CN102165796A - 耳廓模拟器 - Google Patents

Abstract

一种耳朵模拟器，其具有：入口端口(62)，用于从通信设备例如移动电话送受话器(12)的扬声器(18)接收声音；以及处于相对表面的出口端口(38)。所述耳朵模拟器在与所述入口端口(62)同一表面具有至少一个额外的孔口(60)，其体现被持为贴靠着用户耳朵的移动电话周围的声学泄漏。这允许所述耳朵模拟器提供这样的测量结果，该测量结果更精确地体现从送受话器扬声器驱动器到送受话器用户耳朵的传递函数的频率依赖性相位响应。

Description

耳廓模拟器

本发明涉及耳朵模拟器，更具体地涉及可以被用于测试便携式声音再现设备——例如移动通信设备(例如电话)——或任何其他此类便携式设备的耳朵模拟器。

已知的是为了进行与电话送受话器(handset)或耳机(earphone)的特性相关的测量而使用耳朵模拟器。Brüel & 

(B&K)4195型就是这类耳朵模拟器中的一种。

该已知的耳朵模拟器包含一个腔和一个开口，其中所述腔具有被设计为体现典型人耳外耳腔的尺寸和圆柱形状(直径25mm、深9mm；容量近似4400mm³)，并且电话送受话器可以贴靠所述开口而放置。为了允许进行测量，该已知的耳朵模拟器也包含终止于参考麦克风的耳道延伸件(ear canal extension)。可以获得4195型耳朵模拟器的两个替代模型：一个模型的特征是从中央腔到外部具有相对小(“低”)的声学泄漏，该声学泄漏在所述腔周围环绕地延伸并具有近似5.4mm²的总泄漏面积和大约4.5mm的长度；另一个模型的特征是从所述腔到外部具有较大(“高”)的声学泄漏，该声学泄漏的形式是，在含有所述耳道延伸件的表面上形成的长度近似8.5mm的36个直径1.7mm的孔的阵列，这36个孔总共具有大约82mm²的联合面积。

这些已知的耳朵模拟器允许用户测得电话送受话器或其他设备在使用时的频率响应，所述频率响应体现所述送受话器或设备在与人耳结合使用时的特性。前述“高”和“低”声学泄漏选项旨在体现，当一个送受话器被或松或紧地贴靠用户耳朵时，该送受话器本身周围空气中存在的泄漏路径。

此类声学泄漏以它们的复声阻抗(complex acoustic impedance)(类似于电阻抗)为特征，所述复声阻抗是既包括抗性分量又包括阻性分量的统一体(entity)，然而，在该情况中，所述泄漏在物理上如此之大以至于阻性因素相对不显著，因而所述泄漏阻抗由所述泄漏路径的声量(acoustic mass)分量所支配；其本质上是声惯量(acoustic inertance)(类似于电感)。所述泄漏的声顺(acoustic compliance)也是不显著的。可以根据下面的公式，由所述泄漏路径的长度L和横截面积A，计算出表征一个送受话器周围的声学泄漏的声惯量的声量M_A(即，经历非压缩加速的空气的容量)(其中ρ₀是STP下的空气密度：1.18kg.m^-3)：

$M_A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0.L}{A}\mathrm{kg}.m^{-4}---\left(1\right)$

为了改进用户感受到的语言可理解性(即清晰度指数)，已经建议在电话送受话器中提供噪声消除电路(例如，Kimura等人，US 5,138,664)。其原理是，为了产生至少部分地消除听者听到的环境噪声的反相声音，一个(或多个)噪声麦克风被放置在所述送受话器上能够检测外部环境噪声的位置，并且该麦克风检测到的信号被用于产生进一步的信号以施加到所述送受话器的扬声器。信号处理电路被用来从所述噪声麦克风所产生的信号中产生被施加到所述扬声器的信号。

必须执行的信号处理取决于送受话器在使用中的电-声特性，因此构想，为了允许进行待确定的所要求形式的信号处理，该已知类型的耳朵模拟器会是一种进行所要求的测量的有用工具。然而，已经发现，已知的耳朵模拟器不能对所述送受话器的所要求特性进行足够精确的测量。

