CN102892069A - 一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，它包括计算机、声卡、声学传感器和前置放大器，计算机内设置声卡驱动系统和测试校准执行系统，测试校准执行系统中声学传感器位置校准模块用于对声学传感器的位置进行校准；SFOAE Fine Structure检测模块用于提取目标刺激频率范围内的刺激频率耳声发射，确定最佳刺激频率；SFOAE I/O Function检测模块用于提取上述最佳刺激频率下、刺激强度范围内，刺激频率耳声发射与刺激声之间的关系，确定抑制准则；刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块用于提取最佳刺激频率下，具备上述抑制准则的刺激频率耳声发射，并绘制刺激频率耳声调谐曲线。本发明通过提取刺激频率耳声发射的特征信号，实现对刺激频率耳声发射的定量检测和分析，可以广泛应用于听觉检测中。
Description
技术领域
本发明涉及一种听觉检测及校准系统，特别是关于一种基于声卡的刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统。
背景技术
刺激频率耳声发射（stimulus frequency otoacoustic emissions,SFOAEs）是耳蜗受到连续纯音刺激，在经历一定潜伏期之后，发射回外耳道的一种与纯音刺激性质相同的音频能量。由于这种发射回的耳声发射的频率与纯音刺激频率完全相同，故称之为刺激频率耳声发射。刺激频率耳声发射的强度非常低，通常在-15dB SPL至+20dB SPL之间，其在特征频率下的频率选择特性可以用刺激频率耳声发射调谐曲线及其Q值来表征。
刺激频率耳声发射调谐曲线是在最佳刺激频率下的调谐曲线，反映该频率下的刺激频率耳声发射的调谐特性，通常以刺激频率耳声发射精细结构中的最佳刺激频率作为刺激频率耳声发射调谐曲线的特征频率。现有技术中，专利申请号为US2008/0154954A1，名称为“评估听觉功能的组合测试系统”的美国专利，公开了具备多种听觉检测的测量手段，包括声导抗测试，中耳肌反射衰减测试，中耳肌阈值测试，耳声发射（otoacoustic emissions,OAEs）测试，咽鼓管测试，鼓膜响应测试，探头与鼓膜之间的空气容积测试，耳道容积测试，听觉脑干反应（ABR）测试以及听力检测。其中，OAEs测试包括DPOAEs、瞬态诱发耳声发射（TEOAEs）和SFOAEs，此专利的检测功能较多，但是仅仅提及刺激频率耳声发射，并没有涉及刺激频率耳声发射的详细检测过程以及刺激频率耳声发射调谐曲线；此外，此专利没有提及对声学传感器位置的校准，而声学传感器位置的校准是比较重要的，过松或者过紧，都会给采集到的波形带来不必要的噪声，造成对回采波形的时域以及频域干扰，例如：声学传感器位置过松会导致采集到的声压幅度偏小，相反，声学传感器位置过紧，导致采集到的声压幅度偏大。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现对刺激频率耳声发射及其调谐曲线进行定量检测和分析，且具有声学传感器位置校准功能的刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：它包括计算机、声卡、声学传感器、前置放大器和耳塞，所述声学传感器包括微型扬声器和微型麦克风，所述微型扬声器经声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风经传输声管插设在所述耳塞内；所述计算机将数字信号经所述声卡转换为模拟电压信号后发送到所述微型扬声器，所述微型扬声器将模拟电压信号进行电声转换后成为声信号，经所述耳塞发送到人耳中，所述微型麦克风通过所述耳塞接收人耳发回的声信号并将其进行声电转换后成为模拟电压信号发送到所述前置放大器，所述前置放大器将信号进行放大后经所述声卡转换为数字信号后发回所述计算机；所述计算机内设置刺激频率耳声发射检测及校准平台，它包括声卡驱动系统和测试校准执行系统，所述测试校准执行系统包括系统校准调试模块、声学传感器位置校准模块、耳道容积校准模块、SFOAE Fine Structure检测模块、SFOAE I/O Function检测模块和刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块；所述声卡驱动系统用于驱动所述声卡将接收的计算机发出的数字信号通过所述微型扬声器发送到人耳中，同时接收由所述前置放大器发回的信号，并将其发送到所述测试校准执行系统的相应模块中；所述校准调试模块用于测试前校准调试所述声卡和声学传感器的灵敏度；所述声学传感器位置校准模块用于测试前对所述声学传感器在人耳外耳道内的位置进行校准；所述耳道容积校准模块用于估算人耳耳道容积的大小；所述SFOAEFine Structure检测模块用于提取目标刺激频率范围内的刺激频率耳声发射，确定最佳刺激频率；所述SFOAEI/O Function检测模块用于提取所述最佳刺激频率下、设定刺激强度范围内，刺激频率耳声发射与刺激声强度之间的关系，确定抑制准则；所述刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块用于提取所述最佳刺激频率下，具备所述抑制准则的刺激频率耳声发射，并绘制刺激频率耳声调谐曲线。
