5 Mesure de l’atténuation des PIB

Elliott H. Berger et Jérémie Voix

Plus d’une douzaine de méthodes différentes de mesure de l’atténuation PIB ont été décrites dans la littérature, mais seules quelques-unes ont été trouvées pratiques et fiables, et sont couramment utilisées. Berger, (1986) donne un aperçu complet et Berger, (2005) examine les trois méthodes préférées discutées dans les sections suivantes. Gaudreau et al., (2008) discutent des méthodes de mesure sur le terrain, également résumées ci-dessous dans le chapitre sur les procédures de mesure de l’atténuation sur le terrain et discutées en détail dans le chapitre sur les tests d’ajustement (« fit test »). Qu’elles soient mises en œuvre en laboratoire ou sur le terrain, ces méthodes donnent une estimation de l’atténuation acoustique, c’est-à-dire de la diminution de l’énergie acoustique fournie par le ou les dispositifs en question à un instant donné. Leur défaut est que, à quelques exceptions près, elles ne peuvent pas attester du bon fonctionnement, au quotidien, des appareils lorsqu’ils sont portés pendant des périodes prolongées, ou si le raccord s’est desserré, ou même si l’appareil a été intentionnellement enlevé par les utilisateurs pour un plus grand confort ou pour mieux entendre.

D’autres méthodes d’évaluation basées sur l’estimation des niveaux d’audition des populations de porteurs des PIBs donnent la simple information suivante : les PIBs protègent l’audition dans cette population; cependant ces méthodes ne fournissent pas d’estimations directes de la protection réellement fournie. De plus, ces méthodes sont sujettes à des artefacts expérimentaux et sont difficiles à mettre en œuvre. Des exemples d’approches alternatives sont obtenus par les techniques d’analyse de bases de données audiométriques (ANSI S12.13-2010) et l’examen des niveaux absolus d’audition des populations industrielles (El Dib et al., 2012; Hohmann, 2009; Rabinowitz et al. 2013).

Procédures de mesure d’atténuation de laboratoire

Les tests en laboratoire permettent à l’expérimentateur d’exercer un maximum de contrôle sur les paramètres pertinents connus et donnent l’assurance  de générer des données de test reproductibles. Cependant, même les méthodes de laboratoire les plus précises fourniront uniquement des données représentatives de l’atténuation du monde réel dans la mesure où : (a) les PIB seront ajustés et portés par les sujets exactement comme par  les utilisateurs réels et (b) la population d’essai sera représentative de ces derniers. Historiquement, les valeurs d’atténuation étiquetées et les données d’essais des fabricants ont été basées sur des tests en laboratoire et, surtout en Amérique du Nord ont généralement surestimé l’atténuation obtenue par la plupart des utilisateurs dans le monde réel (voir le chapitre Atténuation du réel).

Affaiblissement réel dans l’oreille à la valeur seuil

L’une des plus précises et plus courantes  méthodes de test d’atténuation PIB est la mesure de l’atténuation par la méthode des seuils, en anglais Real-Ear Attenuation at Threshold abrégé REAT (ANSI S3.19-1974, ANSI S12.6-2016, ISO 4869 1: 1990). Bien que la méthode de mesure REAT soit une méthode psycho-physique (parfois appelée « subjective » car elle repose sur les réponses de sujets humains), les données REAT sont normalement considérées comme la norme d’or à laquelle sont comparés tous les autres types de mesures d’atténuation. Pratiquement tous les fabricants disponibles ont déclaré des données en provenance de REAT, procédure qui est requise aux États-Unis par  l’Environnemental Protection Agency pour l’obtention des données pour le calcul du NRR (EPA, 1979).

Les mesures REAT sont basées la différence entre le niveau minimum de bruit qu’un sujet peut entendre sans porter un PIB (seuil ouvert) et le niveau nécessaire lorsque le PIB est usé (seuil occlus). La différence entre ces deux seuils, le décalage de seuil, est une mesure du REAT offert par le dispositif. Comme le test est effectué à un niveau de pression acoustique relativement faible, il ne peut caractériser avec précision les performances des PIBs prétendant offrir une atténuation qui augmente avec le Niveau sonore, ou des PIBs qui réduisent le niveau de pression acoustique grâce à la réduction active du bruit (voir le chapitre sur les dispositifs de réduction active du bruit (ANR)). Cependant, pour les PIBs linéaires (sans vannes, orifices, diaphragmes ou circuit électronique actif), l’atténuation mesurée par une évaluation REAT représentera fidèlement les performances de l’appareil même si  le Niveau sonore est en régime permanent (Berger et Kerivan, 1983; Humes, 1983; Martin, 1979). L’application de données REAT à des sources de bruit impulsif de niveau supérieur à 140 dB est sujette à débat (ANSI S12.6-2016), mais la prépondérance de la recherche suggère que les estimations sont valables pour des impulsions d’au moins 165 dB (voir le chapitre sur les bruits impulsifs et bruit d’armes à feu).

