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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃育堃
研究生(外文):YU-KUN HUANG
論文名稱:骨導式助聽器之研製
論文名稱(外文):Design of bone conduction audiphone
指導教授:蔡正倫蔡正倫引用關係
指導教授(外文):Cheng-Jun Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:醫學工程研究所
學門:生命科學學門
學類:生物化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:144
中文關鍵詞:骨導式有限元素軟組織震動式助聽器磁通密度
外文關鍵詞:finite elementsmagnetic fluxvibratile audiphonebone conductionsoft tissue.
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助聽器依結構可分為口袋型、耳掛型、耳內型、眼鏡型等類別。耳塞式助聽器的電子元件易因潮濕而故障,所以必須定期保養、除溼,才可正常使用。一般人所使用的耳罩式或耳塞式耳機,有時因音量過大,配帶時會造成聽力的損毀,並且使用時會阻隔外界聲音,在許多場合都有安全上的顧慮。此研究計畫研製輕型的震動傳導式助聽器,希望將來能給聽障者,甚至一般人在傳統耳塞式耳機之外,能有另一種選擇。此研究考慮阻抗匹配設計電磁線圈,並使用電腦分析磁場分佈決定線圈與磁鐵的相對位置。模擬動態機械震動,以了解配帶時的震動幅度,更利用電腦軟體FEMLAB做磁力系統模擬,分析震動度最大的磁力點,並利用FEMLAB有限元素法分析求解,模擬電流通過線圈時,系統的磁通密度分佈,使用程式模擬底部磁鐵對頂部磁鐵的磁通密度影響,結果顯示當頂部磁鐵上下切齊線圈時,震動度將最大,並由實驗及理論證明線圈以對稱方式纏繞可產生最大磁力。
本計劃完成了小型震動式助聽器的設計製作,當聲音經由麥克風輸入後,音源訊號可透過放大器將聲音放大,此音頻訊號會驅動骨導式震動耳機產生震動,若配戴於頭顱上,即可清楚聽見聲音。實驗與模擬皆顯示震動耳機之震動幅度約為100μm。由實際組織震動量測顯示,軟組織比硬組織更具震動效果。此骨導式助聽器具有低阻尼、低摩擦力的機械結構,可以使能量有效率的透過組織傳遞,並實際可使聽障者聽到聲音。
Hearing aids has many different styles. Each of them has its own unique qualities to meet individual’s needs. For those fit in the ear canal, the corrosion of components caused by moisture and accumulation of ear wax are problems that require frequent maintenance. Although the ear plug styles are the most popular hearing-aid devices, the bone-conducting style still has its own niche. The bone-conducting hearing-aid also can be designed as an earphone for normal people without the disadvantage of blocking the background sound. The purpose of this project is to find out how to optimize the design of a light weight bone-conducting earphone. The considerations include the electrical match between the output impedance of the power amplifier and the driving coil, the impedance match of sound propagation, and the shapes and the relative positions of coil and magnet. A mechanical model was derived to simulate the magnitude of vibration. The magnetic field distribution of the system was simulated by using the finite element method. The results show that force can be most effectively delivered when the height and width of the coil are the same. The height of the magnet also has to match that of the coil. A small size of bone-conducting earphone with vibrating amplitude of 100 慆 was made with this study. The sound can be better heard putting on soft tissue than being pressed against the head bone. This is because the magnet can vibrate more freely against the soft tissue.