所述声学传感器位置校准模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块；所述测试参数设置模块设置刺激声的参数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声参数生成相应数字刺激信号，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送刺激信号经所述声卡和微型扬声器到人耳中，所述微型麦克风将在耳道中检测到的声音信号经过声电转换后发送到所述前置放大器进行放大后，经所述声卡将信号发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将回采信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据回采信号的时域波形以及频谱图判断所述声学传感器的位置是否合适。
所述SFOAEFine Structure检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块、SFOAEFine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置刺激声的中心频率、频带范围、刺激声频率测试步长以及强度，所述抑制声参数设置模块设置抑制声的频率和强度，所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号并发送信号到所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块发出刺激信号和抑制信号经所述声卡和微型扬声器到人耳中，所述微型麦克风接收人耳外耳道发回的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡将信号进行A/D转换发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将信号发送到所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射，选取信号强度最大的频率点作为最佳刺激频率，将最佳刺激频率发送到所述SFOAEFine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块，所述SFOAE Fine Structure频域波形显示模块动态显示波形，所述最佳频率结果显示模块显示最大幅度SFOAE对应的频率值；所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
所述SFOAE I/O Function检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块、SFOAE I/O Function频域波形显示模块和测试结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置最佳刺激频率、最大刺激强度、最小刺激强度和刺激强度步长，所述抑制声参数设置模块用于设置抑制声频率和抑制声强度；所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块将生成的刺激信号和抑制信号经所述声卡和微型扬声器发送至人耳中，所述微型麦克风将接收的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡进行A/D转换后经所述检测信号采集模块发送到所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取刺激强度范围内各刺激强度下的刺激频率耳声发射，并通过所述SFOAE I/O Function频域波形显示模块动态显示波形，所述测试结果显示模块分别显示最佳刺激频率下、对应纯音测听阈值刺激强度的SFOAE的阈值；所述检测信号处理模块提取不同刺激强度下的刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
所述刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块和结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置刺激声频率和刺激声强度，所述抑制声参数设置模块设置抑制声频率上限、抑制声频率下限、抑制声频率步长和抑制准则；所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块经所述声卡和微型扬声器发出最佳刺激频率下的刺激声和不同频率的抑制声至人耳中，刺激声的强度高于纯音测听阈值强度一定强度，抑制声的频率在刺激频率左右的范围内以一定步长进行调整，所述微型麦克风将耳道中的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，最后经所述检测信号采集模块传送至所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的刺激频率耳声发射，具体为：不断增加或减少抑制声的强度，当刺激频率耳声发射残留量达到抑制准则时停止调整，则此时的点即为刺激频率耳声发射调谐曲线中的一点；依此类推，测量下一个抑制频率点，将抑制声频率范围内的不同抑制频率下的各个点逐点连线即为刺激频率耳声发射调谐曲线的测试结果，并在所述结果显示模块显示最后的测试结果；所述检测信号处理模块提取刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
