[实用新型]基于光声效应的人工听觉仿真系统

说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种基于光声效应的人工听觉仿真系统。 

背景技术

耳蜗是动物类（包括高级动物人类）听觉系统接收声音信息的重要感应器官，由于种种原因致使该器官或与该器官关联的功能组织失去感应功效，便患上重度以上感音性耳聋，以致无法正常听音和完成正常语言交流功能。目前，针对此类耳聋，可采用电极式人工耳蜗（即电子仿生耳）植入术恢复部分听觉，如专利（CN200610027193.5）中，公开了一种全植入式人工耳蜗及其制备方法，该装置根据耳蜗的感音机理和功能，将体外的声信号经采集、变换和编码，以无线方式送给埋入耳蜗内的各电极，有选择地依次触发对应的听神经（或神经束），将外来声信息阵列传给大脑听中枢，以恢复聋者的部分听力。尽管该装置已取得显著成效，但是，在感应音乐旋律、辨别乐器品种或话者等更丰富细致的声信息方面明显不足，表明人工听觉康复装置还有待深入研究和继续改良。 

由医学解剖学可知，人类耳蜗内的基底膜长约2-3cm，能感知20Hz-20KHz的声频信息，不同的动物其耳蜗基底膜长度不同，可感应的声频范围也各异；基底膜上按声频位置排列着能感音的纤毛细胞（内毛细胞约3500个）和对应的听神经纤维。基底膜对于声音的感受具有频率选择性，与位置对应。 

声谱分析发现,言语信号在时域和频域上的表现与音乐信号相比有些差别，对应音乐中丰富的旋律变化和乐音品质的变化，音乐信号总体声谱能量集中区常常比语音声谱宽较多，而且谱峰集中区的个数也更多，对应在时域波形上音乐信号变化更多样、更密集。我们知道，音乐的音色是由其所含声频成分决定的，例如，在同一旋律音符下，不同的乐器有不同声音效果，其对应声谱包络（即声谱成分沿频率轴变化的轮廓）应有明显区别。而同一乐器，在发高低不同的旋律音符时，其对应的声谱包络无明显变化，但此时声谱的局部细节有明显差别，同时在时域信号的基本周期上也有差别，这种差别是在一定时段上表现的。对多种乐器演奏出的乐音来说，常常是多种旋律音符、多种乐器音的叠加，其乐音声谱的表现更加复杂、细腻、多变。 

所以若要有效地传递乐音品质和旋律等信息，更密集的电极阵列是必要，同时要保持正确、同步的声频阵列信号时序关系，保证代表乐器品质的声频包络变化和乐音旋律音符变化在听觉中枢处获得正确叠加和感知音效。 

目前最佳的人工耳蜗装置中有22-24导金属电极。作为埋入耳蜗的金属电极，由于传导 电流时存在电场发散性，易导致相邻电极相互干扰，这样，在2-3cm的范围内电极总数目增加受限；另外，为减少相邻电极同步发放信号相互干扰，触发时间必须间隔，即电极阵列上各路信号在时序上是非同步的，这样在听觉中枢产生的各路信号叠加就是错位的。目前，对于语音信号这种变化相对缓慢、频谱强能区相对较窄的信号而言，该装置可达到恢复部分听力的效果。但对频谱更宽、变化更复杂细腻的音乐信号来说，可能很多信息漏传或错传，这些是否是导致乐音感知不佳的原因有待研究证实。因此，为感知音乐信息，研究向内耳发放定时准确、频谱定位更准确密集的声阵列信号（有研究表明，通道数应至少32导）的仿生耳蜗，可能是解决该问题的研究方向。 

激光具有更好的方向性，而且脉冲激光具有诱发声效应的物理特性，即用光辐照某物体时，由于它对光的吸收会使其内部的温度改变，从而引起其局部区域的机械参数变化；当采用脉冲光源或调制光源时，物体内局部温度的起伏会引起其体积的伸缩，因而向外辐射声波，这种现象称为光致声效应（简称光声效应）。研究已证实，光纤脉冲激光能触发听神经发放，其功效和声音触发极其相似。而与金属电极相比，光纤易组成密集阵列，是取代金属电极传导丰富声谱信息的良好候选。