Làm thế nào các bộ cộng hưởng nhỏ bên trong nút tai có thể chặn nhiều tiếng ồn tần số thấp hơn và bảo vệ thính giác tốt hơn

Một nghiên cứu kỹ thuật âm thanh mới cho thấy rằng việc bổ sung bộ cộng hưởng Helmholtz vào nút tai thụ động có thể tăng cường giảm tiếng ồn tần số thấp lên tới 15 decibel, một tiến bộ có thể thay đổi cách công nhân, nhạc sĩ và người xem hòa nhạc bảo vệ tai họ khỏi mất thính lực do tiếng ồn.

Nút bịt tai là một trong những công cụ đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất để ngăn ngừa mất thính lực do tiếng ồn, nhưng chúng có một điểm yếu được biết đến. Các phích cắm xốp rẻ tiền được cung cấp tại các địa điểm làm việc và địa điểm tổ chức buổi hòa nhạc có tác dụng rất tốt trong việc chặn âm thanh tần số cao, các loại tiếng ồn rít và rít, nhưng chúng có xu hướng cho phép các âm thanh tần số thấp hơn lọt qua. Đó là lý do tại sao động cơ xe nâng, dàn âm trầm trong buổi hòa nhạc rock hoặc máy cưa điện vẫn có thể phát ra âm thanh lớn ngay cả khi bạn đã đẩy nút sâu vào ống tai.

Một nhóm các nhà nghiên cứu âm thanh ở Canada và Pháp hiện đã thử nghiệm một thiết kế thụ động nhằm khắc phục khoảng trống đó, sử dụng các buồng cộng hưởng nhỏ được tích hợp trực tiếp vào thân nút tai. Kết quả của họ, được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Âm học Hoa Kỳ, cho thấy phương pháp này có thể làm tăng thêm sự suy giảm thêm tới 15 decibel trong dải tần số thấp rắc rối mà không cần pin hoặc thiết bị điện tử.

Bối cảnh: Tại sao các nhà nghiên cứu lại xem xét điều này

Mất thính lực do tiếng ồn là một trong những nguyên nhân gây tổn thương thính giác vĩnh viễn có thể phòng ngừa được. Việc tiếp xúc nhiều lần với âm thanh lớn, cho dù ở công trường xây dựng, trong nhà máy, trên đường bay hay tại buổi hòa nhạc, sẽ dần dần phá hủy các tế bào lông cảm giác mỏng manh bên trong tai trong. Một khi những tế bào tóc đó biến mất, chúng sẽ không mọc lại. Bảo vệ thính giác hoạt động bằng cách giảm mức độ tiếng ồn thực sự đến tai, do đó tai trong sẽ nhận được ít năng lượng gây hại hơn.

Thách thức là hiệu suất của nút tai trong thế giới thực hiếm khi tốt bằng đánh giá trên bao bì. Sự vừa vặn có thể không hoàn hảo, phích cắm có thể dịch chuyển trong ngày và cơ chế vật lý của phích cắm xốp hoặc silicon nhỏ không chặn tất cả các tần số tốt như nhau. Đặc biệt, âm thanh tần số thấp, có bước sóng dài và dễ dàng truyền qua những chỗ rò rỉ nhỏ và xuyên qua thân phích cắm, thường xuyên lọt qua. Các tác giả chỉ ra rằng sự suy giảm không đồng đều này không chỉ làm giảm khả năng bảo vệ tổng thể. Nó cũng làm biến dạng âm thanh mà người đeo nghe thấy, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng hiểu lời nói và khiến mọi người phải rút phích cắm ra để có thể giao tiếp.

