CN107396272A - 源于耦合器传递函数的传声器校准补偿 - Google Patents

源于耦合器传递函数的传声器校准补偿 Download PDF

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Abstract

本申请公开了源于耦合器传递函数的传声器校准补偿，具体公开了用于确定声学单元中的传声器灵敏度的方法，该方法包括：提供声学单元；提供具有至少一内腔的声学耦合器，所述内腔还与参考传声器声学通信；在所述声学耦合器和所述声学单元之间建立声学通信，所述内腔还设置有入口开口；确定声学单元的灵敏度，其中所述灵敏度确定为声学单元的输出电压和由声源在所述内腔中产生及由所述声学耦合器的参考传声器测量的参考声压之间的比乘以随频率而变的传递函数，其中所述传递函数为声学耦合器的所述入口开口处的输入阻抗Zin和声学耦合器的入口开口及参考声压在其处由参考传声器测量的位置之间的传输阻抗Ztrans的函数。

Description

源于耦合器传递函数的传声器校准补偿
技术领域
本发明总体上涉及将传声器的灵敏度确定为频率的函数，尤其涉及确定声学单元如用于听力诊断的声学探针中的传声器的灵敏度。
背景技术
听力诊断中的一些模态涉及耳道中的声压的测量。从一开始测量正确的声压也是估计其它有关量如鼓膜处的声压、传到内耳的声强度或声音能量的基础。
听力诊断中涉及耳道中的声压测量的模态包括耳声发射(OAE)。在OAE测量中，由耳蜗中功能良好的毛细胞产生的、足够大声从而能由位于患者(即受测对象)耳道中的传声器记录的声音被测量。OAE测量可提供患者的听觉能力的有关信息并可帮助识别耳道的损伤，从而可能提供听力损失的指示。尤其是，OAE测量在测试婴幼儿和/或年龄较小的孩子时有用。
为帮助记录耳道的OAE，使用配置成利用一系列测量数据提供耳朵的不同病理学的客观信息的诊断工具。更具体地，这样的诊断工具包括手柄元件和声学单元，如配置成在如人受测对象的耳道中产生刺激和/或声音信号的探针单元。探针单元通常包括至少一输出单元如接收器和声音输入单元如传声器。此外，前述诊断工具还可包括压力单元，配置成在受测对象的耳道中导致变化的压力，如在加压OAE测量中。探针单元本身为配置成输出刺激信号以激起耳道反应的元件，其中输入单元如传声器测量耳道反应。
因而，当进行与测量耳道中的准确声压有关的诊断测量时，输入声音单元(如传声器)尽可能地记录最准确和正确的测量数据很重要。可能影响前述记录的一个因素是探针单元中使用的传声器的灵敏度，因此，当评估不同的诊断测量数据时，知道传声器的灵敏度很重要。
用于听力诊断中的探针(即探针单元)的传声器大部分属于商用型(与助听器一样)，其中灵敏度跨频谱的变化将被预期。此外，不同探针中使用的同一类型的不同传声器的灵敏度之间经常有差异。因此，这样的传声器不能被假定具有平坦的频率响应。应注意，用于校准探针传声器的灵敏度的如下面的描述的参考传声器通常不遭遇前述问题。因而，为在耳道暴露于刺激并通过探针传声器记录时从耳道获得最准确的响应，常常进行校准以获得复杂的探针传声器灵敏度，其使传声器的电压输出与探针单元尖端处的声压有关。
目前，获得探针传声器灵敏度的最精确的方式是通过将探针传声器与参考传声器相邻放在声学自由场中，从而假定两个传声器遭受同样的声压。这是相当大规模的测量，因为其优选需要无回音室或者音箱、对噪声非常敏感、及在诊断探针的校准程序的环境中不是很方便。
更简单的方法是将探针插入在小耦合器(如可通过商业途径得到的G.R.A.S.0.4cc耦合器)中并假定耦合器的探针传声器和参考传声器处的声压相等。然而，由于腔中的驻波及探针与参考电极相对地插入，对于较高频率并非如此。由于探针处的声压抵消，这些驻波的结果对于耦合器的1/4波长谐振是大的误差。前述设置的草图如图1中所示。
为减少这种抵消的影响(即驻波引起的误差)，一种选择是减小耦合器的大小，从而将陷波(即误差)朝向更高的频率跃迁。这已使用0.4cc耦合器中的特殊插件进行测试，将体积减小到约0.13cc。这使得陷波跃迁到约17kHz，但由于朝向陷波的阻抗失配，明显的误差依然存在。由于参考传声器的物理尺寸的限制，更小的腔不可行。
