كيف يمكن للرنانات الصغيرة الموجودة داخل سدادات الأذن أن تمنع المزيد من الضوضاء ذات التردد المنخفض وتحمي السمع بشكل أفضل

أظهرت دراسة جديدة للهندسة الصوتية أن إضافة رنانات هيلمهولتز إلى سدادات الأذن السلبية يمكن أن يعزز تقليل الضوضاء منخفضة التردد بما يصل إلى 15 ديسيبل، وهو تقدم يمكن أن يغير كيفية حماية العمال والموسيقيين ورواد الحفلات الموسيقية لآذانهم من فقدان السمع الناجم عن الضوضاء.

سدادات الأذن هي واحدة من أبسط الأدوات وأكثرها استخدامًا لمنع فقدان السمع الناتج عن الضوضاء، ولكن لديها نقطة ضعف معروفة. إن المقابس الرغوية الرخيصة التي يتم توزيعها في مواقع العمل وأماكن الحفلات الموسيقية تقوم بعمل جيد في حجب الأصوات عالية التردد، وهي أنواع الضوضاء التي تصدر صوت هسهسة أو صرير، ولكنها تميل إلى السماح للترددات المنخفضة بالتردد. هذا هو السبب في أن محرك الرافعة الشوكية، أو خط جهير حفل موسيقى الروك، أو المنشار الكهربائي لا يزال من الممكن أن يشعر بصوت عالٍ حتى بعد دفع المقابس بعمق في قنوات أذنك.

قام فريق من الباحثين الصوتيين في كندا وفرنسا الآن باختبار تصميم سلبي يهدف إلى إصلاح هذه الفجوة، باستخدام غرف رنانة صغيرة مدمجة مباشرة في جسم سدادة الأذن. تشير نتائجهم، التي نشرت في مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية، إلى أن هذا النهج يمكن أن يضيف ما يصل إلى 15 ديسيبل من التوهين الإضافي في نطاق التردد المنخفض المزعج، دون الحاجة إلى بطاريات أو إلكترونيات.

الخلفية: لماذا نظر الباحثون إلى هذا

يعد فقدان السمع الناجم عن الضوضاء أحد أكثر الأسباب التي يمكن الوقاية منها لتلف السمع الدائم. إن التعرض المتكرر للصوت العالي، سواء في موقع بناء، أو في مصنع، أو على خط طيران، أو في حفل موسيقي، يؤدي تدريجياً إلى تدمير الخلايا الشعرية الحسية الدقيقة داخل الأذن الداخلية. وبمجرد اختفاء تلك الخلايا الشعرية، فإنها لا تنمو مرة أخرى. تعمل حماية السمع عن طريق خفض مستوى الضوضاء التي تصل فعليًا إلى الأذن، وبالتالي تحصل الأذن الداخلية على جرعة أقل من الطاقة الضارة.

يكمن التحدي في أن أداء سدادات الأذن في العالم الحقيقي نادرًا ما يكون جيدًا مثل التصنيف الموجود على العبوة. يمكن أن يكون الملاءمة غير مثالي، ويمكن أن تتغير المقابس خلال النهار، كما أن فيزياء الرغوة الصغيرة أو سدادات السيليكون لا تحجب جميع الترددات بشكل متساوٍ. على وجه الخصوص، الصوت منخفض التردد، الذي له أطوال موجية طويلة وينتقل بسهولة من خلال التسريبات الصغيرة وعبر جسم القابس نفسه، غالبًا ما ينزلق. ويشير المؤلفون إلى أن هذا التوهين غير المتكافئ لا يقلل فقط من الحماية الشاملة. كما أنه يشوه الصوت الذي يسمعه مرتديه، مما قد يضر بوضوح الكلام ويجعل الناس يسحبون المقابس حتى يتمكنوا من التواصل.