进一步的研究已经使人们认识到，为了实现更高水平的噪声消除，有必要能够不仅在频率依赖性(frequency-dependent)振幅响应方面而且在频率依赖性相位响应方面从送受话器扬声器表征驱动器到耳朵(driver-to-ear)电-声传递函数(在本文中称作“DE”函数)，因此有必要使用不仅精确模拟信号振幅响应而且精确模拟信号相位响应的耳朵模拟器。

迄今，相位响应还完全没有被送受话器制造商考虑，送受话器制造商主要考虑的是频率响应特性，以及对响度、噪声和畸变的测量。

第二个同等重要的认识是，对于环境噪声消除而言，要求不仅在频率依赖性振幅响应方面而且在频率依赖性相位响应方面从环境-耳朵(ambient-to-ear)表征送受话器周围泄漏的声-电传递函数(在本文中称作“AE”函数)。为此，也有必要拥有不仅精确模拟AE函数振幅响应而且精确模拟AE函数相位响应的耳朵模拟器。所述相位响应关键取决于所涉及的声学路径的长度和性质，以及关联的时间延迟。

结果，所述相位响应关键取决于耳朵模拟器中的泄漏孔口(aperture)的空间位置。即使小的路径长度变化也可能会对相位响应有大的影响。例如，当声波在空气中行进区区20mm长的路径，经过的时间大约是58μs。这看上去是非常短的时期，但是在1kHz的频率，这体现了21°的相位滞后(lag)。在GB-2,434,708A中陈述和量化了将噪声消除信号与外来环境噪声信号的相位进行时间对准的临界要求，并且显示出，即使在最优条件下(完美的振幅匹配)，即使对于最适度的消除量(-9dB)也要求优于20°的相位对准。

相应地，重要的认识是，适合于环境噪声消除测量的耳朵模拟器中的声学泄漏路径必须在空间上正确，因为它们被空间定位在体现与人类用户的耳朵关联的实际泄漏路径位置。

根据本发明的第一方面，提供了一种耳朵模拟器，其用于测试包括扬声器的通信设备，该耳朵模拟器包括：

壳，其限定一腔，其中所述壳具有带有出口端口的第一表面和带有入口端口的第二表面，所述第二表面与所述第一表面大体相对；

其中，所述第二表面还含有一个或多个孔口，当所述通信设备处在测试位置时所述孔口被暴露，以使得所述扬声器与所述入口端口相邻。

根据本发明的第二方面，提供了一种校正设备的方法，其包括：

当所述设备被用户持在体现正常使用的位置时，通过所述设备播放第一测试声音；

测量在所述用户的外耳腔中检测到的声音；

确定外耳腔处对设备接口的声音泄漏量；

当所述设备被持为贴靠着具有可调节的泄漏面积的耳朵模拟器时，通过所述设备播放所述第一测试声音；

调节所述耳朵模拟器的泄漏面积，以使得其接近所确定的声音泄漏量；

当所述设备被持为贴靠着所述耳朵模拟器时，通过远离所述设备放置的扬声器播放第二测试声音；以及

当通过所述扬声器播放所述第二测试声音时，测量所检测到的声音。

为了更好地理解本发明，并示出其可以如何实施，现结合附图通过实施例方式进行阐述，其中：

图1示意性地例示了一个贴靠人耳使用的以环境噪声消除为特征的电话送受话器；

图2例示了环境噪声信号N和噪声消除信号C到鼓膜的声学路径；

图3示出了根据本发明的一个以外耳腔(concha cavity)和耳道连接器(ear-canal connector)为特征的基板单元，其中图3A是正视图，图3B是截面端视图，图3C示出了安装至耳道模拟器且安装进人造头部的该基板单元；

图4示出了根据本发明一个方面的一个声学泄漏板组件，其中图4A是正视图，图4B和4C是截面端视图；

图5描绘了紧密相间的声学泄漏孔口的一个阵列，其中图5A示出了该孔口阵列，图5B指示了该阵列的尺寸标注。

图6是声学泄漏板组件和基板单元的分解图；

图7示出了邻近根据本发明一个方面的耳朵模拟器而放置的蜂窝电话送受话器，其中图7A是正视图，图7B是分解截面端视图；

图8示出了被放置在根据本发明一个方面的耳朵模拟器上的蜂窝电话送受话器，其中图8A是正视图，图8B是截面端视图；

图9描绘了被放置在根据本发明一个方面的耳朵模拟器上的移动电话送受话器的细节；以及

图10描绘了根据本发明的一个耳朵模拟器的旋转能力，其中图10A示出了处于第一旋转位置的该耳朵模拟器，图10B示出了处于第二旋转位置的该耳朵模拟器。

图1示出了贴靠电话送受话器12的人耳“耳廓(pinna)”(外耳廓)10，正如在典型的使用中那样。也示出了耳道14和鼓膜16，并且显示电话送受话器12如典型情况那样被用户放置以使得其扬声器18将声音引向耳道14。