Rasetshwane和Neely[2]描述了一种方法，其中探针管传声器初始使用参考传声器在波导的端部进行校准。将发现其传声器灵敏度的探针之后代替参考传声器，及探针管传声器现在用作参考传声器。然而，该程序同样十分广泛，因为除参考传声器之外其还需要另外的外部传声器和声源。
发明内容
本申请提供一种传声器校准方法，其使可能获得传声器如听力诊断中使用的探针传声器在非常宽频率范围的灵敏度，而不需要声学自由场测量或者不同于参考传声器的任何外部变换器。还提供一种传声器校准方法，其不需要耦合器或类似装置，其物理尺寸不是那么小从而不会因参考传声器的尺寸限制而引起问题。
上述及另外的目标和优点通过根据本发明的传声器校准方法获得，该方法总体上基于测量声学耦合器单元的声学阻抗及估计声学耦合器跨频谱的声学传输阻抗的能力，其中声学单元灵敏度合乎需要，如探针单元传声器灵敏度。根据本发明的方法及其方面将从下面的描述明显看出。
在下面，无论在何时提及“声学单元”、“探针”或对等的“探针单元”，探针可包括至少一传声器和一个扬声器，配置成产生可与其它事物一起用于探针单元校准目的的适当声音信号和/或刺激信号。
类似地，在下面，无论在何时提及“声学耦合器”或对等的“耦合器单元”或“耦合器”，应当理解，这指实质上一样的“单元”，及所述耦合器包括至少一个用于校准目的的参考传声器。
具体地，探针单元本身可在先前的步骤中校准(例如参见[1])以获得其戴维南(Thevenin)源参数，这使探针能测量其遭受的任何声学负荷。对于探针单元的戴维南参数校准的更多细节，请参考[1]。
此外，当提及声学单元的“输入单元”时应被预期为“装置”，其配置成至少将传输的信号记录为对声学刺激的响应。因而，“输入单元”优选为传声器，如本说明书中可明显看出的。
根据本发明的实施例，其可以是扬声器(即声源)，其在传声器灵敏度测量期间用于刺激，也是用于声学耦合器的阻抗测量的扬声器。这意味着探针和声学耦合器之间的过渡效应(其主要影响阻抗最小值)在灵敏度和阻抗测量中均一样，因而可被完美地补偿，在给定声学耦合器的传输阻抗的情形下(这些量将在下面详细定义)。在声学耦合器的传输阻抗中没有阻抗最小值，及由于声学耦合器的参考传声器测量几乎跨声学耦合器的整个端面的声压，因此这不受这些效应的影响，声学耦合器的传输阻抗可分析地进行计算。
根据一实施例，声学耦合器的输入阻抗和探针传声器灵敏度可同时而不是在两个分开的步骤中测量，刺激声源为其戴维南参数已在先前确定的声源。
然而，根据一实施例，这些量(即耦合器的输入阻抗和探针传声器灵敏度)也可分开地测量，如在校准程序的两个不同步骤中。
根据本发明的第一方面，提供一种用于确定声学单元(如探针单元)中的传声器灵敏度的方法，该方法包括：
-提供用于诊断目的的声学单元如探针单元；
-提供具有至少一内腔的声学耦合器，其配置成使得声场可在该内腔内产生。该内腔还与参考传声器声学通信，参考传声器配置成测量内腔中给定位置处的参考声压；
-在声学耦合器和声学单元之间建立声学通信。这通过内腔另外设置有入口开口实现，入口开口配置成在将确定其灵敏度的声学单元的声音入口之间建立声学通信；
-确定声学单元的灵敏度，其中声学单元的灵敏度确定为声学单元的输出电压V(f)和由声源(如接收器)在内腔中产生及由参考传声器测量的参考声压pref之间的比乘以随频率而变的传递函数，其中该传递函数为声学耦合器的入口开口处的输入阻抗Zin和声学耦合器的入口开口及参考声压pref在其处由参考传声器测量的位置之间的传输阻抗Ztrans的函数。
通过该方法，声学单元(即探针传声器)的灵敏度可在校准步骤中进行计算和补偿，藉此可得到耳道中压力的更准确的测量数据。该方法使用声学耦合器的声学传输阻抗和声学输入阻抗的分析表示(用于校准目的)来估计输入单元即用于记录耳道中的声压的探针传声器的灵敏度。
当提及“补偿后的灵敏度”或者“灵敏度”时，应当理解为声学单元的实际灵敏度，而“无补偿的灵敏度”指包括由声学耦合器中的谐振引起的误差的实际灵敏度。
在实施例中，声学耦合器的入口开口处的输入阻抗Zin可预先确定或者可进行测量。
在实施例中，传递函数可以例如从传输线模型直接预先确定。
在实施例中，声学单元包括其灵敏度将被测量和补偿的传声器单元，及包括配置成在声学耦合器中产生声场和/或刺激的声源(如扬声器或对等的接收器单元)，当声学单元与声学耦合器声学通信时。
