Bộ cộng hưởng tí hon bên trong nút tai có thể chặn thêm tiếng ồn tần số thấp và bảo vệ thính lực tốt hơn như thế nào

Một nghiên cứu kỹ thuật âm học mới cho thấy việc bổ sung bộ cộng hưởng Helmholtz vào nút tai thụ động có thể tăng khả năng giảm tiếng ồn tần số thấp lên đến 15 decibel, một bước tiến có thể thay đổi cách người lao động, nhạc sĩ và khán giả hòa nhạc bảo vệ tai khỏi mất thính lực do tiếng ồn.

Nút tai là một trong những công cụ đơn giản và phổ biến nhất để phòng ngừa mất thính lực do tiếng ồn, nhưng chúng có một điểm yếu đã được biết đến. Những chiếc nút tai bằng xốp giá rẻ được phát tại công trường và địa điểm hòa nhạc chặn khá tốt âm thanh tần số cao, những tiếng rít và tiếng the thé, nhưng lại thường để lọt các tiếng ầm tần số thấp. Đó là lý do động cơ xe nâng, tiếng bass của buổi hòa nhạc rock hay máy cưa điện vẫn có thể nghe rất to dù bạn đã nhét nút tai sâu vào ống tai.

Một nhóm nhà nghiên cứu âm học tại Canada và Pháp vừa thử nghiệm một thiết kế thụ động nhằm khắc phục khoảng trống đó, sử dụng các buồng cộng hưởng nhỏ tích hợp trực tiếp vào thân nút tai. Kết quả của họ, công bố trên The Journal of the Acoustical Society of America, cho thấy cách tiếp cận này có thể tăng thêm mức suy giảm âm lên đến 15 decibel ở dải tần số thấp vốn khó xử lý, mà không cần pin hay linh kiện điện tử.

Bối cảnh: vì sao các nhà nghiên cứu quan tâm đến vấn đề này

Mất thính lực do tiếng ồn là một trong những nguyên nhân gây tổn thương thính lực vĩnh viễn có thể phòng ngừa nhất. Tiếp xúc lặp đi lặp lại với âm thanh lớn, dù ở công trường xây dựng, nhà máy, sân bay hay buổi hòa nhạc, sẽ dần phá hủy các tế bào lông cảm giác mỏng manh bên trong tai trong. Một khi các tế bào lông này mất đi, chúng sẽ không mọc lại. Thiết bị bảo vệ thính giác hoạt động bằng cách giảm mức tiếng ồn thực sự đến tai, để tai trong nhận ít năng lượng gây hại hơn.

Thách thức là hiệu quả thực tế của nút tai hiếm khi tốt như mức đánh giá trên bao bì. Nút tai có thể đeo chưa khít, có thể xê dịch trong ngày, và về mặt vật lý, các nút tai nhỏ bằng xốp hoặc silicone đơn giản là không chặn được mọi tần số tốt như nhau. Đặc biệt, âm thanh tần số thấp, vốn có bước sóng dài và dễ dàng truyền qua các khe hở nhỏ cũng như qua chính thân nút tai, thường lọt qua. Các tác giả chỉ ra rằng mức suy giảm âm không đồng đều này không chỉ làm giảm khả năng bảo vệ tổng thể. Nó còn làm méo âm thanh người đeo nghe được, có thể làm giảm độ dễ hiểu của lời nói và khiến mọi người tháo nút tai ra để giao tiếp.

Bộ cộng hưởng Helmholtz là một thiết bị âm học kinh điển, về cơ bản là một khoang kín nhỏ thông ra bên ngoài qua một cổ hẹp. Thổi ngang miệng một chiếc chai rỗng là phiên bản đời thường của cùng ý tưởng này. 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 nhiều bộ cộng hưởng như vậy bên trong nút tai có thể triệt tiêu có chọn lọc âm thanh tần số thấp thông qua giao thoa, mà không cần thêm bất kỳ linh kiện điện tử chủ động nào hay không.

Cách thực hiện nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với một mô hình giải tích về cách nút tai thụ động làm suy giảm tiếng ồn. Từ mô hình đó, họ suy ra điều kiện chính xác để đạt mức giảm tiếng ồn tối đa bên trong ống tai bị bịt kín. Điểm mấu chốt là mức suy giảm âm tần số thấp được quyết định bởi hệ số phản xạ tại mặt trong của nút tai, tức bề mặt hướng về cột không khí bị giữ lại giữa nút tai và màng nhĩ. Khi sóng phản xạ từ mặt trong này quay trở lại ngược pha với sóng tới, hai sóng sẽ triệt tiêu nhau thông qua giao thoa triệt tiêu, đúng là điều bạn cần để bảo vệ thính giác.

