建模耳道的声学以优化入耳式音频产品乐动体育app无法登录

您是否曾经注意到戴着耳机或耳塞时说话时自己的声音有何不同？被称为闭塞效果，这种现象也影响了助听器提供的表现和舒适性，进而影响了听力受损的人的接受。让我们看看ComsolMultiphysics®软件如何帮助研究人员最大程度地限制这种效果，以设计更好的助听器和耳塞。

咬合效果是什么？

当一个人的耳道的外部被阻塞时，它会导致人们听到自己声音的声音，称为闭塞效果。这种现象会导致外耳通路的低频骨传导声音增加，甚至可以使声音压力增加20 dB或更多，而与敞开的耳道相比。这些问题使遮挡效果成为考虑助听器和耳塞扬声器的设计时要考虑的重要因素。特别是在助听器中，经常实施所谓的“开放解决方案”。这些是耳朵模具（插入耳朵中的助听器的一部分）的设置，并部分打开周围环境。在大多数助听器设置中，使用通风管或简单的通风孔。

耳塞会对戴上它的人产生阻塞效果。

助听器用户经常体验反馈，这些设备发出的高频音调声音限制了AIDS的最大增益并限制了它们的可能样式。反馈还可以限制助听器通风口的大小，这很重要，因为通风不良会导致健康问题。

对于工程师而言，重要的是能够准确地建模这些现象，以便助听器和耳塞设计​​的性能可以分析和优化，同时也可以最大程度地提高舒适度。为此，对耳道进行建模和封闭管中的声音相互作用变得更加关键。

在ComsolMultiphysics®中对耳道进行建模

在comsol多物理学中可以解决上述问题的各种方式。在第一个示例中，我们研究了人耳道的声学。

耳道的几何形状来自文献中报告的测试受试者的测量。用于内置的生理阻抗模型人的耳膜和皮肤用于说明耳道边界的阻抗。此外，为了包括热门边界层损失的效果，设置了所谓的边界层阻抗（BLI）模型（从文本文件中加载了预定义的变量）。由于几何形状相对较大，但热量损失的效果很小，但它们不可忽略。

结果表明输入阻抗和转移阻抗以及从耳膜入口的水平转换。在下面的左图中可以看到20 kHz的压力等音表面。水平变换曲线（耳管入口的压力相对于耳膜的压力）被描绘在右侧。清楚地看到了大约3 kHz的第一季度波长耳道共振。

为了进一步分析耳塞设置中不需要的泄漏或实用的开放溶液的效果，概念模型可以使用泄漏对放置在耳朵式几何形状中的耳塞扬声器的声音响应的影响（请参见下面的左图）。使用不同的内置阻抗模型来捕获以下方式的影响：

• 穿孔网格和屏幕
• 皮肤
• 鼓膜

在这种情况下，该模型包含一个小间隙，代表外部泄漏。引入了此泄漏的变化的影响，以分析设计对泄漏程度的敏感程度，并预测所谓的低频滚动。当引入小的开口或排气处时，低频滚动被视为闭合体积的典型降低（低频下）。

将视图从耳朵（左）和声压水平（SPL）切成三种不同的泄漏尺寸（右）的频率。

耳膜上的SPL在上面的图像中呈现。对于增加的泄漏尺寸，清楚地看到了低频滚动。相反的效果，即闭合或部分闭合体积的SPL的提升，通常是在耳塞中以提供更好的低音声音体验的。在这里，comsol多物理已被用来：

• 通过使用内置功能和阻抗模型准确预测复杂的声学系统的响应
• 分析系统对设计对小变化的敏感性，知道哪些频率将保持不变，哪些频率将在很大程度上取决于模型参数

分析闭塞的耳道模拟器

耳道模拟器或耦合器可用于模拟标准人耳道的声学。耦合器广泛用于助听器开发中，以测试和测量新设计的性能，并用于代表各种声音手机上的耳道，以获取3D声音录音或测试耳机和耳塞（请参阅耳机上的人造耳朵教程）。

这里讨论的模型是遮挡的耳道模拟器的示例（类似于通用711耦合器）。所使用的几何形状类似于Brüel＆Kjær耳朵模拟器类型4157。

由于人的耳膜具有非平凡的声学行为，因此耦合器必须考虑耳朵的声音能量损失和圆柱体的声学，就像耳道的体积一样。包含侧量和缝隙是使用声学系统模拟复杂耳膜的机械损失所必需的。

在耦合器中，损耗主要是由于缝隙中的高热和粘性阻尼。由于在狭缝中的热损失和粘性损失很重要，因此使用两种不同方法在COMSOL多物理学中建立有限元模型，以进行比较：

1. 一个模型热视听，频域界面
2. 一个模型压力声学，频域接口和狭窄的地区声学功能（考虑到缝隙中的损失）

左：用于恒定位移源测量的麦克风响应，再次将模型结果与IEC标准和无损模型进行了比较。右：711耦合器内部的压力分布在900 Hz的频率下，代表较低侧体积的Helmholtz样共振。

由于人耳道的差异很大，因此需要优化这些模拟器以匹配特定响应。该模型显示了如何自动化此优化的。耳道模拟器通常会调整为频率范围，因为仅与单个耦合器仅能将整个频率范围的阻抗匹配。

该模型在以下频率范围内优化响应：

• 低频（100 Hz -1 kHz）
• 中频（1-7 kHz）
• 高频（7–20 kHz）

在这里，目标输入阻抗代表特定耳朵的声学响应（上面讨论的耳道模型），但也可以基于测量值或标准指定的响应。

下一步

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• 耳道声学
• 耳道模拟器优化