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      1. 北京物流信息聯盟

        聽閾測試用聲場的構建和零級校準

        2022-08-23 06:04:51

        ? ? ? ??聽力學測試多為通過記錄聲刺激所引出的反應評估聽覺系統的功能。為確保各種聽力學測試結果的準確性,必須對聽力學診療、康復、研究所用的測試設備進行校準(calibration)。校準是指,在規定條件下,確定測量儀器或測量系統所指示的量值與對應的標準量值之間關系的一組操作。聽力學測試設備的校準,主要是檢驗所用設備換能器發出的聲音信號在頻率、強度和時間等方面是否符合相關標準的規定。聽力零級的校準是測聽設備校準最主要的內容。在聽力測試中經常會選用揚聲器作為換能器,在聲場環境下測試患者雙耳聆聽由一只或多只揚聲器發出的聲信號時的聽閾。聲場測聽中同樣存在零級校準的問題。

        ? ? ? ? 1 聲場的構建

        ? ? ? ? 1.1 聲場的類型

        ? ? ? ? 用于聲場測聽的環境有很大變化。ISO標準和國家標準規定了下列三種類型的聲場,用戶需考慮決定哪種聲場更適用。

        ? ? ? ? 1.1.1 自由聲場 自由聲場應滿足以下要求:①揚聲器應位于坐姿受試者頭部的高度,參考軸徑直穿過參考點。參考點與揚聲器之間的距離應至少為1 m;②當受試者及其座椅不在時,在偏離參考點軸線左右及上下各0.15m處,揚聲器產生的聲壓級與其在參考點的聲壓級之差,對小于等于4000 Hz的任意測試頻率,應不超過±1 dB,4000 Hz以上的任意測試信號,應不超過±2 dB。參考點軸線左右各0.15 m的兩位置聲壓級之差,對4000 Hz以上的任何頻率應不超過3 dB。③當受試者及其座椅不在時,在參考軸上,距離參考點前、后各0.15 m處,與揚聲器在參考點產生的聲壓級之差值,與聲壓距離反比定律理論值的偏差,對任意測試信號應不超過±1 dB。

        ? ? ? ??自由聲場的要求只有在隔聲室內才能滿足,因此不適用于臨床上的聲場測聽。

        ? ? ? ? ?1.1.2 擴散聲場 ?擴散聲場應滿足以下要求:①當受試者及其座椅不在時,用全向性傳聲器測量,對任意測試信號在偏離參考點軸線前、后、左、右、上、下0.15 cm各位置,與參考點聲壓級的偏差均不應超過±2.5 dB。參考點軸線左右各0.15 m兩位置聲壓級之差,應不超過3 dB。②在500 Hz及其以上頻率,對規定的最大和最小兩個測量方向,在參考點的聲壓級偏差應在5dB以內。

        ? ? ? ? 1.1.3 準自由聲場 準自由聲場應滿足以下要求:①揚聲器應位于受試者坐姿頭部的高度,參考軸徑直穿過參考點。參考點與揚聲器的參考點之間的距離應至少為1m。②當受試者及其座椅不在時,且所有其他正常工作條件保持不變,在偏離參考點軸線左右及上下各0.15 m處位置,揚聲器產生的聲壓級與其在參考點處的聲壓級之差,對任意測試信號應不超過±2 dB。③當受試者及其座椅不在時,在參考軸上距離參考點前、后各0.10 m處,任意測試信號,揚聲器在參考點產生的聲壓級與聲壓距離反比定律理論值的偏差,應不超過±1 dB。

        ? ? ? ? 事實上,實際測試環境往往難以從理論上滿足三種類型中的任意一種。從有利于實踐的角度出發,大多實際測試環境更加接近擴散場的標準,因此在聲場零級校準中往往采用擴散場的零級。

