Page 37 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 38 卷第 8 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 8
2025 年 8 月 Journal of Vibration Engineering Aug. 2025

适用于圆窗激振的人耳生理响度模型研究

刘兆海 ， 郭维维 2，3，4 ， 贺志恒 ， 陈 伟 2，3，4 ， 饶柱石 ， 刘后广 1
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（1. 中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221116； 2. 中国人民解放军总医院耳鼻咽喉头颈部外科医学部，
北京 100853； 3. 听觉与平衡觉全国重点实验室，北京 100853； 4. 国家耳鼻咽喉疾病临床医学研究中心，
北京 100853； 5. 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室，上海 200240）

摘要: 针对目前的响度模型无法用于预测圆窗激振下响度的问题，提出了一个适用于圆窗激振的人耳生理响度模型。该响度
模型由听觉外周模型和数据处理后端组成。建立了能够计算自由场声激励和圆窗激振下基底膜振速的听觉外周模型以及将
基底膜振速转变为听觉中枢所感受到的响度的数据处理后端；将听觉外周模型计算结果与已有文献中外耳传递函数、声激励
下中耳传递函数和镫骨振速、圆窗激振传递函数、内耳基底膜选频特性、频响特性和位移的试验数据进行对比，验证了听觉外
周模型的可靠性；将响度模型计算结果与等响曲线、带宽噪声响度、频域掩蔽下纯音响度级和复音阈值已有文献中的试验数据
进行对比，验证了响度模型的可靠性。研究结果表明，该人耳生理响度模型较为准确地计算出了声激励和圆窗激振下基底膜
振速，并能够用于计算声激励和圆窗激振下纯音、复音和带宽噪声的响度。

关键词: 响度感知； 圆窗激振； 人工中耳； 听觉外周； 动力学建模； 时域分析
中图分类号: TH113； R764 文献标志码: A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202401060

Loudness model for round window stimulation

based on human ear physiology

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LIU Zhaohai ， GUO Weiwei 2，3，4 ， HE Zhiheng ， CHEN Wei 2，3，4 ， RAO Zhushi ， LIU Houguang 1
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China；
2.Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery， Chinese PLA General Hospital， Beijing 100853， China；
3.State Key Laboratory of Hearing and Balance Science， Beijing 100853， China；
4.National Clinical Research Center for Otolaryngologic Diseases， Beijing 100853， China；
5.State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China）

Abstract: Since current loudness models are unable to predict loudness under round window stimulation， a loudness model for
round window stimulation is proposed in this paper. The loudness model consists of a peripheral auditory model and a data process‑
ing back-end. The peripheral auditory model that is able to calculate basilar membrane velocities under free-field acoustic stimula‑
tion and round window stimulation and the back-end that transforms basilar membrane velocities into loudness are constructed. The
reliability of the peripheral auditory model is verified by comparing the model-predicted results with the experimental data on the
outer ear transfer function， middle ear transfer function and stapes velocities under acoustic stimulation， round window stimulation
transfer function， frequency selectivity and frequency response of the basilar membrane， and basilar membrane displacement. The
reliability of the loudness model is verified by comparing the model-predicted results with the experimental data on equal-loudness
contours， bandwidth noise loudness， loudness level of tone with frequency masking， and threshold for complex tones. The results
indicate that the loudness model accurately calculates basilar membrane velocities under acoustic stimulation and round window
stimulation， and is able to predict the loudness of pure tone， complex tones， and bandwidth noise under acoustic stimulation and
round window stimulation.
Keywords: loudness perception； round window stimulation； active middle ear implant； auditory periphery； dynamics modeling；
time-domain analysis

收稿日期: 2024-01-22； 修订日期: 2024-03-11
基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52275296）；国家重点研发计划项目（2022YFC2402700）；江苏高校优势学科建设
工程资助项目（PAPD）