귀마개 내부의 작은 공진기가 저주파 소음을 더 많이 차단하고 청력을 더 잘 보호할 수 있는 방법

새로운 음향 공학 연구에 따르면 수동형 귀마개에 헬름홀츠 공명기를 추가하면 저주파 소음을 최대 15데시벨까지 줄일 수 있으며, 이는 작업자, 음악가 및 콘서트 관람객이 소음으로 인한 청력 손실로부터 귀를 보호하는 방법을 바꿀 수 있는 발전입니다.

귀마개는 소음으로 인한 청력 손실을 예방하기 위해 가장 간단하고 가장 널리 사용되는 도구 중 하나이지만 알려진 약점이 있습니다. 작업장이나 콘서트장에서 나눠주는 값싼 폼 플러그는 고주파음, 즉 쉭쉭거리는 소음을 잘 차단하지만 저주파음은 통과시키는 경향이 있습니다. 그렇기 때문에 지게차 엔진, 록 콘서트 베이스 라인 또는 전동 톱은 플러그를 외이도 깊숙히 밀어넣은 후에도 여전히 큰 소리를 느낄 수 있습니다.

캐나다와 프랑스의 음향 연구원 팀은 이제 귀마개 본체에 직접 내장된 작은 공진기 챔버를 사용하여 이러한 간격을 수정하는 것을 목표로 하는 수동 설계를 테스트했습니다. 미국 음향학회지(The Journal of the Acoustical Society of America)에 발표된 그들의 결과는 이 접근 방식이 배터리나 전자 장치 없이도 문제가 되는 저주파 범위에서 최대 15데시벨의 추가 감쇠를 추가할 수 있음을 시사합니다.

배경: 연구자들이 이것을 본 이유

소음으로 인한 청력 상실은 영구적인 청력 손상의 가장 예방 가능한 원인 중 하나입니다. 건설 현장, 공장, 비행기 노선, 콘서트 등에서 큰 소리에 반복적으로 노출되면 내이 내부의 섬세한 감각 유모 세포가 점차 파괴됩니다. 유모세포는 한번 사라지면 다시 자라지 않습니다. 청력 보호는 실제로 귀에 도달하는 소음 수준을 낮추어 작동하므로 내이가 손상을 주는 에너지를 더 적게 받습니다.

문제는 실제 귀마개 성능이 패키지에 표시된 등급만큼 좋은 경우가 거의 없다는 것입니다. 핏이 불완전할 수 있고, 플러그가 낮 동안 바뀔 수 있으며, 작은 폼이나 실리콘 플러그의 물리적 특성으로 인해 모든 주파수가 똑같이 잘 차단되지는 않습니다. 특히 파장이 길고 작은 누출과 플러그 본체를 통해 쉽게 전달되는 저주파 사운드는 종종 빠져나가는 경우가 많습니다. 저자는 이러한 불균일한 감쇠가 단지 전반적인 보호를 감소시키는 것이 아니라는 점을 지적합니다. 또한 착용자가 듣는 소리를 왜곡하여 음성 명료도를 손상시키고 사람들이 의사 소통을 위해 플러그를 뽑게 만들 수 있습니다.

헬름홀츠 공진기는 기본적으로 좁은 목을 통해 외부와 연결된 작은 밀폐형 공동인 고전적인 음향 장치입니다. 빈 병의 윗부분을 불어 넣는 것은 동일한 아이디어의 일상적인 버전입니다. 공진기는 공동과 목의 크기에 따라 특정 주파수에서 소리를 강력하게 흡수하거나 반사합니다. 연구팀은 이러한 공명기 중 여러 개를 귀마개 안에 배치하면 활성 전자 장치를 추가하지 않고도 간섭을 통해 저주파 사운드를 선택적으로 취소할 수 있는지 알고 싶었습니다.

연구가 어떻게 이루어졌는가

연구원들은 수동형 귀마개가 어떻게 소음을 감쇠하는지에 대한 분석 모델부터 시작했습니다. 그 모델로부터 그들은 막힌 외이도 내부의 최대 소음 감소를 위한 정확한 조건을 도출했습니다. 핵심 통찰력은 저주파 감쇠가 귀마개 내부 표면, 즉 플러그와 고막 사이에 갇힌 공기 기둥을 마주하는 표면의 반사 계수에 의해 결정된다는 것입니다. 내부 표면에서 반사된 파동이 들어오는 파동과 역위상으로 다시 도착하면 상쇄 간섭을 통해 두 파동이 서로 상쇄됩니다. 이것이 바로 청력 보호를 위해 원하는 것입니다.

