外中耳传声对响度感知影响的数值研究
发布时间：2020-12-16 18:34
现有响度模型主要通过滤波器组在传递特性上模拟人耳感声特性,未能真实反映人耳的生理结构。基于新鲜人体颞骨标本微CT扫描影像,通过逆向成型技术及有限元法建立了基于真实生理结构的人耳模型,并基于该模型,研究外、中耳与人耳响度感知的关系。该模型主要包括耳道和中耳两个部分,通过镫骨、鼓膜脐部位移响应,镫骨速度传递函数及鼓膜处声压级对模型进行可靠性验证。最终,基于该模型,系统分析了经过外、中耳传声,传递到镫骨的镫骨底板输出位移、速度、能量与响度感知听阀曲线的关系。研究结果表明,镫骨底板输出的等速曲线及等能量曲线在中、高频段内与听阀曲线较接近,可以用于近似评估人耳在该频段内的响度感知效果。
【文章来源】：声学技术. 2019年03期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
基于参考文献[11]的外中耳有限元模型Fig.1FiniteelementmodelofexternalandmiddleearbasedonReference[11]
第3期王贺贺等：外中耳传声对响度感知影响的数值研究325图2实测和模型计算的鼓膜脐部和镫骨底板位移频响曲线比较Fig.2ComparisonofthemeasureddisplacementfrequencyresponsecurvesofTMumboandstapesfootplateandtheonescalculatedbymodel证过程中，首先在模型鼓膜处施加90dB的声压激励，进行谐响应分析，获得镫骨底板位移频响值；再按式(1)进行计算，得到镫骨底板速度传递函数[20]：FPTFFPFPTM,2VSVfDP(1)式中：FPV为镫骨底板速度；TMP为鼓膜脐部声压；f为激振声压频率；FPD为镫骨底板位移。并将仿真值与AIBARA等[21]对12例颞骨样本测量所得的实验结果进行对比，如图3所示。从图3中可见，模型计算的结果在幅值和趋势上都比较接近实验测量的下限值，即更接近AIBARA所测12例颞骨标本中响应最小的标本。故该模型能够用来模拟中耳传声特性。图3实测和模型计算的镫骨底板速度传递函数频响曲线比较Fig.3Comparisonofthemeasuredfrequencyresponsecurvesoftheofstapesfootplateandtheonecalculatedbymodel此外，在图3中还增加对比了Moore团队最新响度模型的镫骨速度传递函数曲线[7]，该曲线是由其构建的中耳传递函数结合AIBARA等[21]测量的耳蜗输入阻抗，推导所得。从图3中可见，Moore响度模型中的中耳部分的传声特性，与实验所测得的镫骨底板速度传递函数相差较大，尤其在中、高频段，不能准确反映人体中耳的传声特性。2.2耳道传声验证为了验证所建模型耳道部分的可靠性，再对耳道的声音传递特性进行仿真分析。在模型耳道入口施加90dB的声压激励，测量鼓膜脐部的声压，根据式(2)计算耳道对声压级(ECP)的放大作用。TMECref20lg()PPP(2)式中：TMP和refP分别表示鼓膜脐部的声压和空气中的标准声压。?