摘要鈾r
Abstract 鈾r
謝誌鈾r
目錄釉
圖索引V鈾r
表索引X鈾r

第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 研究背景2
1.3 研究目的4
第二章 基本原理5
2.1聲音傳遞原理5
2.2聽力損失的分類6
2.3助聽器結構與工作原理8
2.4助聽器的分類10
2.5物理磁性原理13
2.6磁偶極在不均勻磁場之受力移動現象15
2.7高斯計磁通密度檢測原理19
第三章 研究方法21
3.1系統架構及原理21
3.2系統結構磁力分析23
3.3系統結構機械分析25
3.4震動耳機工作原理32
3.5系統流程圖34
第四章 實驗設備與實驗方法35
4.1 系統磁場量測方法35
4.1.1系統震動量測方法37
4.1.2系統感抗頻譜量測架構39
4.1.3磁力對距離量測架構40
4.1.4線圈電流對磁力量測架構42
4.2震動頻譜量測架構43
4.3 有限元素法模擬流程圖44
4.3.1系統有限元素法模擬45
4.3.2骨導式助聽器模擬項目48
4.4震動耳機實體製作50
第五章 結果與討論51
5.1系統感抗頻譜量測結果51
5.1.1系統電壓量測55
5.1.2電流對電壓量測結果56
5.1.3系統電磁力量測57
5.2系統磁通密度量測58
5.2.1線圈對磁鐵磁力量測結果59
5.2.2雙磁鐵磁力量測結果60
5.3機械震動頻譜參數推算61
5.3.1震動頻譜量測結果62
5.3.2組織受力震動之幅度量測66
5.4有限元素之軸對稱模擬與理論比較68
5.4.1磁鐵磁位模擬結果70
5.4.2線圈之磁位模擬結果71
5.4.3線圈之磁偶極矩模擬結果73
5.4.4系統之磁場模擬74
5.4.5線圈磁通密度模擬76
5.4.6磁鐵磁通密度模擬79
5.4.7系統磁通密度模擬結果80
5.4.8系統之軸對稱磁流密度模擬82
5.4.9系統切面磁通密度模擬83
5.4.10系統簡化模擬84
5.5系統磁鐵結構最佳化模擬86
5.5.1系統結構最佳化模擬90
5.5.2線圈結構比例最佳化模擬94
5.5.3頂部磁鐵結構最佳化模擬98
5.6有限元素之皮膚壓縮距離103
5.6.1皮膚壓縮距離模擬106
第六章 結論與未來展望108
第七章 參考文獻110
附錄A116
附錄B122
附錄C123
附錄D124
附錄E126
附錄F127
附錄G128
附錄H131
圖索引
圖2-1 耳朵構造圖5
圖2-2 內耳結構圖6
圖2-3 磁偶極受力移動圖15
圖2-4 高斯計動作原理19
圖3-1 震動耳機架構圖22
圖3-2 線圈磁場與匝數關係24
圖3-3 系統之電路結構方程式25
圖3-4 系統之機械結構26
圖3-5 震動耳機立體架構圖33
圖3-6 系統流程圖34
圖4-1 系統磁場量測架構35
圖4-2 系統磁場量測實體架構36
圖4-3 系統磁場量測架構37
圖4-4 系統震動量測雷射38
圖4-5 系統震動顯示屏幕38
圖4-6 感抗頻譜量測架構39
圖4-7 磁力量測架構40
圖4-8 磁力量測實體架構141
圖4-9 磁力量測實體架構241
圖4-10 線圈電流對磁力量測架構42
圖4-11 線圈電流對磁力量測架構43
圖4-12 有限元素法模擬流程圖44
圖4-13 震動耳機模式繪製45
圖4-14 設定邊界條件1:46
圖4-15 設定邊界條件2:46
圖4-16 網格切割模擬47
圖4-17 震動耳機實體製作50
圖5-1 感抗頻譜量測結果51
圖5-2 系統頻譜量測結果52
圖5-3 系統頻譜量測實部結果53
圖5-4 系統頻譜量測虛部結果:53
圖5-5 系統感抗頻譜量測結果:54
圖5-6 距離對磁流密度圖:55
圖5-7 系統電流對電壓量測結果:56
圖5-8 不同頻率系統受力分佈圖:57
圖5-9 系統磁通密度量測:58
圖5-10 線圈對磁鐵磁力量測結果:59
圖5-11 雙磁鐵磁力量測結果:60
圖5-12 機械震動頻譜參數推算:61
圖5-13 機械震動頻譜分佈圖:63
圖5-14 機械震動頻譜相位分佈:63
圖5-15 機械震動頻譜實部分佈圖:64
圖5-16 機械震動頻譜虛部分佈圖:64
圖5-17 機械震動頻譜比較圖1:65
圖5-18 機械震動頻譜比較圖2:65
圖5-19 組織受力震動之幅度:66
圖5-20 有限元素之軸對稱模擬:68
圖5-21 有限元素之軸對稱模擬與理論值比較:69
圖5-22 磁鐵磁位圖:70
圖5-23 磁位分佈曲線1:71
圖5-24 磁位分佈曲線2:72
圖5-25 線圈之磁偶極矩:73
圖5-26 系統磁流密度圖(位置1):75
圖5-27 系統磁流密度圖(位置2):75
圖5-28 系統磁流密度圖(位置3):76