Le seul artefact procédural connu pour déformer les résultats REAT est le masquage des seuils occlus par le bruit physiologique dans l’oreille occluse. Ceci augmente faussement l’atténuation basse fréquence (inférieure à 500 Hz) de quelques décibels, l’erreur augmentant à mesure que la fréquence diminue, et pouvant atteindre  jusqu’à 6 dB à 125 Hz (Berger, 1986; Schroeter et Poesselt, 1986; Casali et al., 1995).

Depuis la promulgation de ANSI S3.19 en 1974, les normes américaines REAT ont spécifié que les mesures doivent être effectuées dans un champ sonore diffus en utilisant 1/3 OB du bruit et un minimum de 10 sujets dont les seuils ouverts et occlus sont mesurés trois fois chacun. Plus récemment, la norme ANSI a demandé 20 sujets pour tester les bouchons d’oreille, mais a retenu l’exigence de 10 pour les casques antibruit (ANSI S12.6-2016). Ces exigences conduisent à des mesures multiples à chaque fréquence, à partir desquelles une atténuation moyenne ainsi qu’un écart-type sont calculés, ce dernier paramètre fournissant une indication de la variabilité, dans des conditions de laboratoire, d’atténuation entre sujets et de réplications.

Dans la norme ANSI de 1974, il y a neuf fréquences d’essai requises – les OBs 1/3 aux fréquences centrales de la bande d’octave de 125 Hz à 8 kHz, ainsi que de 3,15 et 6,3 kHz. Certaines données sont disponibles en dehors de cette plage de fréquences (voir le chapitre Infrason / échographie). La norme américaine la plus récente sur les tests REAT, ANSI S12.6-2016, a éliminé l’exigence de tester à 3.15 et 6.3 kHz, ce qui est également conforme aux exigences de la norme ISO 4869 1: 1990 pertinente. En dépit du fait que les audiogrammes sont nécessaires et utiles pour l’évaluation de la perte auditive aux fréquences intermédiaires, les valeurs d’affaiblissement à 3,15 et 6,3 kHz sont sans valeur pour l’estimation de la protection PIB puisqu’elles sont toujours moyennées avec les fréquences de test adjacentes de, respectivement 4 et 8 k, pour que l’on soit  en mesure de les appliquer aux données de mesure de bruit OB normalisées 1/1 (Berger et Rowland, 1989).

L’importance de l’ajustement

Les données d’essai américaines actuellement rapportées sont toujours basées sur la norme ANSI S3.19-1974 puisque c’est ce qui est demandé par le règlement sur l’étiquetage des protections auditives de l’EPA (EPA, 1979). La procédure d’ajustement requise est une interprétation expérimentale conforme à la norme ANSI S3.19-1974, ce qui signifie que l’expérimentateur est celui qui ajuste les PIBs pour le test (Franks et al., 2003). Ceci est destiné à produire des valeurs d’atténuation optimales et cohérentes. La première intention est remplie et en effet les valeurs sont généralement beaucoup plus élevées que dans les conditions de terrain (voir le chapitre Atténuation du monde réel) mais l’objectif n’est généralement pas atteint en termes de reproductibilité , au moins en ce qui concerne la variabilité inter-laboratoire.

La dernière version de la norme américaine REAT impose deux procédures de test, la méthode A (ajustement du sujet entraîné) et la méthode B (ajustement du sujet inexpérimenté). La méthode A correspond plus étroitement aux tests utilisant ANSI S3.19-1974. De telles valeurs sont utiles pour estimer les performances des utilisateurs hautement entraînés et désireux d’acquérir la connaissance  théorique des limites de performances du PIB. Elles peuvent l’être aussi pour les concepteurs de produits et pour les tests de contrôle qualité de routine. En revanche, la méthode B vise à fournir « une approximation des limites supérieures de l’atténuation qui peut être attendue en moyenne pour des groupes d’utilisateurs professionnels » (ANSI S12.6-2016, clause 1.2). La norme reconnaît que des personnes correctement entraînées et motivées pourront installer leur appareil de façon à atteindre une meilleure atténuation. Cependant, les valeurs d’ajustement obtenues lorsque ce dernier est réalisé par le sujet correspondent mieux aux performances réelles pour des groupes d’utilisateurs que les données d’ajustement obtenues avec des sujets entraînés. Malgré ses meilleures prédictions de performance moyenne sur le terrain, la méthode B n’a pas été largement acceptée en raison des problèmes de répétabilité et des aspects pratiques de la mise en œuvre systématique de ce type de procédure pour la recherche, le développement et l’étiquetage du PIB.