مرنان هيلمهولتز هو جهاز صوتي كلاسيكي، وهو في الأساس تجويف صغير مغلق متصل بالخارج من خلال رقبة ضيقة. إن النفخ في الجزء العلوي من الزجاجة الفارغة هو النسخة اليومية لنفس الفكرة. يمتص الرنان الصوت بقوة أو يعكسه بتردد محدد يعتمد على حجم التجويف والرقبة. أراد فريق البحث معرفة ما إذا كان وضع العديد من هذه الرنانات داخل سدادة الأذن يمكن أن يلغي بشكل انتقائي الصوت منخفض التردد من خلال التداخل، دون إضافة أي إلكترونيات نشطة.

كيف تمت الدراسة

بدأ الباحثون بنموذج تحليلي لكيفية تخفيف سدادة الأذن السلبية للضوضاء. ومن هذا النموذج اشتقوا الحالة الدقيقة للحد الأقصى من الضوضاء داخل قناة الأذن المسدودة. الفكرة الرئيسية هي أن التوهين منخفض التردد يتم تحديده من خلال معامل الانعكاس على السطح الداخلي لسدادة الأذن، وهو السطح الذي يواجه عمود الهواء المحصور بين القابس وطبلة الأذن. عندما تنعكس الموجة عن ذلك السطح الداخلي وتعود مرة أخرى في مرحلة مضادة مع موجة واردة، يلغي كل منهما الآخر من خلال التداخل المدمر، وهو بالضبط ما تريده لحماية السمع.

ولترجمة هذه النظرية إلى جهاز حقيقي، قام الفريق ببناء ما يسمى سدادات الأذن الفوقية التي تضم ثلاثة رنانات هيلمهولتز مضبوطة على منطقة التردد المنخفض. لقد اختبروا هذه المقابس النموذجية بطريقتين. أولاً، استخدموا أداة اختبار صوتية، وهي في الأساس قناة أذن صناعية مزودة بميكروفون مُعاير حيث توجد طبلة الأذن، مما سمح لهم بقياس التوهين في ظل ظروف خاضعة لرقابة مشددة. ثانيًا، أجروا تجارب مع مشاركين من البشر للتأكد من أن نفس التأثيرات تظهر في الأذنين الحقيقية، حيث يمكن أن يؤدي التشريح الفردي والملاءمة إلى التباين.

قام الفريق أيضًا باختبار التصميم من خلال إدخال تسريبات صغيرة حول القابس عمدًا، نظرًا لأن مرتديها في العالم الحقيقي نادرًا ما يحققون ختمًا مثاليًا. وقد سمح لهم ذلك بالتحقق مما إذا كانت المكاسب المستندة إلى الرنان قد صمدت عندما كان الملاءمة أقل من المثالي.

ما وجده الباحثون

أظهرت كل من قياسات تركيبات الاختبار وقياسات الأذن البشرية نفس النمط. أدى ضبط رنانات هيلمهولتز بحيث تكون الموجة المنعكسة إما في طور مضاد للموجة الساقطة، أو قريبة من إزاحة الطور بمقدار 90 درجة، إلى زيادة توهين التردد المنخفض بما يصل إلى 15 ديسيبل للأصوات التي تقل عن 1 كيلو هرتز. التحسن بمقدار 15 ديسيبل ليس بالأمر الدقيق. كل 10 ديسيبل يؤدي إلى خفض ارتفاع الصوت إلى النصف تقريبًا، لذا فإن إضافة 15 ديسيبل من التوهين منخفض التردد يمكن أن يأخذ ضوضاء عالية غير مريحة من خلال قابس قياسي ويخفضها نحو مستوى أقرب بكثير إلى الاستماع المريح للمحادثة.