在实施例中，在用于测量声学单元的灵敏度的声学耦合器中产生声场和/或刺激的声源也是用于输入阻抗测量的声源。使用该方法的这种安排，实现在探针和声学耦合器之间的过渡效应(主要影响阻抗最小值)在灵敏度和阻抗测量中均一样，因此，这些过渡效应在给定传输阻抗的情形下可被完美或实质上完美地补偿。
在实施例中，声学耦合器的传输阻抗Ztrans针对用于测量灵敏度的具体声学耦合器分析地确定或者使用不同于声学单元的其它设备进行测量。
在实施例中，传输阻抗基于声学耦合器的物理尺寸分析地计算，如从下式给出的传输线模型计算：
其中Z0为特性阻抗，Г为传播常数，L为传输线的长度，pref为耦合器的参考传声器上的压力，Uref为注入参考传声器的体积速度，pprobe为声学单元(即探针单元的传声器单元)上的压力，及Uprobe为由声学单元注入耦合器的体积速度。
在实施例中，声学耦合器可以是可通过商业途径获得的G.R.A.S.0.4cc(立方厘米)耦合器。
然而，应注意，可发现其传递函数的其它适当的声学耦合器和/或波导适合与在此描述的方法一起使用。0.4cc声学耦合器仅指使用例子，对本领域技术人员显而易见的是，其它声学耦合器可同样地使用，只要这些耦合器的传递函数可进行计算和/或测量即可。原则上，其传递函数、声学输入阻抗和/或声学传输阻抗可进行测量和/或建模的任何音箱均可用于该方法。
在实施例中，声学单元可以是配置成与其它事物一起用于听力诊断的声学探针的一部分。
根据本发明的第二方面，提供用于进行听力诊断的诊断工具。该听力诊断工具配置成进行听力诊断及根据在此描述的方法执行校准程序。
因而，在实施例中，诊断工具包括具有第一端和第二端的手柄元件，其中声学单元被提供在第二端中。此外，声学单元可包括配置成向声学耦合器和/或受测对象的耳道提供刺激信号的至少一输出单元，及配置成记录从声学耦合器和/或受测对象的耳道内部传输的声音的至少一输入单元，其中诊断工具还包括处理单元，该处理单元配置成执行声学单元的校准程序，该校准程序按结合根据本发明实施例的方法所描述的执行。
在第二方面的实施例中，声学单元如探针单元利用通信元件连接到诊断工具如手柄元件的第二端，通信元件配置成将信息传到声学单元的部分和/或从其接收信息。通过在声学单元和手柄元件之间部分产生物理间隔，避免由“操作员”或类似地“用户”(如听觉护理专家)引入的可能振动或其它运动效应。前述因操作诊断工具引入的振动和/或运动效应可导致在声学单元进行的测量中引入误差，这样的误差优选应尽可能多地限制。
因而，在实施例中，声学单元可包括配置成插入到耳道和/或声学耦合器内的一端中的声学元件如输入单元(即传声器)和配置成将声学单元连接到诊断工具的第二连接端，其中声学元件例如通过通信元件连接到所述连接端。配置成传输信息的通信元件可以是一根或多根导电线缆和/或导线，其优选通过外套如管与环境分开。
在实施例中，声学单元如声学单元的声学元件和诊断工具之间的通信可通过无线连接实现。
在实施例中，从校准程序获得的数据保存在声学单元而不是诊断工具本身中。这样，声学单元可在不同的诊断工具之间互换。
使用这种类型的诊断工具，声学单元如探针单元中的探针传声器的校准可容易地进行，同时避免需要因先前描述的耦合器尺寸限制引起的大量声学自由场设置、限制问题和大量校准程序。使用该方法，诊断工具可配置成至少用声学耦合器直接执行校准程序，因而该方法例如在听力诊断期间提供更容易的校准设置。
在实施例中，诊断工具还可包括压力单元，配置成在受测对象的耳道中导致变化的压力。
应注意，诊断工具的处理单元的配置将结合根据本发明的听力诊断系统更详细地描述。因而，在此描述的方面的特征应当理解为同样包括在未直接描述但对本领域技术人员显而易见的方面中。
根据本发明的第三方面，提供用于提供听力诊断的系统。该系统包括：
-配置成进行听力诊断的诊断工具，该诊断工具包括：
-具有第一端和第二端的手柄元件，其中声学单元被提供在第二端中；
-声学单元，包括配置成向声学耦合器提供刺激信号的至少一输出单元及配置成记录从声学耦合器内部传输的声音的至少一输入单元，所述诊断工具还包括处理单元，该处理单元配置成在诊断工具在校准程序期间与声学耦合器的腔声学通信时执行声学单元的校准程序，其中所述校准程序根据第一方面描述的方法执行。
在第三方面的实施例中，处理单元包括传声器校准设置，配置成根据第一方面的方法校准声学单元中的传声器。