Bộ cộng hưởng Helmholtz là một thiết bị âm thanh cổ điển, về cơ bản là một khoang nhỏ khép kín được nối với bên ngoài thông qua một cổ hẹp. Thổi qua miệng chai rỗng là phiên bản hàng ngày của cùng một ý tưởng. Bộ cộng hưởng hấp thụ hoặc phản xạ mạnh âm thanh ở một tần số cụ thể phụ thuộc vào kích thước của khoang và cổ. Nhóm nghiên cứu muốn biết liệu việc đặt một số bộ cộng hưởng này bên trong nút tai có thể loại bỏ một cách có chọn lọc âm thanh tần số thấp thông qua nhiễu mà không cần thêm bất kỳ thiết bị điện tử hoạt động nào hay không.

Nghiên cứu đã được thực hiện như thế nào

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với một mô hình phân tích về cách nút tai thụ động làm giảm tiếng ồn. Từ mô hình đó, họ rút ra điều kiện chính xác để giảm tiếng ồn tối đa bên trong ống tai bị tắc. Thông tin quan trọng là độ suy giảm tần số thấp được xác định bởi hệ số phản xạ ở bề mặt bên trong của nút tai, bề mặt đối diện với cột không khí bị mắc kẹt giữa nút bịt tai và màng nhĩ. Khi sóng phản xạ khỏi bề mặt bên trong đó quay trở lại ngược pha với sóng tới, cả hai sẽ triệt tiêu lẫn nhau thông qua giao thoa triệt tiêu, đó chính xác là điều bạn muốn để bảo vệ thính giác.

Để biến lý thuyết đó thành một thiết bị thực sự, nhóm nghiên cứu đã chế tạo cái gọi là nút tai siêu âm kết hợp ba bộ cộng hưởng Helmholtz được điều chỉnh theo vùng tần số thấp. Họ đã thử nghiệm những phích cắm nguyên mẫu này theo hai cách. Đầu tiên, họ sử dụng một thiết bị kiểm tra âm thanh, về cơ bản là một ống tai tổng hợp có micrô được hiệu chỉnh ở vị trí của màng nhĩ, cho phép họ đo độ suy giảm trong các điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Thứ hai, họ tiến hành thử nghiệm với những người tham gia là con người để xác nhận rằng những tác động tương tự cũng xuất hiện ở tai thật, trong đó giải phẫu và độ vừa vặn của từng cá nhân có thể tạo ra sự thay đổi.

Nhóm nghiên cứu cũng đã kiểm tra thiết kế một cách căng thẳng bằng cách cố tình tạo ra những rò rỉ nhỏ xung quanh phích cắm, vì những người đeo trong thực tế hiếm khi đạt được độ bịt kín hoàn hảo. Điều này cho phép họ kiểm tra xem mức tăng dựa trên bộ cộng hưởng có được duy trì hay không khi mức độ phù hợp kém hơn lý tưởng.

Những gì các nhà nghiên cứu tìm thấy

Cả phép đo của thiết bị thử nghiệm và phép đo tai người đều cho thấy cùng một kiểu mẫu. Điều chỉnh bộ cộng hưởng Helmholtz sao cho sóng phản xạ ngược pha với sóng tới hoặc gần lệch pha 90 độ, tăng độ suy giảm tần số thấp lên tới 15 decibel đối với âm thanh dưới 1 kilohertz. Sự cải thiện 15 decibel không phải là tinh tế. Mỗi 10 decibel gần như giảm một nửa độ lớn cảm nhận được của âm thanh, do đó, việc tăng thêm 15 decibel suy giảm tần số thấp có thể làm giảm tiếng ồn có cảm giác lớn đến mức khó chịu khi thông qua phích cắm tiêu chuẩn và giảm nó xuống mức gần giống với mức nghe thoải mái khi đàm thoại.

Điều quan trọng là lợi nhuận được duy trì dưới sự phù hợp không hoàn hảo. Ngay cả khi nhóm đưa ra sự rò rỉ âm thanh vừa phải xung quanh phích cắm, thiết kế được trang bị bộ cộng hưởng vẫn hoạt động tốt hơn các thiết kế thụ động thông thường ở dải tần số thấp. Điều đó quan trọng vì phần lớn khoảng cách giữa xếp hạng trong phòng thí nghiệm và hiệu suất trong thế giới thực đều xuất phát từ rò rỉ. Một bộ bảo vệ vẫn hoạt động khi lớp bịt kín không hoàn hảo sẽ hữu ích hơn ở những nơi làm việc và địa điểm ồn ào hơn là bộ bảo vệ phụ thuộc vào việc lắp vào cấp phòng thí nghiệm.

