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SUMMARY:Aks Arora: Modelling the optoacoustic stimulation of the eardrum
DESCRIPTION:Optoacoustic stimulation is an umbrella term describing the generation of mechanical vibrations through optical irradiation and has recently attracted attention as a potential principle for light-driven hearing-aid systems. One specific mechanism underlying this effect is thermoelastic bending\, referred to in this work as thermoelastic excitation. While previous studies have mainly investigated simplified artificial membrane models or classical acoustic excitation of anatomical middle ears\, thermoelastic stimulation in anatomically realistic middle ear structures has not yet been studied. In this thesis\, an anatomical finite element model of the human middle ear is extended by a small disc placed on the tympanic membrane (TM) and heated by a temperature gradient corresponding to a short single laser pulse. This temperature gradient within the disc induces thermoelastic bending\, which excites vibrations of the TM. The results show that the excitation is transmitted to the stapes footplate\, although displacement amplitudes are smaller than in simplified configurations. The predicted sound pressure levels (SPL) reflect sufficient stimulation in low frequencies\, but show poor response in the high frequency range between 1-4 kHz\, showing potential hearing aid plausibility but only with future optimization. \n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\nDE: Modellierung der optoakustischen Anregung des Trommelfells \nDie optoakustische Stimulation ist ein Oberbegriff\, der die Erzeugung mechanischer Schwingungen durch optische Bestrahlung beschreibt und in letzter Zeit als mögliches Prinzip für lichtgetriebene Hörsysteme Aufmerksamkeit erregt hat. Ein spezifischer Mechanismus\, der diesem Effekt zugrunde liegt\, ist die thermoelastische Biegung\, die in dieser Arbeit als thermoelastische Anregung bezeichnet wird. Während sich frühere Studien hauptsächlich mit vereinfachten künstlichen Membranmodellen oder mit der klassischen akustischen Anregung anatomischer Mittelohrmodelle beschäftigt haben\, wurde die thermoelastische Stimulation in anatomisch realistischen Mittelohrstrukturen bislang nicht untersucht. In dieser Arbeit wird ein anatomisches Finite-Elemente-Modell des menschlichen Mittelohres um eine kleine Scheibe erweitert\, die auf dem Trommelfell platziert ist und durch einen Temperaturgradienten infolge eines kurzen einzelnen Laserpulses erhitzt wird. Dieser Temperaturgradient innerhalb der Scheibe führt zu einer thermoelastischen Biegung\, die Schwingungen des Trommelfells anregt. Die Ergebnisse zeigen\, dass die Anregung bis zur Steigbügelfußplatte übertragen wird\, obwohl die Verschiebungsamplituden kleiner sind als in vereinfachten Konfigurationen. Die vorhergesagten Schalldruckpegel liegen im niedrigen Frequenzbereich im wahrnehmbaren Hörbereich\, zeigen jedoch im Bereich von 1–4 kHz eine deutlich reduzierte Ausprägung\, sodass eine Anwendung als Hörhilfe nur bei weiterer Optimierung realistisch erscheint. Der Vortrag wird auf Englisch gehalten. \nMelden Sie sich hier an um Einladungen zu den Kolloquium-Vorträgen per E-Mail zu erhalten.\nRegister here to receive the invitations to colloquium talks via e-mail. \nZoom-Meeting-ID: 643 7384 8607\nPasswort: 2020000
URL:https://blog.rwth-aachen.de/akustik/event/aks-arora-modelling-the-optoacoustic-stimulation-of-the-eardrum/
LOCATION:IHTA Seminarraum (60 Persons) and Zoom-Meeting (Hybrid)\, Kopernikusstr. 5\, Aachen\, 52074\, Deutschland
CATEGORIES:Verteidigung Bachelorarbeit
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SUMMARY:Jia Hui Qiang: Einflussanalyse der Beugungsordnungen auf die akustische Wahrnehmung statischer Schallquellen in urbanen Simulationen
