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Impulse Response Measurement of Individual Ear Canals and Impedances at the Eardrum in Man

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The impulse response measurement is a simple method to determine in one step (I) the individual cross-sectional area function of human ear canals and (II) the plane-wave termination impedance at the eardrum for a frequency range of 1 – 20 kHz.

Firstly we give the theoretical and numerical solution for the “inverse problem” of calculating an arbitrary area function from its impulse response. To examine this method in practice some test measurements were performed with custom-made brass tubes which yield excellent results. Also the impedance values match well to the horn impedance which could be calculated analytically.

Individual results from the measurement of humans are reported for 8 subjects. When their impedances were transformed to a common reference plane by means of the actual area functions, the deviations between individual subjects were significantly reduced compared to the constant-tube assumption. The reference plane of the chosen termination impedance is 5 mm in front of the ear canal end quite near the beginning of the inclined eardrum. The achieved results are in agreement with anatomical data and published values of the eardrum impedance.

Zusammenfassung

Die Messung der Impulsantwort ist eine einfache Methode zur gleichzeitigen Bestimmung (I) der individuellen Querschnittsfunktion des menschlichen Gehörgangs und (II) der Abschlußimpedanz an der Stelle des Trommelfells in einem Frequenzbereich von 1–20 kHz.

Zuerst wird die theoretische und numerische Lösung für das inverse Problem der Berechnung einer beliebigen Querschnittsfunktion aus der Impulsantwort angegeben. Zur praktischen Überprüfung dieser Methode wurden einige Versuchsmessungen an spezialangefertigten Messingrohren ausgeführt, welche hervorragende Ergebnisse liefern. Auch stimmen die Impedanzwerte gut mit der Horn-Impedanz überein, die analytisch berechnet wurde.

Des weiteren wird über Einzelergebnisse der Messung am Menschen für acht Personen berichtet. Wenn deren Eingangsimpedanzen mit Hilfe der tatsächlichen Flächenfunktionen in eine gemeinsame Referenzebene transformiert wurden, konnten die Abweichungen zwischen individuellen Ergebnissen stark vermindert werden verglichen mit der Annahme eines Rohres konstanten Querschnitts. Die Referenzebene für die gewählte Abschlußimpedanz liegt 5 mm vor dem Gehörgang und in der Nähe des Anfangs des geneigten Trommelfells. Die erzielten Ergebnisse stimmen mit anatomischen Daten und Literaturwerten der Trommelfellimpedanz überein.

Sommaire

La mesure de la réponse impulsionnelle est une technique simple pour déterminer à la fois (I) le profil individuel de section du conduit auditif et (II) l'impèdance en onde plane à l'emplacement du tympan pour une bande de fréquences allant de 1 à 20 kHz.

Tout d'abord nous donnons la solution théorique et numérique du «problème inverse» qui consiste à déterminer un profil de section arbitraire à partir de la réponse impulsionnelle. Pour tester la validité de la méthode, nous avons procédé à des mesures sur des tuyaux de cuivre construits à cet effet; les résultats sont excellents. Les valeurs d'impédance coïncident bien aussi avec celles d'un pavilion, que l'on peut detérminer analytiquement.

Des mesures sur oreilles humaines ont été faites avec le concours de huit sujets. Lorsque l'on ramène leurs impédances d'entrée à un plan de référence commun en utilisant le profil de section réel, la dispersion interindividuelle se trouve sensiblement réduite par comparaison avec les calculs effectués en supposant le conduit de section constante. Le plan de référence choisi est à 5 mm du fond auditif, tout près du bord externe du tympan. Les résultats obtenus sont en accord avec les données anatomiques et les valeurs publiées d'impédance du tympan.
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Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 1993

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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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