用声学模拟分析探针管麦克风设计

2017年7月10日

在全球7200万潜在的助听器用户中,每个用户都需要安装一种设备来满足他们的需求。进行耳内测量以确保舒适性和有效性。这些测量需要使用麦克风 - 其大小可能引起问题。该设备可能太大,无法安装到测量的声场中。另外,与波长和干扰声场相比,它可能太大了。一种解决方案是探针管…

探针管麦克风的ins and Out

探头管连接到麦克风盒上,以使设备与正在测量的声场保持距离。安装助听器时,将管子插入耳道中,麦克风戴在耳朵外部。该系统提供了校准和验证助听器的舒适性和有效性的测量值,特别是如果设备将信号放大到患者所需的水平。实际上,美国言语听力协会和美国听力学会说,耳塞测量是验证助听器表现的首选方法。

探针管麦克风的照片悬挂在人耳上。

探针管麦克风进行耳塞测量。CSTOKESREES的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0, 通过Wikimedia Commons

在将探针管添加到麦克风中时,我们必须考虑这两个组件如何相互作用。例如,我们需要了解探针如何影响麦克风的灵敏度,从而使设备提供的测量值。正如我们在这里显示的那样,多物理模拟提供了答案。

分析探针管麦克风设计的灵敏度

在此示例中,我们使用由一般探针管麦克风配置组成的时间相关模型。这包括:

  • 外部声学域
  • 探针管
  • 麦克风隔膜之前的腔

探针管由弹性材料制成,年轻的模量为0.1,泊松比为0.4。在以下示意图中,l代表管子的长度,而d0是其外径。麦克风前面的腔是一个圆柱体,半径为r和高度H。该腔连接到具有底部半径的锥体r和最高半径d0。带有波矢量的外部声场k击中探针管。请注意,这种正弦波在阳性中移动X方向,幅度为1 pa。

探针管麦克风的示意图。
探针管麦克风配置。

为了建模该探针管麦克风设计,我们使用管道声学,瞬态界面。在我们的分析中,探针管被视为1D结构 - 只要我们忽略了该组件与传入的声场之间的相互作用,就有一个有效的假设。我们还假设管内没有发生明显的热和粘性边界损失。这适用于当前配置,其中入射场是单色波。由于隔膜不是完全刚性的结构,因此我们假设电阻损失与公共冷凝器麦克风的阻抗一致。这为我们提供了完全耦合的声学模拟,因为探针管连接到两个单独的3D压力声音域。

在分析探针管麦克风时,要考虑的重要参数是探针尖端的压力与隔膜处的压力之间的关系。这是校准测量系统的必要步骤。左下方的图表明,在初始瞬态之后,解决方案在4 ms左右后变为周期性。然后,系统的增益约为1.4,并且发生相移。这两个因素取决于应用信号的频率,该信号的频率为500 Hz。右侧的图描绘了压力分布xz- 时间间隔结束时的平面。

与探针尖端压力相比,隔膜压力的图。
在comsolMultiphysics®中8 ms的压力分布图。188金宝搏优惠

左:隔膜压力与探针尖端压力。右:压力分布xz- 平面在8 ms。

这些结果表明,使用ComsolMultiphysics®软件来分析探针管麦克风设计的潜力。188金宝搏优惠有了更好地了解探针和麦克风如何相互作用,可以进一步改进这些系统的设计,以拟合助听器和其他应用。

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