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對(duì)耳機(jī)和耳塞的性能數(shù)據(jù)的收集過程與之類似：使用測(cè)試信號(hào)驅(qū)動(dòng)耳機(jī)/耳塞的聲學(xué)傳感器，并用麥克風(fēng)捕捉其聲音并進(jìn)行分析。

但與揚(yáng)聲器不同的是，耳機(jī)和耳塞是為了適應(yīng)人們耳朵的形狀而設(shè)計(jì)的，這使得性能數(shù)據(jù)的收集變得更加的復(fù)雜。

因此，用于收集耳塞/耳機(jī)數(shù)據(jù)的麥克風(fēng)必須放置在能夠模擬人類耳朵的聲學(xué)結(jié)構(gòu)中，并且耳機(jī)或者耳塞的佩戴方式必須與人們?cè)趯?shí)際生活中所使用的佩戴方式保持一致。

圖1：耳機(jī)的類型（a）耳罩式耳機(jī)（b）貼耳式耳機(jī)（c）半入耳式耳機(jī)（d）入耳式耳機(jī)。

耳道的共振和來自身體和耳廓的反射會(huì)極大地影響鼓膜處（稱為鼓膜參考點(diǎn)，或DRP，即測(cè)量麥克風(fēng)的振膜所在位置）的響應(yīng)。根據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景不同，耳機(jī)和耳塞可以通過各種聲學(xué)測(cè)試裝置（ATF）進(jìn)行測(cè)試。

圖2：封閉式仿真耳（具有封閉式耳道延伸的耳模擬器）

國際電工委員會(huì)（IEC）已經(jīng)指定了一種耳模擬器用作模擬人類的耳道（稱為IEC 60318-4耳模擬器），其DRP上有一個(gè)麥克風(fēng)。

耳道延伸器和封閉式耳道延伸器均是它的指定配件，因此這種耳模擬器可以適應(yīng)于多種固定裝置和應(yīng)用場(chǎng)景。

如果裝上耳道延伸和人造耳廓，耳模擬器就可用來測(cè)試頭戴式耳機(jī)，如果裝上封閉式耳道延伸，耳模擬器就可用來測(cè)試入耳式和半入耳式耳機(jī)（圖2）。

與此同時(shí)，圖3中的圖表顯示了在自由聲場(chǎng)中測(cè)量的揚(yáng)聲器響應(yīng)（其中揚(yáng)聲器均衡設(shè)置為flat），以及使用相同的聲學(xué)信號(hào)，在HATS（即人體頭和軀干模擬器模型，這個(gè)模型我們稍后討論）中的耳模擬器DRP測(cè)量所得的結(jié)果。

圖3：分別使用自由聲場(chǎng)麥克風(fēng)和DRP上的入耳式麥克風(fēng)所測(cè)量的處于自由聲場(chǎng)中的揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)。

可以看出由共振和反射所引起的響應(yīng)變化是非常明顯的。

對(duì)于入耳式耳機(jī)，只需要使用具有封閉式耳道延伸器的耳模擬器就可以了（如圖4），因?yàn)橥舛?，頭部或軀干對(duì)于聲音的影響微乎其微。

圖4：一個(gè)入耳式耳機(jī)被連接到封閉式耳模擬器。

對(duì)于耳機(jī)和其他種類的耳塞，因?yàn)樗鼈儠?huì)受到耳廓，頭部還有胸部反射的影響，可以將耳模擬器安裝在較大的固定裝置中進(jìn)行測(cè)量，例如使用HATS。

圖5是一個(gè)模擬人類耳朵和臉頰的設(shè)備，它由一個(gè)耳模擬器和人工耳廓組成。人工耳廓被安裝在了一個(gè)模擬人類臉頰或者側(cè)臉的平面上，設(shè)備上帶有一個(gè)可調(diào)節(jié)的臂，用于模擬耳機(jī)和耳廓之間貼合時(shí)的壓力。

圖5：43AG耳和臉頰模擬器，G.R.A.S. Sound and Vibration。

HATS人體模型能夠模擬人體頭部的聲音反射和聲影，以及人體頸部，肩部還有胸部的聲音反射和吸收（圖6）。

圖6：5128型HATS

兩組耳模擬器和耳廓分別安裝在模擬器頭部的兩側(cè)。如果想對(duì)耳機(jī)的麥克風(fēng)進(jìn)行測(cè)試，可以添加一個(gè)嘴模擬傳感器。如果想準(zhǔn)確的測(cè)試耳機(jī)自帶的麥克風(fēng)，使用HATS是尤為重要的。