所述耳道容积校准模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块、耳道容积估算模块和检测信号显示模块；所述测试参数设置模块设置刺激声的参数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声参数生成相应刺激声并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送刺激信号经所述声卡和微型扬声器到人耳，所述微型麦克风将接收的耳道中检测到的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡将接收的信号进行A/D转换后发送到所述耳道容积估算模块，所述耳道容积估算模块根据信号能量和耳道容积大小的关系对照表估算耳道容积，并将其发送到所述检测信号显示模块显示。
所述系统校准调试模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和仿真耳，所述电声校准分析系统包括B&K麦克风、Pulse采集卡和笔记本，所述笔记本内设置有Pulse采集系统；所述测试参数设置模块设置刺激声参数，所述测试信号生成模块根据设置的刺激声参数生成相应刺激声，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送数字刺激信号到所述声卡，数字刺激信号经所述声卡的D/A模块转换后生成模拟信号同时发送到所述微型扬声器和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述微型扬声器将刺激声发送到所述仿真耳，所述微型麦克风和B&K麦克风同时接收所述仿真耳内的声音信号，所述微型麦克风将接收的声音信号进行声电转换并通过所述前置放大器放大后同时发送到所述声卡和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述声卡将信号经A/D模块转换后发送所述检测信号记录模块，所述B&K麦克风将接收的信号经所述Pulse采集卡发送到所述Pulse采集系统；根据所述测试信号刺激模块发出的数字信号、所述检测信号记录模块记录的信号和所述Pulse采集系统采集的信号得到所述声卡的A/D和D/A转换关系、微型扬声器的电-声转换关系以及微型麦克风的声-电转换关系。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的SFOAE FineStructure检测模块用于提取目标刺激频率范围内的刺激频率耳声发射，确定最佳刺激频率，SFOAE I/O Function检测模块用于提取上述最佳刺激频率下、设定刺激强度范围内，刺激频率耳声发射与刺激声强度之间的关系，确定抑制准则，刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块用于提取最佳刺激频率下，具备上述抑制准则的刺激频率耳声发射，并绘制刺激频率耳声发射调谐曲线，现有技术中关于耳声发射的研究主要集中于DPOAEs和TEOAEs的检测，SFOAEs由于提取比较困难，因此研究较少，因此本发明填补了刺激频率耳声发射调谐曲线在国内外研究中的空白。2、本发明提取刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制或频谱平滑处理，每一种方法都利用了一种不同的耳蜗现象或者信号处理技术来提取刺激频率耳声发射，因此能够实现对刺激频率耳声发射及其调谐曲线的定量检测和分析。3、本发明由于设置声学传感器位置校准模块，声学传感器位置校准模块根据耳道内采集的声音信号的时域波形以及频谱图判断声学传感器的位置是否合适，与现有技术相比，增加了声学传感器位置校准功能，因此可以避免由于声学传感器与耳道位置不合适而使得采集到的波形存在不必要的噪声，使得耳声发射信号波形的时域和频域更加准确。4、本发明基于具有IEEE 1394接口的多媒体声卡，相对于专用的A/D采集卡而言，价格低廉携带方便灵活，利于便携及更新换代，软件平台不拘泥于某一种硬件设备，只要具备足够的采样精度和采样率的声卡，都可以进行刺激频率耳声发射调谐曲线的检测和校准测试。本发明通过提取刺激频率耳声发射的特征信号，实现对刺激频率耳声发射及其调谐曲线的定量检测和分析，可以广泛应用于听觉检测中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的测试校准执行系统的结构示意图
图3是本发明的系统校准调试模块的结构示意图
图4是本发明的声学传感器位置校准模块的结构示意图
图5是本发明的耳道容积校准模块的结构示意图
图6为本发明的SFOAEFine Structure检测模块的结构示意图
图7为本发明的SFOAE I/O Function检测模块的结构示意图
图8为本发明的刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一装载有windows系统的计算机1、一声卡2、一声学传感器（微型探头）3和一前置放大器4；声学传感器3包括一微型扬声器31和一微型麦克风32，为了将人耳外耳道内声音与外界声音隔离，将微型扬声器31和微型麦克风32插设在同一软质的耳塞内（图中未示出）。
本发明的声卡2采用能够与计算机1通过IEEE1394接口连接的多媒体声卡，比如本发明在进行检测时采用由RME公司生产的具有24bit采样深度、最高采样率为192kHz的便携式多媒体声卡，当然本发明的声卡2还可以采用其它结构形式和连接方式，比如通过USB接口连接的多媒体声卡或普通声卡，再结合适当的软件编程实现。
本发明的微型扬声器31包括分别产生刺激声和抑制声的两个电-声换能器，用于诱发刺激频率耳声发射信号，两个电-声换能器通过两个TRS接口连接声卡2，两个电-声换能器通过两声管插设在耳塞内。微型扬声器31可以采用已有技术的各种产品，比如本发明检测时采用Etymotic公司生产的ER2插入式耳机。