在这些方面的实施例中，声学单元的输出单元为扬声器单元，配置成将声学刺激和/或声音信号发射到所述声学耦合器内，及所述输入单元为传声器单元，配置成测量声学耦合器的入口位置处所得的声压，其中所述声学耦合器还包括参考传声器，配置成测量所述声学耦合器的出口位置处的声压。
在实施例中，处理单元配置成向声源提供电信号，藉此，声源将声学刺激和/或声音信号发射到声学耦合器内，处理单元还配置成从声学耦合器的参考传声器接收电输出信号及保存包括表征声学耦合器的声学性态的声学参数的数据。
此外，在实施例中，校准程序和/或校准设置配置成校准声学单元的传声器单元，至少利用第一方面的方法。也就是说，校准程序配置成执行根据第一方面的方法以校准传声器的灵敏度使得在听力诊断测量期间获得更准确的测量数据。
在在此描述的各方面的实施例中，表征耦合器的声学性态的声学参数包括声学耦合器的输入阻抗Zin，其中该输入阻抗预先确定或进行测量，和/或其中处理单元保存的值包括下组的任何元素或这些元素的任何组合：系统的记录或分析测量数据；声学单元(如探针)提供的输出电压、参考传声器测量的声压、声学耦合器的计算分析的或预先确定的传输阻抗。
在实施例中，处理单元配置成从保存的数据计算声学耦合器的分析传输阻抗，及进一步输出和/或保存针对特定频率范围计算补偿的传声器灵敏度值。
根据第三方面的系统可类似地配置成计算声学单元中的传声器的灵敏度以执行传声器校准程序，其中传声器的灵敏度从声学耦合器的声学传递函数估计。
因而，该系统的处理单元可配置成根据第一方面的方法计算和输出补偿后的传声器灵敏度(即传声器的灵敏度)。
在该系统的各方面的实施例中，诊断工具和/或方法配置成应用备选的不同耦合器，这在应用在此描述的方法时对本领域技术人员显而易见。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1示出了应用0.4cc耦合器、参考传声器和配置成在耦合器中产生声场的适当声源的传声器校准设置的示意性图示(由于探针至少包括声源和传声器，声源未在图中示出，例如参见[1])。
图2A和图2B示出了借助于G.R.A.S.0.4cc耦合器获得的、未进行另外的补偿的诊断探针传声器的灵敏度的幅值(图2A)和相位(图2B)曲线图。
图3A和图3B示出了G.R.A.S.0.4cc耦合器的测得的输入阻抗、分析确定的集总元件输入阻抗和分析确定的传输阻抗的幅值(图3A)和相位(图3B)曲线图。
图4A和图4B示出了声学耦合器的源自用于基于参考传声器处的声压校准探针传声器处的实际声压的计算的传输阻抗和测得的输入阻抗之间的比的传递函数的幅值(图4A)和相位(图4B)曲线图。
图5A和图5B示出了无补偿的传声器灵敏度和对应的根据本发明的方法获得的补偿后的灵敏度的幅值(图5A)和相位(图5B)曲线图。
图6A和图6B示出了探针传声器的自由场灵敏度相较于同一探针传声器的补偿后的及无补偿的灵敏度的幅值(图6A)和相位(图6B)曲线图。
图7A和图7B示出了补偿后的及无补偿的灵敏度相对于对应的自由场灵敏度的误差的幅值(图7A)和相位(图7B)曲线图。
图8示出了示意性的听力诊断设置。
图9示意性地示出了听力诊断校准系统设置中使用的诊断工具。
图10示意性地示出了听力诊断校准系统中使用的诊断工具，该诊断工具具有物理上与手柄元件分开的声学单元的声学元件。
图11示意性地示出了处理单元及其输入和输出参数的图。
具体实施方式
下面结合附图提出的详细描述作为根据本发明的包括方法、诊断工具和听力诊断系统等多方面的非限制性实施例的描述。
参考图1，示出了应用0.4cc耦合器、参考传声器和配置成在耦合器中产生声场的适当声源的传声器校准设置的示意性图示(由于探针至少包括声源和传声器，声源未在图中示出，例如参见[1])。该设置构成可用于实施根据本发明的方法的设置的非限制性例子。
图1示出了总体上由附图标记1指示的探针单元(对等地，声学单元)，其包括探针传声器2和声源8。此外，示出了声管3，其配置成在声场(在该例子中存在于声学耦合器5中)和探针单元1中包含的传声器的膜片之间提供声学通信。应注意，图1中所示的设置仅为怎样根据在此的方法设置校准程序的一个例子。因而，探针传声器2和声源(如扬声器单元)8的所示安排仅用于说明目的。应注意，声管3优选包括一个或多个声学“管”、“通道”和/或“声导腔”(未示出)，至少一声导腔与传声器连通，及一个声导腔与接收器连通。