Các tác giả cũng lưu ý rằng các bộ cộng hưởng được sử dụng trong nguyên mẫu ban đầu được thiết kế để giải quyết hiệu ứng tắc nghẽn, những người đeo chất lượng rỗng, bùng nổ thường nghe thấy giọng nói của chính họ khi bịt tai. Vì vậy, các yếu tố thụ động tương tự giúp tăng cường suy giảm tần số thấp cũng có khả năng làm cho phích cắm có cảm giác và âm thanh ít gây khó chịu hơn trên đầu, điều này có thể cải thiện sự thoải mái và khả năng sẵn sàng đeo chúng trong thời gian dài.

Tổng hợp lại, các phát hiện cho thấy nút tai thụ động hoàn toàn vẫn có khoảng trống kỹ thuật có ý nghĩa. Hiệu suất tần số thấp tốt hơn, đạt được mà không cần pin, micrô hoặc mạch hoạt động, sẽ rẻ hơn, bền hơn và dễ triển khai trên quy mô lớn hơn so với những cải tiến tương đương dựa trên tính năng khử tiếng ồn chủ động.

Điều đó có ý nghĩa gì đối với người bị mất thính giác

Hầu hết tình trạng mất thính lực khởi phát ở người trưởng thành đều có nhiều nguyên nhân. Tuổi tác, di truyền và thuốc men đều đóng một vai trò nào đó, nhưng việc tiếp xúc với tiếng ồn tích lũy là một trong những nguyên nhân lớn nhất có thể kiểm soát được. Việc cải thiện hiệu quả của nút bịt tai thụ động chặn âm thanh tần số thấp, phần quang phổ trước đây là điểm yếu nhất của các thiết bị này, có thể làm giảm đáng kể tình trạng tổn thương thính giác trong tương lai ở những người có công việc hoặc sở thích đặt họ xung quanh máy móc và âm nhạc ồn ào.

Đối với những người đã bị mất thính lực do tiếng ồn, thông điệp thiết thực có hai mặt. Giờ đây, bạn có thể bảo vệ khả năng nghe của mình bằng các thiết bị đơn giản hơn, hoàn toàn thụ động, không cần pin hoặc thiết bị điện tử chủ động. Và bởi vì phích cắm dựa trên bộ cộng hưởng mang lại sự suy giảm đồng đều hơn trên các tần số, âm thanh truyền qua ít bị biến dạng hơn, giúp việc liên lạc liên tục trong môi trường ồn ào trở nên dễ dàng hơn và giảm khả năng rút lớp bảo vệ ra vào đúng thời điểm.

Khi tình trạng mất thính giác do tiếng ồn đã xảy ra, khuếch đại OTC mà không cần đến phòng khám

Nút bịt tai tốt hơn là một phần của câu trả lời, nhưng đối với hàng triệu người trưởng thành đã mất thính giác sau nhiều năm tiếp xúc với tiếng ồn, câu hỏi tiếp theo là khả năng tiếp cận bộ khuếch đại. Mất thính lực do tiếng ồn có xu hướng xảy ra đầu tiên và mạnh nhất ở tần số cao hơn, đây chính xác là dải giúp các phụ âm trở nên dễ hiểu và các cuộc trò chuyện trở nên rõ ràng. Những người ở vị trí này thường trì hoãn việc điều trị vì chi phí, thời gian hoặc khả năng phải đến nhiều phòng khám.

