耳蜗结构对低频信号频散特性的影响

耳蜗是人体最为精密的力学元器件,能处理频率从几十到几万赫兹的声信号.实验研究表明,声波进入耳蜗后,沿着基底膜传播,基底膜能够将不同频率的声信号分散到不同的位置,并为位于基底膜上的毛细胞所感知,就像一个天然的Fourier(傅里叶)滤波器.在von Békésy行波理论框架体系下,基于Manoussaki等的三维螺旋基底膜流固耦合耳蜗模型,考虑耳蜗导管高度和基底膜刚度均为纵向梯度变化,推导出基底膜声波传播的频散方程,分别分析了基底膜刚度和耳蜗导管高度对频散特性的影响.发现耳蜗内淋巴液的存在大大提高了耳蜗对低频信号的处理能力,且捕获频率随基底膜刚度和耳蜗导管高度的减小而降低,两者梯度变化在声信号调制中起协同作用.最后,以人、沙鼠和豚鼠的具体耳蜗参数为例,得到3种生物耳蜗频率-点位图,并验证了低频段模型预测的正确性,比较分析了耳蜗频散功能与生物适应性之间的关系.     

现代嗓声科学系列讲座之三(上)——有关的心理声学

在前面我们曾说过,嗓音链的另一端为嗓声的接受与感知,即嗓声的听觉方面。在这一个专题中,我们要介绍关于听觉的三个方面。一、一些与嗓声有关的心理量和物理量的关系;二、一些重要听觉理论;三、介绍(主要是近些年来的)一些嗓声感知实验的研究结果。因为国内对于言语声的感知研究已有较多介绍,而声乐声的感知研究的文献却罕见;又因为本嗓声讲座主要对象是艺术噪声的教育、医学和工程界,我们将以介绍声乐声的感知为主。关于听觉系统的解剖生理,即人耳对声接受的通道方面这里从略。     

新型耳蜗仿生声学超常材料

耳蜗是人类听觉系统的重要器官,其基底膜对声音信号具有很强的选择性。Helmholtz认为,附着在耳蜗基底膜上的纤维可以完成对声音信号的感知:靠近耳蜗底部处对高频声音较为敏感,而靠近耳蜗顶部处则对低频部分较为敏感,这个理论被科学家们称为"Place Theory"。传统的仿生声学超常材料和声学功能器件的设计,利用耳蜗的这种结构特性进行简化改进,但设计结构参数复杂,不易控制。近期,西安交通大学的学者基于哺乳动物耳蜗原型     

被动螺旋耳蜗力学模型

耳蜗是人体重要的感音器官,蜗管中的基底膜是所有微观组织的支撑结构,其与淋巴液之间复杂的耦合运动是耳蜗感音功能产生的首要条件.通过将耳蜗的长度划分为有限数量的元素,并给定径向分布,推导出一组控制方程,用于微力学和流体耦合.然后结合矩阵组合方程,得到基底膜和淋巴液完全耦合的响应.分析不同激励下基底膜的瞬时响应、不同频率激励时共振位置的时域响应以及基底膜质量及刚度变化对其生物力学行为影响和听力功能的作用.结果发现:基底膜质量及刚度的增大均导致最大响应减弱,但最大响应位置却向基底膜不同方向移动,前者向底部而后者向顶部向移动;变化的基底膜截面可以很快地降低耳蜗中部和顶部的特征频率,以达到较好的滤波和放大特定频率激励的效果,且可以让耳蜗对特定频率区(1000—3000 Hz)间有较高的分辨效果.