第3期王贺贺等：外中耳传声对响度感知影响的数值研究325图2实测和模型计算的鼓膜脐部和镫骨底板位移频响曲线比较Fig.2ComparisonofthemeasureddisplacementfrequencyresponsecurvesofTMumboandstapesfootplateandtheonescalculatedbymodel证过程中，首先在模型鼓膜处施加90dB的声压激励，进行谐响应分析，获得镫骨底板位移频响值；再按式(1)进行计算，得到镫骨底板速度传递函数[20]：FPTFFPFPTM,2VSVfDP(1)式中：FPV为镫骨底板速度；TMP为鼓膜脐部声压；f为激振声压频率；FPD为镫骨底板位移。并将仿真值与AIBARA等[21]对12例颞骨样本测量所得的实验结果进行对比，如图3所示。从图3中可见，模型计算的结果在幅值和趋势上都比较接近实验测量的下限值，即更接近AIBARA所测12例颞骨标本中响应最小的标本。故该模型能够用来模拟中耳传声特性。图3实测和模型计算的镫骨底板速度传递函数频响曲线比较Fig.3Comparisonofthemeasuredfrequencyresponsecurvesoftheofstapesfootplateandtheonecalculatedbymodel此外，在图3中还增加对比了Moore团队最新响度模型的镫骨速度传递函数曲线[7]，该曲线是由其构建的中耳传递函数结合AIBARA等[21]测量的耳蜗输入阻抗，推导所得。从图3中可见，Moore响度模型中的中耳部分的传声特性，与实验所测得的镫骨底板速度传递函数相差较大，尤其在中、高频段，不能准确反映人体中耳的传声特性。2.2耳道传声验证为了验证所建模型耳道部分的可靠性，再对耳道的声音传递特性进行仿真分析。在模型耳道入口施加90dB的声压激励，测量鼓膜脐部的声压，根据式(2)计算耳道对声压级(ECP)的放大作用。TMECref20lg()PPP(2)式中：TMP和refP分别表示鼓膜脐部的声压和空气中的标准声压。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]耳道结构性病变对传声影响的数值研究及其临床意义[J]. 于申,王吉喆,孙秀珍,刘迎曦,李生. 中华耳科学杂志. 2016(03)
[2]人体整耳传声有限元数值模拟[J]. 姚海峰,刘后广,周雷,饶柱石,黄新生. 噪声与振动控制. 2016(02)
[3]基于中耳与耳蜗集成有限元模型的耳声传递模拟[J]. 王振龙,王学林,胡于进,师洪,程华茂. 中国生物医学工程学报. 2011(01)
[4]中耳有限元分析中内耳淋巴液作用的等效模型研究[J]. 朱翊洲,陈力奋,张天宇,戴培东,谢友舟,杨琳,王克强,王正敏. 振动与冲击. 2010(07)
[5]人体中耳有限元法数值仿真[J]. 刘后广,塔娜,饶柱石. 系统仿真学报. 2009(24)
[6]响度感知特征研究进展[J]. 毛东兴. 声学技术. 2009(06)
[7]中耳结构数值模拟及传导振动分析[J]. 姚文娟,李武,付黎杰,黄新生. 系统仿真学报. 2009(03)
[8]人耳传声数值模型[J]. 刘迎曦,李生,孙秀珍. 力学学报. 2008(01)
本文编号：2920595
【文章来源】：声学技术. 2019年03期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
基于参考文献[11]的外中耳有限元模型Fig.1FiniteelementmodelofexternalandmiddleearbasedonReference[11]
第3期王贺贺等：外中耳传声对响度感知影响的数值研究325图2实测和模型计算的鼓膜脐部和镫骨底板位移频响曲线比较Fig.2ComparisonofthemeasureddisplacementfrequencyresponsecurvesofTMumboandstapesfootplateandtheonescalculatedbymodel证过程中，首先在模型鼓膜处施加90dB的声压激励，进行谐响应分析，获得镫骨底板位移频响值；再按式(1)进行计算，得到镫骨底板速度传递函数[20]：FPTFFPFPTM,2VSVfDP(1)式中：FPV为镫骨底板速度；TMP为鼓膜脐部声压；f为激振声压频率；FPD为镫骨底板位移。并将仿真值与AIBARA等[21]对12例颞骨样本测量所得的实验结果进行对比，如图3所示。从图3中可见，模型计算的结果在幅值和趋势上都比较接近实验测量的下限值，即更接近AIBARA所测12例颞骨标本中响应最小的标本。故该模型能够用来模拟中耳传声特性。图3实测和模型计算的镫骨底板速度传递函数频响曲线比较Fig.3Comparisonofthemeasuredfrequencyresponsecurvesoftheofstapesfootplateandtheonecalculatedbymodel此外，在图3中还增加对比了Moore团队最新响度模型的镫骨速度传递函数曲线[7]，该曲线是由其构建的中耳传递函数结合AIBARA等[21]测量的耳蜗输入阻抗，推导所得。从图3中可见，Moore响度模型中的中耳部分的传声特性，与实验所测得的镫骨底板速度传递函数相差较大，尤其在中、高频段，不能准确反映人体中耳的传声特性。2.2耳道传声验证为了验证所建模型耳道部分的可靠性，再对耳道的声音传递特性进行仿真分析。在模型耳道入口施加90dB的声压激励，测量鼓膜脐部的声压，根据式(2)计算耳道对声压级(ECP)的放大作用。TMECref20lg()PPP(2)式中：TMP和refP分别表示鼓膜脐部的声压和空气中的标准声压。?