通过声管3提供的声音信号被声学单元1中的探针传声器2记录并转换为电输出信号及通过线4传给处理单元进行进一步的处理。同样，提供声学连接到耦合器5的参考传声器6，其在参考传声器6的膜片遭受声压即图1所示的设置中耦合器5中的声压时提供电输出信号7。通过线4和7传到处理单元的记录的信号的处理将从本说明书的描述明显看出。
图1中还示出了探针传声器2的声管3的入口处的声压pprobe及对应的体积速度Uprobe。参考传声器6的膜片处的声压由图1中的pref指明。图1中指出的多个不同的量将在下面的本发明实施例的详细描述中提及。
本发明的原理基于测量声学耦合器的声学输入阻抗及估计跨频谱的声学传输阻抗的能力，其中传声器灵敏度合乎需要。具体地，本发明中提出的例子中的阻抗测量基于如[1]中描述的探针的戴维南校准。假定参考传声器和探针传声器处的声压相等，传声器无补偿灵敏度通过将从探针传声器测得的电压除以参考传声器上的声压进行计算：
声音刺激通过声学单元(即探针)中的一个或多个扬声器(即声源)传送。
然而，如本发明的背景技术中提及的，不能假定探针传声器处的声压与参考传声器处的一样。因此，如果上面的表达式应用于计算传声器灵敏度，误差将被引入，其在较高频率下尤其突出。这在图2A和2B中示出。
参考图2A和2B，示出了借助于G.R.A.S.0.4cc耦合器获得的、未进行另外的补偿的诊断探针传声器的灵敏度的幅值(图2A)和相位(图2B)曲线图。如从图2A和2B的图看出的，灵敏度测量结果的幅值和相位均表明在9.5kHz附近具有大的陷波8。在约9.5kHz时的大陷波8是耦合器中1/4驻波的结果并在获得的灵敏度中引起巨大误差。
在使用图1中所示设置的现有技术灵敏度测量期间的假设是遍及耦合器的声压均匀。这相当于将耦合器近似为集总元件类推中的电容器，声学阻抗由下式给出：
如上面提及的，探针的戴维南参数在测量传声器灵敏度之前获得。声学耦合器的输入阻抗Zin因而在测量探针传声器灵敏度之前确定。输入阻抗Zin的复值例如被保存在设备(如听力诊断工具)中的处理单元的存储器中以供随后使用，用于测量探针传声器灵敏度。作为备选，输入阻抗可与传声器灵敏度同时测量。
参考图3A和3B，示出了通过探针单元的戴维南校准获得的声学耦合器输入阻抗11和13及由上面的Zc表达式给出的对应的集总元件近似值10和12的幅值(图3A)和相位(图3B)曲线图。图3A和3B还示出了所使用的声学耦合器的分析确定的传输阻抗9(相位曲线几乎与12一致)，该分析确定的传输阻抗将在下面阐述。这些图指明了对于较高频率将预期巨大的灵敏度误差。
测得的声学输入阻抗11、13受多种声学效应影响，因为其被测量为从探针看到的结果(这是[1]中公开的方法背后的主要想法)。这意味着探针传声器上的声压在灵敏度校准期间也受这些效应影响，当在戴维南校准期间使用的扬声器刺激时。这些效应包括隐失模式和扩展流损失及在[1]中更详细地描述。这些效应为声学耦合器内的局部效应及仅在接近声音出口时出现。即使隐失模式可能朝向耦合器端部尚未整个衰变，它们仍影响传输阻抗，因为参考传声器测量跨耦合器端部的整个表面的声压。因此，这些声学效应在声学耦合器的传输阻抗中可被忽视，其定义为参考传声器上的压力pref除以在耦合器的另一端由探针注入的体积速度Uprobe(传输阻抗在文献的其它部分可能具有不同的定义)：
声学耦合器的输入阻抗定义为探针传声器上的压力pprobe除以在耦合器的另一端由探针注入的体积速度Uprobe：
参考传声器和探针传声器处存在的声压之间的比可计算如下：
这样，探针传声器上的实际压力可就从探针看到的声学阻抗及声学传输阻抗方面进行计算。传输阻抗可从耦合器的物理尺寸如从传输线模型分析地计算：
其中Z0为特性阻抗，Г为传播常数，L为传输线的长度，Uref为参考传声器上的体积速度。假定耦合器为硬壁、刚性终结的波导，设定Uref＝0和Uprobe＝1，pref可被隔离并直接解释为作为设定Uprobe＝1的结果的传输阻抗，即传输阻抗由下面的表达式给出：
通常，参考传声器的输入阻抗Zmic足够大使得其可被忽视，但如果参考传声器的输入阻抗Zmic由制造商提供，其可通过设定Uref＝pref/Zmic及再次求解pref而包括在模型中，导致：