电话送受话器12设有噪声消除功能，因此包括至少一个噪声麦克风20，其被定位以使得其能够检测环境噪声。体现环境噪声的电信号被传递至噪声消除(NC)电路22，噪声消除电路22对该电信号执行适当的信号处理以产生噪声消除信号。该噪声消除信号被添加到想要的信号(例如体现远程电话呼叫者声音的信号，或者在送受话器上运行的应用产生的信号)，并被施加到扬声器18。

使用恰当设计的信号处理的效果是，由扬声器18响应于该噪声消除信号而产生的声音具有至少部分地消除也到达用户鼓膜16的环境噪声的效果。

已知的是，为了实现实质程度上的噪声消除，该噪声消除电路必须将传递函数应用到所检测到的噪声信号，以使得由扬声器18产生的到达用户鼓膜16的噪声消除声音尽可能地与到达用户鼓膜16的环境噪声幅度相同且相位相反。

图2概括地描绘了环境噪声信号N到达鼓膜的声学泄漏路径，也描绘了由扬声器18产生的噪声消除信号C到达鼓膜的路径。环境噪声泄漏发生在送受话器的边缘(edge)周围，但是，在送受话器的面(face)与外耳腔的上部之间存在间隙的情况下，该泄露的相当一部分经过送受话器的顶边缘(top edge)进入耳朵。

再者，送受话器通常形状为立方体——虽然往往带有圆边缘——这一事实意味着，送受话器不能紧紧地配合在耳朵上，因而，至少和与耳机及类似物关联的泄漏相比，该泄漏往往相对大。

已知的是，到达用户鼓膜16的环境噪声在沿着从环境到鼓膜的声学泄漏路径行进中受到了声学上的修改(这种频率依赖性修改在本文中称作AE传递函数)。环境噪声尤其被送受话器和外耳腔之间的谐振腔，以及被泄漏路径的性质和位置所修改。总体声学状况是复杂的，来自听者头部的反射和送受话器周围的衍射也对各种传递函数起作用。如果要获得精确和有效的传递函数测量，所有这些因素应该尽可能地被耳朵模拟器(与人造头部系统结合)所模仿。

为了为环境噪声消除系统定义正确的信号处理传递函数，必须表征数个起作用的传递函数，如下文所述。首先，已经注意到在鼓膜处由扬声器18产生的噪声消除声音(电-声驱动器到耳朵“DE”函数)被送受话器的特性和到鼓膜的声学路径所影响。

声学环境噪声信号和所得出的体现所述环境噪声的电信号之间的关系可以被表达成频率依赖性传递函数AM(环境到麦克风)。同时，如上文所提及的，到达用户鼓膜16的环境噪声的修改在本文中称作AE传递函数。

可以从上述函数中得出信号处理传递函数(在本文中称作“SP”)的最佳值。因此，SP是信号处理电路的频率依赖性传递函数，其为了这些目的也可以包括信号路径中任何放大器所施加的任何放大以及任何放大器的传递函数中的任何非线性。

为了实现有效的环境噪声消除，声学噪声消除信号与到达用户鼓膜16的相应声学环境噪声信号应尽可能地幅度相同且相位相反。

使用上文定义的传递函数，这要求：

AE＝AM·SP·DE         (2)

由于该等式中的可控变量是信号处理传递函数SP，所以将其表达成下式可以更有用：

SP＝AE/(AM·DE)        (3)

由此明显地是，为了实现有效的噪声消除，有必要对传递函数进行精确测量。

再者，已经意识到，不仅振幅响应而且相位响应对实现成功的噪声消除起到同等重要的作用。

在本发明的语境中已经认识到，如果要用耳朵模拟器对将被用来确定所要求的信号处理传递函数SP的送受话器进行该测量，那么该耳朵模拟器必须对声音赋予所要求的相位特性。这意味着，该耳朵模拟器的腔和环境之间的泄漏必须足够精确地体现当送受话器与真耳朵一起使用时的实际物理状况。