本发明的微型麦克风32包括一声-电换能器，用于采集耳声发射信号和人耳外耳道内的其它信号，并将所采集的声信号转换成电信号，微型麦克风32的输入端经传输声管插设在耳塞内，耳道中的声音信号通过传输声管到声-电换能器将声信号转换为模拟电压信号，微型麦克风32的输出端通过导线将模拟电压信号传输到前置放大器4。微型麦克风32可以采用已有技术的各种产品，比如本发明检测时采用美国Etymotic公司生产的ER-10B+。
本发明的前置放大器4用于将微型麦克风32输出的信号进行放大，放大倍数可以根据实际需要进行调节，调节倍数可以选择0dB、20dB和40dB。为了避免接地回路带来的信号干扰，前置放大器4采用两节9V电池供电。前置放大器4的输入端连接微型麦克风32的输出端，前置放大器4的输出端通过一TRS接口连接声卡2。
如图2所示，计算机1内设置一刺激频率耳声发射检测及校准平台，它包括一声卡驱动系统（图中未示出）和一测试校准执行系统5。测试校准执行系统5包含一系统校准调试模块51、一声学传感器位置校准模块52、一耳道容积校准模块53、一SFOAEFine Structure（刺激频率耳声发射精细结构）检测模块54、一SFOAE I/O Function（刺激频率耳声发射输入输出功能）检测模块55和一刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块56。
声卡驱动系统用于驱动声卡2将接收的计算机1发出的信号，通过微型扬声器31发送到人耳中；同时接收由前置放大器4发回的信号，并将其发送到测试校准执行系统5的相应模块中。
校准调试模块51用于测试前校准调试声卡2和声学传感器3的灵敏度；声学传感器位置校准模块52用于在测试前对声学传感器3在人耳外耳道内的位置进行校准，确保声学传感器3与人耳外耳道接触良好；耳道容积校准模块53用于估算人耳耳道容积的大小；SFOAE Fine Structure检测模块54用于提取目标刺激频率范围内的刺激频率耳声发射，确定最佳刺激频率；SFOAE I/O Function检测模块55用于提取上述最佳刺激频率下、设定刺激强度范围内，刺激频率耳声发射与刺激声强度之间的关系，确定抑制准则；刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块56用于提取最佳刺激频率下，具备上述抑制准则的刺激频率耳声发射，并绘制刺激频率耳声调谐曲线。
如图3所示，上述实施例中，校准调试模块51用于获得声卡2的A/D和D/A转换关系、微型扬声器31的电-声转换关系以及微型麦克风32的声-电转换关系，它包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和仿真耳511。仿真耳511是一个与人耳道相似且衰减很小的耦合腔，微型扬声器31将声信号发送至仿真耳511，由于仿真耳511与人耳道相似且衰减很小，近似认为经仿真耳511发回所测得的声音强度和微型扬声器31产生的声音强度相同。电声校准分析系统可以根据需要采用各种电声校准分析系统，本发明以丹麦Brüel&
公司的电声校准分析系统为实施例进行说明，它包括一B&K麦克风512、一Pulse采集卡513和一笔记本，笔记本内设置一Pulse采集系统514。
测试参数设置模块用于设置刺激声的参数，测试信号生成模块根据设定的刺激声参数生成相应刺激声，并发送信号到测试信号刺激模块，测试信号刺激模块发送数字刺激信号到声卡2，数字刺激信号经声卡2的D/A模块转换后生成模拟信号同时发送到微型扬声器31和Pulse采集卡513，Pulse采集卡513将采集的数据发送到Pulse采集系统514；微型扬声器31将刺激声发送到仿真耳511中，微型麦克风32和B&K麦克风512同时接收仿真耳511内的声音信号，微型麦克风32将接收的声音信号进行声电转换并通过前置放大器4进行放大，将其同时发送到声卡2和Pulse采集卡513，Pulse采集卡513将采集的信号发送到Pulse采集系统514；声卡2将信号经A/D模块转换后发送检测信号记录模块，B&K麦克风512将接收的信号经Pulse采集卡513发送到Pulse采集系统514，测试人员根据测试信号刺激模块发出的数字信号、检测信号记录模块记录的信号和Pulse采集系统514采集的信号进行计算得到声卡2的D/A和A/D转换关系、微型扬声器31的电-声转换关系以及微型麦克风32的声-电转换关系，具体为：
1）对声卡2的D/A关系校准调试时，测试人员根据测试信号刺激模块发出的数字刺激信号（测量点①）和Pulse采集系统514采集的经声卡2输出的模拟电压量（测量点②）之间的关系获得声卡的D/A关系；
2）对声卡2的A/D关系校准调试时，测试人员根据Pulse采集系统514采集的经前置放大器4输出的模拟电压信号（测量点③）和检测信号记录模块采集的数字电压信号（测量点④）获得声卡的A/D关系；
3）对微型扬声器31校准调试时，测试人员根据Pulse采集系统514采集的经声卡2输出的模拟电压量（测量点②）与B&K麦克风512接收的声压信号（测量点⑤）之间的关系获得微型扬声器31的电-声转换关系；
4）对微型麦克风32校准调试时，通过Pulse采集系统514采集的输入微型麦克风32的声压信号（测量点⑤）与前置放大器4输出的模拟电压信号（测量点③）之间的关系获得微型麦克风32的声-电转换关系。
