CN101466062B - 用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置，包括：用于模拟正常人耳的平均声学特性的仿真耳，它包括声学耦合腔和连接于该声学耦合腔一端的标准传声器；与所述仿真耳的标准传声器连接，用于测定标准传声器产生的电信号并转换成声压数值的声压计；用于给待测换能器的扬声器提供检测用的电信号的数字-模拟转换装置；用于采集待测换能器的传声器输出的电信号的模拟-数字转换装置；与所述数字-模拟转换装置及模拟-数字转换装置连接的计算机。本装置可以在一个流程中完成扬声器和传声器的灵敏度校准工作，更加方便快捷，而且对于传声器测定的是声压灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于电子学、电声学技术领域，特别涉及一种用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准设备和方法，即测定所述换能器中的扬声器和传声器在耳声发射听力检测这一应用中的灵敏度。
背景技术
耳声发射(Otoacoustic Emission，OAE)检测是一种听力检测方法，主要是诱发耳声发射(evoked OAE，EOAE)的检测，其要求用于检测的换能器置于外耳道内，同时具有发放刺激声和接收耳声发射声信号的功能，因而换能器要包含至少一个扬声器和一个传声器。
扬声器和传声器的灵敏度校准需要在静音室中进行。特别地，换能器要和模拟正常人耳平均声学特性的仿真耳(或称人耳模拟器)相连，仿真耳中放置在末端的标准传声器可以模拟人耳鼓膜接收到的声压，以测定换能器放置在人耳外耳道中工作时的性能。
针对耳声发射听力检测这一应用，扬声器的校准除遵循国家标准GB9396外，还要遵循GB7341系列标准；而传声器的校准，即传声器放置在人耳外耳道内时的声压灵敏度测定，目前国家标准(GB9401)和国际标准(IEC268-4)中的相关内容待定，目前多采用自由场比较法进行测定，而此时测定的并不是严格的声压灵敏度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置和方法，其核心是针对耳声发射听力检测这一应用，在符合国际标准IEC 60711的仿真耳(或称人耳模拟器)内测定换能器中扬声器的灵敏度和传声器的声压灵敏度。
本发明用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置，包括：
一仿真耳，用于模拟正常人耳的平均声学特性，它包括声学耦合腔和连接于该声学耦合腔一端的标准传声器，声学耦合腔另一端设置用于连接塞耳型换能器的连接机构；
一声压计，与所述仿真耳的标准传声器连接，测定标准传声器产生的电信号，转换成声压数值；
一数字-模拟转换装置(DAC)，用于给待测换能器的扬声器提供检测用的电信号；
一模拟-数字转换装置(ADC)，用于采集待测换能器的传声器输出的电信号；以及，
计算机，与所述数字-模拟转换装置及模拟-数字转换装置连接，控制它们工作，并根据输出信号序列和采集信号序列，连同声压计输出结果，计算出待测换能器中扬声器和传声器的灵敏度参数，绘制待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
在计算机控制下，数字-模拟转换装置能够输出用于产生持续纯音的电信号、或用于产生简短纯音的电信号、或用于产生短声的电信号。
基于上述校准装置的塞耳型换能器的校准方法，包括以下步骤：
(1)将待测换能器与仿真耳的声学耦合腔耦合，并将其扬声器与数字-模拟转换装置连接，将其传声器与模拟-数字转换装置连接；
(2)由计算机控制所述数字-模拟转换装置输出检测用的电信号，经待测换能器的扬声器转换成声信号后释放到声学耦合腔中；
(3)测定待测换能器的扬声器输入端的电压值和其传声器输出端的电压值，同时，由声压计测定声压，反馈给计算机，计算出待测换能器的扬声器和传声器的灵敏度；
(4)通过计算机改变所述数字-模拟转换装置输出电信号的参数，重复步骤(2)-(3)；