本发明的一个具体实施方案包括两个元件：基板单元(base-plate unit)和声学泄漏板组件(acoustic leakage plate assembly)，所述基板单元以外耳腔和耳道连接器为特征，所述声学泄漏板组件以声学泄漏装置、用于送受话器的声学联结装置为特征，同时也允许旋转式位置调节，如下文更详细地描述的。这两个元件被联结在一起并且结合耳道模拟器使用，用于进行必要的测量，以针对所述送受话器得出有效的环境噪声消除信号处理手段。

图3示出了所述基板单元，其中图3A是正视图，图3B是截面端视图，图3C示出了安装至耳道模拟器并装配至人造头部组件侧壁的该基板单元。

现参考图3A，基板单元24由60mm(高)×50mm(长)的板形成，该尺寸适宜安装在B&K 5930型人造头部(例如经由四个安装孔26使用螺钉(screw)安装)，并且基板单元24由刚性材料——例如铝或硬塑料成型板(model board)或类似物——制成。该基板含有主腔28，其体现人类外耳的外耳腔。这可以例如以圆柱形腔的形式制造，或者以如图3示出的截锥形腔(truncated conical cagvity)的形式制造。

腔28由下圆形表面30和平行于该下表面的上圆形表面32限定，具有在这两个表面之间延伸的环绕壁34。如将在下文更详细讨论的，泄漏在上圆形表面32的平面提供。在本说明中，术语“上”和“下”被用来限定该设备的定向(orientation)，这里“下”表面30等价于人耳的外耳腔的底表面(floor surface)，并且“上”表面被该腔的边(rim)36所围绕和限定。

所述尺寸被选择以提供体现外耳容量(volume)的容量。典型的外耳容量是大约4400mm³，尽管根据生理差异，腔28可以具有更大或更小的容量。在另一个实施例中，腔28可以具有大于典型外耳的容量(例如5650mm³)，以后在使用中通过插入一些不传声材料(acoustically opaque material)将有效容量减小到所要求的值。

如上所述，泄漏在上圆形表面32的平面提供，并且是有利的是泄漏面积超过特定最小值。对于在这些图中描绘的实施例，在腔容量为大约3800mm³的情况下，在具有适当深度的圆柱形腔的上表面提供所要求的泄漏面积是成问题的，因此外耳腔28的形式是上表面大于下表面的截锥腔。具体地，在该实施例中，该截锥腔的最大直径是30mm，最小直径是19.2mm，并且深度是8mm。在提供更大的腔的情况下，最简单的可能是提供圆柱形腔，因为它仍有可能在上表面提供所要求的泄漏面积。

在外耳模拟腔28的基底中设有一个8mm直径的孔口38，该孔口限定了一个出口端口，用于联结到直径8mm的耳道模拟器管40。应注意，为了体现真耳朵，孔口38并没有被提供在下表面30的中央，而是，在所例示的定向中，位于中央的右侧，这是因为真耳朵中的耳道位朝耳腔的前面，而非位于中央。

围绕腔28的上边缘有一个2mm宽、具有34mm外直径的边36，该边装配进声学泄漏板单元(该声学泄漏板单元自身在图4中更详细地示出)中的具有34mm互补直径的凹处(recess)。除此之外，基板单元24含有两个螺纹孔42，其中装配有锁定螺钉(locking screw)，以将声学泄漏板夹持(clamp)在基板24上。图3C示出了安装至人造头部侧壁44且联结至耳道模拟器的基板单元。这包括一个21mm长的中央金属管，其具有体现典型耳道尺寸的8mm外直径和7.5mm内直径，并被安装进一个塑料壳46，且终止于参考级(reference grade)麦克风48，例如B&K 4009型。其他耳道模拟器也可以与本发明一起使用，包括B&K 4195型耳道模拟器。例如，耳道延伸孔口38可以易于修改，以使得可以例如通过螺旋装配把被提供以与Brüel & 

