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 d B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。
针对传统助听器高频增益差、清晰度低、言语失真的不足等问题,设计一款主要由底座、压电叠堆、复合二级位移放大器、壳体、耦合杆、耦合层和弹性硅胶套构成的耳膜激振式压电作动器。首先基于人耳解剖结构,对作动器的结构尺寸进行初步设计;接着建立复合二级位移放大器解析模型,分析其关键几何尺寸参数对其位移放大倍数和输入刚度的影响并通过多目标遗传算法对关键尺寸参数进行优化;随后,构建作动器-人耳耦合力学模型,仿真分析了弹性硅胶套的厚度和压电叠堆的层数对作动器听力补偿性能的影响;最后,开发了作动器样机进行测试实验。通过将作动器样机与验证的人耳物理模型进行耦合,从而对该作动器的听力补偿性能进行评估。实验结果表明,所设计的作动器在2 k Hz以下、3～5 k Hz和5 k Hz以上分别可产生110 dB、130 dB以及120 dB的等效声压输出。此外,开发的作动器工作频带宽,高频增益大,最大谐波失真度低于0.2%,满足人工中耳高清晰度要求。
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