On the objective occlusion effect induced by in-ear devices under bone-conducted stimulation: a theoretical investigation of the influence of the earcanal wall vibration and its spatial distribution

Résumé

L’effet d’occlusion est généralement ressenti comme la perception accrue de ses propres bruits physiologiques lorsque le conduit auditif est occlus. En diminuant le confort acoustique des utilisateurs de protecteurs auditifs et d’aides auditives, l’effet d’occlusion réduit leur temps de port. Dans cette thèse, l’effet d’occlusion objectif induit par le port de dispositifs intraauriculaires est investigué dans le but de réduire ce phénomène à terme. Cette thèse se concentre ainsi sur (i) l’explication et l’interprétation du mécanisme fondamental de l’effet d’occlusion, (ii) l’influence de la vibration pariétale du conduit auditif et de sa distribution spatiale, ainsi que (iii) le(s) mécanisme(s) de contribution des dispositifs intra-auriculaires à l’effet d’occlusion. Dans une première partie, le comportement vibro-acoustique du conduit auditif ouvert et occlus par une impédance infinie et soumis à une stimulation solidienne est minutieusement analysé, illustré et interprété à l’aide d’un modèle éléments finis 3D d’une oreille externe réaliste et en conjonction avec un modèle électro-acoustique qui lui est associé. Les deux modèles se révèlent être très complémentaires afin de détailler les phénomènes physiques mis en jeu dans le conduit auditif. Cette approche permet également de mettre en évidence et d’interpréter l’influence de la distribution spatiale de la vibration normale du conduit auditif sur le comportement vibro-acoustique de ce dernier lorsqu’il est ouvert. Cette distribution vibratoire est ici caractérisée par la position de son barycentre le long de l’axe curviligne du conduit. En particulier, il est démontré que cette position correspond à la localisation de la source équivalente de débit acoustique représentant la vibration normale de la paroi du conduit au sein du modèle électro-acoustique. Enfin, il est montré que les interprétations courantes de l’effet d’occlusion en termes de « fuites » et de « piège » ne décrivent pas adéquatement le mécanisme fondamental du phénomène lié à l’augmentation de l’impédance du conduit auditif vue par sa paroi dans le cas occlus. Dans une seconde partie, une théorie largement répandue de l’effet d’occlusion objectif proposée par Tonndorf en 1964 est revisitée dans le but de clarifier certains points ambigus desquels certaines interprétations du phénomène ont pu être tirées. L’investigation du modèle électro-acoustique associé à cette théorie met en évidence l’existence d’un filtre passe-haut du second ordre entre le débit acoustique imposé par la paroi du conduit et celui transféré au tympan. Ce filtre persiste dans le cas d’une occlusion partielle du conduit mais disparait dans le cas d’une occlusion parfaite, devenant constant avec la fréquence. Dans ce dernier cas, le débit acoustique transféré entre la paroi du conduit et le tympan augmente considérablement, ce qui explique la prédominance du chemin de transmission par conduction osseuse de l’oreille externe occluse en basses fréquences. Dans une troisième partie, le principe d’une méthode indirecte d’estimation de la position du barycentre de la vitesse normale du conduit auditif est présenté. Cette méthode consiste à mesurer la fonction de transfert de pression acoustique au tympan entre le conduit ouvert et occlus par un tube fermé à son autre extrémité. La stimulation du conduit est réalisée par conduction osseuse. La position du barycentre de vitesse normale est ensuite estimée à la fréquence d’antirésonance la plus basse du système couplé à l’aide d’un modèle électro-acoustique associé à ce dernier. Cette méthode indirecte est évaluée et étudiée à l’aide d’un modèle éléments finis 3D de l’oreille externe. Dans une dernière partie, les mécanismes de contribution des bouchons d’oreille à l’effet d’occlusion sont étudiés à l’aide d’un modèle 2D axi-symétrique par éléments finis de l’oreille externe en conjonction avec un modèle électro-acoustique associé. Deux mécanismes sont mis en évidence: (i) un effet de Poisson induit par la composante normale de la vibration pariétale du conduit auditif et (ii) un mouvement longitudinal provoqué par la composante tangentielle de cette vibration. En faisant varier la géométrie des tissus biologiques entourant le conduit auditif, il est montré que la distribution spatiale de sa vibration pariétale, dans les directions normale et tangentielle, influence la contribution des bouchons d’oreille à l’effet d’occlusion. Aussi, il est montré que la contribution du bouchon d’oreille à l’effet d’occlusion domine celle de la paroi du conduit non-couverte par le bouchon à partir d’une profondeur d’insertion moyenne. Dans son ensemble, cette thèse constitue un effort supplémentaire dans la compréhension de l’effet d’occlusion induit par les dispositifs intra-auriculaires et s’achève aux balbutiements du développement de nouveaux concepts passifs atténuant ce phénomène par le moyen de leur propre comportement vibro-acoustique.

Date	28 juil. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Olivier Doutres (Directeur(-trice)) & Franck Sgard (Codirecteur(-trice))