Variabilité du test d’atténuation

Indépendamment de l’attention des groupes de rédaction de normes sur la précision des tests REAT, la variabilité des résultats entre plusieurs mesures dans une installation donnée (« répétabilité ») ou entre installations (« reproductibilité ») est relativement importante. Dans l’une des premières études interlaboratoires REAT, la fourchette des NRR pour trois bouchons d’oreille et un casque antibruit, testés dans huit laboratoires, était de 11 dB ou plus (Berger et al., 1982). La plus récente étude interlaboratoire américaine sur ce sujet (Murphy et al., 2009) a été résumée avec d’autres données récentes américaines et internationales par Berger et Kieper, (2014). Leurs résultats suggèrent un intervalle de confiance à 95% pour les résultats de test de + 1,5 à 3 dB en laboratoire et de + 3,5 à 6 dB, voire plus, entre les laboratoires utilisant les tests de la méthode A. Dans cette optique, il est inapproprié que les acheteurs de protecteurs auditifs mettent l’accent sur de petites différences dans les NRR des produits concurrents.

La norme 2016 (ANSI S12.6-2016) a été adoptée suite à la promulgation du règlement sur l’étiquetage des protecteurs auditifs de l’EPA de 1979. L’EPA réclame encore des tests à la norme de 1974, qui utilisent une procédure d’ajustement encore plus contrôlée que la méthode A, comme indiqué dans le chapitre précédent. Il est probable qu’il faudra un certain temps, ou que cela n’arrivera peut-être jamais aux États-Unis[1], avant que les utilisateurs puissent accéder aux données de la méthode B (voir les caractéristiques d’atténuation des PIBs et le chapitre sur le règlement d’étiquetage de l’EPA). Néanmoins, une approche alternative, voire potentiellement plus utile, a commencé à être mise en œuvre, à savoir les tests d’ajustement sur site (voir le chapitre Procédures de mesure de l’atténuation et le chapitre sur les tests d’ajustement).

Mesures microphoniques dans l’oreille

La méthode de mesure microphonique dans l’oreille réelle (MIRE) est une méthode de mesure physique, également appelée « objective » pour la distinguer des méthodes « subjectives » qui dépendent des réponses des sujets de test. MIRE utilise des mesures acoustiques pour déterminer soit la différence entre les niveaux de pression acoustique dans le Conduit auditif humain, avec et sans PIB en place, appelée perte d’insertion (IL), soit la différence entre les niveaux de pression acoustique à l’extérieur et sous le PIB appelée réduction de bruit (NR). La perte d’insertion doit nécessairement être mesurée séquentiellement pour les cas protégés et non protégés, mais la réduction de bruit peut être obtenue grâce à deux mesures simultanées et est donc idéalement adaptée à une utilisation sur le terrain; cette méthode est dénommée “Field-MIRE” ou F-MIRE (Berger et al., 2011; Voix et Laville, 2002). Dans le cas de l’IL, les niveaux sont mesurés par l’intermédiaire d’une sonde microphonique miniature, à l’entrée, ou parfois même dans le conduit de l’oreille (ANSI S12.42-2010). Le sujet qui porte le PIB doit rester immobile et se comporter comme un appareil de test acoustique. Avec l’approche NR, le microphone extérieur est monté près de l’oreille, parfois sur le bouchon d’oreille ou le casque antibruit (Voix et Laville, 2009).

Le type de mesures MIRE de perte d’insertion peut être considéré comme un REAT objectif puisque,dans les deux cas, une différence de niveau est mesurée au même point du système auditif ,en oreille ouverte ou en d’oreille occluse.  La version NR donne un résultat quelque peu différent puisque la différence entre les microphones externes (non protégés) et internes (protégés) est influencée à la fois par l’atténuation du PIB et par la fonction de transfert de l’oreille ouverte (notée TFOE pour Transfer Function of the Open Ear, parfois appelée Transfer Function of the Outer Ear). La TFOE est le gain de niveau de pression acoustique au niveau du tympan dans un champ sonore diffus dû à la résonance naturelle de l’oreille. La relation est donnée par l’équation 10.1.

