RESUMO
Abstract: The Cochlea plays a crucial role in the hearing of mammalian species including man. The basic function of the cochlea is to map sounds of different frequencies into corresponding characteristic positions on the basilar membrane. Many disciplines meet in the study of the auditory system to understand the truth function of the cochlea. An abnormality or small perturbation in the physical parameters of the cochlea may result a malfunction in the auditory system. In this paper, we developed a mathematical model in the order to show numerically the effect of stiffness and damping on the amplitude displacement in the case of a passive cochlea with the objective to study the ear dysfunction.
Resumen: La cóclea desempeña un papel crucial en la audición de algunos mamíferos, incluyendo los seres humanos. Su función básica es la de un mapa de los sonidos de diferentes frecuencias a las posiciones características correspondientes en la membrana basilar. Muchas disciplinas se encuentran en el estudio del sistema auditivo para comprender la función de la verdad de la cóclea. Una anormalidad o una pequeña perturbación en la característica física de la cóclea puede producir un mal funcionamiento en el sistema auditivo. En este trabajo, se desarrolló un modelo matemático en el orden de mostrar numéricamente el efecto de rigidez y amortiguación sobre el desplazamiento de amplitud en el caso de una cóclea pasiva con el objetivo de estudiar la disfunción del oído.
RESUMO
Abstract: This paper presents the power analysis to the mechanical model of the basilar membrane in the cochlea as a system of forced damped harmonic oscillators without lateral coupling proposed by Lesser and Berkeley. The Lagrange's equation for dissipative mechanical systems and the energy method are used to obtain the general equation of the system. Next a solution by complex exponential is proposed using the resonance analysis considering only excitations of pure tones to obtain the equation of displacement, and with its derived the equation of velocity. The power in the system is the multiplication between the equations of the velocity and the excitation force. Finally the equation of the average power in the system is obtained. This new solution has the advantage of determining the relationship between the excitation frequency of the system and the position along the basilar membrane where the average power is maximum. This implies that the distance where there is maximum transfer of energy between the wave propagating in the perilymph and the mechanical displacement of the basilar membrane on the hair cells in the organ of Corti is known. The power analysis is successfully compared with the two-dimensional model of the cochlea developed by Neely using finite differences and with the experimental results of Békésy. In both experiments are used the same mechanical parameters of the basilar membrane and the same set of frequencies of evaluation proposed in the original papers in order to compare the different methodologies.
Resumen: En este artículo se presenta el análisis de potencia del modelo mecánico de la membrana basilar en la cóclea como un sistema de osciladores armónicos forzados amortiguados sin acoplamiento lateral propuesto por Lesser y Berkeley. Se usa la ecuación de Lagrange para sistemas mecánicos disipativos y el método de energías para obtener la ecuación general del sistema. A continuación se propone su solución en forma exponencial compleja usando el análisis por resonancia considerando únicamente excitaciones de tonos puros obteniendo la ecuación del desplaza miento, y a partir de su derivada la ecuación de la velocidad. Posteriormente se determina la ecuación de potencia mediante el producto entre las ecuaciones de la velocidad y la fuerza de excitación. Por último se obtiene la ecua ción de la potencia promedio en el sistema. Esta nueva solución tiene la ventaja de determinar la relación entre la frecuencia de excitación del sistema y la posición a lo largo de la membrana basilar donde la potencia promedio es máxima, con lo cual se conoce la distancia donde se genera la máxima transferencia de energía entre la onda que se propaga en la perilinfa y el desplazamiento mecánico de la membrana basilar sobre los cilios en el órgano de Corti. El análisis de potencia se compara satisfactoriamente con el modelo en dos dimensiones por diferencias finitas de la cóclea desarrollado por Neely y con los resultados experimentales obtenidos por Békésy. En ambos experimentos se usan los mismos parámetros mecánicos de la membrana basilar y el mismo conjunto de frecuencias de evaluación propuestos en los trabajos originales con el objetivo de comparar las diferentes metodologías.