Để biến lý thuyết đó thành thiết bị thực tế, nhóm nghiên cứu đã chế tạo những chiếc “meta-earplug” (nút tai siêu vật liệu) tích hợp ba bộ cộng hưởng Helmholtz được điều chỉnh cho vùng tần số thấp. Họ thử nghiệm các nút tai nguyên mẫu này theo hai cách. Thứ nhất, họ dùng một thiết bị đo thử âm học, về cơ bản là một ống tai nhân tạo có micrô đã hiệu chuẩn đặt tại vị trí màng nhĩ, cho phép đo mức suy giảm âm trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Thứ hai, họ tiến hành thử nghiệm với người tham gia để xác nhận rằng các hiệu ứng tương tự cũng xuất hiện ở tai thật, nơi cấu trúc giải phẫu và độ khít của từng người có thể tạo ra sự khác biệt.

Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra độ bền của thiết kế bằng cách cố ý tạo ra các khe hở nhỏ quanh nút tai, vì người đeo ngoài đời thực hiếm khi đạt được độ kín hoàn hảo. Điều này giúp họ kiểm tra xem lợi ích từ bộ cộng hưởng có được duy trì khi nút tai đeo chưa thật khít hay không.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện điều gì

Cả kết quả đo trên thiết bị đo thử lẫn trên tai người đều cho thấy cùng một xu hướng. Việc điều chỉnh các bộ cộng hưởng Helmholtz sao cho sóng phản xạ ngược pha với sóng tới, hoặc lệch pha gần 90 độ, đã tăng mức suy giảm âm tần số thấp lên đến 15 decibel đối với âm thanh dưới 1 kilohertz. Mức cải thiện 15 decibel không hề nhỏ. Cứ mỗi 10 decibel thì độ to cảm nhận của âm thanh giảm khoảng một nửa, vì vậy thêm 15 decibel suy giảm âm tần số thấp có thể biến một tiếng ồn vẫn to khó chịu khi đeo nút tai thông thường thành mức gần với ngưỡng nghe trò chuyện thoải mái hơn nhiều.

Quan trọng là lợi ích này vẫn được duy trì khi đeo chưa khít. Ngay cả khi nhóm tạo ra mức rò rỉ âm thanh vừa phải quanh nút tai, thiết kế có bộ cộng hưởng vẫn vượt trội hơn các thiết kế thụ động thông thường ở dải tần số thấp. Điều này quan trọng vì phần lớn chênh lệch giữa chỉ số trong phòng thí nghiệm và hiệu quả thực tế đến từ các khe hở. Một thiết bị bảo vệ vẫn hoạt động khi độ kín chưa hoàn hảo sẽ hữu ích hơn tại nơi làm việc và địa điểm ồn ào so với loại đòi hỏi cách đeo chuẩn như trong phòng thí nghiệm.

Các tác giả cũng lưu ý rằng các bộ cộng hưởng dùng trong nguyên mẫu ban đầu được thiết kế để xử lý hiệu ứng bịt tai, tức cảm giác giọng nói của chính mình nghe ù ù, rỗng khi tai bị bịt kín. Vì vậy, cùng những thành phần thụ động giúp tăng mức suy giảm âm tần số thấp cũng có thể khiến nút tai đeo và nghe ít gây vướng víu hơn, từ đó cải thiện sự thoải mái và mức độ sẵn lòng đeo trong những ca làm việc dài.

Tổng hợp lại, các phát hiện cho thấy nút tai hoàn toàn thụ động vẫn còn dư địa kỹ thuật đáng kể. Hiệu quả tần số thấp tốt hơn, đạt được mà không cần pin, micrô hay mạch chủ động, sẽ rẻ hơn, bền hơn và dễ triển khai trên quy mô lớn hơn so với những cải tiến tương đương dựa trên công nghệ khử tiếng ồn chủ động.

Ý nghĩa đối với người bị mất thính lực

Hầu hết các trường hợp mất thính lực khởi phát ở tuổi trưởng thành có nhiều hơn một nguyên nhân. Tuổi tác, di truyền và thuốc men đều đóng vai trò, nhưng tiếp xúc tiếng ồn tích lũy là một trong những yếu tố lớn nhất có thể kiểm soát được. Cải thiện khả năng chặn âm thanh tần số thấp của nút tai thụ động, phần phổ âm vốn là điểm yếu nhất của các thiết bị này từ trước đến nay, có thể giảm đáng kể tổn thương thính lực trong tương lai ở những người có công việc hoặc sở thích khiến họ thường xuyên ở gần máy móc và âm nhạc ồn ào.

Với những người đã bị mất thính lực do tiếng ồn, thông điệp thực tế có hai mặt. Việc bảo vệ phần thính lực còn lại giờ đây có thể thực hiện được bằng các thiết bị đơn giản hơn, hoàn toàn thụ động, không cần pin hay linh kiện điện tử chủ động. Và vì nút tai có bộ cộng hưởng mang lại mức suy giảm âm đồng đều hơn trên các tần số, âm thanh lọt qua sẽ ít bị méo hơn, giúp việc giao tiếp liên tục trong môi trường ồn ào dễ dàng hơn và giảm cám dỗ tháo thiết bị bảo vệ ra đúng vào thời điểm không nên.