4195型耳朵模拟器一起使用的联结器(coupler)和麦克风预放大器连接到耳道延伸孔口38。

应意识到，图3C的组件体现了安装进人造头部系统的具有外耳容量、耳道容量和测量麦克风的耳朵模拟器。

如果腔28是圆柱形的，如在Brüel & 

4195型耳朵模拟器的情况中，那么上圆形表面32可能不会大到足以既提供所要求的泄漏面积又提供送受话器联结装置。因此，在所例示的实施方案中，腔28的形式是这样的截锥：其上圆形表面32比下圆形表面30面积更大，并且在上圆形表面和下圆形表面之间具有向外延伸的环绕壁34，该环绕壁以恒定锥度(rate of taper)从上表面过渡到下表面。在其他实施方案中，当从外部看时，环绕壁34可以是凸的或凹的，即，以增大或减小的锥度从上表面过渡到下表面。在又一个实施方案中，环绕壁34是阶梯式的，以形成在不同高度具有两种或更多种直径的复合圆柱形腔。

如上文提及的，通过在声学泄漏板单元中包含多个孔口，在上表面32处形成了预先确定的声学泄漏，如下文将描述的。

图4A、4B和4C分别以正视图(左)和截面端视图(中和右)示出了根据本发明一个方面的声学泄漏板组件。泄漏板50大体上为3mm厚。该板的下侧含有直径34mm、深2mm的凹处52，并且凹处52与前述的基板的外耳边匹配，该边的边缘定位到该凹处的边缘54。这使得该泄漏板能够绕着正交穿过外耳腔中心的轴线旋转，并且该泄漏板上开有两个埋头弧形槽(countersunk arcuate slot)56用于定位两个锁定螺钉，以使得该泄漏板相对于基板可以进行相对旋转调节，然后可以上紧螺钉，以将这两个单元以所要求的角度布置锁定在一起。

泄漏板50的上表面含有一个半圆形凸起区域(raised area)58，其中形成有一个声学泄漏孔阵列60。在此处的实施例中有37个孔，每个孔的直径为1.7mm且长度(即，凸起区域58的深度)为4mm。直接在半圆形凸起泄漏区域58的下方有一个12mm×8mm的孔口62，孔口62限定了一个入口端口用于形成与送受话器扬声器的声学联结，并且提供有一个大的平坦区域64，送受话器可以面向下稳固地安装到平坦区域64上。

凸起泄漏区域58的最下平坦边缘65为送受话器提供了一个“止挡件(stop)”，即这样的表面：送受话器的最上边缘可以毗靠(abut against)该表面，以使得该送受话器可以沿着其长度被正确定位，从而允许测量其特性，连同关联的环境到耳朵泄漏路径传递函数。在其他实施方案中，该定位设备可以以两个或更多维度放置送受话器。例如，该定位设备可以包括一个或多个导向件(guide)，以将送受话器保持在正确的侧向位置，并且/或者以期望的压力贴靠上表面64。

如上文提及的，这里示出的腔28从顶部到底部具有近似8mm的深度和近似3800mm³的容量。如上文提及的，腔28设有声学泄漏，并且为了提供对送受话器使用的最逼真模拟，该声学泄漏优选地大部分或全部在上圆形表面32提供。除此之外，该泄漏优选地具有可被向下调节(通过改变泄漏孔口的总表面积)到大约60kg.m^-4的声量。再者，上表面32的相对大的部分在使用中被送受话器12占据。

参考凸起表面泄漏区域58，当若干个声学泄漏形成如图5示出的这类紧密间隔的阵列66时，对于每个元件的声量(假设声顺和声阻是可忽略的)的计算要求稍有不同的等式，以将端效应(end effect)考虑进来。这里泄漏孔口半径是a，间隔节距(spacing pitch)是b，并且长度(深度)是t，则公式如下：

$M_A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{\mathrm{\π}{a}^2}[t+1.7a(1-\frac{a}{b})]\mathrm{kg}.m^{-4}---\left(4\right)$

在半径是a且长度(深度)是t的单个泄漏孔口的情况下，声量的公式可以被更精确地表达以包括端效应，为：

$M_A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{\mathrm{\π}{a}^2}[t+1.7a]\mathrm{kg}.m^{-4}---\left(5\right)$

为了限制端效应的影响，期望每个泄漏孔口具有至少与其直径同样长的长度(即，经过腔表面的深度)。鉴于凸起区域58的厚度，这可以意味着不可能有任何直径大于比如4mm的单个孔口，尽管仍可能有单体面积之和达到最大孔口面积的一些孔口，从而可以以可接受的精确度——例如以不超过3mm²的增量——实现任何期望的总孔口面积，上至最大孔口面积。

