Computer Model of Cochlear Preprocessing (Steady State Condition) I. Basics and Results for one Sinusoidal Input Signal
The description of a computer model of cochlear preprocessing is divided into two parts. Part I contains the derivation of the model in the frequency domain, i. e. for steady state condition, and the results for one sinusoidal input signal. Part II deals with two-tone interaction in
the model.
Literature for the two parts is listed at the end of part II.
In this part I, the hydromechanics of the cochlea are modeled in a linear transmission line. A feedback circuit with amplifier and saturating nonlinearity is coupled to each element of the transmission line. The nonlinearity is approximated using the “describing function”.
The nonlinear active model shows distinct frequency selectivity for small sinusoidal input signals. The selectivity decreases with growing input level. At and near the characteristic frequency (CF), the input-output function is nonlinear, whereas other frequencies are transferred linearly. This behaviour is comparable to neurophysiologically measured input-output curves of the basilar membrane vibration of mammals.
Zusammenfassung
Die Beschreibung eines Computer-Modells für die Vorverarbeitung in der Cochlea ist auf zwei Teile aufgeteilt. Teil I enthält die Herleitung des Modells im Frequenzbereich, d. h. für den stationären Zustand, und die Ergebnisse für ein sinusförmiges Eingangssignal. Teil II befaßt sich mit dem Zusammenwirken von zwei Tönen im Modell.
Die Literatur für beide Teile ist am Ende von Teil II aufgelistet.
In Teil I ist die Hydromechanik der Cochlea in einem linearen Kettenleiter nachgebildet. Jedes Element des Kettenleiters ist mit einem Rückkopplungskreis erweitert, der einen Verstärker und eine begrenzende Nichtlinearität enthält. Die Nichtlinearität wird durch die “Beschreibungsfunktion” angenähert.
Das nichtlineare aktive Modell zeigt eine deutliche Frequenzselektivität für kleine Eingangssignale, die mit wachsendem Eingangspegel wieder abnimmt. Bei und in der Nähe der Charakteristischen Frequenz (CF) ist die Eingangs-Ausgangsfunktion nichtlinear, während andere Frequenzen vom Modell linear übertragen werden. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit neurophysiologisch gemessenen Eingangs-Ausgangsbeziehungen der Basilarmembranschwingung von Säugetieren.
Sommaire
On décrit un modèle numérisé de prétraitement des signaux acoustiques au niveau de la cochlée. L'élaboration de ce modèle se fait en deux temps. La partie I explicite le modèle dans le domaine des fréquences pures, c'est-à-dire dans le cas des régimes permanents, et expose les résultats pour un signal d'entrée purement sinusoïdal. La partie II montre comment le modèle opère en cas d'interaction entre deux fréquences. Elle contient également la liste des références pour les deux parties.
Dans la partie I, on commence par modéliser la cochlée, du point de vue hydrodynamique, par une ligne de transmission linéaire. Un circuit de rétroaction avec amplification et non-linéarité saturante est couplé à chaque cellule de la ligne de transmission. Une ;amp;#x00AB;fonction descriptrice» fournit une approximation de la non-linéarité du modèle.
Ce modèle, à la fois non-linéaire et actif, exhibe une sélectivité très nette en fréquences pour de petits signaux d'entrée sinusoïdaux. La sélectivité décroit lorsque s'élève le niveau des signaux d'entrée. Au voisinage d'une fréquence caractéristique CF, la fonction entrfée-sortie est nonlinéaire, alors qu'elle est linéaire aux fréquences suffisamment différentes de CF. Ce comportement est comparable à celui des courbes entrée-sortie (mesurées par des techniques neurophysiologiques) concernant les vibrations de la membrane basilaire chez les mammifères.
Literature for the two parts is listed at the end of part II.
In this part I, the hydromechanics of the cochlea are modeled in a linear transmission line. A feedback circuit with amplifier and saturating nonlinearity is coupled to each element of the transmission line. The nonlinearity is approximated using the “describing function”.
The nonlinear active model shows distinct frequency selectivity for small sinusoidal input signals. The selectivity decreases with growing input level. At and near the characteristic frequency (CF), the input-output function is nonlinear, whereas other frequencies are transferred linearly. This behaviour is comparable to neurophysiologically measured input-output curves of the basilar membrane vibration of mammals.
Zusammenfassung
Die Beschreibung eines Computer-Modells für die Vorverarbeitung in der Cochlea ist auf zwei Teile aufgeteilt. Teil I enthält die Herleitung des Modells im Frequenzbereich, d. h. für den stationären Zustand, und die Ergebnisse für ein sinusförmiges Eingangssignal. Teil II befaßt sich mit dem Zusammenwirken von zwei Tönen im Modell.
Die Literatur für beide Teile ist am Ende von Teil II aufgelistet.
In Teil I ist die Hydromechanik der Cochlea in einem linearen Kettenleiter nachgebildet. Jedes Element des Kettenleiters ist mit einem Rückkopplungskreis erweitert, der einen Verstärker und eine begrenzende Nichtlinearität enthält. Die Nichtlinearität wird durch die “Beschreibungsfunktion” angenähert.
Das nichtlineare aktive Modell zeigt eine deutliche Frequenzselektivität für kleine Eingangssignale, die mit wachsendem Eingangspegel wieder abnimmt. Bei und in der Nähe der Charakteristischen Frequenz (CF) ist die Eingangs-Ausgangsfunktion nichtlinear, während andere Frequenzen vom Modell linear übertragen werden. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit neurophysiologisch gemessenen Eingangs-Ausgangsbeziehungen der Basilarmembranschwingung von Säugetieren.
Sommaire
On décrit un modèle numérisé de prétraitement des signaux acoustiques au niveau de la cochlée. L'élaboration de ce modèle se fait en deux temps. La partie I explicite le modèle dans le domaine des fréquences pures, c'est-à-dire dans le cas des régimes permanents, et expose les résultats pour un signal d'entrée purement sinusoïdal. La partie II montre comment le modèle opère en cas d'interaction entre deux fréquences. Elle contient également la liste des références pour les deux parties.
Dans la partie I, on commence par modéliser la cochlée, du point de vue hydrodynamique, par une ligne de transmission linéaire. Un circuit de rétroaction avec amplification et non-linéarité saturante est couplé à chaque cellule de la ligne de transmission. Une ;amp;#x00AB;fonction descriptrice» fournit une approximation de la non-linéarité du modèle.
Ce modèle, à la fois non-linéaire et actif, exhibe une sélectivité très nette en fréquences pour de petits signaux d'entrée sinusoïdaux. La sélectivité décroit lorsque s'élève le niveau des signaux d'entrée. Au voisinage d'une fréquence caractéristique CF, la fonction entrfée-sortie est nonlinéaire, alors qu'elle est linéaire aux fréquences suffisamment différentes de CF. Ce comportement est comparable à celui des courbes entrée-sortie (mesurées par des techniques neurophysiologiques) concernant les vibrations de la membrane basilaire chez les mammifères.
Document Type: Research Article
Publication date: 01 February 1987
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