基于圆形压电振子的骨传导听觉装置

　　近年来,随着科学技术的进步,大量微型化的新型电子元器件不断涌现,气传导听觉装置(包括助听器、耳机等)也日益向微型化和轻型化发展。但气传导听觉装置的适用范围却有其局限性,因为这种听觉装置是将声音经过鼓膜的振动作用传至内耳,因此它不适用于一些患耳炎、耳聋等的病人。给传导性听觉障碍患者及正常人皆可使用的骨传导听觉装置,以其广泛的适用性备受人们的青睐和广大科研工作者的关注[1-4]。

　　骨传导听觉装置按声源振动器件工作原理的不同,可分为电磁式骨传导装置和压电式骨传导听觉装置[5]。压电式骨传导听觉装置中压电式振动器件不会伴随有电磁式振动器件中线圈产生的焦耳热损耗,在节约能量的同时具有更长的工作时间;由于不需要磁铁和轭等金属部件,其重量轻、型面薄;压电式骨传导听觉装置不受外界磁场的干扰,不影响其他利用电磁原理工作仪器的正常使用,因此它比电磁式的应用领域更为广泛[6-7]。但是压电式骨传导装置的研究刚刚起步,

　　目前国内外压电式骨传导手机、耳机及助听器等产品,大多存在由于装置结构不理想而导致发声强度偏弱等不足,与现有电磁式骨传导产品相比,在使用性能上有一定差距。

　　作者基于目前压电式骨传导听觉装置的研究现状,对骨传导的声源振动器件(压电振子)进行仿真与实验分析[8-9],提出应用周边固支式圆形压电振子作为驱动元件,将音讯信号转换为振动信号,利用骨传导方式使人感知音讯信号,设计了压电式骨传导听觉装置。

　　1　声音的传导途径及参数

　　1.1　声音的传导途径[10]

　　声音的感受细胞在内耳的耳蜗部分,而外来的声波必须进入内耳才能引起听觉,声音传入内耳的途径如图1所示。

　　声音传导途径分为气传导与骨传导。气传导有两种途径:第一种为“声波-鼓膜-听小骨-卵圆窗-内耳淋巴液-螺旋器-听神经-大脑皮层听觉中枢”;第二种为“声波-鼓膜-鼓室空气-卵圆窗-内耳淋巴液-螺旋器-听神经-大脑皮层听觉中枢”。骨传导就是外界声波直接经过颅骨和耳蜗骨臂的振动传入内耳,刺激听神经,引起听觉。具体传导途径为:“声波-颅骨-骨迷路-内耳淋巴液-螺旋器-听神经-大脑皮层听觉中枢”。

　　1.2　声音感知频率范围及听觉参数

　　人能感知的声音频率范围为20~20 000Hz。人的语音频率范围为80~8000 Hz,但300~3400 Hz的频谱范围内话音的清晰度为90%,可懂度高达100%。气传导听觉的敏感区在2000~4000 Hz,而骨传导听觉的敏感区在800~2500Hz。声音有三个基本特性:响度、音色、音调。响度的大小是决定听觉感觉的一个重要参数,它表示人的听觉判断声音的强弱程度,是一主观感觉量。它是衡量声音强弱程度一个最直观的参数。响度取决于声波振幅大小。