圖7中所示的是另一種解決方案，它比HATS便宜，但是又比其他的一些方案更加完善，這種耳機(jī)測(cè)試夾具使用了兩個(gè)耳模擬器和人造耳廓，分別安置在一個(gè)大型的鋁制圓柱體頭部兩側(cè)。

圖7：ISO 4869-3耳機(jī)測(cè)試夾具，型號(hào)AECM206

像HATS一樣，它可以同時(shí)測(cè)試左耳和右耳的耳機(jī)。對(duì)于在生產(chǎn)車間進(jìn)行的測(cè)試，可以使用錐形的鋁制配件來代替人工耳廓，從而讓耳機(jī)的測(cè)試更快速，更容易重復(fù)操作。

此外，它的大型的圓柱形頭部能夠提供非常好的聲學(xué)隔離效果，這是測(cè)試耳罩式耳機(jī)和ANC（主動(dòng)降噪）耳機(jī)在降低環(huán)境噪音方面的效果時(shí)所必需的。

數(shù)據(jù)測(cè)量的結(jié)果

耳模擬器配合上面所說的這些固定工具/夾具，再加上能夠使用Farina對(duì)數(shù)掃描的正弦波線性調(diào)頻信號(hào)的現(xiàn)代分析儀器，我們就能夠得到非常多的數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果，這其中包括了：

? 頻率響應(yīng)

?電氣阻抗

?輸入電壓

? 聲壓級(jí)

?諧波和互調(diào)失真

?噪聲衰減

?串?dāng)_衰減（串音衰減）

?Rub 聲和Buzz聲

?左/右耳追蹤

耳廓造成的反射以及耳道產(chǎn)生的阻抗和共振可以被耳模擬器和其上的麥克風(fēng)忠實(shí)地模擬出來，并提供DRP上的響應(yīng)曲線。

但是，正如圖3所顯示的情況，這樣獲得的原始測(cè)量數(shù)據(jù)并不容易和被測(cè)設(shè)備的公開數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)還有工程技術(shù)參數(shù)對(duì)應(yīng)起來，因?yàn)楹笳呤窃谧杂陕晥?chǎng)或者是擴(kuò)散聲場(chǎng)中測(cè)試設(shè)備時(shí)所得到的響應(yīng)曲線。

解決這個(gè)問題的方法是，使用自由聲場(chǎng)或者擴(kuò)散聲場(chǎng)頭部相關(guān)傳遞函數(shù)（HRTF）曲線對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

創(chuàng)建HRTF的方式是：首先測(cè)量DRP上的耳模擬器的響應(yīng)曲線（例如在HATS上），然后移除HATS并將麥克風(fēng)放置在相同位置再次測(cè)量響應(yīng)曲線。

上面的測(cè)量環(huán)境可以是自由聲場(chǎng)（消聲空間）也可以是擴(kuò)散聲場(chǎng)（混響空間）。兩次測(cè)量之間的差異就是HRTF，它能夠體現(xiàn)測(cè)量時(shí)所使用的聲學(xué)測(cè)試夾具的特性。

一旦獲得了HTRF，我們就可以通過將DRP上的頻率響應(yīng)除以對(duì)應(yīng)的HTRF來獲得被測(cè)耳機(jī)在自由聲場(chǎng)和擴(kuò)散聲場(chǎng)中的頻率響應(yīng)。

其他的因素

耳機(jī)與測(cè)試夾具的頭部還有人造耳廓的契合程度會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生非常大的影響。尤其是對(duì)于封閉式耳機(jī)的低音響應(yīng)，這種影響會(huì)更加的明顯。任何類型的泄漏都會(huì)降低耳機(jī)在低頻區(qū)域的表現(xiàn)。

例如，圖8中的曲線顯示了五個(gè)頻率響應(yīng)的測(cè)量曲線，在每次測(cè)量之前，耳機(jī)都被從ATF取下再被重新戴上。

為了避免這個(gè)因素的影響，最好對(duì)耳機(jī)進(jìn)行多次測(cè)量（通常應(yīng)為3到5次），然后取平均值。

過去設(shè)計(jì)耳機(jī)時(shí)，使用的是自由聲場(chǎng)HRTF。后來才開始使用擴(kuò)散聲場(chǎng)HRTF，作為錄音室監(jiān)聽耳機(jī)的理想范本。