参考传声器阻抗未包括在这些学术研究中，因为其未针对使用的传声器提供。Brüel&针对一些传声器提供了该信息，可设想测量设置，其中包括该参数有利。
通过使用所利用的0.4cc耦合器的物理尺寸发现的传输阻抗在图3A和3B中示为曲线9。已计算分析的传输阻抗和测量输入阻抗，可计算这些阻抗之间的比。结果图示在图4A和4B中，示出了用于基于参考传声器处的声压校准探针传声器处的实际声压的计算的传输阻抗和测得的输入阻抗之间的比的幅值(图4A)和相位(图4B)曲线图。
补偿的传声器灵敏度现在可基于下述量确定：
(i)探针传声器提供的输出电压Vprobe(图1中的附图标记4)；
(ii)由参考传声器6测量并通过线8提供给处理单元的声压pref；
(iii)预先确定的或者同时测量的耦合器5的输入阻抗Zin；及
(iv)计算的传输阻抗Ztrans，其可以是针对比较简单的几何结构的耦合器分析地计算。
应当理解，根据本发明的方法也可使用任何具有预定传输阻抗的耦合器进行利用，其保存在设备如诊断工具的处理单元中，用于校准目的。
具体地，传声器灵敏度可通过下面的表达式确定：
其中，输出电压Vprobe和参考声压pref例如使用图1中所示的设置测量，Zin已在测量之前或者与测量同时确定，及Ztrans已分析确定或者对于特定耦合器已知，例如如上所述。
参考图5A和5B，示出了无补偿的传声器灵敏度(幅值15和相位16)和对应的根据本发明的方法获得的补偿后的灵敏度的(幅值14和相位17)幅值(图5A)和相位(图5B)曲线图。灵敏度的补偿现在可通过使参考传声器上的压力乘以灵敏度计算中的阻抗的比进行，如上面的灵敏度等式给出的。
为证实本发明方法，使用具有内置扬声器的音箱测量探针的自由场灵敏度，其中参考和探针传声器彼此接近地放置。结果图示在图6A和6B中，其示出了探针传声器的自由场灵敏度相较于同一探针传声器的补偿后的及无补偿的灵敏度的幅值(图6A)和相位(图6B)曲线图。具体地，18示出了无补偿灵敏度的幅值，19示出了自由场灵敏度的幅值，及20示出了用根据本发明的方法获得的补偿后的灵敏度的幅值。类似地，21示出了无补偿灵敏度的相位，22示出了自由场灵敏度的相位，及23示出了用根据本发明的方法获得的补偿后的灵敏度的相位。从图6A和6B可明显看出，补偿后的灵敏度测量结果实质上遵循自由场灵敏度测量结果的曲线。
该观察进一步参考图7A和7B确认，其中示出了补偿后的及无补偿的灵敏度相对于对应的自由场灵敏度的误差的幅值(图7A)和相位(图7B)示例曲线图。附图标记24示出了无补偿灵敏度的幅值误差，25示出了补偿后的灵敏度的误差幅值，及26和27示出了相应误差的对应相位。图7A和7B清楚地证明了根据本发明的方法的能力，示出了几乎可忽视的误差，直到频率高于10kHz。
现在参考图8，示出了简化的听力诊断设置，其中声学单元如探针单元1与声学元件5a声学连接，在该情形下，其示为受测试的人和/或动物的耳道。当执行耳声发射(OAE)测量时，探针单元1的扬声器单元8将声学刺激和/或声音信号传入受测对象的耳道内。随后，耳朵的耳蜗的小毛细胞(未示出)反射声音信号，作为对耳道中声压增大的反应，该反应在OAE测量中由探针单元1的传声器2记录。如先前所述，因此，探针单元1的传声器2能够记录该反应的正确及准确的测量很重要。
因而，及参考图9，如用于OAE测量的诊断工具可配置成执行传声器的校准程序以确保最准确的测量数据被记录从而用于诊断目的。前述诊断工具30在图9中示意性地示出，并包括具有第一端32和第二端33的手柄元件31，其中声学单元34被提供在第二端33中。声学单元34(如探针单元)包括配置成向声学耦合器5和/或耳道5a提供刺激信号的至少一输出单元8(如接收器)和配置成记录从声学耦合器5内部传输的声音的至少一输入单元2(如传声器)，其中诊断工具30还包括处理单元35。如已经简单涉及的，处理单元35配置成执行声学单元34的校准程序，其中该校准程序应当理解包括本申请中描述的方法。
应注意，声学单元34可直接连接到手柄元件31的第二端33，如图9中所示。然而，在实施例中及如图10中所示，声学单元34如探针单元利用通信元件37连接到诊断工具30上的手柄元件31如手柄元件31的第二端33。通信元件37配置成将去往和/或来自声学单元的一部分的信息传给手柄元件。通过至少在声学单元34的声学元件38(包括传声器2和扬声器8)和手柄元件31之间部分产生物理间隔(即通过通信元件37)，避免由“操作员”或类似地“用户”(如听觉护理专家)引入的可能振动或其它运动效应。前述因操作诊断工具引入的振动和/或运动效应可导致在声学单元进行的测量中引入误差，这样的误差优选应尽可能多地限制。