Khi đã bị mất thính lực do tiếng ồn: khuếch đại âm thanh OTC mà không cần đến phòng khám

Nút tai tốt hơn là một phần của giải pháp, nhưng với hàng triệu người lớn đã mất thính lực sau nhiều năm tiếp xúc tiếng ồn, câu hỏi tiếp theo là khả năng tiếp cận thiết bị khuếch đại âm thanh. Mất thính lực do tiếng ồn thường xuất hiện sớm nhất và nặng nhất ở các tần số cao, chính là dải tần giúp phụ âm dễ nghe và cuộc trò chuyện rõ ràng. Những người ở tình trạng này thường trì hoãn điều trị vì chi phí, thời gian hoặc viễn cảnh phải đến phòng khám nhiều lần.

Panda Air được tạo ra để lấp khoảng trống đó. Đây là thiết bị trong ống tai (ITC) 16 kênh kiểu tai nghe nhét tai, có giảm tiếng ồn thích ứng đa băng tần và hộp sạc nhanh cho 60 giờ sử dụng, đồng thời đi kèm bài kiểm tra thính lực trong tai qua ứng dụng Panda. Sau khi nhận máy, người đeo ghép nối máy với ứng dụng Panda, ứng dụng sẽ thực hiện bài kiểm tra thính lực theo từng tần số ngay qua chính máy trợ thính, rồi tự động lập trình độ khuếch đại và đáp tuyến tần số của máy để khớp với thính lực đồ, tương tự những gì chuyên gia thính học làm trong buổi lắp và chỉnh máy trực tiếp. Nhờ vậy, bạn không cần nghỉ làm chỉ để bắt đầu nghe tốt hơn, và chế độ bảo hành 5 năm cùng thời hạn đổi trả 45 ngày giúp việc dùng thử ít rủi ro hơn. Tìm hiểu thêm tại pandahearing.com/products/panda-air.

Một lưu ý hợp lý: máy trợ thính OTC được thiết kế cho người lớn bị mất thính lực từ nhẹ đến trung bình. Những người mà việc tiếp xúc tiếng ồn đã khiến mất thính lực chuyển sang mức nặng vẫn sẽ được lợi nhất khi làm việc với chuyên gia thính học lâm sàng, vì mức mất thính lực đó thường cần điều chỉnh máy mạnh hơn và tư vấn kỹ lưỡng.

Hạn chế của nghiên cứu

Đây là một nghiên cứu chứng minh khái niệm, không phải thử nghiệm tại nơi làm việc. Các nút tai siêu vật liệu nguyên mẫu được thử nghiệm trên một thiết bị đo thử âm học có kiểm soát và trên một nhóm nhỏ người tham gia. Sự thoải mái khi đeo lâu dài, độ bền và hiệu quả của thiết kế trên nhiều hình dạng đầu và kích thước ống tai khác nhau vẫn cần được xác lập trước khi công nghệ này xuất hiện trong các thiết bị bảo vệ dùng hằng ngày tại nơi làm việc và cho người tiêu dùng. Dải tần cải thiện mạnh nhất cũng phụ thuộc vào việc điều chỉnh các khoang cộng hưởng, nên một thiết kế duy nhất sẽ không tối ưu cho mọi loại tiếp xúc tiếng ồn.

Nghiên cứu được thực hiện tại IRSST, một viện nghiên cứu về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp của Quebec, cùng các phòng thí nghiệm âm học học thuật ở Pháp và Canada. Bài báo không đề cập đến hợp tác sản phẩm thương mại nào, và siêu dữ liệu hiện có cũng không nêu nguồn tài trợ từ ngành công nghiệp.

Chúng ta đang ở đâu

Nút tai thụ động đã là công cụ chủ lực trong bảo tồn thính lực suốt nhiều thập kỷ, nhưng điểm yếu ở tần số thấp từ lâu đã là một hạn chế được biết đến. Bằng cách thiết kế bề mặt bên trong của nút tai để phản xạ âm thanh trở lại tạo giao thoa triệt tiêu, các tác giả cho thấy các thiết kế hoàn toàn thụ động vẫn còn dư địa đáng kể. Nếu cách tiếp cận này được đưa vào nút tai thương mại, thế hệ thiết bị bảo vệ thính giác tiếp theo có thể mang lại mức suy giảm âm đồng đều và hữu ích hơn, khuyến khích việc đeo lâu và đều đặn hơn, đồng thời bảo vệ tốt hơn phần thính lực mà những người làm việc trong môi trường ồn ào vẫn còn.

Carillo K, Sgard F, Dazel O, Doutres O. Improving low-frequency attenuation of passive earplugs using Helmholtz resonators. The Journal of the Acoustical Society of America. 2026;159(4):3702-3712. Retrieved from PubMed. https://doi.org/10.1121/10.0043161