기저막의 주파수 분리 특성을 이용한 인공 기저막 설계

Abstract

기저막은 사람 내이의 달팽이관에 위치한 기관으로써 외부로부터 유입된 음파의 주파수에 따라 진동의 최대 진폭이 나타나는 위치가 달라지는 특징이 있다. 저주파 음과 고주파 음에 반응하여 기저막의 첨부에서 기저부로 최대 진폭 발생 위치가 일정하게 이동하게 되는데 이를 주파수 분리 현상이라고 하며, 이는 기저막 형상에 의해 결정되는 성질이다. 완전 삽입형 인공와우 제품 개발을 위한 연구의 일환으로, 본 연구에서는 기저막의 주파수 분리 특성을 이용하는 인공 기저막 모델 설계를 위한 기초적인 방향을 제시하였다. 상용 전산해석 소프트웨어 Abaqus를 사용하여 인공 기저막 모델의 음향 진동 특성을 유한요소 해석을 통해 모사하였으며 전산해석결과는 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 기저막 모델의 형상 변화에 따른 주파수 분리 대역 변화 경향을 설계인자 연구를 통해 알아보았다. 이를 기반으로 다양한 형상의 기저막 모델에 대한 주파수 분리 대역을 유추해 낼 수 있는 반응평면 함수를 도출하였다. 기저막 필름에 발생하게 되는 잔류응력의 크기가 기저막 모델 형상과 더불어 주파수 분리 대역을 변화시키는 인자임을 확인하였다. 기저막 모델 형상과 잔류응력의 크기를 설계변수로 지정한 뒤 최적화 과정을 통하여 설계자가 원하는 주파수 범위에서 주파수 분리 기능을 수행할 수 있는 인공 기저막 모델의 제원을 알아내었다.