والأهم من ذلك، أن المكاسب صمدت في ظل التوافق غير الكامل. حتى عندما قدم الفريق تسربًا صوتيًا معتدلًا حول القابس، ظل التصميم المجهز بالرنان يتفوق على التصميمات السلبية التقليدية في نطاق التردد المنخفض. وهذا مهم لأن الكثير من الفجوة بين تقييمات المختبرات والأداء في العالم الحقيقي تأتي من التسريبات. يعتبر الواقي الذي لا يزال يعمل عندما لا يكون الختم مثاليًا أكثر فائدة في أماكن العمل والأماكن الصاخبة من الواقي الذي يعتمد على الإدخال في المختبر.

لاحظ المؤلفون أيضًا أن الرنانات المستخدمة في النموذج الأولي كانت مصممة في الأصل لمعالجة تأثير الانسداد، حيث غالبًا ما يسمع مرتديها المزدحم والمجوف أصواتهم عندما يتم توصيل آذانهم. لذا فإن نفس العناصر السلبية التي عززت التوهين المنخفض التردد لديها أيضًا القدرة على جعل المقابس تشعر وصوتًا أقل إزعاجًا على الرأس، مما قد يحسن الراحة والرغبة في ارتدائها لفترات طويلة.

تشير النتائج مجتمعة إلى أن سدادات الأذن السلبية بالكامل لا تزال تتمتع بمساحة رأسية هندسية ذات معنى. سيكون الأداء الأفضل في الترددات المنخفضة، الذي يتم تحقيقه بدون بطاريات أو ميكروفونات أو دوائر نشطة، أرخص وأكثر متانة وأسهل في النشر على نطاق واسع مقارنة بالتحسينات المكافئة القائمة على إلغاء الضوضاء النشط.

ماذا يعني للأشخاص الذين يعانون من فقدان السمع

معظم حالات فقدان السمع عند البالغين لها أكثر من سبب. يلعب كل من العمر وعلم الوراثة والأدوية دورًا، لكن التعرض التراكمي للضوضاء هو أحد أكبر المساهمين الذين يمكن السيطرة عليهم. إن تحسين مدى نجاح سدادة الأذن السلبية في حجب الصوت منخفض التردد، وهو جزء من الطيف الذي كان تاريخياً أضعف نقطة في هذه الأجهزة، يمكن أن يقلل بشكل كبير من تلف السمع في المستقبل لدى الأشخاص الذين تضعهم أعمالهم أو هواياتهم حول الآلات والموسيقى الصاخبة.

بالنسبة للأشخاص الذين يعانون بالفعل من فقدان السمع الناجم عن الضوضاء، فإن الرسالة العملية ذات شقين. أصبح الآن من الممكن تحقيق حماية السمع الذي لا يزال لديك باستخدام أجهزة أبسط سلبية تمامًا لا تحتاج إلى بطاريات أو إلكترونيات نشطة. ونظرًا لأن المقابس القائمة على الرنان توفر توهينًا أكثر توازنًا عبر الترددات، فإن الصوت الذي يمر عبرها يكون أقل تشويهًا، مما يجعل الاتصال المستمر في البيئات الصاخبة أسهل ويقلل من إغراء سحب الحماية في اللحظة الخاطئة تمامًا.

عندما يبدأ فقدان السمع الناتج عن الضوضاء بالفعل، يتم تضخيم السمع بدون وصفة طبية دون زيارة العيادة

تعد سدادات الأذن الأفضل جزءًا من الحل، ولكن بالنسبة لملايين البالغين الذين فقدوا السمع بالفعل بسبب سنوات من التعرض للضوضاء، فإن السؤال التالي هو الوصول إلى تضخيم الصوت. يميل فقدان السمع الناجم عن الضوضاء إلى الهبوط أولاً وبقوة في الترددات الأعلى، وهو بالضبط النطاق الذي يجعل الحروف الساكنة واضحة والمحادثات واضحة. غالبًا ما يؤخر الأشخاص في هذا الوضع العلاج بسبب التكلفة أو الوقت أو احتمال زيارة العيادة المتعددة.

