第三章 以有限元素法分析耳膜溝磨平對外耳道內聲場之影響
3.4 討論
由結果可得到有限元素法模擬對於耳道內聲音傳遞的方向特性，並可藉由本研 究清楚的顯示出聲壓之向量性，如圖 3-8 到圖 3-10 聲壓分佈圖，由於軟骨部與顳骨 的物理特性，當聲音經由外耳道傳入耳膜時，因為聲音的頻率特性產生駐波，而導 致其頻率及振幅特性改變。
由 FEM 模擬正常耳道結果之增益量大小和 REM 互相比較可得知，其趨勢是相 當符合。在頻率 1 kHz 以下以及 4 kHz 以上時，耳膜溝磨平對正常耳道無明顯影響，
其差異性不到 10 %，增益量大小則相差不到 2 dB，耳膜溝磨平 1 mm 到 3 mm 之間，
增益量相差不到 1 dB 的大小。而在頻率 2 kHz 到 4 kHz 之間，耳膜溝磨平和正常耳 道相比，差異性到達 18 %到 45 %之間，明顯可知耳膜溝磨平對聲場影響，尤其在 2 kHz 最明顯，3 kHz 次之，4 kHz 較少，雖較有明顯影響，但磨平後增益量大小和正 常耳道增益量相比，相差約 3 dB 左右，耳膜溝磨平 1 mm 到 3 mm 之間，增益量則 相差不到 1 dB。
從表 3-3 可知，正常耳道和 3 種不同耳膜溝磨平厚度之增益量差距都略有不同，
但其趨勢是相同的，如圖 3-6 所示。產生以上之變數原因係由於不同磨平厚度在 Amira
®
簡化過程無法精準的控制耳道容積的平均大小，以及在FEM中使用非真實活 人體耳道內空氣的材料參數，而是採用FEM空氣流體之材料參數，造成此分析結果 的差異，但趨勢與實驗相符。本研究將正常耳道利用 REM 和 FEM 進行比較，結果顯示 FEM 和 REM 趨勢一 樣，增益量大小也相近，如圖 3-5 所示，之後再將 FEM 正常耳道和耳膜溝三種不同 厚度的磨平進行比較，結果顯示對聲壓並無明顯影響。耳膜溝磨平的厚度越大，代
圖 3- 4 右耳道不同位置增益
-80 -60 -40 -20 0 20 40
Gain ( d B)
2.0 cm
Temporal bone_0.1 Cartage part_0.5 Real ear measurement
0 2000 4000 6000 8000
Frequence (Hz)
圖 3- 5 以 FEM 分析耳道內 2.0 cm 處硬骨部吸收率(0.1)軟骨部吸收率(0.5) 之增益量和 REM 之增益量
0 2000 4000 6000 8000 Frequence (Hz)
-80 -60 -40 -20 0 20 40
Gain (d B)
1 mm 2 mm 3 mm 0 mm
圖 3- 6 頻率 1 kHz 到 8 kHz 之耳膜溝磨平各厚度增益量
-80 -60 -40 -20 0 20 40
0 2000 4000 6000 8000
Frequence (Hz)
Gai n (d B)
3 mm 0 mm
圖 3- 7 頻率 1 kHz 到 8 kHz 之耳膜溝磨平 3 mm 和正常耳道之增益量
MN
MX
-.380E-08 -.289E-08
-.199E-08 -.109E-08
-.182E-09 .721E-09
.162E-08 .253E-08
.343E-08 .434E-08 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =8 FREQ=1000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.125E-10 SMN =-.380E-08 SMX =.434E-08
MN
MX
-.288E-07 -.224E-07
-.160E-07 -.956E-08
-.314E-08 .328E-08
.969E-08 .161E-07
.225E-07 .289E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =16 FREQ=2000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.250E-10 SMN =-.288E-07 SMX =.289E-07
1 kHz 2 kHz
MN
MX
-.852E-07 -.689E-07
-.526E-07 -.363E-07
-.200E-07 -.365E-08
.127E-07 .290E-07
.453E-07 .616E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =24 FREQ=3000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.375E-10 SMN =-.852E-07 SMX =.616E-07
MN
MX
-.166E-06 -.139E-06
-.112E-06 -.847E-07
-.577E-07 -.306E-07
-.356E-08 .235E-07
.506E-07 .776E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =32 FREQ=4000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.500E-10 SMN =-.166E-06 SMX =.776E-07
3 kHz 4 kHz
MN
MX
-.267E-06 -.224E-06
-.180E-06 -.137E-06
-.936E-07 -.503E-07
-.689E-08 .365E-07
.798E-07 .123E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =40 FREQ=5000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.625E-10 SMN =-.267E-06 SMX =.123E-06
MN
MX
-.393E-06 -.326E-06
-.258E-06 -.191E-06
-.123E-06 -.553E-07
.123E-07 .799E-07
.148E-06 .215E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =48 FREQ=6000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.750E-10 SMN =-.393E-06 SMX =.215E-06
5 kHz 6 kHz
MN
MX
-.543E-06 -.445E-06
-.348E-06 -.251E-06
-.153E-06 -.559E-07
.415E-07 .139E-06
.236E-06 .334E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =56 FREQ=7000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.875E-10 SMN =-.543E-06 SMX =.334E-06
MN
MX
-.701E-06 -.572E-06
-.443E-06 -.314E-06
-.185E-06 -.564E-07
.726E-07 .202E-06
.331E-06 .460E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =64 FREQ=8000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.100E-09 SMN =-.701E-06 SMX =.460E-06
7 kHz 8 kHz
圖 3- 8 硬骨部吸收率為 0.1 及軟骨部吸收率為 0.5，刺激頻率為 1 kHz 到 8 kHz 時，
MN
MX
-.360E-08 -.272E-08
-.184E-08 -.964E-09
-.846E-10 .795E-09
.167E-08 .255E-08
.343E-08 .431E-08 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =8 FREQ=1000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.125E-10 SMN =-.360E-08 SMX =.431E-08
MN
MX
-.274E-07 -.211E-07
-.149E-07 -.866E-08
-.241E-08 .383E-08
.101E-07 .163E-07
.226E-07 .288E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =16 FREQ=2000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.250E-10 SMN =-.274E-07 SMX =.288E-07
