如果你塞住耳朵，周圍的聲音會變得沉悶——而你自己的聲音會變得令人惱火地放大。“這就像頭在桶裡說話。你自己的聲音聽起來轟鳴作響，”蒙特利爾高等技術學院的聲學和振動專家工程師凱文·卡里略說。
這種“堵塞效應”會使耳塞和助聽器等裝置佩戴不適，有時會勸退人們使用它們。現在，卡里略和他的同事們創造了一種3D列印耳塞，可以抑制這些惱人的內部噪音，他們在本月早些時候在美國聲學學會的會議上報告了。
當耳塞、耳塞或助聽器阻塞或“堵塞”外耳道時，它們會在自身與鼓膜之間形成封閉腔。在這些腔內，我們通常透過說話、咀嚼和呼吸產生的低頻聲波（透過身體組織和骨骼傳播）會共振並被放大，然後才到達我們的鼓膜。
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以前解決這個問題的方案往往效率低下、不舒適或成本高昂。研究人員曾嘗試開發通風耳塞（允許一些空氣透過）、定製耳塞（更深入地插入耳道）以及依靠有源電子元件來消除低頻聲音的裝置。但卡里略和他的同事們希望找到一種更簡單、成本更低的方法。該團隊3D列印了微小的互連腔體，腔體內填充了吸能泡沫，並將它們連線到標準的耳塞式插入件上。耳道中的低頻聲波進入這些腔體並來回反射。透過調整腔體的大小和形狀，研究人員能夠建立一個共振結構，該結構可以捕獲和抑制此類聲波，而不是放大它們。
這種超材料裝置——開發人員稱之為“超材料耳塞”——像普通耳塞一樣位於外耳中。研究人員之前在人造耳朵中測試了新設計，“但那些需要它們的人呢？”卡里略說。因此，在他的團隊的新研究中，34名人類參與者將幾個版本的超材料耳塞與商用泡沫耳塞進行了比較。每個耳塞都配備了一個探管，使研究人員能夠監測耳道內的聲音水平。
參與者首先在受控的實驗室環境中試用了兩種型別的耳塞。他們透過閱讀特定的文字和發出自己選擇的聲音來測試堵塞效應。然後，他們評估了低音放大的程度、他們自己的聲音聽起來有多自然以及他們感到與外界噪音隔離的程度。最後，他們根據自己說話時更喜歡佩戴的耳塞型號進行了排名。
總共有 85% 的參與者更喜歡超材料耳塞。大多數人報告說，他們佩戴新裝置時，低頻身體噪音聽起來不那麼放大，並且他們自己的聲音聽起來更自然。內耳和耳道外側的聲音水平測量證實，這些可能令人不快的噪音正在被抑制。
德國呂貝克助聽器研究所的研究員弗洛裡安·登克表示，這項技術新穎且前景廣闊。他說，微結構材料使耳塞“對於耳道內部產生的聲音，其表現更像開放的耳朵，與耳朵被堵塞時相比，使自己的聲音聽起來自然得多”。
在超材料耳塞上市之前，研究人員需要最佳化其設計，以確保其舒適地適合所有耳朵。此外，紐約城市大學研究生中心的聽力學副教授多蘿西·尼夫-迪託羅表示，這項技術可以用於改進助聽器，助聽器也可能引起堵塞效應。她說，大多數參與者都喜歡的被動式設計“看起來非常有希望”。