骨传导超声助听的特性分析与系统设计

论文摘要

发现骨传导人可以感知超声以来,人们通过人体实验的方法,研究和分析了骨传导超声的特性。目前,骨传导超声已应用于医学领域。骨传导超声助听器就是其中一个非常重要的应用,它可以帮助一些利用传统助听器无法恢复听力的感音神经性耳聋患者和某些严重耳聋患者在一定程度上恢复听力。但是,骨传导超声助听器的性能并不理想。同时,由于超声感知机理尚不明确,要提出直接有效地提高助听器性能的方法还比较困难。本文主要的研究对象就是骨传导超声助听器,通过研究骨传导超声听力的特性,进一步提高骨传导超声助听器的性能。本文主要从计算机仿真、硬件系统设计和心理声学实验三个方面展开工作。在计算机仿真中,模拟超声在人脑中传播的情形,利用时域有限差分方法计算声场分布。通过分析声场,与传统的骨传导声音形成的声场作比较,得到了骨传导超声听力的新特性。然后根据骨传导超声助听器的原理,设计了基于数字信号处理器的骨传导超声助听器系统。利用该助听器设备,进行了几组心理声学实验。通过实验,更直观地了解并研究了骨传导听力的特性,总结出一些有利于提高骨传导超声助听器性能的方法。仿真实验结果表明:双耳骨传导超声听觉没有传统双耳听觉的定位能力,而单耳骨传导超声可以同时激励双耳耳蜗,传输效率比骨传导声音高。因此,单耳骨传导超声助听的效果可能比双耳骨传导超声助听的效果更为理想。同时,利用骨传导超声助听器进行的心理声学实验的结果表明:大多数实验参与者均能感知到超声产生的高频音调,部分实验者通过骨传导超声助听器可以进行音频识别。通过实验,本文还预测了骨传导超声的解调方式,进一步估计了骨传导超声助听中载波频率的最优选择。这些结果将有助于骨传导超声助听性能的进一步提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 骨传导超声听觉简介
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 本论文主要工作
• 第二章 基于时域有限差分方法的超声骨传导助听特性研究
• 2.1 时域有限差分方法运用于声场计算
• 2.1.1 时域有限差分方法介绍
• 2.1.2 数值稳定条件
• 2.1.3 吸收边界条件
• 2.1.3.1 几类吸收边界条件
• 2.1.3.2 PML的提出
• 2.1.3.3 PML在声场中的设置
• 2.1.3.4 PML的验证方法
• 2.1.4 激励源的引入
• 2.1.4.1 强迫激励源
• 2.1.4.2 总场边界条件
• 2.1.5 并行有限时域差分方法
• 2.1.5.1 并行计算介绍
• 2.1.5.2 基于MPI的并行FDTD算法
• 2.1.5.3 并行算法验证
• 2.2 计算机仿真实验条件
• 2.2.1 仿真数据
• 2.2.2 计算平台
• 2.3 超声激励下人脑内声场特性分析
• 2.3.1 骨传导超声的传输效率
• 2.3.2 双耳骨传导超声定位能力
• 2.3.3 骨传导超声助听的最佳载波频率
• 2.4 小结
• 第三章 骨传导超声助听器的设计
• 3.1 骨传导超声助听器的基本原理
• 3.2 基于DSP的骨传导超声助听器硬件设计
• 3.3 超声换能器的设计要求
• 3.4 小结
• 第四章 骨传导超声的实验研究
• 4.1 骨传导超声助听器的安全标准
• 4.2 实验装置与环境
• 4.3 实验设计与结果
• 4.3.1 骨传导超声的感知实验
• 4.3.2 骨传导超声调制单音实验
• 4.3.3 骨传导超声调制方式比较实验
• 4.3.4 骨传导超声调制语音识别实验
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文目录
• 致谢