DESCRIPTION:Die realitätsnahe Simulation der Schallausbreitung in urbanen Umgebungen ist von zentraler Bedeutung für zahlreiche Anwendungsfelder wie Virtual Reality\, Lärmkartierung und Auralisation. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Modellierung von Beugungseffekten dar\, also der Schallausbreitung um Hindernisse wie städtische Gebäude. Klassische Methoden der geometrischen Akustik wie das Raytracing erfassen diese Effekte nur unzureichend. Erweiterte Verfahren wie die Uniform Theory of Diffraction (UTD) ermöglichen zwar eine präzisere Abbildung der Beugung\, führen jedoch mit jeder zusätzlichen Beugungsordnung zu einem exponentiellen Anstieg des Rechenaufwands. \nZiel dieser Arbeit ist es\, den Einfluss von Beugungs- und Reflexionsordnungen auf die akustische Wahrnehmung in städtischen Umgebungen systematisch zu untersuchen. Dabei wird die perzeptive Relevanz der Ordnungen analysiert und ein methodischer Ansatz zur Bestimmung eines optimalen Schwellwerts entwickelt\, bei dem der Modellierungsaufwand minimiert wird\, ohne die wahrgenommene Plausibilität zu beeinträchtigen. Hierzu werden psychoakustische Parameter wie Lautheit\, Rauigkeit und Schärfe verwendet\, um die Wahrnehmungsschwelle zu bestimmen\, an der für das menschliche Gehör keine signifikanten Unterschiede mehr wahrnehmbar sind (Just Noticeable Difference\, JND). Hierzu werden Schallpfade in urbanen Geometrien unter Berücksichtigung von Beugungen und Reflexionen berechnet. Ein Selektionsalgorithmus wird entwickelt\, um die wahrnehmungsrelevanten Ordnungen zu identifizieren. \nDie Ergebnisse sollen zeigen\, dass die optimale Beugungs- und Reflexionsordnung stark von der urbanen Geometrie abhängt. Komplexere Strukturen führen zu intensiveren Interaktionen zwischen Beugungen und Reflexionen. Zudem werden die Limitationen der psychoakustischen Parameter und die Unterschiede in der Wahrnehmung deterministischer und stochastischer Signale diskutiert. \nEN: Impact analysis of diffraction orders on the acoustic perception of static sound sources in urban simulations \nPerceptually plausible simulation of sound propagation in urban environments is of central importance for a variety of applications\, including virtual reality\, noise mapping\, and auralization. A particular challenge in this context is modeling diffraction effects\, i.e.\, sound propagation around obstacles such as urban buildings. Classical methods of geometric acoustics\, such as ray tracing\, capture these effects only inadequately. Advanced methods like the Uniform Theory of Diffraction (UTD) provide a more accurate representation of diffraction but result in an exponential increase in computational effort with each additional diffraction order.  \nThe goal of this work is to systematically investigate the impact of diffraction and reflection orders on the acoustic perception in urban environments. The perceptual relevance of these orders is analyzed\, and a methodological approach is developed to determine an optimal threshold that minimizes modeling effort without compromising perceived plausibility. Psychoacoustic parameters such as loudness\, roughness\, and sharpness are used to identify the point at which no significant differences are perceived by the human ear (Just Noticeable Difference\, JND). Sound paths in urban geometries are calculated\, taking into account diffraction and reflections. A selection algorithm is employed to identify perceptually relevant orders. \nThe results aim to show that the optimal diffraction and reflection order strongly depends on the urban geometry. More complex structures lead to more intense interactions between diffraction and reflections. Furthermore\, the limitations of the psychoacoustic parameters and the differences in the perception of deterministic and stochastic signals are discussed. The talk will be given in German. \nMelden Sie sich hier an um Einladungen zu den Kolloquium-Vorträgen per E-Mail zu erhalten.\nRegister here to receive the invitations to colloquium talks via e-mail. \nZoom-Meeting-ID: 643 7384 8607\nPasswort: 2020000
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