(5)根据步骤(3)测得的灵敏度，得出不同情况下待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
本发明是耳声发射听力检测的应用中，对换能器灵敏度的测定。在不同的耳声发射听力检测仪中，扬声器播放的可能是不同的信号，有的是短纯音，有的是短声(click)，有的是持续纯音，如果是实验室研究用，还可能有其他复杂的声音序列，本发明测定的是在播放各种不同的声音时，相应的扬声器的灵敏度和传声器的声压灵敏度。测定的灵敏度会随声信号的参数不同而变化，比如播放的声音是持续纯音时，灵敏度会随纯音的频率有所变化；播放的是短纯音时，灵敏度会随频率和持续时间等参数变化，通过改变声信号的参数，测定对应参数下的灵敏度即可得出待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和传声器的声压灵敏度曲线。
步骤(3)中所述的电压值为电压有效值或电压峰峰值。对于持续纯音信号，测定电压有效值。对于简短纯音和短声信号，测定电压峰峰值。另一方面，在声学耦合腔末端的标准传声器接收到耦合腔中的声信号转换成电信号，传入声压计，声压计内置软件根据预先设定的标准传声器的灵敏度参数计算出标准传声器接收到的声压，即仿真的人耳鼓膜接收的声压，记为P或Pp-p(单位：Pa)，对于持续纯音，通过公式(1)转换成声压级SPL
其中，PR为声压级参考值，采用PR＝20×10-6Pa；对于简短纯音和短声信号，通过公式(2)计算其峰值等效声压级peSPL
其中，Pp-p为声压峰峰值。
步骤(4)中所述的电信号的参数包括频率、幅值或短持续信号的持续时间。
本发明的有益效果：用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器，其传声器在校准时需检测声压灵敏度，目前国家标准GB9401和国际标准IEC268-4中对声压灵敏度检测的声场要求做了规定，但检测方法为待制定；目前多采用自由场比较法测定扬声器的自由场灵敏度作为声压灵敏度的近似。本发明利用仿真耳模拟了人耳平均声学特性，并且满足国家标准GB9401中2.5.3小节，“用一个刚性腔体使声源同传声器耦合”的声场要求，用此方法测定的正是传声器在听力检测中的声压灵敏度，对于临床应用和实验室研究来说，都更加准确。同时，本方法可以在一个流程中完成扬声器和传声器的灵敏度定标工作，更加方便快捷。
本发明利用仿真耳模拟人耳平均声学特性，测定在耳声发射听力检测这一应用中传声器的灵敏度和扬声器的声压灵敏度，不必考虑腔体的线性尺寸与波长的关系。
附图说明
图1是本发明用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置的系统连接示意图；
图2是应用本发明装置对塞耳型换能器的扬声器和传声器进行校准的原理框图，图中虚线箭头表示控制流向，实线箭头表示信号流向。
具体实施方式
下面结合附图做进一步说明。
参照图1和图2，本用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置包括：
一仿真耳5，用于模拟正常人耳的平均声学特性，它包括声学耦合腔51和连接于该声学耦合腔51一端的标准传声器52，声学耦合腔51另一端设置用于连接塞耳型换能器的连接机构，用于与待测换能器7耦合；
一声压计6，与所述仿真耳5的标准传声器52连接，测定标准传声器52产生的电信号，转换成声压数值；
一数字-模拟转换装置(DAC)2，用于给待测换能器7的扬声器71提供检测用的电信号；
一模拟-数字转换装置(ADC)3，用于采集待测换能器7的传声器72输出的电信号；以及，
计算机1，与所述数字-模拟转换装置2及模拟-数字转换装置3连接，控制它们工作，并根据输出信号序列和采集信号序列，连同声压计6输出结果，计算出待测换能器7中扬声器71和传声器72的灵敏度参数，绘制待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