如图4所示，上述各实施例中，声学传感器位置校准模块52包括测试参数设置模块521、测试信号生成模块522、测试信号刺激模块523、检测信号采集模块524和检测信号分析模块525。测试参数设置模块521用于设置刺激声的参数，测试信号生成模块522根据设定的刺激声参数生成相应数字刺激信号，并发送信号到测试信号刺激模块523，测试信号刺激模块523发送刺激信号经声卡2和微型扬声器31到人耳中，例如：测试信号刺激模块523发送80μs的矩形脉冲通过微型扬声器31传送至人耳，微型麦克风32将接收的耳道内的信号发送到前置放大器4进行放大后经声卡2将信号发送到检测信号采集模块524，检测信号采集模块524将耳道内采集的信号（回采信号）发送到检测信号分析模块525，检测信号分析模块525根据回采信号的时域波形以及频谱图，判断声学传感器3的位置是否合适，如果位置不合适则对声学传感器3的位置进行调整，然后重新进行检测直到声学传感器3的位置合适；如果位置合适，则进入耳道容积校准模块53。其中，检测信号分析模块525的检测过程为：如果回采信号的FFT频谱图在5kHz以内较为平坦，没有明显的波峰或者波谷时，认为声学传感器3位置合适；如果刺激声频谱出现尖锐波峰（peak）或者波谷（notch）时，需要重新调整声学传感器位置，主要存在三种情况：①回采信号的时域波形中出现明显的振铃，频域波形在1kHz和4kHz处无能量分布，并在2kHz处出现尖锐波峰，认为声学传感器3与耳道未贴紧，如果在1kHz以下还出现刺激声，可以认为由于耳道过大导致声学传感器3与耳道未贴紧；②回采信号的时域出现微弱的振铃，频域在高频处出现波峰，认为耳塞过大；③刺激声频谱幅度较大，并且在低频处有拖尾，认为声学传感器3倾斜。
如图5所示，上述各实施例中，耳道容积校准模块53包括一测试参数设置模块531、一测试信号生成模块532、一测试信号刺激模块533、一检测信号采集模块534、一耳道容积估算模块535和一检测信号显示模块536。测试参数设置模块531用于设置刺激声的参数，测试信号生成模块532根据设定的刺激声参数生成相应刺激声并发送信号到测试信号刺激模块533，测试信号刺激模块533发送刺激信号经声卡2和微型扬声器31到人耳，微型麦克风32将接收的耳道中的信号经前置放大器4发送到声卡2，声卡2将接收的信号进行A/D转换后发送到耳道容积估算模块535，耳道容积估算模块535根据信号能量和耳道容积大小的关系对照表估算耳道容积，并将其发送到检测信号显示模块536显示。
由于在相同声压强度的刺激声作用下，耳道容积越大，采集到的耳声发射信号幅度越小，即不同的耳道容积对测试结果会造成影响。本实施例中的耳道容积校准模块53根据不同耳道容积对应不同耳声发射信号幅度的对照表对耳道容积进行校准，过程为：采用不同容积的注射器模拟耳道进行校准，首先发射不同强度的数字刺激信号经声卡和微型扬声器31到不同容积的注射器，记录回采信号的信号幅度，制作出不同耳道容积对应不同信号幅度的对照表，然后根据实验中记录的采集到的人耳的声音信号的幅度，进行耳道容积估算校准。
如图6所示，上述各实施例中，SFOAE Fine Structure检测模块54（刺激频率耳声发射精细结构为在一定中心频率下，相应的频带范围内的刺激频率耳声发射的时域以及频域波形）包括一刺激声参数设置模块540、一抑制声参数设置模块541、一刺激声信号生成模块542、一抑制声信号生成模块543、一刺激声信号刺激模块544、一抑制声信号刺激模块545、一检测信号采集模块546、一检测信号处理模块547、一SFOAEFine Structure频域波形显示模块548和一最佳频率结果显示模块549。
刺激声参数设置模块540用于设置刺激声的中心频率、频带范围、刺激声频率测试步长以及刺激强度，抑制声参数设置模块541用于设置抑制声的频率和强度，刺激声信号生成模块542和抑制声信号生成模块543根据设置的参数生成相应的数字刺激声信号和数字抑制声信号并发送信号到刺激声信号刺激模块544和抑制声信号刺激模块545，刺激声信号刺激模块544和抑制声信号刺激模块545发出刺激声信号和抑制声信号经声卡2和微型扬声器31到人耳中，微型麦克风32接收人耳外耳道发回的信号，并将其发送到前置放大器4进行放大并将其发送到声卡2，声卡2将信号进行A/D转换发送到检测信号采集模块546，检测信号采集模块546将信号发送到检测信号处理模块547，检测信号处理模块547提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射，选取信号强度最大的频率点作为最佳刺激频率，将最佳刺激频率发送到SFOAE FineStructure频域波形显示模块548和最佳频率结果显示模块549，SFOAEFine Structure频域波形显示模块548动态显示波形，最佳频率结果显示模块549显示最大幅度SFOAE对应的频率值。
如图7所示，上述各实施例中，SFOAE I/O Function检测模块55包括一刺激声参数设置模块550、一抑制声参数设置模块551、一刺激声信号生成模块552、一抑制声信号生成模块553、一刺激声信号刺激模块554、一抑制声信号刺激模块555、一检测信号采集模块556、一检测信号处理模块557、一SFOAE I/O Function频域波形显示模块558和一测试结果显示模块559；刺激声参数设置模块550用于设置最佳刺激频率、最大刺激强度、最小刺激强度和刺激强度步长，抑制声参数设置模块551用于设置抑制声频率和抑制声强度；刺激声信号生成模块552和抑制声信号生成模块553根据设置的参数生成相应的数字刺激声信号和数字抑制声信号，刺激声信号刺激模块554和抑制声信号刺激模块555将生成的数字刺激声信号和数字抑制声信号经声卡2和微型扬声器31同时发送至人耳中，微型麦克风32将接收的信号经前置放大器4发送到声卡2，声卡2进行A/D转换后经检测信号采集模块556发送到检测信号处理模块557，检测信号处理模块557提取刺激强度范围内各刺激强度下的刺激频率耳声发射，并通过SFOAE I/O Function频域波形显示模块558动态显示波形，测试结果显示模块559分别显示最佳刺激频率下、对应纯音测听阈值刺激强度一定强度（10或20或30dB SPL，根据实验选定，在此不作限定）的SFOAE的阈值。抑制准则，是判断刺激频率耳声发射调谐曲线检测中SFOAE是否完全抑制的准则，可以根据具体实验要求进行设定，假如SFOAE I/O Function中的刺激强度为纯音测听阈值+10dB SPL时，其对应的刺激频率耳声发射只有4dB SPL，则抑制准则选取可以是-6或者是0dB SPL，只要不大于4dB SPL均可。