        ? ? ? ? 1.2 聲場的最大允許環境聲壓級

        ? ? ? ??聲場測聽是在測試室內使用雙耳聆聽由揚聲器發出的測聽聲信號。其基準聽閾聲壓級比耳機的基準等效閾聲壓級低。因此,對聲場內環境噪聲的要求比純音測聽隔聲室的最大允許環境聲壓級低。國家標準《GB/T4854.7-2008聲學校準測聽設備的基準零級第7部分:自由場與擴散場測聽的基準聽閾》規定了聲場測聽允許的最大環境噪聲級。測試室內的環境聲壓級,應符合表1中所給數值的要求。該表所列數據所測最低聽閾為0 dBHL,由于環境噪聲引起的最大誤差為+2 dB。非專業實驗室或者進行耳科正常人測試的聲場,可以適當放寬對聲場最大允許環境噪聲的要求。

        ? ? ? ? 1.3 參考點

        ? ? ? ? 參考測試點又稱參考點,是聲場空間中的一個虛擬點,是指受試者在聲場中受試的位置,兩耳道口連接直線的中點。為便于實施測聽,,但必須符合相應聲場類型的聲學特性,須經過測試確定。

        ? ? ? ??參考點通常與受試者坐姿耳部位置、揚聲器喇叭中心點等高,且揚聲器中心點沿參考軸方向與參考點的距離不少于1 m。無論采用何種入射角度,揚聲器的參考軸均應直穿參考點。在校準聲場時,傳聲器務需位于參考點上。

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        ? ? ?最低測試音頻率是指聲場測聽時所測至的最低頻率。

        由表1中可以看出,如需測至125 Hz,聲場的最大允許

        環境噪聲級在200Hz以下的頻率上較之僅測至250

        Hz的情況更低,即考慮了200 Hz以下頻率環境噪聲對

        125 Hz聽閾的影響。


        ? ? ? ??1.4 入射角

        ? ? ? ? 入射角是指揚聲器矢狀參考軸面與受試者矢狀面的夾角。根據信號入射方向,主要有0°、90°、45°等3種入射方式(圖1)。對不同入射角,自由聲場的基準聽閾聲壓級略有差別,需通過入射角修正值進行修正。擴散場的基準聽閾聲壓級受入射角影響很小。

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        ? ? ? ? 2 零級校準依據的標準

        ? ? ? ?與聽力學有關的國際標準是由國際標準化組織(ISO)第43分委會——聲學技術委員會和國際電工委員會(IEC)第29分會——電聲學技術委員會制定的。與聽力學有關的國家標準是由全國聲學標準化技術委員會和全國電聲學標準化技術委員會制定。這兩個組織都是ISO和IEC的成員,負責對國際標準的轉化和國家標準的制定和修訂。全國聲學標準化技術委員會等同采用國際標準化組織ISO公布的ISO 389系列標準,形成了關于校準測聽設備基準零級的系列標準,包括:①GB/T4854.1-2004壓耳式耳機純音基準等效閾聲壓級;②GB/T16402-1996插入式耳機純音基準等效閾聲壓級;③GB/T4854.3-1998骨振器純音基準等效閾力級;④GB/T4854.4-1999窄帶掩蔽噪聲的基準級;⑤GB/T4854.5-2008 8kHz~16 kHz 頻率范圍純音基準等效閾聲壓級;⑥GB/T4854.6-2014短時程測試信號的基準等效閾聲壓級;⑦GB/T4854.7-2008自由場與擴散場測聽的基準聽閾;⑧GB/T4854.8-2007耳罩式耳機純音基準等效閾聲壓級。其中國家標準《GB/T4854.7-2008聲學校準測聽設備的基準零級第7部分:自由場與擴散場測聽的基準聽閾》規定了聲場測聽的基準聽閾,如表2所示。

        ? ?數據來自國家標準《GB/T4854.7-2008聲學校準測聽

        設備的基準零級第7部分:自由場與擴散場測聽的基

        準聽閾

        ? ? ? ? 3 聲場校準設備

        ? ? ? ? 3.1 傳聲器

        ? ? ? ??傳聲器(microphone)也叫麥克風,是將聲信號轉換為相應電信號的聲電換能器。根據換能原理不同,傳聲器有動圈、電容、壓電等多種類型。相對而言,電容傳聲器靈敏度高、性能穩定、頻響曲線平滑、動態范圍大,因此在測量中使用較多。此外,根據傳聲器本身對于聲場的影響,傳聲器還可分為壓力場型(也稱聲壓型)傳聲器和自由場型(也稱聲場型)傳聲器。壓力場型傳聲器適用于測量封閉耦合腔的聲壓級,此時傳聲器構成壁面的一部分,測量得到的是壁面自身上的聲壓級,因此常用于耳機的輸出測量。自由場型傳聲器所測得聲壓是消除了傳聲器對聲場影響后的聲壓,其自由場靈敏度平直,具有平坦的頻率響應,適用于聲場下的校準測量。通常,壓力場型傳聲器的型號尾號為偶數,自由場型傳聲器的型號尾數為奇數。在校準測量過程中,傳聲器的安裝和摘取務必在聲級計關機的情況下進行。