在计算机1控制下，数字-模拟转换装置2输出用于产生不同频率的持续纯音(pure tone)的电信号、或用于产生简短纯音(brief tone)的电信号、或用于产生短声(喀呖声，click)的电信号，传送到待测换能器7中扬声器71的输入端，使扬声器71产生所需的声音信号。关于持续纯音、简短纯音、短声，按GB7341系列国家标准中的要求设计。
模拟-数字转换装置3输入端连接一放大器4，待测换能器7的传声器72输出的信号经放大器4放大后输入模拟-数字转换装置3，转换成数字信号后输入计算机1。
仿真耳5采用满足IEC 60711-1981标准的仿真耳。
上述装置用于对包括一个传声器和至少一个扬声器的塞耳型换能器校准。参照图2，用上述装置对塞耳型换能器进行校准包括以下步骤：
(1)将待测换能器7与仿真耳5的声学耦合腔51耦合，待测换能器7的前端要位于声学耦合腔51的参考面内(可参考国际标准IEC 60711)，并将待测换能器7的扬声器71与数字-模拟转换装置2连接，将其传声器72通过放大器4与模拟-数字转换装置3连接；
(2)由计算机1控制所述数字-模拟转换装置2输出检测用的电信号，该电信号经待测换能器7的扬声器71转换成声信号后释放到声学耦合腔51中；
(3)计算机1根据其输出给数字-模拟转换装置2的信号以及数字-模拟转换装置2设定的参数，计算出待测换能器7的扬声器71输入端(即图2中A处)的电压值；计算机1根据模拟-数字转换装置3采集的信号以及放大器4的放大参数，计算出待测换能器7的传声器72输出端(即图2中B处)的电压值，同时，声压计6内置软件根据预先设定的标准传声器52的灵敏度参数计算出标准传声器52接收到的声压，即仿真的人耳鼓膜接收的声压，记为P或Pp-p(单位：Pa)，对于持续纯音，通过公式(1)转换成声压级SPL
其中，PR为声压级参考值，采用PR＝20×10-6Pa；对于简短纯音和短声信号，通过公式(2)计算其峰值等效声压级peSPL(可参考国家标准GB7341.3)
其中，Pp-p为声压峰峰值。然后，计算机1根据测定的声压级和电压，计算出待测换能器7的扬声器71的灵敏度和其传声器72的声压灵敏度；
(4)通过计算机1改变所述数字-模拟转换装置2输出电信号的参数，重复步骤(2)-(3)；
(5)根据步骤(3)测得的灵敏度，得出不同情况下待测换能器7的扬声器71的灵敏度曲线和其传声器72的声压灵敏度曲线。
步骤(3)中所述的电压值为电压有效值或电压峰峰值。对于持续纯音信号，测定电压有效值。对于简短纯音和短声信号，测定电压峰峰值。
步骤(4)中由计算机1通过控制分析软件控制数字-模拟转换装置2自动输出不同参数的电信号，电信号的参数包括频率、幅值或短持续信号的持续时间，软件设计中，信号的参数调整按GB7341系列国家标准的要求设计。也可以手动方式控制数字-模拟转换装置2输出不同的电信号。
按照GB7341系列国家标准的要求调整持续纯音、简短纯音和短声的不同参数，测定图2中声压P和A处的电压有效值(针对持续纯音)或峰峰值(针对简短纯音和短声)，即可得到扬声器在耳声发射听力检测应用中，针对持续纯音或简短纯音或短声的灵敏度曲线。同时，测定声压P和B处的电压有效值(针对持续纯音)或峰峰值(针对简短纯音和短声)，即可得到传声器在耳声发射听力检测应用中，针对持续纯音或简短纯音或短声的声压灵敏度曲线。
本发明在一个流程中完成扬声器和传声器的灵敏度校准工作，更加方便快捷，而且对传声器其测定的是在听力检测中的声压灵敏度，对于临床应用和实验室研究来说，都更加准确。整个测定过程可以自动完成，即由计算机1通过控制分析软件控制数字-模拟转换装置2自动输出不同参数的电信号，计算机1根据输出信号确定对应的扬声器71输入端的电压值、根据采集信号序列测定对应的传声器72输出端的电压值、和标准传声器52接收到的声压，计算出与所述输出信号序列对应的扬声器71的灵敏度和传声器72的声压灵敏度，进而绘出扬声器71的灵敏度曲线和传声器72的声压灵敏度曲线。也可以手动方式控制数字-模拟转换装置2输出不同的电信号，以手动方式进行校准。
