助听器可用于应对不同类型的听力损失，同时为了保证其功能的有效性，必须进行积极的维护。声学工程师和设计人员将耵聍挡板集成到助听器中，以保护其微型扬声器（在助听器中通常称为接收器）。使用COMSOL Multiphysics® 软件和方法，工程师可以考虑到耵聍挡板中的小尺寸几何结构并能快速仿真获得声学响应。
用耵聍挡板延长助听器的使用寿命
当谈到我们的耳朵时，我们会自然地产生耳垢，既可以作为天然清洁剂，又可以作为阻挡异物的保护屏障。然而，耳垢和助听器并不是最佳组合，因为耳垢可能会导致助听器阻塞，并导致使用者听到的声音失真。
为了避免助听器发生故障，可以采取预防措施，例如使用耵聍挡板来防止耳垢和水分渗入助听器。使用耵聍挡板是一种经济有效的方法，可以帮助改善助听器的功能，并延长其使用寿命。
耵聍挡板是一个很小的、可更换的防护网，用于耳内接收器（RITE）型助听器和耳道内接收器（RIC）型助听器。下图显示了助听器的装配图和耵聍挡板的位置。这种微型扬声器（也称为接收器）通过连接到助听器主体（位于用户耳朵后面）的电线供电。耵聍挡板放置在一个可以拆卸和更换的小结构中。使用 COMSOL Multiphysics 和 “声学模块”，我们可以使用 5.5 版中的功能来分析耵聍挡板中的细小结构及其声学特性。
接收器装配的图示和耵聍挡板的位置。S0R 代表适用于右耳的，长度为 0 且为 Small 类型。图片由 Widex 版权所有。
在 COMSOL Multiphysics® 中导入耵聍挡板的 CAD 几何模型
本教程分为两个部分：
- 使用端口边界条件和端口扫描功能计算耵聍挡板的传递矩阵
- 在典型的测量设置中计算耵聍挡板的响应，并将其与实际测量值进行比较
将步骤 1 中计算的传递矩阵用于步骤 2 中，并在 COMSOL Multiphysics 中建立了集总传递矩阵方法。
在此模型中，NanoCare™ 耵聍挡板CAD 几何形状、接收器传递矩阵数据、耦合器传递矩阵数据、麦克风阻抗数据和测量数据均由 Widex 版权所有。耵聍挡板的几何结构如下图所示。
耵聍挡板的几何形状。CAD 几何图形由 Widex 版权所有。
传递矩阵：集总表示
传递矩阵（也称为双端口）是在光学和声学应用中分析系统中传播的波的一种有效且常用的方法。在本教程中，将计算一个包含入口和出口的耵聍挡板的传递矩阵；它代表了其子系统的集总模型。由于耵聍挡板的尺寸很小，因此在全频率范围内使用传递矩阵是理想的选择，因为在此模型中只有平面波传播（我们的计算远低于截止频率）。重要的是需要认识到，由于尺寸很小，在传递矩阵的描述中需要包括热和粘性边界层损耗，以衡量这些损耗会对该声学系统造成多大的影响。如果您知道模型中所有组件的传递矩阵，就能快速地模拟并分析其声学特性。这也意味着可以简单快速地用同样的方法研究在同一声学系统中使用其他接收器的性能。
在 COMSOL Multiphysics 中，您可以选择定义矩阵以设置完整系统的集总表示（可能需要花费一些时间）。在本教学模型中，完整的测量设置由四个双端口组件串联组成。对于接收器（Trec），接收器管（Trt），耵聍挡板(Twg)，耦合器 (Tcp) ，以及测量麦克风阻抗 (Zmic)，每一个均由其传递矩阵描述。这个模型的输入是施加到接收器的电压 Vin（请记住，这是助听器中的微型扬声器）。耦合器是一个代表标准耳道的体积。除耵聍挡板的传递矩阵外，其他所有传递矩阵都依赖于现有数据（由供应商测量或提供）。耵聍挡板的传递矩阵是由模型第一部分计算得到的。该系统如下图所示：
为了计算耵聍挡板的传递矩阵，该模型使用热粘性声学，频域接口，端口边界条件和端口扫描功能（自5.5版起）。当端口扫描完成后，被分析的系统（此处为耵聍挡板）将自动计算传递矩阵。端口假定为平面波传播，因此必须将其放置在远离任何有几何突变的地方（例如耵聍挡板上的穿孔板）。为了做到这一点，将长度为 1 mm 的入口管添加到几何结构中。模拟区域是耵聍挡板（包括入口管）内部的空气量，如下所示。
模拟区域包括耵聍挡板内部的空气域以及外部的进气口管。
“端口功能设置” 窗口，包括 “用户定义” 、“数字” 和 “圆形端口类型” 选项。
评估耵聍挡板声学
声压和瞬时速度变化如下图所示。在该模型中，可以更改系统的频率参数和激励端口（入口和出口）。更改频率参数可以使您看到黏性边界层和热边界层的范围。黏性边界层的出现是由于黏性（无滑移条件）使空气颗粒无法在固体边界处运动而产生的。在该图中，可以看到壁面上的速度趋近于零（深蓝色）。黏性耗散（阻尼）出现在速度梯度较大的地方。这与耵聍挡板中的孔洞重合（颜色快速变化）。
出口处为端口激励，在 10 kHz 下的压力分布（左），出口处为端口激励，在 1 kHz 下的速度分布（右）。
下图显示了一个典型的耵聍挡板测量设置（如上图所示）的响应，以及使用传递矩阵方法建模的系统之间的比较。它显示了当驱动器具有 0.1V 峰值输入谐波信号时麦克风处的声压级。在频率高达 6000 Hz 的情况下，测量值和模拟值能很好的吻合。使用这种方法，工程师可以在进行任何测量之前比较多个设置，从而使设计既节省成本又节省时间。可以对几种耵聍挡板设计进行虚拟研究和测试，并且可以存储组件的传递矩阵以进行进一步的分析和比较。
在耦合器中的麦克风处测得的 SPL 响应的仿真与测量结果的比较。这些测量值由 Widex 版权所有。
使用 COMSOL Multiphysics 中的自动传递矩阵计算，工程师和设计人员可以在几秒钟内测试耵聍挡板的各种设计及其声学特性。此类方法可以将整个系统分解为更小的子系统，从而可以更快地进行声学响应分析。
下一步
单击下面的按钮，自己尝试耵聍挡板声学：传递矩阵计算模型。这将带您进入案例库，其中包括文档和 MPH 文件，您可以使用有效的软件许可证下载该文件。
“ Widex” 包括了 Widex A / S 和其关联公司。“关联公司” 是指现在或此后，直接或间接，由任何一方或拥有、或控制或与任何当事方共同控制的法人实体，但该法人仅应被视为是一个关联企业只要存在这种所有权或控制权即可。就本定义而言，对法人的 “控制” 是指具有直接或间接的权力，可以直接或间接地指导或引起法人的管理和政策的方向，而不论（a）通过拥有表决权的证券的所有权直接或间接选举、或任命董事会多数成员、或类似的管理机构；（b）通过合同；或（c）否则。出于此定义的目的，Widex A / S，Sivantos Pte Ltd 及其关联公司是彼此的关联公司。
Nanocare 是 Widex 的商标。
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