工作场所听力损失与低频噪声难题

工作场所听力损失是最常见的职业病之一。佩戴耳塞可以在很大程度上预防听力受损，但传统耳塞往往佩戴不舒适，许多使用者因此在有风险的环境中摘下耳塞。

尤其是低频噪声，例如交通产生的隆隆声和仓库、工厂中的振动声，更难以有效阻隔。由于每个人耳朵的生理结构存在差异，即使戴上耳塞，这类低频声音仍可能通过泄漏进入耳道。

传统耳塞的闭塞效应问题

传统耳塞还有一个常见缺点：使用者会感觉自己的声音变得闷、浑厚且空洞，这种现象被称为“闭塞效应”。

当耳道被耳塞完全封闭时，声振动会通过骨骼传导，在鼓膜前方形成压力积聚。结果是耳内回声感增强，佩戴体验变差，进一步降低了人们持续佩戴耳塞的意愿。

“元耳塞”技术的提出

在《美国声学学会杂志》上，加拿大魁北克罗伯特-索维职业健康安全研究所、高等技术学院以及法国勒芒大学声学研究所的研究团队提出并改进了一种“元耳塞”技术，旨在同时解决舒适性和防护性这两大难题。

研究作者 Kévin Carillo 表示，他们发现，传统上相互矛盾的两项指标——佩戴舒适度与听力保护效果——可以通过同一种技术共同改善：在耳塞中集成亥姆霍兹谐振器，并精确调控耳道内的反射声波。

亥姆霍兹谐振器如何改善佩戴体验

亥姆霍兹谐振器是一种带有细颈的球形腔体结构。将其布置在耳塞末端，可以柔化耳塞插入耳道时的气压变化，并对耳道内壁反射回来的声波进行精细调节。

Carillo 解释说，当耳朵被耳塞严密封闭后，耳道内部就变成一个小型封闭腔体，声音会在鼓膜与耳塞之间来回反射。这些反射波会彼此叠加或抵消：

• 如果时序叠加，就会增加鼓膜前的声压，削弱耳塞的保护效果；
• 如果通过设计让反射波相互抵消，就能降低耳内压力和闭塞感，这正是“元耳塞”要实现的目标。

面向低频工作噪声的优化

研究团队此前已经证明，“元耳塞”在减轻闭塞效应方面具有良好效果。在此基础上，他们进一步针对工业环境中常见的低频隆隆声和振动噪声，对耳塞结构进行了优化。

低频声在传统被动耳塞中容易引起耳内压力堆积。为此，研究人员设计了一种串联多个亥姆霍兹谐振器的耳塞结构：

• 每个谐振器被调谐到不同的目标频率；
• 多个谐振器协同作用，覆盖一段低频范围；
• 通过分散和缓解声压，实现对低频噪声的有效衰减。

这种设计无需依赖电子元件，就能显著提升对低频噪声的防护能力。

精密制造与未来应用方向

Carillo 指出，在如此微小的尺度上实现精确结构是一个关键挑战：谐振器腔体体积只有几立方厘米，颈部尺寸甚至不到一毫米。

为了达到所需精度，团队采用了 3D 打印技术来制造这些亥姆霍兹谐振器。3D 打印能够在极小尺度上实现复杂几何结构的精确成型，确保谐振器按设计频率工作。

研究人员计划继续推进“元耳塞”技术，拓展到高强度噪声防护领域。

Carillo 表示，所谓冲击噪声，包括钉枪、爆炸或其他工业冲击产生的短暂、突发且强度极高的声音。这类噪声尤其危险，因为耳朵的自然保护反射反应速度不足，无法在声波到达前及时起到防护作用。

未来，“元耳塞”有望在保持佩戴舒适度的前提下，为工人提供更可靠的听力保护，特别是在存在低频噪声和冲击噪声的高风险工作环境中。