Claims (8)
1.一种用于耳声发射听力检测的塞耳型换能器的校准装置，其特征在于包括：
一仿真耳，用于模拟正常人耳的平均声学特性，它包括声学耦合腔和连接于该声学耦合腔一端的标准传声器，声学耦合腔另一端设置用于连接塞耳型换能器的连接机构；
一声压计，与所述仿真耳的标准传声器连接，测定标准传声器产生的电信号，转换成声压数值；
一数字-模拟转换装置，用于给待测换能器的扬声器提供检测用的电信号；
一模拟-数字转换装置，用于采集待测换能器的传声器输出的电信号；以及，
计算机，与所述数字-模拟转换装置及模拟-数字转换装置连接，控制它们工作，并根据输出信号序列和采集信号序列，连同声压计输出结果，计算出待测换能器中扬声器和传声器的灵敏度参数，绘制待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于：所述模拟-数字转换装置输入端连接一放大器，待测换能器的传声器输出的信号经该放大器放大后输入模拟-数字转换装置。
3.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于：在计算机控制下，数字-模拟转换装置输出用于产生持续纯音的电信号、或用于产生简短纯音的电信号、或用于产生短声的电信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的校准装置，其特征在于：用于对包括一个传声器和至少一个扬声器的塞耳型换能器校准。
5.一种基于权利要求1-3任一项所述校准装置的塞耳型换能器的校准方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将待测换能器与仿真耳的声学耦合腔耦合，并将其扬声器与数字-模拟转换装置连接，将其传声器与模拟-数字转换装置连接；
(2)由计算机控制所述数字-模拟转换装置输出检测用的电信号，经待测换能器的扬声器转换成声信号后释放到声学耦合腔中；
(3)测定待测换能器的扬声器输入端的电压值和其传声器输出端的电压值，同时由声压计测定声压，反馈给计算机，计算出待测换能器的扬声器的灵敏度和传声器的声压灵敏度；
(4)改变所述数字-模拟转换装置输出电信号的参数，重复步骤(2)-(3)；
(5)根据步骤(3)测得的灵敏度，得出不同情况下待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
6.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于：步骤(3)中所述的电压值为电压有效值或电压峰峰值。
7.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于：步骤(4)中所述的电信号的参数包括频率、幅值或短持续信号的持续时间。
8.一种基于权利要求1-3任一项所述校准装置的校准方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将待测换能器与仿真耳的声学耦合腔耦合，并将其扬声器与数字-模拟转换装置连接，将其传声器与模拟-数字转换装置连接；
(2)由计算机控制所述数字-模拟转换装置输出检测用的电信号，经待测换能器的扬声器转换成声信号后释放到声学耦合腔中；
(3)计算机根据其输出给数字-模拟转换装置的信号以及数字-模拟转换装置设定的参数，计算出待测换能器的扬声器输入端的电压值；计算机根据模拟-数字转换装置采集的信号以及放大器的放大参数，计算出待测换能器的传声器输出端的电压值，同时由声压计测定声压，反馈给计算机，计算出待测换能器的扬声器的灵敏度和传声器的声压灵敏度；
(4)改变所述数字-模拟转换装置输出电信号的参数，重复步骤(2)-(3)；
(5)根据步骤(3)测得的灵敏度，得出不同情况下待测换能器的扬声器的灵敏度曲线和其传声器的声压灵敏度曲线。
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