1 kHz 2 kHz
MN
MX
-.805E-07 -.649E-07
-.492E-07 -.336E-07
-.179E-07 -.224E-08
.134E-07 .291E-07
.447E-07 .604E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =24 FREQ=3000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.375E-10 SMN =-.805E-07 SMX =.604E-07
MN
MX
-.156E-06 -.130E-06
-.104E-06 -.788E-07
-.532E-07 -.276E-07
-.195E-08 .237E-07
.493E-07 .749E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =32 FREQ=4000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.500E-10 SMN =-.156E-06 SMX =.749E-07
3 kHz 4 kHz
MN
MX
-.250E-06 -.208E-06
-.167E-06 -.125E-06
-.839E-07 -.425E-07
-.113E-08 .403E-07
.817E-07 .123E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =40 FREQ=5000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.625E-10 SMN =-.250E-06 SMX =.123E-06
MN
MX
-.368E-06 -.303E-06
-.239E-06 -.174E-06
-.109E-06 -.442E-07
.206E-07 .855E-07
.150E-06 .215E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =48 FREQ=6000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.750E-10 SMN =-.368E-06 SMX =.215E-06
5 kHz 6 kHz
MN
MX
-.510E-06 -.416E-06
-.323E-06 -.229E-06
-.136E-06 -.419E-07
.517E-07 .145E-06
.239E-06 .332E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =56 FREQ=7000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.875E-10 SMN =-.510E-06 SMX =.332E-06
MN
MX
-.666E-06 -.542E-06
-.417E-06 -.292E-06
-.168E-06 -.432E-07
.814E-07 .206E-06
.331E-06 .455E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =64 FREQ=8000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.100E-09 SMN =-.666E-06 SMX =.455E-06
7 kHz 8 kHz
圖 3- 9 硬骨部吸收率為 0.1 及軟骨部吸收率為 0.5，刺激頻率為 1 kHz 到 8 kHz 時，
MN
MX
-.358E-08 -.273E-08
-.187E-08 -.101E-08
-.160E-09 .696E-09
.155E-08 .241E-08
.326E-08 .412E-08 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =8 FREQ=1000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.125E-10 SMN =-.358E-08 SMX =.412E-08
MN
MX
-.271E-07 -.210E-07
-.150E-07 -.889E-08
-.283E-08 .323E-08
.929E-08 .153E-07
.214E-07 .275E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =16 FREQ=2000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.250E-10 SMN =-.271E-07 SMX =.275E-07
1 kHz 2 kHz
MN
MX
-.785E-07 -.635E-07
-.485E-07 -.335E-07
-.185E-07 -.344E-08
.116E-07 .266E-07
.416E-07 .566E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =24 FREQ=3000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.375E-10 SMN =-.785E-07 SMX =.566E-07
MN
MX
-.149E-06 -.125E-06
-.101E-06 -.767E-07
-.526E-07 -.284E-07
-.420E-08 .200E-07
.442E-07 .683E-07 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =32 FREQ=4000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.500E-10 SMN =-.149E-06 SMX =.683E-07
3 kHz 4 kHz
MN
MX
-.238E-06 -.199E-06
-.159E-06 -.120E-06
-.801E-07 -.405E-07
-.102E-08 .385E-07
.780E-07 .118E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =40 FREQ=5000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.625E-10 SMN =-.238E-06 SMX =.118E-06
MN
MX
-.352E-06 -.290E-06
-.228E-06 -.166E-06
-.104E-06 -.422E-07
.198E-07 .818E-07
.144E-06 .206E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =48 FREQ=6000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.750E-10 SMN =-.352E-06 SMX =.206E-06
5 kHz 6 kHz
MN
MX
-.489E-06 -.400E-06
-.310E-06 -.220E-06
-.131E-06 -.412E-07
.484E-07 .138E-06
.228E-06 .317E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =56 FREQ=7000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.875E-10 SMN =-.489E-06 SMX =.317E-06
MN
MX
-.642E-06 -.523E-06
-.403E-06 -.284E-06
-.165E-06 -.454E-07
.740E-07 .193E-06
.313E-06 .432E-06 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =64 FREQ=8000 REAL ONLY PRES (AVG) RSYS=0 DMX =.100E-09 SMN =-.642E-06 SMX =.432E-06
7 kHz 8 kHz
圖 3- 10 硬骨部吸收率為 0.1 及軟骨部吸收率為 0.5，刺激頻率為 1 kHz 到 8 kHz 時，
表 3- 3 硬骨部吸收率 0.1，軟骨部吸收率 0.5 磨平後和正常耳道增益量比較
正常耳道 耳膜溝磨平
1 mm
耳膜溝磨平
2 mm
耳膜溝磨平
3 mm
頻率 增益量dB
增益量 dB
差異率
%
增益量 dB
差異率
%
增益量 dB
差異率
%