이 이론을 실제 장치로 변환하기 위해 팀은 저주파 영역에 맞춰 조정된 3개의 헬름홀츠 공진기를 통합한 소위 메타 귀마개를 만들었습니다. 그들은 이 프로토타입 플러그를 두 가지 방법으로 테스트했습니다. 첫째, 그들은 고막이 위치하는 보정된 마이크가 있는 합성 외이도인 음향 테스트 장치를 사용하여 엄격하게 제어된 조건에서 감쇠를 측정할 수 있었습니다. 둘째, 그들은 개인의 해부학적 구조와 핏이 가변성을 가져올 수 있는 실제 귀에서도 동일한 효과가 나타나는지 확인하기 위해 인간 참가자들을 대상으로 시험을 실시했습니다.

또한 실제 착용자가 완벽한 밀봉을 거의 달성하지 못하기 때문에 팀은 의도적으로 플러그 주위에 작은 누출을 도입하여 설계에 대한 스트레스 테스트를 수행했습니다. 이를 통해 핏이 이상적이지 않을 때 공진기 기반 이득이 유지되는지 여부를 확인할 수 있습니다.

연구원들이 발견한 것

테스트 픽스처 측정과 사람의 귀 측정 모두 동일한 패턴을 보여주었습니다. 반사파가 입사파와 반대 위상에 있거나 90도 위상 오프셋에 가깝도록 헬름홀츠 공진기를 조정하면 1킬로헤르츠 미만의 소리에 대해 저주파 감쇠가 최대 15데시벨 증가합니다. 15데시벨 개선은 미묘하지 않습니다. 각 10데시벨은 인식된 소리의 크기를 대략 절반으로 줄입니다. 따라서 15데시벨의 저주파 감쇠를 추가하면 표준 플러그를 통해 불편할 정도로 크게 느껴지는 소음을 편안한 대화 청취에 훨씬 가까운 수준으로 낮출 수 있습니다.

중요한 것은 불완전한 핏에서도 이득이 유지된다는 것입니다. 팀이 플러그 주변에 적당한 음향 누출을 도입한 경우에도 공진기가 장착된 설계는 저주파 범위에서 여전히 기존 패시브 설계보다 성능이 뛰어났습니다. 실험실 평가와 실제 성능 사이의 격차 중 상당 부분이 누출로 인해 발생하기 때문에 이는 중요합니다. 밀봉이 완벽하지 않은 경우에도 작동하는 보호 장치는 실험실 수준의 삽입에 의존하는 보호 장치보다 시끄러운 작업장 및 장소에서 더 유용합니다.

저자는 또한 프로토타입에 사용된 공진기가 원래 폐색 효과를 해결하기 위해 설계되었으며, 붐비고 속이 빈 착용자는 귀가 막혔을 때 자신의 목소리를 듣는 경우가 많다는 점을 지적합니다. 따라서 저주파 감쇠를 강화하는 동일한 패시브 요소는 플러그의 느낌과 사운드를 머리에 덜 눈에 띄게 만들어 장시간 교대 근무 시 편안함과 착용 의지를 향상시킬 수 있습니다.

종합해 보면, 이 연구 결과는 완전 수동형 귀마개에도 여전히 의미 있는 엔지니어링 여유 공간이 있음을 시사합니다. 배터리, 마이크 또는 능동 회로 없이 달성되는 더 나은 저주파 성능은 능동형 소음 제거를 기반으로 한 동등한 개선보다 저렴하고 내구성이 뛰어나며 대규모 배포가 더 쉽습니다.

청력 손실이 있는 사람들에게 이것이 의미하는 바

대부분의 성인 발병 청력 상실에는 한 가지 이상의 원인이 있습니다. 나이, 유전적 요인, 약물 치료 등이 모두 중요한 역할을 하지만, 누적된 소음 노출은 통제 가능한 가장 큰 요인 중 하나입니다. 수동형 귀마개가 역사적으로 이 장치의 가장 약한 부분이었던 스펙트럼의 일부인 저주파 소리를 얼마나 잘 차단하는지 개선하면 시끄러운 기계와 음악 주위에 작업이나 취미를 두는 사람들의 미래 청력 손상을 의미 있게 줄일 수 있습니다.