本发明的这两个部件——基板和泄漏板——在图6中以等轴视图(isometric view)示出，它们是对准的，但是为了清楚而分开。

图7示出了送受话器12如何被安装至本发明的泄漏板50，泄漏板50转而被安装和锁定至基板单元。这帮助例示了该凸起半圆形泄漏区的目的如何是三重的(threefold)。

第一，在该实施例中，送受话器安装区64上方的凸起部58的高度是3mm，这提供了送受话器的上边缘可以毗靠的物理“止挡件”65，如所示，以使得能够实现可重现的测量。

第二，凸起部58的3mm高度足够为该声学泄漏提供合适的长度(深度)，该声学泄漏理想地需要大于孔的直径以使边缘效应最小化。(这里深度是4mm。)

第三，泄漏孔阵列60的位置真实地代表了使用中的送受话器的边缘上方的声学泄漏路径位置，这使得能够更精确地进行声学测量，尤其是在相位方面。

现参考图8B的截面图，应意识到，当泄漏板50被放置在并锁定到基板24上时，并且当送受话器12被放置在泄漏板50上时(使用弹性带或者双面胶布)，该送受话器的扬声器18经由板50中的孔口62被声学联结到基板24的外耳腔28。

可选地，可以在孔口62周围使用合适的、薄的、柔软的且不传声的衬垫(gasket)材料68(诸如闭孔聚氨酯(closed cell polyurethane)材料，例如Poron

)，以确保送受话器和模拟器之间的适当密封接合，以使得在进入腔28之前从扬声器18不发生侧面声学泄漏。为了清楚，衬垫68在图8中被省略，但是在图9中被更详细地示出。衬垫68优选地具体装配在孔口62周围。在本发明的一个实施方案中，围绕孔口62的板50表面形成有凹处，并且衬垫68可以被放置在所述凹处，以确保其被正确定位，以防止该侧面声学泄漏。

然而，存在从环境经由泄漏孔阵列60进入外耳腔模拟器28的泄漏路径。

相应地，该整个组件体现的是贴靠用户耳朵使用的送受话器。优选地，使用安装至人造头部的系统进行测量，如前文描述的(图3C)。

如上文所述，总有效泄漏的表面积是可控的。在本发明的一些实施方案中，这可以例如这样实现：提供单个大孔口以及一个可控的关闭机构，该可控的关闭机构可以被布置以使得该孔口的有效面积被减小到期望的值。

替代地，在这个例示的实施方案中，可以通过选择性地闭塞(简单地使用胶布或类似工具)这37个泄漏孔60中的一个或多个来控制声学泄漏量。在该实施例中，在孔都是直径1.7mm(半径a＝0.85mm)且长4mm，并且间隔节距(b)是大约2.6mm的情况下，可以使用等式(4)计算每个阵列元件的声量为2585.1kg.m^-4，并且该整个37孔阵列的声量为69.9kg.m^-4，从而这限定了该具体实施方案的操作范围。在泄漏孔60中仅有一个为开的情况下，可以使用等式(5)计算泄漏孔口的声量为2830.1kg.m^-4。

与此相比，面积为5.4mm²且长度为4.5mm的“小”泄漏(类似于B&K 4195型适配器的“低”泄漏)，使用等式(1)，具有大约983.3kg.m^-4的值。类似的，假设长度值为大约8.7mm，并使用等式(4)，2mm节距上36个直径1.7mm的孔的“大”B&K泄漏面积具有大约137.6kg.m^-4的计算出的总声量值。相应地，本发明描绘的实施例的泄漏范围(70到2830kg.m^-4)容易包含耳朵模拟器中常规接受的泄漏值的幅度。

应意识到，通过放松(slacken)经由孔口56装配到螺纹孔42中的锁定螺钉，该泄漏板可以被旋转并锁定至另一角度位置，该另一角度位置体现用户将该送受话器持为与耳朵到嘴巴轴线近似成一直线。图10示出了这样的一个实施例，其中耳朵模拟器已经被针对人造头部的右手侧耳朵位置而设计，并且其中承载送受话器(未示出)的泄漏板已经被逆时针旋转45°。