        ? ? ? ? 3.2 聲級計

        ? ? ? ??聲級計是測量聲壓級的工具,可集成傳聲器、信號處理器和具有規定動態特性的顯示器。信號處理器包括規定的且可控制頻率響應的放大器、衰減器、計權網絡、時間積分器或時間平均器。聲級計的主要性能參數包括:①檢波模式:分為均方根值(RMS)和峰值(peak);②時間計權:慢檔(時間常數1000 ms)、快檔(時間常數125 ms)和脈沖(時間常數35 ms);③頻率計權網絡:A計權、C計權、線性計權(也稱Z計權)和全通。主要測量參數包括:①聲壓級(SPL);②等效連續聲壓級(leq);③聲暴露級(SEQ);④測量期間最大聲壓級(max);⑤測量期間最小聲壓級(min)。

        ? ? ? ? 4 聲場零級的校準過程

        ? ? ? ? 4.1 傳聲器選擇

        ? ? ? ??聲場零級校準測量應使用自由場型傳聲器。自由場型傳聲器所測得聲壓是消除了傳聲器對聲場影響后的聲壓,其自由場靈敏度平直,具有平坦頻率響應,適用于聲場下的校準測量。

        ? ? ? ? 4.2 校準信號選擇

        ? ? ? ??測試聲場應與測聽時用的信號相同。使用純音時,會遇到駐波問題。為克服這一問題,要求施以可減少駐波效應的非相干信號,臨床上通常使用窄帶噪聲或者囀音進行測試和校準。

        ? ? ? ??測試信號級通常選定60 dB HL或70 dB HL,因這一信號級適中,避免了加/減校準因子后出現信號級過高或過低的情況,且受本底噪聲影響很小。

        ? ? ? ? 4.3 聲級計的設置

        ? ? ? ??使用聲級計設置為以RMS方式檢波、線性頻率計權、慢檔時間計權,測量結果以聲壓級(SPL)表示。

        ? ? ? ? 4.4 聽力計的校準狀態

        ? ? ? ??使聽力計進入校準狀態。在校準狀態下選擇測試信號為囀音(或窄帶噪聲),輸出換能器設置為揚聲器,選擇校準側別及該側入射角。按下給聲持續鍵發送校準音。

        ? ? ? ? 4.5 參照標準值進行零級校準

        ? ? ? ??聲場下純音測聽的零級校準過程即是在聽力計校準狀態下使用聲級計在參考點逐頻率地測量揚聲器的輸出聲壓級,將聲級計讀數與聽力計顯示的輸出聽力級之差和國家標準《GB/T 4854.7-2008聲學校準測聽設備的基準零級第7部分:自由場與擴散場測聽的基準聽閾》規定的基準等效閾聲壓級(即0 dB HL)相對照,如果有較大差別,則進行相應的輸出調整,直至符合國家標準的規定。在校準過程中切換頻率時,應注意使聲級計濾波器的頻率與聽力計頻率同步。

        ? ? ? ??所測量的頻率采用優選1/3倍頻程頻率,從低到高依次為:80 Hz、100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1000Hz、1250 Hz、1600Hz、2000 Hz、2500 Hz、3150 Hz、4000 Hz、5000Hz、6300 Hz、8000 Hz。

        ? ? ? ? 4.6 結果存儲和驗證

        ? ? ? ? 完成校準過程后,應將校準結果進行存儲。左、右揚聲器的校準后數據分別存儲。存儲后使聽力計退出校準狀態,仍然保持測量設備的連接,在工作狀態下逐頻率發送純音,對照國家標準進行復核,以確保校準數據已正確調整和儲存。


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