粘弹性本构对人耳动力学特性影响的数值研究

为分析中耳软组织粘弹性材料特性对人耳系统动力学特性影响,建立包括外耳道、中耳及耳蜗的整耳有限元模型。外耳道及中耳模型用微CT扫描与逆向成型技术建立,耳蜗采用双腔导管形式简化模型。基于该模型,中耳部分软组织材料属性采用线性粘弹性,以表征动态分析中能量损耗。在外耳道施加90 d B SPL声压模拟声激励,并在计算中考虑外耳道气体、中耳固体及耳蜗流体多场耦合作用。中耳结构响应包括鼓膜脐部与镫骨底板位移及镫骨底板速度传递函数,耳蜗流体压力响应用于计算中耳压力增益、耳蜗输入声阻抗及压力逆向传递函数。结果表明,考虑粘弹性后,人耳系统动态响应参数较线弹性有一定程度改善,尤其在高频段提升较明显,与实验测量数据匹配效果更好。     

人体整耳传声有限元数值模拟

由于人耳的复杂几何形态、超微结构特性,很难通过实验测量其动态响应,所以建立精确有限元模型对研究人耳声音传导特性有非常重要的作用。而现有人耳模型中耳蜗部分多没有考虑其内部两腔体积不对称。在原有所建人体外耳、中耳力学模型基础上,参考耳蜗尺寸实验测量数据,建立考虑耳蜗两腔不对称的整耳模型。并在外耳道施加90 dB的声压,利用有限元软件对模型进行谐响应分析。最后,分别通过镫骨底板位移频响、鼓膜脐部位移频响、镫骨速度传递函数、耳蜗输入阻抗的仿真结果数据与国外实验测量数据进行对比,从而验证所建模型的可靠性。     

基于耦合模型的人工中耳压电振子设计

利用中耳与压电振子的耦合力学模型,研究设计人工中耳压电振子。该力学模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成模。模型的可靠性通过镫骨底板的位移计算结果与国外文献实验测得数据进行对比加以验证。最终设计的压电振子采取悬浮结构,由绑定装置、压电叠堆及质量块所组成,仅需简单的手术便可直接将其植入在砧骨长突上,且只需要10.5 Vrms的驱动电压便可以对镫骨激起相当于鼓膜处100 dB声压激励的振幅。     

中耳有限元分析中内耳淋巴液作用的等效模型研究

利用连续组织切片方法建立了包括鼓膜、听小骨、韧带等在内的中耳三维几何模型;将中耳听骨链内边界的内耳淋巴液等效为质量-刚度-阻尼模型,根据已经发表的内耳淋巴液的物理特性,确定等效模型的物理参数。通过对中耳有限元模型的谐响应分析,提取鼓膜脐部和镫骨底板的位移模拟结果和文献中的实验数据进行对比,证实了所建立的中耳有限元模型以及内耳淋巴液等效模型的可靠性,分析了内耳淋巴液对中耳声传导的影响,尤其是在低频段对中耳声音传导效果的影响。     

新型人工中耳压电振子设计

提出利用压电叠堆作砧骨激励式人工中耳的振子,并利用中耳-压电叠堆耦合力学模型对该压电叠堆振子进行辅助设计。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成。其可靠性通过与实验对比加以验证。最终设计的压电振子只需要10.5 V的有效驱动电压,便可以对镫骨激起相当于鼓膜处90 dB声压激励的振幅。该振子在频率为1 kHz的单伏电压驱动工况下,能耗仅为0.03 mW,满足人工中耳低电压、低能耗的要求。     

砧骨激励式人工中耳作动器的设计及实验

为治疗感音神经性听力损伤，设计的中耳植入式助听器，近年来已成为国内外研究的热点。提出一种砧骨激励式中耳植入助听装置，设计时综合考虑植入位置、空间、手术过程等，并对加工出的装置进行了相关实验。该装置采用压电式作动器，结构简单，作动器产生的力能够高效地传送至听骨链。在设计过程中使用有限单元法（FEM）对装置的共振频率和输出位移进行预估，仿真及实验结果说明该作动器具有良好的动态响应特性，谐波失真度小于1 %，在6.9 Vrms电压驱动下能够提供相当于鼓膜处90 dB SPL激励的效果，可以激励镫骨产生足够的位移以补偿听力损失，是一款有效的助听装置。     

高速列车车内声品质优化仿真研究

随着高速列车运行速度的不断提高,车内噪声问题对乘坐舒适性的影响越来越显著。为了抑制高速列车车内噪声的影响,基于改进的能量有限元方法,建立高速列车车内噪声的预测模型,并验证模型的准确性。基于预测模型,结合Zwicker响度模型、Zwicker尖锐度模型和Aures粗糙度模型,研究轮轨噪声激励的优化对车内声品质的影响。结果表明:在车轮上加装阻尼结构、轨道上安装动力吸振器对车内噪声高频段有显著的控制效果;优化后,车厢内不同位置的声品质得到明显提高,其中总响度最高可降低2.1 sone,尖锐度最高可降低0.09 acum,粗糙度最高可降低0.04 asper,且优化效果能被人耳感知。     

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。     

基于WPD和EMD的噪声品质预测模型

声品质作为汽车舒适性的一个重要指标,目前已经成为汽车领域一个重要的研究方向。根据人耳的听觉特性,提出一种基于小波包分解(WPD)和经验模态分解(EMD)的21个特征频带划分方法。按照所提出的方法,将采集得到的车辆噪声信号进行分解并提取信号在各频带的声能量时变特征。之后根据BP神经网络原理将提取的能量特征作为输入,计算得出响度和尖锐度等声品质评价参数作为输出,建立一种基于WPD和EMD的声品质评价模型。验证结果表明,所建立的模型可以准确地预测响度和尖锐度等心理声学参数,可作为声品质评价的一种有效方法。     

