본 논문에서는 비 침습적, 비 파괴적으로 샘플의 단층구조와 단층의 미세진동을 실시간으로 동시에 영상화하는 마이크로 바이브로 토모그라피(micro vibro tomography: MVT) 시스템 개발 및 미세진동 측정 방법을 제안한다. 제안한 방법은 광 간섭 단층촬영기술(optical coherence tomography: OCT)을 기반으로 하여, 샘플의 위상변이를 이용해 마이크로 단위의 움직임을 측정하는 알고리즘을 적용한 방법이다. 본 실험에서는 고막을 모방한 라텍스 샘플에 2~5 kHz 주파수의 음파를 인가시키고, 음파에 의한 샘플의 미세진동을 제안한 MVT 시스템을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 고막 모방 샘플의 단층구조와 미세진동을 동시에 영상화할 수 있었고, 표면부의 미세진동을 MVT 표면 진동 이미지로 프로젝팅하여 고막 모방 샘플의 전체적인 진동 형태를 관찰할 수 있었다.
The implantable middle ear hearing devices(IMEHDs) have been developed to overcome the conventional hearing aid's problem(ringing effect caused by the acoustic feedback, cosmetic problem, etc.). In the IMEHDs, the vibrating transducer is a key component because its vibration enables to hear for hearing impaired people. The vibrating transducer is implanted on ossicular chain by surgical operation. The coupling status between implanted transducer and ossicular chain has an effect on delivering vibrating force from transducer to stapes. Noninvasive method is required to investigate the output characteristics of IMEHDs after implementation. Recently, emitted sound pressure measuring method of tympanic membrane is proposed to investigate the output characteristics of IMEHDs. However, the relationship between displacement of stapes and sound pressure by tympanic membrane was not cleared. In this paper, displacement of stapes and sound pressure by tympanic membrane were measured using the differential floating mass transducer(DFMT) that implanted on the ossicular chain of the human temporal bone and physical ear model. Through the experiments results, the relationship between displacement of stapes and sound pressure by tympanic membrane was investigated.
하이브리드 음향센서 (hybrid acoustic sensor)는 음압 기반의 음향센서 (ECM)와 진동 기반의 가속도 센서(acceleration sensor)가 접목된 구조이다. 이는 음향센서의 저주파 대역 감도와 가속도 센서의 고주파 대역 감도를 결합하여 저주파에서 고주파 대역까지 광범위하게 음향을 포집할 수 있다. 본 논문에서는 하이브리드 음향센서에 사용되는 가속도 센서를 제안하였다. 가속도 센서는 음향신호에 의해 발생되는 고막의 진동을 포집한다. 제안된 가속도 센서의 사이즈는 고막의 해부학적 구조와 음향센서인 ECM의 규격을 고려하여 직경 3.2 mm로 결정하였다. 그리고 하이브리드 음향센서가 고감도 광대역 특성을 가지도록 하기 위해서는 가속도 센서의 공진 주파수는 3.5 kHz 부근에서 생성되는 것을 목표로 하였다. 가속도 센서를 구성하는 진동막은 수학적 모델과 유한요소 해석을 통하여 기하학적 구조를 도출하였다. 이를 바탕으로 화학적 식각공정을 이용하여 진동막을 제작하였다. 그리고 제작된 진동막의 주파수 특성을 확인하기 위하여 외력에 의한 진동 측정 실험을 수행하였고, 실험 결과 진동막의 기계적 공진은 3.4 kHz에서 발생되었다. 그러므로 제안한 가속도 센서는 하이브리드 음향센서에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
The hearing mechanism is a complicated system. Sound is generated by a source that sends out air pressure or power. The pressure or power makes the sound waves. These waves reach the eardrum, or tympanic membrane, which vibrates at a rate and magnitude proportional to the nature of the sound waves. The tympanic membrane transforms this vibration into the mechanical energy in the middle ear, which in turn converts it to the hydraulic energy in the fluid of the inner ear. The hydraulic energy stimulates the sensory cells of the inner ear which send neuroelectrical impulses to the central auditory nervous system. The passive perception of auditory information starts just here. The listener gives attention to the speech sound, differentiates the sound from background noise, and integrates his experience with similar sounds. The listener then puts all of these aspects of audition into the context of the moment to identify the nature of sound. This has a major role in human communication. This paper provides an overview of the nature and characteristics of sound, the structure and function of the auditory system, and the way in which sound is processed by the auditory system.
One of commercial rapid transits produces peculiar booming sound when passing through the slab-track tunnel. In order to analyze that tympanic membrane-pressing noise systematically, typical source-transfer path-response analysis was carried out. Considering the octave band of booming noise, work scope was confined to structure-borne noise analysis, especially the dynamic behaviour of railway tracks. Experimental modal analysis of railway tracks, composed of rail, rubber pad, sleeper, ballast, and ground were performed. The results shows that transversal bending modes of the rail are suspicious for the cause of the low band booming noise. Finite element analysis are made use of to match preceding experimental results, and plausible dynamic properties of track components are produced.
Individual differences in head-related transfer functions(HRTFs) were calculated using boundary element(BE) models for three Korean adults. The BE models for the individuals were developed from the computerized tomography(CT) images of the individuals. The BE models were composed of the head, pinna, and ear canal. The frequency-dependent impedance boundary conditions were imposed on the skin, hair, and tympanic membrane. The HRTFs calculated from the individual BE models showed large difference above 2 kHz in magnitude and in the locations of peaks and valleys of the frequency spectrums, which should be considered in virtual auditory sound field. The identified individual differences in the HRTFs demonstrate that the developed BE models can be utilized successfully in order to obtain the HRTFs information of individuals.
일반적으로, 완전 이식형 인공중이의 이식형 마이크로폰은 측두골 부근에 이식되어진다. 이 경우, 마이크로폰의 진동막이 외부 충격이나 생체 노이즈의 영향 받을 수 있으며 이런 문제를 해결하기 위하여 이식용 마이크로폰을 외이도 내에 이식하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나 이소골에 이식된 진동 트랜스듀서에 의해서 고막으로부터 외이도 방향으로 음향 반향이 발생할 가능성이 있다. 본 논문에서는 사람의 귀와 유사한 특성을 가지는 귀 모델을 제작하여 프로브 마이크로폰의 위치를 변경해가며 외이도의 음향 반향을 측정하였고 실험결과를 통하여 외이도 내에서의 마이크로폰의 이식 위치를 추정해 보았다. 분석 결과 외이도에 마이크로폰을 이식할 경우 고막에서 멀어질수록 반향 신호가 감소함을 확인할 수는 있었으나, 반향 신호를 완전히 제거할 수 없기 때문에 외이도에 마이크로폰을 이식하기에는 부적합한 것으로 예상된다.
In this paper, we investigated the efficiency according to the output transmission method of the round window driving type AMEIs (active middle ear implants) through the cadaveric experiment. For the experiment, we fabricated DRT (direct rod transducer) and FMT (floating mass transducer) type vibrational transducers based on our previous studies and conducted their output characteristics were measured. TCBT (tri-coil bellows transducer) and DFMT (differential floating mass transducer) were implemented with the same driving force and electrical characteristics as one of DRT and FMT, respectively. In the experiment using three human temporal bone, normal stapes vibration was measured with 1 Pa in front of tympanic membrane, and then was compared with each output of transducers. From the comparison, the DRT type vibration transducer was superior in overall energy transfer efficiency, especially in the low frequency range. There was no difference in implantation difficulty between the two transducers. The results of this study suggest that the DRT type vibrational transducer is more efficient and needs further study to overcome the low frequency degradation in round window approaching with FMT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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