因而，如图10中所示，在实施例中，声学单元可具有声学元件38如输入单元(即传声器)和设置在声学单元的一端37a中的接收器。包括声学元件38的所述端37a配置成插入到耳道和/或声学耦合器内。声学单元的另一端37b配置成将声学单元34连接到诊断工具的手柄元件31。因而，声学单元的第二端37b包括构造成与手柄元件31上的对应连接元件啮合的连接装置(未示出)。如从图10明显看出的，声学元件38经通信元件37连接到连接端37b(对等地理解为声学单元的第二端)。通信元件37配置成通过一根或多根导电线缆和/或导线传输信息，其优选通过外套如管(未详细示出)与环境分开。
在实施例中，从校准程序获得的数据保存在声学单元34而不是诊断工具本身的手柄元件31中。这样，声学单元34可在不同的诊断工具之间互换。更具体地，声学单元34可与诊断工具的手柄元件31分离，校准数据保存在声学单元34的处理单元中而不是手柄元件的处理单元中。因而，根据在此描述的方法进行校准的探针传声器可与不同的诊断工具一起使用。
因而，及如图10中所示，声学单元34可包括处理单元35，该处理单元实质上执行和运行本申请中描述的方法。
在图9和10所示的两个实施例中，诊断工具的手柄元件可包括用户接口(在图10中记为UI)，诊断工具的“操作员”或类似地“用户”(如听觉护理专家)例如可通过其控制在此描述的校准程序。
此外，诊断工具的手柄元件可包括声学耦合器入口，其配置成将用于校准目的的声学耦合器的导电元件连接到手柄元件，藉此校准程序从诊断工具直接执行。
更具体地，及参考图9、10和11，诊断工具30配置成在诊断系统的校准设置中控制校准程序。也就是说，处理单元35配置成向声源8提供电信号36，藉此，声源将发射声学刺激和/或声音信号到声学耦合器5内。处理单元35还配置成从声学耦合器5的参考传声器6接收电输出信号7。另外，处理单元35接收记录的探针传声器信号4。
处理单元35可保存表征声学耦合器的声学性态的声学参数用于进一步校准目的。表征声学耦合器的声学性态的声学参数包括声学耦合器的输入阻抗Zin。该输入阻抗可预先确定或进行测量，如图11中所示，分别由虚线Zin和非虚线箭头Zin表示。此外，处理单元保存的值包括下组的任何元素或这些元素的任何组合：系统的记录或分析测量数据；声学单元1的传声器2提供的输出电压Vprobe、声学耦合器中的参考传声器测量的声压pref、声学耦合器的计算分析的或预先确定的传输阻抗Ztrans。
如图11中示意性示出的，这些值，物理是预先确定还是在校准程序期间测量，均在处理单元中进行处理，藉此计算补偿后的传声器灵敏度，如先前所述。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。
提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。
权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。
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Claims (15)

1.一种用于确定声学单元中的传声器灵敏度的方法，所述方法包括：
提供声学单元；
提供具有至少一内腔的声学耦合器，其配置成使得声场可在该内腔内产生，该内腔还与参考传声器声学通信，所述参考传声器配置成测量所述内腔中给定位置处的参考声压；
在所述声学耦合器和所述声学单元之间建立声学通信，所述内腔还设置有入口开口，所述入口开口配置成在将确定其灵敏度的所述声学单元的声音入口之间建立声学通信；