第3期王贺贺等：外中耳传声对响度感知影响的数值研究325图2实测和模型计算的鼓膜脐部和镫骨底板位移频响曲线比较Fig.2ComparisonofthemeasureddisplacementfrequencyresponsecurvesofTMumboandstapesfootplateandtheonescalculatedbymodel证过程中，首先在模型鼓膜处施加90dB的声压激励，进行谐响应分析，获得镫骨底板位移频响值；再按式(1)进行计算，得到镫骨底板速度传递函数[20]：FPTFFPFPTM,2VSVfDP(1)式中：FPV为镫骨底板速度；TMP为鼓膜脐部声压；f为激振声压频率；FPD为镫骨底板位移。并将仿真值与AIBARA等[21]对12例颞骨样本测量所得的实验结果进行对比，如图3所示。从图3中可见，模型计算的结果在幅值和趋势上都比较接近实验测量的下限值，即更接近AIBARA所测12例颞骨标本中响应最小的标本。故该模型能够用来模拟中耳传声特性。图3实测和模型计算的镫骨底板速度传递函数频响曲线比较Fig.3Comparisonofthemeasuredfrequencyresponsecurvesoftheofstapesfootplateandtheonecalculatedbymodel此外，在图3中还增加对比了Moore团队最新响度模型的镫骨速度传递函数曲线[7]，该曲线是由其构建的中耳传递函数结合AIBARA等[21]测量的耳蜗输入阻抗，推导所得。从图3中可见，Moore响度模型中的中耳部分的传声特性，与实验所测得的镫骨底板速度传递函数相差较大，尤其在中、高频段，不能准确反映人体中耳的传声特性。2.2耳道传声验证为了验证所建模型耳道部分的可靠性，再对耳道的声音传递特性进行仿真分析。在模型耳道入口施加90dB的声压激励，测量鼓膜脐部的声压，根据式(2)计算耳道对声压级(ECP)的放大作用。TMECref20lg()PPP(2)式中：TMP和refP分别表示鼓膜脐部的声压和空气中的标准声压。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]耳道结构性病变对传声影响的数值研究及其临床意义[J]. 于申,王吉喆,孙秀珍,刘迎曦,李生. 中华耳科学杂志. 2016(03)
[2]人体整耳传声有限元数值模拟[J]. 姚海峰,刘后广,周雷,饶柱石,黄新生. 噪声与振动控制. 2016(02)
[3]基于中耳与耳蜗集成有限元模型的耳声传递模拟[J]. 王振龙,王学林,胡于进,师洪,程华茂. 中国生物医学工程学报. 2011(01)
[4]中耳有限元分析中内耳淋巴液作用的等效模型研究[J]. 朱翊洲,陈力奋,张天宇,戴培东,谢友舟,杨琳,王克强,王正敏. 振动与冲击. 2010(07)
[5]人体中耳有限元法数值仿真[J]. 刘后广,塔娜,饶柱石. 系统仿真学报. 2009(24)
[6]响度感知特征研究进展[J]. 毛东兴. 声学技术. 2009(06)
[7]中耳结构数值模拟及传导振动分析[J]. 姚文娟,李武,付黎杰,黄新生. 系统仿真学报. 2009(03)
[8]人耳传声数值模型[J]. 刘迎曦,李生,孙秀珍. 力学学报. 2008(01)
本文编号：2920595
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