이미 소음으로 인한 청력 손실이 있는 사람들에게 실용적인 메시지는 두 가지입니다. 아직 가지고 있는 청력을 보호하는 것은 이제 배터리나 능동형 전자 장치가 필요하지 않은 더 간단하고 완전 수동형 장치를 통해 잠재적으로 달성 가능합니다. 그리고 공진기 기반 플러그는 주파수 전반에 걸쳐 더 균일한 감쇠를 제공하기 때문에 통과하는 사운드가 덜 왜곡되어 시끄러운 환경에서 지속적인 통신을 더 쉽게 만들고 정확히 잘못된 순간에 보호 기능을 해제하려는 유혹을 줄여줍니다.

소음으로 인한 청력 상실이 이미 시작된 경우, 진료소 방문 없이 OTC 증폭

더 나은 귀마개가 답의 일부이지만 이미 수년간의 소음 노출로 인해 청력을 잃은 수백만 명의 성인에게 다음 질문은 증폭에 대한 접근성입니다. 소음으로 인한 청력 손실은 자음을 명확하게 하고 대화를 명확하게 만드는 범위인 고주파에서 가장 먼저 그리고 가장 심하게 발생하는 경향이 있습니다. 이 위치에 있는 사람들은 비용, 시간 또는 여러 번의 진료소 방문 가능성으로 인해 치료를 지연하는 경우가 많습니다.

Panda Air는 이러한 격차를 중심으로 구축되었습니다. 다중 대역 적응형 소음 감소 기능과 60시간 고속 충전 케이스를 갖춘 16채널 이어버드 스타일의 이어폰형 장치로, Panda 앱 기반 인이어 청력 테스트가 포함되어 있습니다. 장치가 도착하면 착용자는 Panda 앱과 페어링합니다. 이 앱은 보청기 자체를 통해 주파수별 청력 테스트를 실행한 다음 청력도와 일치하도록 장치의 이득과 주파수 응답을 자동으로 프로그래밍합니다. 이는 청력학자가 직접 피팅하는 것과 유사합니다. 따라서 더 나은 청력을 시작하기 위해 직장을 쉬어야 할 필요가 없으며, 5년 보증과 45일 반품 기간을 통해 부담을 덜 수 있습니다. 자세히 알아보기 pandahearing.com/products/panda-air.

합리적인 주의 사항: OTC 보청기는 경증에서 중등도 청력 손실이 있는 성인을 위해 설계되었습니다. 소음 노출로 인해 손실이 심각한 범위에 이른 사람들은 여전히 ​​임상 청력학자와 협력하여 가장 많은 혜택을 누리고 있습니다. 왜냐하면 그러한 손실 수준에는 종종 더 공격적인 피팅과 신중한 상담이 필요하기 때문입니다.

이 연구의 한계

이것은 직장 실험이 아닌 개념 증명 연구입니다. 프로토타입 메타 귀마개는 제어된 음향 장치와 소규모 참가자 그룹을 대상으로 테스트되었습니다. 기술이 일상적인 작업장과 소비자 보호 장치에 나타나기 전에 장기적인 착용 편안함, 내구성 및 다양한 머리 모양과 외이도 크기에 대한 디자인의 성능이 여전히 확립되어야 합니다. 가장 크게 개선되는 주파수 대역은 공진기 공동 조정에 따라 달라지므로 단일 설계가 모든 유형의 소음 노출에 최적이지는 않습니다.

이 작업은 퀘벡 산업 보건 및 안전 연구 기관인 IRSST와 프랑스 및 캐나다의 음향 학술 연구소에서 수행되었습니다. 이 문서에서는 상용 제품 파트너십에 대해 설명하지 않으며 사용 가능한 메타데이터에서 업계 자금 지원이 강조되어 있지 않습니다.

이것이 우리를 떠나는 곳

수동형 귀마개는 수십 년 동안 청력 보존의 필수 요소였지만 저주파 약점은 오랫동안 알려진 한계였습니다. 상쇄 간섭으로 사운드를 다시 반사하도록 플러그의 내부 표면을 설계함으로써 저자는 완전 패시브 설계에 여전히 의미 있는 헤드룸이 남아 있음을 보여줍니다. 이 접근 방식이 상업용 귀마개에 적용된다면 차세대 청력 보호 장치는 더 평평하고 유용한 감쇠를 제공하고 더 길고 일관된 착용을 장려하며 시끄러운 환경에 있는 사람들이 여전히 가지고 있는 청력을 더 많이 보호할 수 있습니다.

Carillo K, Sgard F, Dazel O, Doutres O. Helmholtz 공진기를 사용하여 수동형 귀마개의 저주파 감쇠를 개선합니다. 미국 음향학회 저널. 2026;159(4):3702-3712. PubMed에서 가져옴. https://doi.org/10.1121/10.0043161