如图8所示，上述各实施例中，刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块56包括一刺激声参数设置模块560、一抑制声参数设置模块561、一刺激声信号生成模块562、一抑制声信号生成模块563、一刺激声信号刺激模块564、一抑制声信号刺激模块565、一检测信号采集模块566、一检测信号处理模块567和一结果显示模块568。
刺激声参数设置模块560用于设置刺激声频率和刺激声强度，抑制声参数设置模块561用于设置抑制声频率上限、抑制声频率下限、抑制声频率步长和抑制准则；刺激声信号生成模块562和抑制声信号生成模块563根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号，刺激声信号刺激模块564和抑制声信号刺激模块565经声卡2和微型扬声器31发出最佳刺激频率下的刺激声和不同频率不同强度的抑制声至人耳中，刺激声的强度高于纯音测听阈值一定强度（10或20或30dB SPL，根据实验选定，在此不作限定），抑制声的频率在刺激频率左右的范围内以设定的抑制声频率步长进行调整，微型麦克风32将耳道中的信号经前置放大器4发送到声卡2，最后经检测信号采集模块566传送至检测信号处理模块567，检测信号处理模块567提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的刺激频率耳声发射，具体为：不断增加或减少抑制声的强度，当刺激频率耳声发射残留量达到抑制准则时停止调整，则此时的点（所对应的抑制频率点和抑制强度）即为刺激频率耳声发射调谐曲线中的一点；依此类推测量下一个抑制频率点，将抑制声频率范围内的不同抑制频率下的各个点逐点连线即为刺激频率耳声发射调谐曲线的测试结果，并在结果显示模块568显示最后的测试结果。
上述各实施例中，SFOAE Fine Structure检测模块54中的检测信号处理模块547、SFOAE I/O Function检测模块55中的检测信号处理模块557和刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块56中的检测信号处理模块567提取刺激频率耳声发射的方法基本相同，主要包括三种方法，分别为：非线性压缩、双音抑制以及频谱平滑处理，每一种方法都利用了一种不同的耳蜗现象或者信号处理技术来提取耳声发射，其中，非线性压缩压缩的方法充分利用了刺激频率耳声发射幅度的压缩增长与刺激声的线性增长关系；双音抑制的方法是将SFOAEs定义为在刺激频率附近，增加抑制声和不增加抑制声所检测到的耳道声压之间的复合差异，认为抑制声可以大量地降低或者去除耳声发射；频谱平滑处理是利用平滑函数将复合耳道声压的频谱进行卷积处理，其分析方法是利用了刺激声和耳声发射的潜伏期不同，等价于在相应潜伏期区域内加窗。
本发明以SFOAE I/O Function检测模块55为实施例采用双音抑制方法进一步说明提取刺激频率耳声发射的过程：刺激声信号刺激模块554和抑制声信号刺激模块555发出刺激声信号和抑制声信号分别经声卡2和微型扬声器31传到人耳中，其中，刺激声为最佳刺激频率下，强度为高于纯音测听阈值一定强度（10或20或30dB SPL）的纯音，疏密相交替刺激，一帧内共四段等时长纯音，分别记作A、B、C、D，A与B反向，C与D反向，A与C同向，B与D同向；对应抑制声的一帧内前两段为静音段，后两段为短纯音，检测信号处理模块557接收从人耳采集到的信号进行处理和分析，处理过程为将一帧内的信号进行A-B-（C-D）的相减运算，然后将所有帧数的信号进行叠加，即可得到刺激频率耳声发射。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：它包括计算机、声卡、声学传感器、前置放大器和耳塞，所述声学传感器包括微型扬声器和微型麦克风，所述微型扬声器经声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风经传输声管插设在所述耳塞内；所述计算机将数字信号经所述声卡转换为模拟电压信号后发送到所述微型扬声器，所述微型扬声器将模拟电压信号进行电声转换后成为声信号，经所述耳塞发送到人耳中，所述微型麦克风通过所述耳塞接收人耳发回的声信号并将其进行声电转换后成为模拟电压信号发送到所述前置放大器，所述前置放大器将信号进行放大后经所述声卡转换为数字信号后发回所述计算机；
所述计算机内设置刺激频率耳声发射检测及校准平台，它包括声卡驱动系统和测试校准执行系统，所述测试校准执行系统包括系统校准调试模块、声学传感器位置校准模块、耳道容积校准模块、SFOAE Fine Structure检测模块、SFOAE I/O Function检测模块和刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块；所述声卡驱动系统用于驱动所述声卡将接收的计算机发出的数字信号通过所述微型扬声器发送到人耳中，同时接收由所述前置放大器发回的信号，并将其发送到所述测试校准执行系统的相应模块中；所述校准调试模块用于测试前校准调试所述声卡和声学传感器的灵敏度；所述声学传感器位置校准模块用于测试前对所述声学传感器在人耳外耳道内的位置进行校准；所述耳道容积校准模块用于估算人耳耳道容积的大小；所述SFOAEFine Structure检测模块用于提取目标刺激频率范围内的刺激频率耳声发射，确定最佳刺激频率；所述SFOAEI/O Function检测模块用于提取所述最佳刺激频率下、设定刺激强度范围内，刺激频率耳声发射与刺激声强度之间的关系，确定抑制准则；所述刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块用于提取所述最佳刺激频率下，具备所述抑制准则的刺激频率耳声发射，并绘制刺激频率耳声调谐曲线。
