’inconfort qu’il génère restent encore à investiguer.

Dans cette thèse, l’effet d’occlusion causé par les protecteurs auditifs de type bouchons d’oreille est étudié afin de mieux comprendre l’inconfort qu’il engendre, au moyen d’une étude expérimentale réalisée en laboratoire avec des participants humains. À cette fin, la thèse s’articule autour de trois objectifs : (i) proposer une méthodologie pour mesurer l’effet d’occlusion objectif induit par la parole, (ii) identifier et hiérarchiser les caractéristiques physiques et psychosociales de la triade environnement–personne–protecteur qui influencent l’inconfort ressenti par l’utilisateur, et (iii) objectiver l’effet d’occlusion ressenti à l’aide d’indicateurs objectifs basés sur des mesures microphoniques. De plus, la formulation des questions utilisées pour évaluer l’inconfort lié à l’effet d’occlusion, ainsi que la méthodologie relative à son évaluation, sont également investiguées.

Les données nécessaires à l’atteinte de ces objectifs ont été recueillies à travers deux campagnes de mesures en laboratoire menées auprès de 63 participants humains, ainsi qu’un sondage réalisé auprès de 21 répondants.

Dans une première partie, divers aspects liés à la mesure objective de l’effet d’occlusion sont examinés, notamment l’indicateur, la source de stimulation et la méthode de mesure. La quantification de l’effet d’occlusion objectif à partir d’indicateurs dépendant de la fréquence demeure l’approche la plus adaptée pour analyser le phénomène sur l’ensemble du spectre fréquentiel. Toutefois, les indicateurs de valeur unique basés sur la bande moyenne 160–500 Hz permettent d’observer des tendances, sont simples à calculer et présentent une variabilité moindre. Par ailleurs, l’induction de l’effet d’occlusion par la parole continue permet une mesure simple et reproductible de l’effet d’occlusion objectif, tout en demeurant représentative de la situation dans laquelle cet inconfort est généralement rapporté par les utilisateurs. Enfin, une méthode fondée sur des mesures simultanées à l’intérieur et à l’extérieur du conduit auditif occlus, analogue à la méthode de réduction du bruit pour l’évaluation de l’atténuation sonore, permet, à partir d’une seule mesure, d’obtenir un indicateur objectif de l’effet d’occlusion dans chaque oreille indépendamment, sans nécessiter de mesure oreille ouverte.

Dans une deuxième partie, des éléments clés relatifs à l’évaluation de l’inconfort à l’aide d’un questionnaire sont mis en évidence. Bien que plusieurs termes puissent être utilisés pour évaluer l’inconfort en français, le mot « gêne » apparaît adéquat et bien compris, à condition que sa définition soit donnée aux participants avant les tests. La comparaison entre l’« effet d’occlusion ressenti » et l’« effet d’occlusion perçu » a révélé des différences significatives sur l’échelle de cotation, soulignant l’importance de questions claires, précises et facilement compréhensibles lors de l’évaluation de l’inconfort.

Dans une troisième partie, les caractéristiques les plus influentes de la triade environnement– personne–protecteur auditif sont identifiées à l’aide d’une approche statistique basée sur des modèles linéaires mixtes. Parmi les facteurs liés à l’utilisateur, la familiarité avec l’expérimentateur (associée à un inconfort plus élevé), la morphologie non circulaire du conduit auditif au niveau du second coude (associée à un inconfort accru), et les pertes auditives à 250, 500 et 1000 Hz (influant à un degré moindre sur l’inconfort) ont été identifiés. Le modèle de bouchon d’oreille n’a pas montré d’influence significative, alors que le niveau de bruit ambiant augmentait significativement l’inconfort. Concernant l’interaction entre l’utilisateur et le protecteur, la profondeur d’insertion a eu un effet notable, les insertions profondes réduisant l’inconfort en comparaison aux insertions superficielles.

Dans une quatrième partie, l’inconfort associé à l’effet d’occlusion est objectivé à l’aide d’une approche statistique basée sur des modèles linéaires mixtes. Lorsqu’on se base uniquement sur des indicateurs microphoniques, l’inconfort est lié à l’augmentation du niveau sonore dans l’oreille occluse dans la bande d’octave centrée à 125 Hz, ainsi qu’au niveau global de bruit ambiant dans l’environnement de test. Toutefois, ce premier modèle présentait une faible puissance statistique et une précision prédictive limitée. Lorsque les caractéristiques influentes de la triade environnement–personne–protecteur auditif sont combinées à ces indicateurs objectifs, la puissance statistique et la précision prédictive du modèle s’améliorent. Ce second modèle a également mis en évidence l’influence plus marquée des caractéristiques physiques et psychosociales des utilisateurs par rapport aux indicateurs objectifs.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse contribue à une meilleure compréhension de l’inconfort associé à l’effet d’occlusion induit par les bouchons d’oreille et propose des méthodes pour améliorer sa mesure à l’aide de microphones et son évaluation à l’aide de questionnaires. Les résultats de ce travail contribueront également au développement de bouchons d’oreille générant un effet d’occlusion réduit, et donc plus confortables, ainsi qu’à une meilleure sélection des bouchons sur le terrain, en tenant compte de cet aspect du confort.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of Doctor of Philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 181-194).
Mots-clés libres:	effet d’occlusion, bouchons de protection, confort acoustique, sa propre voix
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Doutres, Olivier
Codirecteur:	Codirecteur Nélisse, Hugues
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	24 févr. 2026 18:32
Dernière modification:	24 févr. 2026 18:32
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3788

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