仿真耳耦合腔声转移阻抗自动测量系统的设计

    1 引言

    仿真耳( Artificial Ear) 是听力计量体系中必不可少的测量标准装置。它的主要功能是模拟人耳的物理特性，代替人耳感知声音信号，从而对听力设备的性能做出客观评价。仿真耳主要由一个经过校准的声压型测量传声器和一个由特殊材料制成、具有一定几何尺寸且结构复杂的声学耦合腔组成; 它能够模拟人耳的各种特性( 如尺寸、声阻抗和频率响应等)［1］。

    多少年来，不少厂商曾做过各种式样的仿真耳，但作为标准化的并用以校准的标准仿真耳并不多见。经各国的研究和讨论，终于在 20 世纪 70 年代由 IEC推荐了两种装置: 即 IEC 303 临时耦合腔( 现命名为IEC 60318—3 耦合腔) 和 IEC 318 仿真耳( 现命名为IEC 60318—1 仿真耳) 。由于后者能够完全模拟人耳的声阻抗特性，更能反应人耳的实际物理特性，因此其应用范围越来越广，有取代前者的趋势。

    IEC 60318—1 仿真耳的实物照片和内部结构分别如图1 和图2 所示。

    它包含3 个声学腔，其体积分别为 V1= 2. 5 cm³，V₂= 1. 8 cm³，V3= 7. 5 cm³  它们之间通过1 条窄小的环形裂缝和 4 个平行的圆孔联通在一起。环形裂缝和圆孔的声阻大约分别为 6. 5 × 106Ns / m5和 20 ×10⁶Ns / m⁵，而它们的声导分别为 5 × 10²Ns22/ m⁵［2］。

    声传输阻抗是仿真耳最重要的声学参数之一，其主要反映人耳对声波传递的阻碍作用，声阻抗越大表示对声波传递的阻碍作用越大［3］。通过对大量听力正常人的测试，研究人员统计得出人耳声阻抗的平均值，而仿真耳的声阻抗也是依据该值制定的。显然，该值的准确与否直接决定仿真耳是否能够正确模拟人耳的物理特性，代替人耳进行各种客观评价。

    仿真耳的国际标准 IEC 60318—1 在 2009 年进行了比较大的修订［4］，主要增加了声转移阻抗各频率点的参考值及其允差，补充了声转移阻抗的测量方法。中国于2003 年根据旧的 IEC 60318—1 标准和国标GB 7614—1987 制定了仿真耳的检定规程JJG 389—2003，但没有涉及声转移阻抗的测量方法和允差。

    为了适应仿真耳新国际标准的要求，提高中国的听力计量水平，保证中国听力计量体系的量值准确性和一致性，推进听力计量器具的标准化和国产化，本文在研究相应国际标准的基础之上，设计并实现了一套仿真耳耦合腔声转移阻抗的自动测量系统。该系统在实际工作中已得到了较好的应用。