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Oticon采用多物理场仿真,提高个性化设计

2018/4/2    来源:互联网    作者:Stine Harder  Martin Larsen      
关键字:HRTF仿真  
对于普通头形,助听器方向滤波器可轻松实现最优异的性能。但是,方向性能实际上取决于个体的头部和躯干形状。Oticon采用多物理场仿真技术提高助听器性能的个性化。

    为了抑制来自佩戴者前方以外的任何方向的噪音,通常会在助听器中使用一个基于软件的数字滤波器。通常情况下,由于佩戴者面向说话者方向,或者朝向他们想听到的其他声音源,因此设计人员研发的设备主要针对来自前方的声音。工程师针对每个模型类型只设计一次,他们在研发这些数字滤波器时,在头部和躯干的物理模型上安装配备特殊仪器的助听器,并测量周围扬声器阵列。然而研究结果显示,助听器的定向性能取决于人体头部和躯干的具体几何结构。对于头部尺寸和形状异于基准值的人,他们通常无法从定向传声器中获得同等效果。

    理想的解决方法是为每个助听器佩戴者设计一款定制的数字滤波器。然而,上述物理方案不仅成本太高而且还非常繁琐,无法在临床实践中使用。Oticon研发出一种全新的方法,即:使用人体头部和躯干的精确3D模型进行临床设置仿真,以针对佩戴者头部和躯干几何结构优化方向滤波器。仿真技术有助于快速确定助听器的个性化设置,从而减少背景噪声,并让助听器佩戴者听到更多有用的声音。仿真技术有助于快速确定助听器的个性化设置,从而减少背景噪声,并让助听器佩戴者听到更多有用的声音。

测量定向性能

    典型的助听器包含一个前传声器和一个后传声器;数字滤波器从前传声器声音中减去延时的后传声器输出声音。通过定向指数( DI)可测量助听器的定向传声器性能,该指数描述的是前方声音的敏感度与所有方向的声音敏感度之比。通常利用在头部和躯干物理模型上测量的头部相关传递函数(HRTF)来评估定向滤波器性能。HRTF描述了来自特定点的声音在通过空气传递到耳道外侧的过程中如何受到影响。研究显示定向传声器可提供众多优势,并且经过证明很多人可从专门为其头部和躯干精心优化的定向滤波器中大获裨益。

图1 用于声学仿真的头部和躯干周围的真空区

图1 用于声学仿真的头部和躯干周围的真空区

图2 头部周围空气的网格

图2 头部周围空气的网格

    Oticon最近与丹麦技术大学开展了一个联合研究项目,确定是否有可能仿真上文所述的物理测试设置,从而根据个体的头部和躯干形状准确仿真HRTF。目标是研发一款针对佩戴者精心优化的个性化数字滤波器。该方案的优势在于:和物理测试相比,能在更短的时间里、用更低成本获得3D模型。

    Oticon选择ANSYS仿真工具的原因在于其具备多物理场功能,这样能够在相同环境中以最小的数据处理量来仿真结构和声学问题。

    丹麦技术大学的研究人员使用ANSYS Mechanical仿真当佩戴助听器时的耳部挠曲,并计算基于通用测试装置的扬声器阵列在耳朵中产生的HRTF。通过对接受HRTF测试的个体进行3D扫描,获得用于仿真的人体头部和躯干的个性化模型。这样就可根据参与者的身体测量结果调整仿真结果。

针对单独用户优化定向滤波器能实现显著的性能提升,甚至决定用户是否能听清一句话。

多物理场仿真

    研究人员生成耳部挠曲仿真的网格,其中耳部有25580个节点,助听器有4,754个节点,然后,通过对助听器施加位移来仿真具体情况。然后,释放位移,助听器移动到最终位置。用变形的耳部和助听器网格替代自然耳部几何结构,创建就位后助听器的完整系统模型。然后,将新的头部仿真模型放在尺寸为420mm X 700mm×250mm的盒子中。从盒子中减去模型,留下围绕模型的真空区。

图3 耳部挠曲仿真的初始位置

图3 耳部挠曲仿真的初始位置

图4 耳部挠曲仿真的最终位置

图4 耳部挠曲仿真的最终位置

责任编辑:马倩
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