Panda Air được xây dựng xung quanh khoảng trống đó. Đây là thiết bị nhét trong tai kiểu tai nghe 16 kênh với khả năng giảm tiếng ồn thích ứng đa băng tần và hộp sạc nhanh trong 60 giờ, đồng thời bao gồm bài kiểm tra thính giác trong tai dựa trên ứng dụng Panda. Sau khi thiết bị được giao đến, người đeo sẽ ghép nối thiết bị với ứng dụng Panda, ứng dụng này chạy bài kiểm tra thính giác theo tần số cụ thể thông qua chính máy trợ thính, sau đó tự động lập trình mức tăng và phản hồi tần số của thiết bị để phù hợp với thính lực đồ, tương tự như những gì chuyên gia thính học thực hiện khi thử máy trực tiếp. Điều đó giúp loại bỏ nhu cầu nghỉ làm chỉ để bắt đầu nghe tốt hơn và chế độ bảo hành 5 năm cộng với thời hạn hoàn trả trong 45 ngày khiến việc dùng thử sản phẩm này có mức đặt cược thấp hơn. Tìm hiểu thêm tại pandahearing.com/products/panda-air.

Lưu ý hợp lý: Máy trợ thính OTC được thiết kế dành cho người lớn bị mất thính lực ở mức độ nhẹ đến trung bình. Những người mà việc tiếp xúc với tiếng ồn đã khiến tình trạng suy giảm ở mức độ nghiêm trọng vẫn được hưởng lợi nhiều nhất khi làm việc với chuyên gia thính học lâm sàng, vì mức độ tổn thất đó thường đòi hỏi phải có các thiết bị phù hợp tích cực hơn và tư vấn cẩn thận.

Hạn chế của nghiên cứu này

Đây là một nghiên cứu chứng minh khái niệm, không phải là thử nghiệm tại nơi làm việc. Nút tai meta nguyên mẫu đã được thử nghiệm trên một thiết bị cố định âm thanh có điều khiển và trên một nhóm nhỏ người tham gia. Vẫn cần phải thiết lập sự thoải mái, độ bền khi đeo lâu dài và cách thiết kế hoạt động trên nhiều hình dạng đầu và kích cỡ ống tai trước khi công nghệ này xuất hiện ở nơi làm việc hàng ngày và các thiết bị bảo vệ người tiêu dùng. Dải tần được cải thiện mạnh nhất cũng phụ thuộc vào việc điều chỉnh các khoang cộng hưởng, do đó, một thiết kế duy nhất sẽ không tối ưu cho mọi loại tiếp xúc với tiếng ồn.

Công việc được thực hiện tại IRSST, một viện nghiên cứu an toàn và sức khỏe nghề nghiệp ở Quebec, cũng như tại các phòng thí nghiệm âm học học thuật ở Pháp và Canada. Bài viết không mô tả quan hệ đối tác sản phẩm thương mại và không có nguồn tài trợ nào trong ngành được nêu bật trong siêu dữ liệu có sẵn.

Điều này sẽ đưa chúng ta đến đâu

Nút bịt tai thụ động đã là thiết bị quan trọng trong việc bảo tồn thính giác trong nhiều thập kỷ, nhưng điểm yếu ở tần số thấp của chúng từ lâu đã được biết đến là một hạn chế. Bằng cách thiết kế bề mặt bên trong của phích cắm để phản xạ lại âm thanh trong tình trạng giao thoa triệt tiêu, các tác giả cho thấy rằng các thiết kế hoàn toàn thụ động vẫn còn khoảng trống đáng kể. Nếu phương pháp này được áp dụng vào nút tai thương mại, thế hệ bảo vệ thính giác tiếp theo có thể mang lại khả năng giảm âm phẳng hơn, hữu ích hơn, khuyến khích đeo lâu hơn và ổn định hơn, đồng thời bảo vệ thính giác tốt hơn mà mọi người vẫn có trong môi trường ồn ào.

Carillo K, Sgard F, Dazel O, Doutres O. Cải thiện sự suy giảm tần số thấp của nút tai thụ động bằng bộ cộng hưởng Helmholtz. Tạp chí của Hiệp hội Âm học Hoa Kỳ. 2026;159(4):3702-3712. Lấy từ PubMed. https://doi.org/10.1121/10.0043161