这样的效果是，贴靠止挡件65定位的送受话器扬声器18被放置得更靠近腔基底中的孔口38。再一次，这允许送受话器的实际使用被相对精确地体现，因此使得能够为产生有效的噪声消除信号处理算法而获得精确的相位数据。

此类终止于常规麦克风的人造耳朵模拟器不具有终止于鼓膜的耳道所拥有的自然衰减，因此性质上具有稍多的谐振。为了克服这一细微差别并提供更真实的模拟，可以通过用通常具有30kg.m^-3密度的轻质开孔(open-cell)聚氨酯泡沫或类似物部分地填充外耳腔28(以及可选地耳道元件40)来提供适当的衰减。

在另一个实施方案中，可以通过将容量减小部件(诸如大直径固定螺钉)纳入外耳容量28的基底或侧壁来调节耳道容量，以使得当该容量减小部件与该腔的壁齐平时，它没有作用，但是当该容量减小部件被拧出时，它占据一些内部空间，从而减小了该腔中的空气的容量。替代地，可以通过将一些不传声材料插入该腔来减小该腔的有效容量。

送受话器到外耳腔和环境之间的声学泄漏量主要取决于：(a)该送受话器相对于用户耳朵的定向；(b)用户施加于该送受话器(和耳朵)的力；(c)用户耳廓表面的形状和柔韧性(pliability)；以及(d)该送受话器本身的表面形貌，包括其扬声器的相对位置，因为这影响着用户如何放置和支持该送受话器。如下文，为了为任意特定送受话器设计出声学泄漏的精确表示，或者为了为一个组量化平均泄漏值，有可能针对一个或多个个体用户“校正”该耳朵模拟器，如下所述。

第一，用户将送受话器持为贴靠耳朵——这体现正常的使用，并且微型探针麦克风被安装进用户的外耳腔，在耳道入口和送受话器面之间。然后，指示用户将送受话器持在企图聆听真实谈话或类似物而应持的位置。这使得能够，通过用已知的分析波形(例如扫频正弦波(swept sine-wave)或拉伸冲激(stretched impulse)或类似物)驱动送受话器扬声器，来测量驱动器到耳朵(外耳腔)传递函数的频率响应。该测得的频率响应非常依赖于与该送受话器关联的泄漏量，并且因送受话器而异，基于例如送受话器的尺寸和形状以及送受话器前表面上的扬声器位置等因素。应意识到，可以通过对多个用户执行本过程来获得具有更广泛代表性的结果。

接下来，使用耳朵模拟器替代个体的耳朵，重复相同的测量(即用已知的分析波形驱动送受话器扬声器)，其响应显示该模拟器的泄漏值是否类似于人的值，或者是否太高或太低。相应地，耳朵模拟器的总泄漏孔口面积60被调节(例如通过密封一些孔口)，以使得该泄漏对应于与该送受话器关联的泄漏。然后，重复该测量和调节循环，直到该模拟器的泄漏值与人的泄漏值类似。

除此之外，外耳腔的容量28可以被调节，以使得该耳朵模拟器响应的谐振峰值(在大约2.9kHz)精确地匹配用户的峰值；也可以通过用开孔泡沫材料衰减耳朵模拟器外耳腔(如上文所述)来匹配所述谐振峰值(与其Q因子相关)的幅度。这允许该耳朵模拟器被调节以非常精确地匹配任何所测得的人类特性。

一旦这已经被执行，就可以这样测量临界的环境到耳朵传递函数(频率依赖性振幅响应和相位响应)：将送受话器放在该耳朵模拟器上(如图8和图9中所示)，用已知的分析波形驱动位于外部的扬声器，并经由耳道麦克风48测量环境到耳朵响应。用在该步骤中的测试波形可以与用在前两个步骤中的测试波形相同，或者可以不同。

由此提供了一种耳朵模拟器，其可以被用来进行可以为了消除噪声而被用来表征蜂窝电话送受话器的测量。

对于本领域技术人员应清楚，所述实施可以采取数种形式中的一种，并且本发明旨在覆盖所有这些不同形式。

应注意，上述实施方案例示而非限制本发明，并且本领域技术人员应能够在不脱离权利要求范围的情况下设计出许多替代实施方案。词语“包括(comprising)”并不排除在权利要求中未列出的元件或步骤的存在，“一(a or an)”不排除多个，并且单个单元可以满足权利要求中所述的数个单元的功能。权利要求中的任何参考符号不应被解释为对其范围的限制。

