聽(tīng)骨鏈振動(dòng)聲學(xué)信號(hào)拾取與補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的:
　　通過(guò)自制微型壓電傳聲器與貓耳內(nèi)和新鮮顳骨標(biāo)本內(nèi)的聽(tīng)骨鏈耦合,拾取體外聲信號(hào),并對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)與補(bǔ)償處理的實(shí)驗(yàn)研究,系統(tǒng)驗(yàn)證聽(tīng)骨鏈振動(dòng)拾音與補(bǔ)償策略的可行性。
　　材料與方法:
　　①利用有限元ANSYS軟件建立PT300-10型壓電陶瓷雙晶片單懸臂梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)模型,分析壓電陶瓷雙晶片的諧振頻率。
　　②制作方柱形壓電傳聲器,4.5×1.5×1.2mm與長(zhǎng)度5.0×1.5×1.2mm規(guī)格各6個(gè),采用粘接

2、于揚(yáng)聲器防風(fēng)罩上進(jìn)行壓電傳聲器體外模擬實(shí)驗(yàn)。
　?、蹖弘妭髀暺髦踩胴埗?分別粘接固定于錘骨、砧骨體,以及單獨(dú)置放于鼓室腔,共實(shí)驗(yàn)13耳(8只貓),拾取純音、掃頻和語(yǔ)頻測(cè)試信號(hào)。并以Hy-M30高保真?zhèn)髀暺髟谪埗詫?duì)相同信號(hào)拾音作為對(duì)照組。
　　④將壓電傳聲器植入新鮮顳骨標(biāo)本,耦合位點(diǎn)分別為錘骨、砧骨短突、鼓室腔,共實(shí)驗(yàn)7耳(4副顳骨),也設(shè)相同對(duì)照組。
　?、輭弘妭髀暺鲝呢埗N骨拾取聲學(xué)信號(hào),對(duì)其畸變與丟失進(jìn)行補(bǔ)償與

3、調(diào)節(jié)初步研究。
　　結(jié)果:
　　①有限元仿真模型發(fā)現(xiàn)壓電陶瓷雙晶片在單懸臂結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)情況下,3.0×1.0×0.3mm規(guī)格時(shí)其諧振頻率在20kHz附近,即可滿足拾取全頻段可聽(tīng)見(jiàn)聲信號(hào)時(shí)既有靈敏度又有平坦的頻響曲線要求。
　　②體外模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量為38mg(包含12mg導(dǎo)線),體積5.0×1.5x1.2mm的自制壓電傳聲器能靈敏地拾取全頻段可聽(tīng)見(jiàn)聲聲學(xué)信號(hào),具有很高的信噪比和平坦的頻響曲線,故用于植入實(shí)驗(yàn)。
　

4、　③貓耳內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示壓電傳聲器耦合于錘骨柄后能拾取體外聲學(xué)信號(hào),并能驅(qū)動(dòng)全植入人工耳蝸演示電極陣列系統(tǒng)工作,但是有比較明顯的底噪信號(hào),并且1000Hz及以下頻率信號(hào)損失較嚴(yán)重。對(duì)言語(yǔ)頻率信號(hào)拾取效果良好,貓耳砧骨拾取信號(hào)非常微弱。
　?、苄迈r顳骨標(biāo)本植入實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓電傳聲器與錘骨耦合后拾取信號(hào)良好,對(duì)于低頻信號(hào)也能拾取到微弱信號(hào),優(yōu)于貓耳錘骨耦合時(shí)拾取信號(hào)。耦合于砧骨短突時(shí)則拾取信號(hào)較弱。
　?、蒿D骨標(biāo)本植入實(shí)驗(yàn)拾取信號(hào)

5、優(yōu)于貓耳植入實(shí)驗(yàn)(錘骨組比較,顳骨組拾取信號(hào)具有更為平坦的頻響曲線,砧骨組比較,顳骨組拾取信號(hào)更強(qiáng))。貓耳聽(tīng)骨鏈質(zhì)量(17mg)遠(yuǎn)小于人耳錘骨(28.4mg),加之自制壓電傳聲器質(zhì)量(38mg)重于貓耳錘骨兩倍,比人耳錘骨重約一半,過(guò)重的負(fù)載導(dǎo)致了鼓膜聽(tīng)骨鏈對(duì)于測(cè)試聲源低頻信號(hào)的振幅顯著減弱,從而出現(xiàn)拾取的信號(hào)中低頻信號(hào)明顯丟失。
　?、迣?duì)從貓耳錘骨拾取信號(hào)進(jìn)行145-9288Hz帶通濾波,再采用WDRC法進(jìn)行動(dòng)態(tài)增益放大等信號(hào)處

6、理,可以補(bǔ)償拾取信號(hào)的大部分損失,進(jìn)行一定程度上的輸出幅值差異化調(diào)節(jié)。
　　結(jié)論:
　?、偻ㄟ^(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)初步論證了壓電傳聲器拾取聽(tīng)骨鏈振動(dòng)聲學(xué)信號(hào)與補(bǔ)償策略的可行性。
　?、谝驂弘妭髀暺魑锢沓叽?、質(zhì)量偏大,手工制作等因素,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)用需求相比尚有較大距離。
　?、塾捎贛EMS技術(shù)的進(jìn)步、壓電材料質(zhì)量的提升,通過(guò)持續(xù)深入的實(shí)驗(yàn)研究,可以改善與縮微壓電傳聲器,研發(fā)耦合固件,完善信號(hào)補(bǔ)償與調(diào)節(jié)處理軟件等方面,從而為全植