Inner Ear Impulse Response and Basilar Membrane Modelling

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Abstract:

An approximation of the impulse response function of peripheral auditory analysis was determined on the basis of recordings from single auditory nerve fibres in the rat. Pseudo-random noise was used as stimulus. The derived cross-correlation function was found to be a damped oscillation with a slowly increasing frequency.

The frequency modulation of the cross-correlation function was shown to result from the nature of the wave-motion on the basilar membrane. Thus, a similar frequency modulation was seen in the response of a basilar membrane model of the transmission line type whereas a band-pass filter, defined by poles and zeros, as a model of the basilar membrane spectral filtering does not show such modulation. It was concluded that this frequency modulation results from the fact that the impulse response of a transmission line contains Bessel functions, whereas the impulse response of ordinary band-pass filters are made up of damped exponentials.

Zusammenfassung

Auf der Basis von Aufnahmen einzelner Hörnervenfasern von Ratten wurde die Impulsantwort des peripheren Hörsystems näherungsweise bestimmt. Als Anregung wurde ein Pseudo-Rauschsignal verwendet. Es zeigte sich, daß die abgeleitete Kreuzkorrelationsfunktion die Form einer gedämpften Schwingung mit leicht ansteigender Frequenz hat.

Es wurde nachgewiesen, daß die Frequenzmodulation der Kreuzkorrelationsfunktion aus der Natur der Wellenbewegung auf der Basilarmembran resultiert. So ergab sich an einem Basilar -membranmodell auf der Grundlage einer Übertragungsleitung eine ähnliche Frequenzmodulation, während ein durch Pole und Nullstellen definiertes Bandpaßfilter als Modell für die spektralen Filtereigenschaften der Basilarmembran keine solche Modulation aufwies. Die Frequenzmodulation erklärt sich aus der Tatsache, daß die Impulsantwort einer Übertragungsleitung Bessel-Funktionen enthält, während sich die Impulsantwort üblicher Bandpaßfilter aus exponentiell gedämpften Schwingungen zusammensetzt.

Sommaire

A partir d'enregistrements sur des fibres isolées du nerf auditif chez le rat, on a pu déterminer approximativement la fonction de réponse impulsionnelle du système d'analyse auditive périphérique. La fonction d'intercorrélation qui en dérive a une allure oscillatoire amortie à fréquence lentement croissante.

Cette modulation de fréquence d'une fonction de corrélation a pu être attribuée à la nature même du mouvement (ondulatoire) de la membrane basilaire: une modulation similaire a été observée dans la réponse d'un modèle de membrane basilaire du type «ligne de transmission»; un autre modèle, constitué d'un filtre passe-bande défini par ses pôles et ses zéros, était par contre dépourvu d'une telle modulation. On en conclut que cette modulation de fréquence résulte du fait que la réponse impulsionnelle d'une ligne de transmission contient des fonctions de Bessel, tandis que la réponse impulsionnelle des filtres passe-bande ordinaires n'est faite que d'exponentielles amorties.

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 1979

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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