2.如权利要求1所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述声学传感器位置校准模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块；所述测试参数设置模块设置刺激声的参数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声参数生成相应数字刺激信号，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送刺激信号经所述声卡和微型扬声器到人耳中，所述微型麦克风将在耳道中检测到的声音信号经过声电转换后发送到所述前置放大器进行放大后，经所述声卡将信号发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将回采信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据回采信号的时域波形以及频谱图判断所述声学传感器的位置是否合适。
3.如权利要求1所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述SFOAEFine Structure检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块、SFOAEFine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置刺激声的中心频率、频带范围、刺激声频率测试步长以及强度，所述抑制声参数设置模块设置抑制声的频率和强度，所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号并发送信号到所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块发出刺激信号和抑制信号经所述声卡和微型扬声器到人耳中，所述微型麦克风接收人耳外耳道发回的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡将信号进行A/D转换发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将信号发送到所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射，选取信号强度最大的频率点作为最佳刺激频率，将最佳刺激频率发送到所述SFOAE Fine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块，所述SFOAE Fine Structure频域波形显示模块动态显示波形，所述最佳频率结果显示模块显示最大幅度SFOAE对应的频率值；所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
4.如权利要求2所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述SFOAEFine Structure检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块、SFOAE Fine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置刺激声的中心频率、频带范围、刺激声频率测试步长以及强度，所述抑制声参数设置模块设置抑制声的频率和强度，所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号并发送信号到所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块发出刺激信号和抑制信号经所述声卡和微型扬声器到人耳中，所述微型麦克风接收人耳外耳道发回的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡将信号进行A/D转换发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将信号发送到所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射，选取信号强度最大的频率点作为最佳刺激频率，将最佳刺激频率发送到所述SFOAEFine Structure频域波形显示模块和最佳频率结果显示模块，所述SFOAEFine Structure频域波形显示模块动态显示波形，所述最佳频率结果显示模块显示最大幅度SFOAE对应的频率值；所述检测信号处理模块提取出不同刺激频率下的刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述SFOAE I/O Function检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块、SFOAE I/O