Korvakäytävän akustisten ominaisuuksien mittaus ja mallinnus

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation | Master's thesis
Date
2008
Major/Subject
Acoustics and Audio Signal Processing
Akustiikka ja äänenkäsittelytekniikka
Mcode
S-89
Degree programme
Tietoliikennetekniikan koulutus-/tutkinto-ohjelma
Language
en
Pages
vii, 85
Series
Abstract
Ulkokorvan akustiset ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi ihmisen kuuloaistimukseen. Yksilölliset erot ulkokorvan rakenteissa ovat yksi syy siihen, että kuulemme meitä ympäröivät äänet hieman eri lailla. Korvakäytävän taipumusta muokata kuulemiemme äänten spektrirakennetta on tutkittu vähän, eikä sen akustisia ominaisuuksia tunneta vielä täysin. Tutkimuksessamme keskityttiin kartoittamaan ulkokorvan ja erityisesti korvakäytävän fyysisten ulottuvuuksien vaikutusta tärykalvolla mitattavaan äänipaineeseen. Tutkimuksen pääpainona oli selvittää korvakäytävän pituuden vaikutus taajuusvasteeseen tärykalvolla ja sitä kautta kuuloaistimukseen. Lisäksi tutkittiin tärykalvon aiheuttamaa vaimennusta korvakäytävän resonansseihin. Taajuusvasteiden mittauksia varten rakennettiin kaksi uudentyyppistä korvakäytäväsimulaattoria sekä yksi keinopää. Tavoitteena oli mallintaa fyysisesti ihmisen pään, korvalehden ja korvakäytävän akustinen käyttäytyminen mahdollisimman tarkasti. Lisäksi tutkimuksessa käytettiin koehenkilöitä, joiden korvakäytävien taajuusvasteita mitattiin erilaisissa olosuhteissa. Korvakäytäväsimulaattorin laskennallinen malli sekä äänen fysiikan laskukaavat toimivat mittaustulosten teoreettisina perusteluina. Korvakäytävän käyttäytymistä tutkittiin normaaleissa kuunteluolosuhteissa ja vapaakenttäolosuhteissa. Lisäksi tutkittiin tilannetta, jossa korvakäytävään on asetettu korvakäytäväkuuloke (engl. "insert earphone"). Tätä käyttötilannetta ja sen tutkimista varten valmistettiin korvakäytävämikrofonit sisältävä korvakäytäväkuulokepari, jolla tutkittiin myös kuulokekuuntelun kannalta tärkeitä okkluusioilmiötä ja äänen vuotoa. Tutkimuksen lopputuloksena voidaan todeta, että ulkokorvan ulottuvuuksilla ja erityisesti korvakäytävän pituudella on suuri merkitys taajuusvasteeseen tärykalvolla. Lisäksi voidaan todeta, että fyysisillä simulaattoreilla on mahdollista tarkasti mallintaa ihmisen ulkokorvan akustinen käyttäytyminen.

Each one of us perceives the sounds around us differently. The acoustic characteristics of the outer ear have a significant influence to the sensation of hearing. The tendency of the ear canal to shape the spectral structure of sounds has not been studied systematically and the role of the ear canal as a part of the outer ear is not yet completely known. Our research focused on scrutinizing the effects of varying physical dimensions of the outer ear and particularly those of the ear canal to the pressure at the eardrum. The main emphasis was on determining the influence of the length of the ear canal to the frequency response at the eardrum and thereby to the sensation of hearing. In addition, the eardrum's damping of the resonance frequencies was studied. Two ear canal simulators and one dummy head were manufactured for the pressure frequency response measurements. The target was to physically model the acoustic behaviour of the human head, pinna, and ear canal as accurately as possible. In addition, the frequency responses were measured from the ear canals of human test subjects in various acoustical conditions. A physics-based computational model and equations of the physics of sound were used to validate the results obtained from the measurements. The behaviour of the ear canal was investigated in normal listening conditions as well as in free field conditions. In addition, the behaviour was studied in a situation where the canal entrance was blocked with an insert earphone. A special pair of earphones with in-ear microphones was constructed for this purpose. The earphone was also used for studying two important phenomena related to insert earphones, namely the occlusion effect and sound leakage. From our research we may conclude that the physical dimensions and especially the length of the ear canal have a considerable effect to the pressure frequency response at the eardrum. In addition, we may conclude, that it is possible to accurately model the acoustic behaviour of the human outer ear with physical simulators.
Description
Supervisor
Karjalainen, Matti; Prof.
Thesis advisor
Kelloniemi, Antti; TkT
Keywords
ear canal, outer ear, eardrum, frequency response, korvakäytävä, ulkokorva, tärykalvo, taajuusvaste
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-012834