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| 001 | 1016952 | ||
| 005 | 20251009053606.0 | ||
| 024 | 7 | _ | |2 HBZ |a HT031273332 |
| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 44640 |
| 024 | 7 | _ | |2 datacite_doi |a 10.18154/RWTH-2025-07039 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2025-07039 |
| 041 | _ | _ | |a English |
| 082 | _ | _ | |a 621.3 |
| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM05279 |a Kersten, Simon |b 0 |u rwth |
| 245 | _ | _ | |a Modeling and analysis of vibroacoustic mechanisms in hearing |c vorgelegt von M. Sc. Simon Kersten |h online |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b RWTH Aachen University |c 2025 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen |
| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)3 |2 PUB:(DE-HGF) |a Book |m book |
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| 336 | 7 | _ | |2 DRIVER |a doctoralThesis |
| 336 | 7 | _ | |2 DataCite |a Output Types/Dissertation |
| 336 | 7 | _ | |2 ORCID |a DISSERTATION |
| 490 | 0 | _ | |a Aachener Beiträge zur Hörtechnik und Akustik |
| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025 |b Dissertation |c Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen |d 2025 |g Fak06 |o 2025-08-01 |
| 520 | 3 | _ | |a Trotz bedeutender technologischer Fortschritte in den letzten Jahrzehnten berichten Nutzer von Hörgeräten und Gehörschutz häufig von Unzufriedenheit aufgrund eines „unnatürlichen” Hörerlebnisses. Diese Herausforderungen verdeutlichen Lücken in unserem Verständnis der physikalischen Mechanismen, die dem Hören zugrunde liegen – ein komplexes vibroakustisches Phänomen mit Wechselwirkungen zwischen dem Schallfeld im Außenohr, der Mechanik des Mittelohrs und der Fluiddynamik des Innenohrs. Hören umfasst nicht nur den Luftschallpfadüber Außen- und Mittelohr, sondern auch verschiedene Knochenschallpfade, über die Schall zum Innenohr übertragen wird. Knochenschall spielt eine wichtige Rolle in audiologischen Anwendungen wie der Knochenleitungsaudiometrie und Knochenschallhörgeräten, bei denen Schwingungen direkt in den Schädel eingeleitet werden. Ein weiteres Phänomen, das sowohl Luft- als auch Knochenschall beinhaltet, ist der Okklusionseffekt (OE): Das Verschließen des Gehörgangs verändert die Wahrnehmung der eigenen Stimme, was eine der Ursachen für die Unzufriedenheit mit Hörtechnologien ist. Die experimentelle Untersuchung der zugrundeliegenden Physik des Hörens ist mit erheblichen ethischen und technischen Schwierigkeiten verbunden. Daher sind Modellierung und numerische Simulationen unverzichtbare Werkzeuge, um unser Verständnis zu verbessern. Diese Untersuchungen erfordern auch die Charakterisierung des vibroakustischen Verhaltens des Innenohrs, da es als Sensor für alle Luft- und Knochenschallpfade dient. Jüngste Studien stellen die klassische Sichtweise auf die Innenohrmechanik in Frage, indem sie die Flexibilität der cochleären Trennwand (engl. cochlear partition, CP) hervorheben, insbesondere von Lamina Spiralis (engl. osseous spiral lamina, OSL) und Brückenstruktur (engl. cochlear partition bridge, CPB). Die Funktionen dieser Strukturen sind kaum verstanden, da experimentelle Daten zur Bewegung der CP nach wie vor spärlich und räumlich begrenzt sind und die meisten Innenohrmodelle die OSL und die CPB als starr betrachten. Diese Arbeit erweitert unser Verständnis der vibroakustischen Hörmechanismen beim Luft- und Knochenschall, indem sie das Gehör systematisch in Teilsysteme unterteilt. Zunächst wird die Schwingung des Gehörgangs analysiert, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Wechselwirkung zwischen den Bewegungen des Eingangs und des Trommelfells mit den Schwingungen der Gehörgangswand bei der Erzeugung des Schalldrucks im Gehörgang liegt, der dem OE zugrunde liegt. Eine Impedanzrandbedingung wird eingeführt, um diese Beiträge in Modellen des OEs zu berücksichtigen. Ersatzschaltbildberechnungen, basierend auf der Gehörgangsbewegung eines Finite-Elemente-Modells des menschlichen Kopfes, zeigen, dass die Bewegungen des Eingangs und des Trommelfells den Gehörgangsschalldruck bei niedrigen Frequenzen beeinflussen, insbesondere im verschlossenen Fall. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, Diskrepanzen zwischen Simulationen des OEs und experimentellen Daten zu erklären. Anschließend wird ein anatomisches Finite-Elemente-Modell des menschlichen Innenohrs eingeführt, mit dem OSL und CPB entweder als starre oder als flexible Strukturen modelliert werden können. Bei einer Anregung am ovalen Fenster, welche die Luft- und Knochenschallpfade über diesen Weg repräsentiert, zeigen die Simulationen, dass die OSL einen signifikanten Einfluss auf die Innenohrimpedanzen, die Steifigkeit der CP und die gesamte Bewegung der CP hat. Darüber hinaus identifizieren die Simulationen bei Einbeziehung der Starrkörperbewegung des Innenohrs während des Knochenschalls eine Kompressionsbewegung der OSL, die den differentiellen Schallfluss am runden Fenster im Vergleich zum ovalen Fenster erhöht. Dies bietet eine alternative Erklärung für experimentelle Beobachtungen, die zuvor „Dritte-Fenster”-Effekten beim Knochenschall zugeschrieben wurden. Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die Flexibilität von OSL und CPB bei der Interpretation experimenteller Daten zu berücksichtigen, und stellen klassische Konzepte zur Funktion des Innenohrs in Frage, welche von einer starren OSL ausgehen und die CPB vernachlässigen. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die OSL sowohl beim Luft- als auch beim Knochenschall eine wichtigere Rolle spielt als bisher angenommen. Während diese Arbeit unser Verständnis des Hörens fördert, indem sie sich separat auf verschiedene Teilsysteme des Gehörs konzentriert, sollten zukünftige Arbeiten diese Erkenntnisse in umfassende Modelle integrieren, beispielsweise Finite-Elemente-Simulationen des gesamten Kopfes, um die Wechselwirkungen zwischen den Luft- und Knochenschallpfaden und ihre relative Bedeutung weiter aufzuklären. Letztendlich werden diese Erkenntnisse zu Verbesserungen in der Hörtechnologie beitragen, darunter Hörhilfen, Gehörschutz und Knochenschallhörgeräte. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a Despite significant technological advancements in recent decades, users of hearing aids and hearing protection often report dissatisfaction due to an "unnatural" auditory experience. These challenges highlight gaps in our understanding of the physical mechanisms underlying hearing – a complex vibroacoustic phenomenon involving interactions between the sound field in the outer ear, the mechanics of the middle ear, and the fluid dynamics of the inner ear. Hearing not only involves the air conduction (AC) pathway via the outer and middle ear, but also various bone conduction (BC) pathways via which sound is transmitted to the inner ear. BC hearing plays a crucial role in audiological applications such as BC audiometry and BC hearing aids, where vibrations are directly induced in the skull. Another phenomenon involving both AC and BC is the occlusion effect (OE): occluding the ear canal (EC) alters own-voice perception, which is a major cause of the dissatisfaction with hearing technologies. Experimentally assessing the physics underlying hearing poses significant ethical and technical difficulties. Therefore, modeling and numerical simulations are essential tools for advancing our understanding. These investigations also require examining the vibroacoustic behavior of the inner ear, because it serves as the sensor for all AC and BC pathways. Recent studies challenge the classical view on inner ear mechanics by highlighting the flexibility of the cochlear partition (CP), particularly the osseous spiral lamina (OSL) and cochlear partition bridge (CPB). The roles of these structures are poorly understood, because experimental data on CP motion remain sparse and spatially limited and most inner ear models consider the OSL and CPB rigid. This thesis advances our understanding of the vibroacoustic mechanisms in AC and BC hearing by systematically separating the auditory system into subsystems. First, the structural motion of the EC is analysed, with particular emphasis on how the motions of the EC entrance and tympanic membrane interact with the vibrations of the EC wall in generating the EC sound pressure underlying the OE. An impedance boundary condition is introduced to account for these contributions in OE models. Circuit calculations, based on an EC motion extracted from a finite element model of a human head, reveal that the motions of the EC entrance and tympanic membrane affect the EC sound pressure at low frequencies, especially under occluded conditions. This finding may help reconcile discrepancies between OE simulations and experimental data. Second, an anatomical finite element model of the human inner ear is introduced, allowing the OSL and CPB to be modeled as either rigid or flexible structures. When applying stimulation at the oval window – representing AC and BC transmission via this pathway – the simulations reveal that the OSL significantly influences cochlear impedances, CP stiffness, and overall CP motion. Furthermore, when incorporating the rigid body motion of the inner ear during BC, the simulations identify a compressional motion of the OSL that increases the differential volume velocity at the round window compared the oval window, offering an alternative explanation for experimental observations previously attributed to "third-window" effects in BC hearing. These findings highlight the importance of considering the flexibility of the OSL and CPB when interpreting experimental data, challenging classical concepts of inner ear function that assume a rigid OSL and neglect the CPB. Overall, the results suggest that the OSL plays a more important role in both AC and BC hearing than previously recognized. While this work advances our understanding of hearing by focusing separately on different auditory subsystems, future work should integrate these insights into comprehensive models, such as full-head finite element simulations, to further elucidate the interactions between the AC and BC pathways and their relative importance. Ultimately, these findings will contribute to improvements in hearing technologies, including hearing devices, hearing protection, and BC hearing aids. |l eng |
| 536 | _ | _ | |0 G:(GEPRIS)406028354 |a SFB 1330 A04 - Charakterisierung der Abweichung zwischen Akustik und ihrer Wahrnehmung (A04) (406028354) |c 406028354 |x 0 |
| 536 | _ | _ | |0 G:(GEPRIS)352015383 |a SFB 1330: Hörakustik: Perzeptive Prinzipien, Algorithmen und Anwendungen |c 352015383 |x 1 |
| 588 | _ | _ | |a Dataset connected to Lobid/HBZ |
| 591 | _ | _ | |a Germany |
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| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM00260 |a Vorländer, Michael |b 1 |e Thesis advisor |u rwth |
| 700 | 1 | _ | |a Epp, Bastian |b 2 |e Thesis advisor |
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