有环绕声效果的超低音电路

通常,便携式或小型分箱式收录机以及一般组合音响其输出功率有限,在聆听环境中也并非常可将音量开得很大。一些比较高档的唱机或激光唱机虽然其低频重放频率可低达30Hz直至20Hz,但一般小型音响重视这些频段信息十分困难:小音量时频带窄,低频成份显著缺乏,声音出不来,必须增大音量才能使音色丰满厚实,突出有力,这是由于人耳本身生理特性所决定的。人耳听觉对声音的强弱变化的主观感觉(即响度)与声压、频率均有密切关系,这种关系即人耳等响度曲线效应,简言之,人耳对3～4kHz的感觉最灵敏,当频率在这频段向两边延伸时,听觉逐渐迟钝。响度水平…     

基于人耳听觉特性的房间冲激响应多点均衡

在以扬声器-房间系统为代表的音频重放系统中,整个房间的声学特性会受到扬声器的系统响应、房间反射等影响而产生失真。房间冲激响应的失真会影响声音信号的音质,进而降低听者的听音感受,因此必须对房间冲激响应进行均衡。考虑到人耳听觉具有主观性和单点均衡存在的均衡有效区域局限性等问题,提出了基于人耳听觉特性的房间冲激响应多点均衡算法。通过在传统均衡滤波器设计中加入适当响度滤波器,使代价函数由声压转变为响度,实现均衡结果由数学最佳转为听觉最佳。利用在不同位置的房间冲激响应数据进行均衡滤波器的设计,实现从单点均衡到多点均衡的优化,扩大均衡有效区域。     

旋叶式汽车空调压缩机NVH特征分析

基于旋叶式汽车空调压缩机的结构特征和工作原理,总结其噪声种类及产生机制。利用B&K 3560C声学采集系统获得某旋叶式压缩机窄带频谱、升速云图、总值、阶次以及响度、尖锐度等声品质参数,并进行NVH特征分析。结果表明:该压缩机以10阶及其倍频噪声为主,其振动、噪声能量分散,脉动能量集中;特征响度峰值频带分布随转速升高而增加,主要分布于中高频带。     

The use of a SQUID magnetometer for middle ear research

A new technique is described for the measurement of vibrations in the temporal bones of an isolated middle ear. The precise recording of vibrations in the middle ear is of importance for the construction and improvement of a middle ear prosthesis.¹ The method of measurement is based on a transformation of mechanical vibrations into magnetic flux variations. This is performed by attaching a small piece of permanent magnetic material to the eardrum or middle ear ossicles. The magnetic flux variations caused by vibrations of the eardrum or ossicles during application of sound can be measured by means of a SQUID magnetometer.Measurements showed that it is possible to measure vibratory displacement amplitudes of the eardrum down to about 10^?10 m in a frequency range between 200 Hz and 10 kHz, although the acoustical and magnetometer conditions were not optimal. The method offers several advantages compared to already existing methods.^2–5,8     

虚拟车内噪声响度场分布的声源识别分析与优化

针对传统声压级对车内噪声主观性考虑不足的缺陷,提出符合人双耳特性的虚拟车内噪声特征响度预测及声源识别方法。根据某重型商用车驾驶室内低频轰鸣声严重的问题,基于Zwicker响度模型,在matlab中建立频域的混响场特征响度计算模型。结合路试实验激励数据和驾驶室有限元声-固耦合模型,对驾驶室内噪声响度分布和响度结构板块贡献量进行计算,识别不同板材振动产生的辐射噪声分量对驾驶室内噪声品质频谱特性的影响。实验结果表明：相对于声压级,采用响度作为分析参数提高了驾驶室内噪声源识别精度,指导结构优化设计,改善车内声学品质具有更好的效果。     

基于声场听觉感知的变压器故障诊断方法研究

精准的变压器故障诊断方法,对于保证变压器可靠运行具有重要意义。该文提出一种基于变压器声信号并考虑人耳听觉感知的变压器故障诊断方法。首先,通过模拟变压器不同工况条件,采集变压器正常工况和不同故障条件下的噪声样本;然后,基于人耳传声集总参数模型,计算各个样本的基底膜位移响应的统计平均值(statistical mean value of basilar membrane displacement response,SMVBMDR),并构建基于SMVBMDR的特征向量;最后,基于所构建的听觉特征向量,采用遗传算法优化的支持向量机对变压器状态进行识别,并通过测试样本验证所提出方法的有效性。结果显示,以SMVBDMDR为特征向量的故障诊断平均准确率高达98.1%。以上研究表明,基于变压器声信号并考虑人耳听觉感知特性的变压器故障诊断方法可以有效地应用于变压器故障诊断和监测中。     

关门声入射角度对人工头双耳测试结果的影响

关门声在不同入射角度时,人工头双耳所测的声压级、响度和尖锐度等关门声品质客观评价参数会产生变化。借助响度总体感知模型,分析讨论响度和尖锐度总体感知随关门声入射角度的变化。结果表明,随着入射角度不断增大,单耳响度和尖锐度变化较大,总体感知则变化较小。     

一种新的利用主观听觉特性的回波抵消算法

利用人耳的主观听觉特性,提出一种新的衡量回波抵消效果的评判标准,并以此标准为目标函数提出了一种新的基于Ba参数的回波抵消算法。实验仿真表明,新的方法相比传统方法更符合人耳听觉特性;以结合人耳听觉特性的标准衡量,新方法比传统方法在性能上有一定的提升。