Function频域波形显示模块和测试结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置最佳刺激频率、最大刺激强度、最小刺激强度和刺激强度步长，所述抑制声参数设置模块用于设置抑制声频率和抑制声强度；所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块将生成的刺激信号和抑制信号经所述声卡和微型扬声器发送至人耳中，所述微型麦克风将接收的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡进行A/D转换后经所述检测信号采集模块发送到所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取刺激强度范围内各刺激强度下的刺激频率耳声发射，并通过所述SFOAE I/OFunction频域波形显示模块动态显示波形，所述测试结果显示模块分别显示最佳刺激频率下、对应纯音测听阈值刺激强度的SFOAE的阈值；所述检测信号处理模块提取不同刺激强度下的刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
6.如权利要求1～5所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述刺激频率耳声发射调谐曲线检测模块包括刺激声参数设置模块、抑制声参数设置模块、刺激声信号生成模块、抑制声信号生成模块、刺激声信号刺激模块、抑制声信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号处理模块和结果显示模块；所述刺激声参数设置模块设置刺激声频率和刺激声强度，所述抑制声参数设置模块设置抑制声频率上限、抑制声频率下限、抑制声频率步长和抑制准则；所述刺激声信号生成模块和抑制声信号生成模块根据设置的参数生成相应的数字刺激信号和数字抑制信号，所述刺激声信号刺激模块和抑制声信号刺激模块经所述声卡和微型扬声器发出最佳刺激频率下的刺激声和不同频率的抑制声至人耳中，刺激声的强度高于纯音测听阈值强度一定强度，抑制声的频率在刺激频率左右的范围内以一定步长进行调整，所述微型麦克风将耳道中的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，最后经所述检测信号采集模块传送至所述检测信号处理模块，所述检测信号处理模块提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的刺激频率耳声发射，具体为：不断增加或减少抑制声的强度，当刺激频率耳声发射残留量达到抑制准则时停止调整，则此时的点即为刺激频率耳声发射调谐曲线中的一点；依此类推，测量下一个抑制频率点，将抑制声频率范围内的不同抑制频率下的各个点逐点连线即为刺激频率耳声发射调谐曲线的测试结果，并在所述结果显示模块显示最后的测试结果；所述检测信号处理模块提取刺激频率耳声发射采用非线性压缩、双音抑制和频谱平滑处理中的一种。
7.如权利要求1～6所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述耳道容积校准模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块、耳道容积估算模块和检测信号显示模块；所述测试参数设置模块设置刺激声的参数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声参数生成相应刺激声并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送刺激信号经所述声卡和微型扬声器到人耳，所述微型麦克风将接收的耳道中检测到的信号经所述前置放大器放大发送到所述声卡，所述声卡将接收的信号进行A/D转换后发送到所述耳道容积估算模块，所述耳道容积估算模块根据信号能量和耳道容积大小的关系对照表估算耳道容积，并将其发送到所述检测信号显示模块显示。
8.如权利要求1～7所述的一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统，其特征在于：所述系统校准调试模块包括测试参数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和仿真耳，所述电声校准分析系统包括B&K麦克风、Pulse采集卡和笔记本，所述笔记本内设置有Pulse采集系统；
所述测试参数设置模块设置刺激声参数，所述测试信号生成模块根据设置的刺激声参数生成相应刺激声，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送数字刺激信号到所述声卡，数字刺激信号经所述声卡的D/A模块转换后生成模拟信号同时发送到所述微型扬声器和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述微型扬声器将刺激声发送到所述仿真耳，所述微型麦克风和B&K麦克风同时接收所述仿真耳内的声音信号，所述微型麦克风将接收的声音信号进行声电转换并通过所述前置放大器放大后同时发送到所述声卡和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述声卡将信号经A/D模块转换后发送所述检测信号记录模块，所述B&K麦克风将接收的信号经所述Pulse采集卡发送到所述Pulse采集系统；根据所述测试信号刺激模块发出的数字信号、所述检测信号记录模块记录的信号和所述Pulse采集系统采集的信号得到所述声卡的A/D和D/A转换关系、微型扬声器的电-声转换关系以及微型麦克风的声-电转换关系。
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