最近在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究表明，人們會(huì)更喜歡自由聲場(chǎng)和擴(kuò)散聲場(chǎng)耳機(jī)目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線的方案。而且通常來說受過訓(xùn)練的人會(huì)更喜歡那種在參考聽音室中對(duì)應(yīng)平板揚(yáng)聲器校準(zhǔn)的耳機(jī)目標(biāo)響應(yīng)。

圖8：將耳機(jī)安置在ATF上，進(jìn)行5次測(cè)試所得的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)。

在使用耳模擬器在ATF上測(cè)量耳機(jī)的頻率響應(yīng)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必記住目標(biāo)響應(yīng)不是平坦的。

就這一點(diǎn)而言有兩種選擇。

第一種選擇是在被測(cè)（標(biāo)準(zhǔn)化）頻率響應(yīng)的圖表上畫出目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線，如圖3所示。使用這種方法，可以在評(píng)估時(shí)直觀的將測(cè)量曲線與目標(biāo)曲線進(jìn)行比較。

圖9：擴(kuò)散聲場(chǎng)和自由聲場(chǎng)下的封閉式的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)曲線。

用于評(píng)估耳機(jī)頻率響應(yīng)的第二種方法是“校正”或者說是將被測(cè)量的頻率響應(yīng)盡量靠近目標(biāo)頻率響應(yīng)。

實(shí)現(xiàn)方法是反轉(zhuǎn)目標(biāo)響應(yīng)曲線并將其作為EQ曲線應(yīng)用于被測(cè)量的頻率響應(yīng)，如圖10所示，其中圖9所示的耳機(jī)的頻率響應(yīng)被校正為擴(kuò)散聲場(chǎng)和自由聲場(chǎng)。通過這種方法，完全匹配目標(biāo)響應(yīng)的耳機(jī)的校正響應(yīng)曲線將會(huì)是在0dB處的一條平坦的直線。

圖10：使用擴(kuò)散聲場(chǎng)和自由聲場(chǎng)校正的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)（如圖9所示）。

其他的選項(xiàng)

左/右耳追蹤是立體聲耳機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，因?yàn)樗梢院饬慷鷻C(jī)中每一個(gè)耳機(jī)的相對(duì)頻率響應(yīng)。通過在帶有兩個(gè)耳模擬器的ATF上進(jìn)行頻率響應(yīng)測(cè)量，并比較右耳和左耳的頻率響應(yīng)，可以很容易地獲得它。

完美匹配的耳機(jī)的左/右追蹤響應(yīng)曲線應(yīng)該是在0 dB處的一條平坦的直線。如圖11所示，入耳式耳機(jī)的左右兩個(gè)耳機(jī)在20 Hz至10 kHz范圍內(nèi)的匹配是良好的。

聲音衰減是衡量耳機(jī)或耳機(jī)防止環(huán)境噪音進(jìn)入耳道效果的指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)對(duì)于具有主動(dòng)降噪功能的耳機(jī)來說非常有用。

圖11：左/右耳機(jī)的頻率響應(yīng)（左軸）及其左/右追蹤響應(yīng)曲線，±3 dB的限制（右軸）。

在ISO 4869-1和-3（在IEC 60268-7中引用）標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，在被隔離的ATF周圍創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)入射聲場(chǎng)，如圖7所示。生成寬帶信號(hào)（如粉紅噪聲），對(duì)ATF的耳模擬器中的聲壓級(jí)以1/3倍頻程進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)于沒有ANC的耳機(jī)，操作程序是首先需要測(cè)量開放式耳朵（即移除耳機(jī)之后）的1/3倍頻程聲級(jí)頻譜，然后再在使用耳機(jī)的情況下進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。這些頻譜之間的差異就是插入損耗。

對(duì)于帶ANC的耳機(jī)，則需要一些額外的步驟：在啟用和不啟用ANC功能的情況下分別進(jìn)行測(cè)量，從而計(jì)算出被動(dòng)衰減值和主動(dòng)衰減值。測(cè)量的頻譜通常被轉(zhuǎn)換為開放式頻譜，如圖12所示。