Mechanics of a Cochlea Model

A simplified hydraulic model of the cochlea is studied both experimentally and theoretically. The system consists of a single chamber in the form of a semi-circular length of thick-walled perspex and a latex rubber membrane of variable width. The model is approximately 30 times the size of the actual cochlea and its response to single frequency excitation is measured. This response is adequately predicted using a transmission-line theory approach which incorporates the effect of wavelength on the relevant model parameters. Reflections, which are a likely cause of acoustic emissions, are found to occur at the site of resonance and these reflections are predicted by the mathematical model. The effects of changes in the model parameters are theoretically studied and related to the cochlea itself.

Zusammenfassung

Der Artikel beschreibt Versuche an einem vereinfachten hydraulischen Modell der Gehörschnecke und diskutiert die dazugehörige Theorie. Das Modell besteht aus einer einzelnen, halbkreisförmigen Kammer mit dicken Perspex-Wänden, die durch eine Gummi-Membrane variabler Breite abgeschlossen ist. Das Modell ist ungefähr 30mal so groß wie die Schnecke. Seine Schwingungen werden bei Einzel-Frequenz-Anregung gemessen. Sie können näherungsweise unter Verwendung einer Näherung der Leitungstheorie vorhergesagt werden, indem der Einfluß der Wellenlänge auf die wesentlichen Modellparameter mit einbezogen wird. Am Ort der Resonanz wurden Reflexionen festgestellt, die durch das mathematische Modell vorausgesagt werden und die wahrscheinlich die Ursache akustischer Emissionen sind. Der Einfluß der Änderungen der Modell-Parameter wird theoretisch untersucht und auf die Schnecke selbst bezogen.

Sommaire

On effectue l'étude théorique et expérimentale d'un modèle hydraulique simplifié de la cochlée. Le système consiste en une cavité unique formée d'un élément linéaire semi-circulaire de perspex à paroi épaisse complété par une membrane de latex de largeur variable. Le modèle est approximativement trente fois plus grand qu'une cochlée réelle. On mesure sa réponse à une fréquence unique et on la compare aux prévisions théoriques. Ces dernières sont calculées à partir de la théorie des lignes de transmission, en tenant compte de l'influence de la longueur d'onde sur certains paramètres de la ligne. Les réflexions, qui sont probablement l'une des causes des émissions acoustiques, sont prévues par le modèle mathématique. Elles ont été observées comme se produisant au site de la résonance. Une étude théorique des effets de changement d'échelle permet de remonter du modèle à la cochlée réelle.