Claims (25)

1.一种耳朵模拟器，其用于测试包括扬声器的通信设备，该耳朵模拟器包括：

壳，其限定一腔，其中所述壳具有带有出口端口的第一表面和带有入口端口的第二表面，所述第二表面与所述第一表面大体相对；

其中，所述第二表面还含有一个或多个孔口，当所述通信设备处在测试位置时所述孔口被暴露，以使得所述扬声器与所述入口端口相邻。

2.如权利要求1所述的耳朵模拟器，其中所述第二表面具有止挡导向件形式的凸起部，其用于将所述通信设备的测试位置限定为贴靠所述第二表面。

3.如权利要求2所述的耳朵模拟器，其中所述一个或多个孔口延伸穿过所述第二表面的所述凸起部。

4.如前述任一项权利要求的耳朵模拟器，其具有可控的总孔口面积，上至至少80mm²的最大孔口面积是可控的。

5.如权利要求4所述的耳朵模拟器，其中所述总孔口面积上至至少90mm²的最大孔口面积是可控的。

6.如权利要求5所述的耳朵模拟器，其中所述总孔口面积上至至少100mm²的最大孔口面积是可控的。

7.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其包括多个孔口，其中所述总孔口面积是通过密封所述多个孔口中的一个或多个而可控的。

8.如权利要求7所述的耳朵模拟器，其中所述多个孔口中的每一个都具有大于其直径的深度。

9.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述总孔口面积是可控的，以使得可以按不多于3mm²的增量获得任何总孔口面积，上至所述最大孔口面积。

10.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述止挡导向件位于所述第二表面上，以使得典型的送受话器能够被放置在所述第二表面上，所述送受话器的上边缘贴靠所述止挡导向件，并且所述送受话器的扬声器与所述入口端口相邻。

11.如权利要求10所述的耳朵模拟器，其包括位于所述入口端口周围的不传声衬垫。

12.如权利要求11所述的耳朵模拟器，其中所述衬垫由闭孔聚氨酯材料制成。

13.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述出口端口偏心地位于所述第一表面中。

14.如权利要求13所述的耳朵模拟器，当从属于权利要求12时，其中所述入口端口基本与所述出口端口相对。

15.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述第一表面是圆形的。

16.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述第二表面是圆形的。

17.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述第二表面平行于所述第一表面。

18.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其中所述第二表面大于所述第一表面。

19.如权利要求18所述的耳朵模拟器，其中所述腔是截锥形式的。

20.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其在所述腔内包括泡沫衰减材料。

21.如前述任一项权利要求所述的耳朵模拟器，其包括：

基板；以及

泄漏板，其中所述基板和所述泄漏板能够被安装为彼此贴靠，以使得所述基板形成所述腔的第一表面，并且所述泄漏板形成所述腔的第二表面。

22.如权利要求21所述的耳朵模拟器，其中所述基板和所述泄漏板能够相对于彼此旋转，并且能够被安装为以期望的相对旋转方向彼此贴靠。

23.一种校正设备的方法，其包括：

当所述设备被用户持在体现正常使用的位置时，通过所述设备播放第一测试声音；

测量在所述用户的外耳腔中检测到的声音；

确定外耳腔处对设备接口的声音泄漏量；

当所述设备被持为贴靠着具有可调节的泄漏面积的耳朵模拟器时，通过所述设备播放所述第一测试声音；

调节所述耳朵模拟器的泄漏面积，以使得其接近所确定的声音泄漏量；

当所述设备被持为贴靠着所述耳朵模拟器时，通过远离所述设备放置的扬声器播放第二测试声音；以及

当通过所述扬声器播放所述第二测试声音时，测量所检测到的声音。

24.如权利要求23所述的方法，其中当通过所述扬声器播放所述第二测试声音时测量所检测到的声音这一步骤包括，测量频率依赖性环境到耳朵传递函数。

25.如权利要求23所述的方法，其中当通过所述设备播放所述第一测试声音时测量在所述用户的外耳腔中检测到的声音这一步骤包括，测量频率依赖性驱动器到耳朵传递函数。

Images