圖5-29 系統磁流密度圖(位置4):76
圖5-30 系統磁流密度圖(位置1):76
圖5-31 系統磁流密度圖(位置2):76
圖5-32 系統磁流密度圖(位置3):76
圖5-33 系統磁流密度圖(位置4):76
圖5-34 線圈對磁通密度關係圖:78
圖5-35 磁鐵之磁流密度圖:79
圖5-36 系統之磁位能分佈圖:80
圖5-37 軸心線上不同位置對線圈切面之磁通密度影響圖:81
圖5-38 系統之有限元素模擬:82
圖5-39 系統之軸對稱磁通密度:82
圖5-40 磁場的模擬分佈圖:83
圖5-41 單匝線圈之軸對稱磁流密度:84
圖5-42 單匝線圈之軸對稱簡化模擬:84
圖5-43 單匝線圈之軸對稱切平面:85
圖5-44 單匝線圈之軸對稱簡化切平面:85
圖5-45 磁鐵結構最佳化模擬1:86
圖5-46 磁鐵結構最佳化模擬2:87
圖5-47 磁鐵結構最佳化模擬3:87
圖5-48 磁鐵結構最佳化磁力模擬:88
圖5-49 磁鐵結構最佳化磁力模擬2:89
圖5-50 磁鐵結構最佳化磁力模擬3:89
圖5-51 系統結構最佳化模擬1:90
圖5-52 系統結構最佳化模擬2炕G90
圖5-53 系統結構最佳化模擬3:91
圖5-54 系統結構最佳化模擬4:91
圖5-55 系統結構最佳化模擬5:91
圖5-56 系統結構最佳化磁力模擬1:92
圖5-57 系統結構最佳化磁力模擬2:92
圖5-58 系統結構最佳化磁力模擬3:92
圖5-59 系統結構最佳化磁力模擬4:92
圖5-60 系統結構最佳化磁力模擬5:92
圖5-61 系統結構最佳化磁力比較圖:93
圖5-62 線圈比例1:100模擬結果:94
圖5-63 線圈比例4:25模擬結果:94
圖5-64 線圈比例3:33模擬結果:95
圖5-65 線圈比例11:9模擬結果:95
圖5-66 線圈比例8:12模擬結果:95
圖5-67 線圈比例25:4模擬結果:95
圖5-68 線圈比例9:11模擬結果:95
圖5-69 線圈比例25:4磁力分佈模擬結果:96
圖5-70 線圈結構比例與系統磁力比較圖:97
圖5-71 頂部磁鐵結構最佳化模擬1:98
圖5-72 頂部磁鐵結構最佳化模擬2:99
圖5-73 頂部磁鐵結構最佳化模擬3:99
圖5-74 頂部磁鐵結構最佳化模擬:100
圖5-75 頂部磁鐵結構磁力結果1:101
圖5-76 頂部磁鐵結構磁力結果2:101
圖5-77 頂部磁鐵結構磁力結果3:102
圖5-78 有限元素之皮膚壓縮距離模擬:103
圖5-79 三維有限元素之皮膚壓縮距離模擬:104
圖5-80 皮膚壓縮距離模擬結果:104
圖5-81 有限元素之皮膚壓縮距離模擬:105
圖5-82 皮膚壓縮模擬結果1:106
圖5-83 皮膚壓縮模擬結果2:107
圖A-1 量測機械震動頻譜(0~20KHz) :116
圖A-2 量測機械震動頻譜(0~20KHz) :116
圖A-3 量測機械震動相位頻譜(0~20KHz) :117
圖A-4 量測機械震動相位頻譜(0~20KHz) :117
圖A-5 量測機械震動實部(0~20KHz) :118
圖A-6 量測機械震動實部(0~20KHz) :118
圖A-7 量測機械震動虛部(0~20KHz) :119
圖A-8 量測機械震動虛部(0~20KHz) :119
圖A-9 頂部磁鐵(1.3g)比較之頻譜圖(20~20k) :120
圖A-10反推頂部磁鐵(1.3g)比較之頻譜圖(20~20k) :120
圖A-11頂部磁鐵(0.45g)比較之頻譜圖(20~20k) :121
圖A-12反推頂部磁鐵(0.45g)比較之頻譜圖(20~20k) :121
圖B-1 系統邊界參數設定:122
圖B-2 系統邊界參數設定:122
圖G-1 線圈比例1:100磁力分佈:128
圖G-2 線圈比例4:25磁力分佈:128
圖G-3 線圈比例3:33磁力分佈:129
圖G-4 線圈比例9:11磁力分佈:129
圖G-5 線圈比例8:12磁力分佈:130
圖G-6 線圈比例11:9磁力分佈:130
圖H-1 聲頻放大電路:131
表索引
表2-1 聽力損失分類表:8
表C-1 聲音對介質傳播速度一覽表:123
表D-1 線圈規格一覽表1:124
表D-2 線圈規格一覽表2:125
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電子全文 電子全文(本篇電子全文限研究生所屬學校校內系統及IP範圍內開放)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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