تم بناء Panda Air حول هذه الفجوة. وهو عبارة عن جهاز داخل القناة مكون من 16 قناة مع تقليل الضوضاء التكيفي متعدد النطاقات وعلبة شحن سريع لمدة 60 ساعة، ويتضمن اختبار السمع داخل الأذن القائم على تطبيق Panda. بعد وصول الجهاز، يقوم مرتديه بإقرانه مع تطبيق Panda، الذي يقوم بإجراء اختبار سمع خاص بالتردد من خلال المعينة السمعية نفسها ثم يقوم تلقائيًا ببرمجة كسب الجهاز واستجابة التردد لمطابقة مخطط السمع، على غرار ما يفعله أخصائي السمع عند التركيب الشخصي. وهذا يلغي الحاجة إلى أخذ إجازة من العمل لبدء السمع بشكل أفضل، كما أن الضمان لمدة 5 سنوات بالإضافة إلى فترة إرجاع مدتها 45 يومًا يجعل تجربة ذلك أقل خطورة. تعلم المزيد في pandahearing.com/products/panda-air.

تحذير معقول: تم تصميم المعينات السمعية المتاحة دون وصفة طبية للبالغين الذين يعانون من فقدان السمع الخفيف إلى المتوسط. لا يزال الأشخاص الذين أدى تعرضهم للضوضاء إلى وصول فقدان الصوت إلى النطاق الشديد يستفيدون أكثر من العمل مع أخصائي السمع السريري، نظرًا لأن هذا المستوى من الخسارة غالبًا ما يتطلب تركيبات أكثر قوة واستشارة دقيقة.

حدود هذا البحث

هذه دراسة لإثبات المفهوم، وليست تجربة في مكان العمل. تم اختبار النموذج الأولي لسدادات الأذن الفوقية على جهاز صوتي يتم التحكم فيه وعلى مجموعة صغيرة من المشاركين البشريين. لا تزال هناك حاجة إلى إنشاء راحة الارتداء على المدى الطويل والمتانة وكيفية أداء التصميم عبر مجموعة واسعة من أشكال الرأس وأحجام قناة الأذن قبل ظهور التكنولوجيا في أماكن العمل اليومية وحماية المستهلك. يعتمد نطاق التردد ذو التحسين الأقوى أيضًا على ضبط تجاويف الرنان، لذلك لن يكون التصميم الفردي هو الأمثل لكل نوع من أنواع التعرض للضوضاء.

تم تنفيذ العمل في IRSST، وهو معهد أبحاث الصحة والسلامة المهنية في كيبيك، وفي مختبرات الصوتيات الأكاديمية في فرنسا وكندا. لا تصف الورقة شراكة المنتج التجاري، ولم يتم تسليط الضوء على أي تمويل للصناعة في البيانات الوصفية المتاحة.

حيث يتركنا هذا

لقد كانت سدادات الأذن السلبية عنصرًا أساسيًا في الحفاظ على السمع لعقود من الزمن، لكن ضعفها المنخفض التردد كان منذ فترة طويلة عائقًا معروفًا. من خلال هندسة السطح الداخلي للقابس ليعكس الصوت مرة أخرى في حالة تداخل مدمر، أظهر المؤلفون أن التصميمات السلبية بالكامل لا تزال تتمتع بمساحة علوية ذات معنى. إذا شق هذا النهج طريقه إلى سدادات الأذن التجارية، فإن الجيل التالي من حماية السمع يمكن أن يوفر توهينًا أكثر سلاسة وأكثر فائدة، ويشجع على ارتداء أطول وأكثر اتساقًا، ويحمي المزيد من السمع الذي لا يزال يتمتع به الأشخاص في البيئات الصاخبة.

Carillo K، Sgard F، Dazel O، Doutres O. تحسين التوهين منخفض التردد لسدادات الأذن السلبية باستخدام مرنانات هيلمهولتز. مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية. 2026;159(4):3702-3712. تم الاسترجاع من PubMed. https://doi.org/10.1121/10.0043161