确定声学单元的灵敏度，其中所述灵敏度确定为声学单元的输出电压和由声源在所述内腔中产生及由所述声学耦合器的参考传声器测量的参考声压之间的比乘以随频率而变的传递函数，其中所述传递函数为声学耦合器的所述入口开口处的输入阻抗Zin和声学耦合器的入口开口及参考声压在其处由参考传声器测量的位置之间的传输阻抗Ztrans的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中声学耦合器的入口开口处的所述输入阻抗Zin预先确定或者进行测量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述声学单元包括其灵敏度将被测量和补偿的传声器单元，及包括配置成当所述声学单元与声学耦合器声学通信时在所述声学耦合器中产生声场和/或声音刺激的声源。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，在用于测量声学单元的灵敏度的声学耦合器中产生声场和/或刺激的声源也是用于输入阻抗测量的声源。
5.根据前面任一权利要求所述的方法，其中所述传输阻抗Ztrans针对用于测量所述灵敏度的具体声学耦合器分析地确定或者使用不同于声学单元的其它设备进行测量。
6.根据前面任一权利要求所述的方法，其中所述传输阻抗基于声学耦合器的物理尺寸分析地计算，如从下式给出的传输线模型计算：
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其中Z0为特性阻抗，Г为传播常数，L为传输线的长度，pref为耦合器的参考传声器上的压力，Uref为注入参考传声器的体积速度，pprobe为声学单元上的压力，及Uprobe为由声学单元注入耦合器的体积速度。
7.根据前面任一权利要求所述的方法，其中所述耦合器为0.4立方厘米耦合器。
8.根据前面任一权利要求所述的方法，其中所述声学单元是配置成与其它事物一起用于听力诊断的声学探针单元的一部分。
9.配置成执行听力诊断的诊断工具，所述诊断工具包括：
具有第一端和第二端的手柄元件，其中声学单元被提供在第二端中；
所述声学单元包括配置成向声学耦合器提供刺激信号的至少一输出单元，及配置成记录从所述声学耦合器内部传输的声音的至少一输入单元，其中所述诊断工具还包括处理单元，所述处理单元配置成执行所述声学单元的校准程序，所述校准程序包括根据权利要求1-8任一所述的方法。
10.用于提供听力诊断的系统，所述系统包括：
声学耦合器；
配置成进行听力诊断的诊断工具，所述诊断工具包括：
具有第一端和第二端的手柄元件，其中声学单元被提供在第二端中；
所述声学单元包括配置成向所述声学耦合器提供刺激信号的至少一输出单元及配置成记录从声学耦合器内部传输的声音的至少一输入单元；
所述诊断工具还包括处理单元，所述处理单元配置成在所述诊断工具在校准程序期间与所述声学耦合器的腔声学通信时执行所述声学单元的校准程序，其中所述校准程序根据权利要求1-8任一所述的方法执行。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述声学单元的输出单元为扬声器单元，配置成将声学刺激和/或声音信号发射到所述声学耦合器内；及所述输入单元/记录单元为传声器单元，配置成测量声学耦合器的入口位置处所得的声压；其中所述声学耦合器还包括参考传声器，配置成测量所述声学耦合器的出口位置处的声压。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述处理单元配置成向所述声源提供电信号，藉此，所述声源将把所述声学刺激和/或声音信号发射到所述声学耦合器内，所述处理单元还配置成从所述声学耦合器的所述参考传声器接收电输出信号；及
所述处理单元配置成保存包括表征声学耦合器的声学性态的声学参数的数据。
13.根据权利要求10-12任一所述的系统，其中所述校准程序配置成校准声学单元的传声器单元。
14.根据权利要求12所述的系统，其中表征所述声学耦合器的声学性态的声学参数包括声学耦合器的输入阻抗Zin，所述输入阻抗预先确定或进行测量，和/或其中所述处理单元保存的值包括下组的任何元素或这些元素的任何组合：系统的记录或分析测量数据；声学单元提供的输出电压、参考传声器测量的声压、声学耦合器的计算分析的或预先确定的传输阻抗。
15.根据权利要求10-14任一所述的系统，其中所述处理单元配置成从保存的数据计算所述声学耦合器的分析传输阻抗，及进一步输出和/或保存针对特定频率范围计算补偿的传声器灵敏度值。
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