双耳骨传导传递函数实验研究

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近年来随着技术的发展,骨传导听觉装置开始逐步应用于消费市场、医疗助听及军事装备等领域。然而骨传导听觉装置和技术的研究与气传导相比还处在发展阶段,目前对于骨传导的研究主要是通过固体声学理论推导、有限元分析等方法进行的理论分析以及对干头骨或者尸体的振动测量、利用骨传导与气传导相抵消的方法进行的耳蜗对骨传导声响应的测量、利用DPOAE(Distortion Product Otoacoustic Emission)进行的耳蜗对骨传导响应的测量等实验测量。已有研究表明骨传导听觉的传输特性不能归结于单一因素,而耳道声压被认为是其中的一个重要组成部分。对双耳骨传导外耳道辐射声的传递函数测量成为后续许多研究的基础。因此本文提出了双耳骨传导外耳道辐射声传递函数的测量方法,并对测量步骤、实验参数设置、实验过程以及实验结果进行了研究与分析。本文首先总结了现有的骨传导听觉传输特性测量的实验方法及结果,发现主要存在以下问题:非活体实验并不能完全表征活体的真实骨传导情况;对耳蜗响应骨传导声的测量过程步骤繁复、时间长,部分实验可能会受被试者的影响导致偏差;骨传导耳道声压测量仅简单地列出了部分实验结果,没有深入分析。针对以上问题,本文首先设计了双耳骨传导外耳道辐射声测量方法,包括单侧耳与对侧耳的骨传导外耳道辐射声测量实验。主要包括实验设备选型与分析,激励信号的设计,基于实验数据的传递函数计算方法等。本文对比了不同的激励信号的优缺点,选取了扫频正弦信号作为本实验的激励信号,并分析了扫频正弦信号的设计方法与参数选择,得出选用32kHz采样率、200~8kHz扫频范围、5s扫频时间、0dBFS(对应于实际2Vp-p输出)的扫频信号作为激励较为合适;通过理论分析了不同传递函数计算方法,并通过实验对比了不同传递函数计算方法对结果的影响,最终得出利用互相关函数法进行传递函数计算,并在前处理中对计算的脉冲响应进行适当的加窗截断能有效避免测量噪声以及谐波失真对传递函数计算的影响,研究结果表明骨传导传递产生的外耳道辐射声具有良好的线性相位特性;此外本文还分析了不同设备增益设置、不同激励信号强度、不同激励时间以及心跳声对测量结果的影响。其次,本文对5名被试者进行双耳骨传导外耳道辐射声传递函数测量和分析,并与其他研究者的研究成果进行了对比分析,得到以下结论:由于人体生理结构的非完全对称左右耳的骨传导外耳道辐射声传递函数并非是一致的;同侧耳的骨传导外耳道辐射声普遍比对侧耳的外耳道辐射声强,但在个别频段此关系有可能反过来;无论是同侧耳还是对侧耳的骨传导外耳道辐射声传递函数在1kHz附近的频带上均有相对较强的幅值表现;同侧耳骨传导外耳道辐射声传递函数在200~400Hz附近的频率范围内均能明显辨别出波谷;对侧耳骨传导外耳道辐射声传递函数在400~800Hz附近的频率范围内都能明显辨别出波谷;各被试者双耳骨传导外耳道辐射声传递函数均表现出一定的梳状效应。最后,本文通过实验分析了不同骨传导换能器佩戴位置下传递函数的差异,以及骨传导外耳道辐射声重放与扬声器重放以及耳机重放的隔离度差异,得出骨传导外耳道辐射声重放隔离度介乎于扬声器重放与耳机重放之间。本文提出的双耳骨传导外耳道辐射声传递函数测量方法能够快速测量得到传递函数,后续可依据本文方法建立大样本高精度的双耳骨传导外耳道辐射声传递函数数据库,同时本文为进行双耳骨传导均衡、串声消除及空间听觉等研究提供基础支持。
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