[latex]IL = NR +TFOE[/latex]

Le microphone pour des données établies à partir de mesures supra-seuils ne sera pas influencé par le bruit physiologique comme discuté ci-dessus pour la méthode REAT, et aura donc tendance à montrer des valeurs d’atténuation plus faibles dans les basses fréquences. Cependant, MIRE souffre de certaines de ses propres erreurs artefactuelles dans les fréquences plus élevées (Berger, 1986; Le Cocq et al., 2013).

MIRE peut être utilisé pour mesurer l’atténuation de tous les types de protecteurs auditifs, y compris ceux dotés de composants électroniques (Gauger et al., 2006). Cependant, l’approche expérimentale doit se faire prudemment car des difficultés peuvent être rencontrées  s’il y a insertion simultanée d’un microphone ou d’un tube de sonde de microphone et d’un bouchon d’oreille  (Smoorenburg, 1996).  Une mauvaise adaptation, des fuites acoustiques et l’éventuelle   pénétration des microphones  dans le corps du bouchon d’oreille au lieu de leur insertion  entre le bouchon et la paroi du Conduit auditif sont aussi possibles. Tous ces problèmes peuvent provoquer des fuites à l’interface sonde-écouteur et la création de chemins parasites, si le son peut pénétrer à travers les parois du tube de la sonde. La méthode MIRE prend beaucoup moins de temps que les tests REAT et constitue une excellente alternative, en particulier lorsque des mesures sont nécessaires à des niveaux sonores élevés, tels que ceux nécessaires pour étudier la réponse des PIBs aux tirs d’armes et aux explosions. Bien que les valeurs de MIRE soient objectives et évitent ainsi les incohérences dans les réponses de seuil des sujets, elles incluent leur propre erreur de mesure due au positionnement des microphones. Les variabilités d’atténuation dérivées de MIRE sont inférieures ou égales à celles trouvées avec les procédures REAT (Berger et Kerivan, 1983; Casali et al., 1995).

Banc d’essai acoustique

La méthode utilisant un banc d’essai acoustique (Acoustic Test Fixture, ou ATF) est similaire à la méthode MIRE, sauf qu’un système inanimé est utilisé à la place d’un sujet de test (ANSI S12.42-2010). Souvent l’ATF se présente sous forme d’un dispositif de “tête artificielle”, dimensionné pour correspondre aux dimensions de la tête humaine, incorpore un microphone à l’emplacement approximatif du tympan et, selon sa sophistication, peut inclure des simulations des tissus circumauraux et de ceux du Conduit auditif, peut avoir une impédance correspondante à celle  du tympan (via un coupleur acoustique approprié) et peut même inclure des appareils de chauffage pour atteindre la température de l’oreille humaine. Au moins deux ATFs sur le marché en 2021 (Sound et Vibration Type 45CB de G.R.A.S. et Institute of St. Louis (ISL Version 2)), incluent toutes ces caractéristiques comme requises pour les ATFs conformes à la norme ANSI S12.42-2010.

Les mesures ATF fournissent une évaluation rapide pour le développement de produits, le contrôle qualité et les tests d’ajustement des casques antibruit et des casques simples, et constituent la méthode préférentielle pour explorer la dépendance au niveau de la réponse des PIBs passifs et actifs (Dancer et al., 1996; Murphy et al., 2011, Zera et Mlynski, 2007). Bien que des progrès considérables aient été réalisés dans la modélisation et la conception des mesures ATF (Kunov et Giguère, 1989; Schroeter, 1986), les mesures pour des bouchons d’oreilles sont toujours problématiques. Cependant, pour les systèmes ATF les plus récents, conformes à la norme ANSI S12.42-2010, les données recueillies suggèrent qu’ils peuvent fournir des prédictions correctes pour les valeurs REAT et qu’ils sont particulièrement intéressants pour les mesures dans un bruit impulsif ou pour tester la performance de dispositifs électroniques pour lesquels aucun test sur sujet humain n’est réalisable. (Berger et al., 2012). Dans tous les cas, la modélisation des voies BC est incorporée  mathématiquement comme correction post-mesure. Ceci est dû aux difficultés d’intégrer physiquement dans l’ATF les éléments mécaniques nécessaires pour imiter la réponse du crâne humain, tout en intégrant les microphones acoustiques nécessaires pour effectuer des mesures.

Procédures de mesure d’atténuation terrain

Historiquement, les meilleures procédures de laboratoire, modifiées pour réduire les coûts et améliorer portabilité et robustesse, ont été utilisées sur le terrain pour estimer la quantité d’atténuation fournie par les PIBs en utilisation réelle (Berger, 1984). Les procédures REAT appliquées avec succès pour tester les bouchons d’oreille et les casques antibruit sont des procédures REAT en champ libre qui utilisent des signaux tests dans une chambre acoustique plus petite que celle utilisée en laboratoire ou avec des écouteurs montés dans de grandes Coquilles circumaurales (Michael et al., 1976). De même, les procédures de laboratoire MIRE ont été adaptées au terrain. Les microphones MIRE sont généralement placés à l’intérieur et à l’extérieur des protège-oreilles (Stewart et Burgi, 1979) pour mesurer simultanément les niveaux de bruit avec et sans protection perçus par les personnes exposés pendant leur temps de travail. Dans certains cas, seul un microphone interne est utilisé, auquel cas les expositions au bruit avec protection sont mesurées et estimées directement, au lieu de prendre des mesures internes et externes pour calculer l’atténuation (Burks et Michael, 2003). Ces procédures de mesure de l’atténuation sur le terrain ont été utiles à des fins de recherche et ont révélé une différence significative d’atténuation fournie par les PIBs pour les utilisateurs sur le terrain, par rapport à celle fournie aux sujets de laboratoire (voir le chapitre Atténuation du monde réel).

Aujourd’hui, il existe un certain nombre de systèmes d’essai d’ajustement, techniquement appelés systèmes d’estimation d’atténuation de champ (FAES), qui fournissent des capacités de test sur le terrain. Bien que les divers FAES actuellement disponibles aient le même but et donnent des valeurs d’atténuation individuelles présentées de manière similaire, la technologie sous-jacente utilisée pour produire l’affaiblissement personnel (comme le PAR) peut différer sensiblement. Le lecteur est invité à lire le chapitre sur les tests d’ajustement pour plus de détails.

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  1. Les tests de type Method-B sont actuellement utilisés en Australie, en Nouvelle-Zélande et au Brésil.
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About the Authors

Elliott est président de Berger Acoustical Consulting, LLC.  Auparavant, en tant que Division Scientist pour la multinationale 3M, il a étudié la protection auditive, la conservation de l’audition et les sujets connexes pendant plus de 40 ans.  Il est l’auteur de 20 chapitres de livres et de plus de 75 articles publiés, dont un grand nombre dans des revues évaluées par des pairs, a reçu un certain nombre de prix d’art oratoire et a enseigné à plus de 12 000 participants en Amérique du Nord, en Europe, en Afrique, en Australie et en Nouvelle-Zélande, dans le cadre de 143 séminaires d’une journée parrainés par E-A-R/3M sur la protection et la conservation de l’audition et la sensibilisation à l’audition.  Il préside le groupe de travail américain de l’American National Standard Institute sur l’atténuation des protections auditives, a fait partie d’un comité de la National Academy of Science sur la perte auditive dans l’armée et d’un comité de la National Academy of Engineering sur la technologie pour une Amérique plus silencieuse, est membre de l’Acoustical Society of America, ancien président de la National Hearing Conservation Association. Il est membre de l’ASA, ancien président de la NHCA, membre de l’American Industrial Hygiene Association et ancien président de son comité sur le bruit, ancien membre du conseil d’administration du Council for Accreditation in Occupational Hearing Conservation, lauréat du Lifetime Achievement Award de la NHCA, et a été récompensé lors de la conférence Acoustics Virtually Everywhere 2020 de l’ASA par une séance d’hommage à sa carrière.  Parmi ses sons préférés figure le battement argenté des feuilles d’un massif de bouleaux de rivière chatouillé par la fraîche brise du soir.

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Physicien de formation et acousticien par passion, le professeur Jérémie Voix cumule plus de 25 années d’expérience en lutte contre le bruit en milieu de travail. Il siège à l’Association canadienne de normalisation (CSA) et participe activement à l’écriture des dernières normes sur la protection auditive (Z94 et Z1007) et sur la mesure de l’exposition au bruit (Z107). Membre actif de l’American National Standard Institute (ANSI), il était responsable de la toute récente norme ANSI S12.71 sur les tests d’ajustements (“fit-test”) des protecteurs auditifs. Depuis 2018, il prend part également à l’initiative “Make Listening Safe” sous l’égide de l’Organisation mondiale de la santé (OMS). Titulaire de la chaire de recherche industrielle ÉTS-EERS en technologies intra-auriculaires (CRITIAS), il développe avec son équipe les futures générations de dispauditifs (“hearables”).

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Paupières d'oreilles - Tome I Droit d'auteur © 2023 par Elliott H. Berger et Jérémie Voix est sous licence Licence Creative Commons Attribution - Pas d’utilisation commerciale - Pas de modification 4.0 International, sauf indication contraire.

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