听力零级和听力计校准

听力零级和听力计校准张绍栋;钱利军;熊文波【摘要】本文介绍了等效阈声压级和等效阈力级的概念,列举了听力零级的有关国家标准和国际标准,介绍了听力计校准的几种方法和相关的测量仪器.期刊名称】《电声技术》年(卷),期】2018(042)003【总页数】7页(P19-24,27)关键词】听力零级;听力计;校准;仪器作者】张绍栋;钱利军;熊文波【作者单位】杭州爱华仪器有限公司,浙江杭州311122;杭州爱宏仪器有限公司,浙江杭州311122;杭州爱华仪器有限公司,浙江杭州311122正文语种】中文中图分类】TB511概述人类能够听到各种频率和不同幅度的声音，在规定的条件下，受试者对重复试验能作出50%正确察觉的最低声压级，称之为听阈。不同的人的听阈是不同的，而且与频率有关。我们将在规定的频率，年龄为18-25岁，足够数量的男女两性耳科正常人的等效阈声压级的众数值，称之为基准等效阈声压级(RETSPL)，又称听力零级。耳科正常人指健康正常，无耳病症状，耳道无盯聍堵塞，无过度噪声暴露史，无耳毒性药物或家族性听力损失者［1］。如使用规定类型的耳机(单耳机测听)进行听阈测听，将该类型耳机置于规定声耦合腔或耳模拟器，并施加规定的压力，在规定的频率，以对应于基准等效阈的电压激励耳机，耳机在声耦合腔或耳模拟器内所产生的声压级就是基准等效阈声压级(RETSPL)。如使用规定骨振器进行听阈测听，同样可以确定在规定的频率，足够数量的18岁~25岁男女两性耳科正常人听阈的等效阈力级的平均值，称之为基准等效阈力级。再将规定骨振器置于规定的力耦合器上，并施加规定的静态力，在规定的频率，以对应于基准等效阈的电压激励骨振器，骨振器在力耦合器上所产生的力级就是基准等效阈力级(RETFL)。如在自由场或混响室中测试，则在人头部中心位置测得的相应于基准等效阈的声压级，就是自由场和扩散场测听基准等效阈声压级。使用规定类型的换能器，在规定的频率及规定的应用方式进行人耳听力测试，换能器在规定的耳模拟器、声耦合腔或力耦合器上产生的听阈声压级或振动力级减去相应的基准等效阈声压级或基准等效阈力级，称之为纯音听力级(HL)。用于测量耳机输出声压的装置分别为耳模拟器和声耦合腔(统称仿真耳)。耳模拟器将一个经校准的传声器耦合到声源(耳机)，以使设备的整体声阻抗接近在给定位置和给定频带的正常人耳的声阻抗，传声器测量耳机所产生的声压级。用于压耳式耳机的耳模拟器由GB/T25498.1(IEC60318-1)规定［2］，用于插入式耳机的耳模拟器由IEC60318-4(原IEC711)规定。具有一定形状和体积的空腔，连同用来测量腔内声压的传声器一起作耳机校准用的腔体，称之为声耦合腔。用于压耳式耳机的声耦合腔由GB/T25498.3(IEC60318-3，原IEC303)规定，用于插入式耳机的声耦合腔由GB/T25498.5(IEC60318-5，原IEC126)规定。对作用以规定静态力的振动器提供规定的机械阻抗，并装有能测定振动器与力耦合器之间接触表面交变力级的机电换能器，称之为力耦合器，又称为仿真乳突，力耦合器由GB/T15951(IEC60318-6，原IEC60373)规定。2听力零级的有关国家标准和国际标准为了确定人们的听力损伤程度，为听力障碍患者配置合适的助听器，我国和国际上发布了相关的听力零级标准，它们的总标题是GB/T4854/ISO389《声学校准测听设备的基准零级》［1］，并由以下组成部分：GB/T4854.1-2004/ISO389-1:1998第1部分：压耳式耳机纯音基准等效阈声压级GB/T16402-1996/ISO389-2:1994第2部分：插入式耳机纯音基准等效阈声压级GB/T4854.3-1998/ISO389-3:1994第3部分：骨振器纯音基准等效阈力级GB/T4854.4-2014/ISO389-4:1994第4部分：窄带掩蔽噪声的基准级GB/T4854.5-2008/ISO389-5:2006第5部分：8kHz~16kHz频率范围纯音基准等效阈声级GB/T4854.6-2014/ISO389-6第6部分：短时程测试信号的基准等效阈声压级GB/T4854.7-2008/ISO389-7:2005第7部分：自由场与扩散场测听的基准听阈GB/T4854.8-2007/ISO389-8:2004第8部分：耳罩式耳机纯音基准等效阈声压级GB/T4854.9-2016/ISO389-9:2009.第9部分:确定基准听阈级的优选测试条件耳模拟器、声耦合腔和骨振器基准等效阈声压级和基准等效阈力级见表1。自由场和扩散场听力零级标准如表2所示。3听力计校准听力计是一种用于测量人耳听力并确定听力损伤程度的仪器。最常用的是纯音听力计，这种听力计由信号发生器、衰减器和耳机组成。信号发生器的频率有125、250、500、750、1000、1500、2000、3000、4000、6000和8000Hz，信号发生器的输出经衰减器后送到耳机发出声音，根据人耳能不能听到耳机发出的声音来确定人耳的听力，并将测试结果填入听力检查指示表中。听力检查指示表中的0dB即所谓基准零级，它表示正常青年人耳所能听到的平均最低声压级。因此，听力表中记录的是被测人耳与正常青年人耳平均听力相比的听力损失分贝数，也就是听力级HL，它不代表声压级的绝对值SPL。听力计是依法管理计量器具，投入使用前需交由计量部门进行首次检定，以后每年都要送计量部门作后续检定，并取得检定证书。在日常使用中，由于听力计搬动、甚至耳机受到碰撞或跌落等冲击作用，以及温度变化、气压变化和时间老化等原因，耳机灵敏度和送到耳机的电压都可能发生变化，影响到测量的准确性，需要日常检验校准，这种校准主要是检验校准听力计所用耳机的标准零级，即基准等效听阈声压级。校准的适宜温度范围在15°C~35°C之内，相对湿度在30%~90%范围内，环境气压在98kPa~104kPa范围内。当环境气压超出以上范围时，基准等效阈声压级可能产生明显的差异。因此，当使用地区的环境条件与校准地区不相近时，应在使用地区的环境条件下重新校准。气导耳机的听力零级校准由于标准零级是对一定的耳机和声耦合腔而言的，所以要根据听力计所用耳机，选择相应的声耦合腔。目前用得最多的是TDH-39和DT-48带平耳垫压耳式耳机，因此选用符合GB/T25498.3-2010(IEC60318-3:1998，原IEC303,NBS9A)规定的AWA6163型声耦合腔［3］，如图1所示。它的结构基本上是一个圆柱形空腔和一只声压型电容传声器，空腔的容积为6cm3。表1耳模拟器、声耦合腔和骨振器基准等效阈声压级和基准等效阈力级频率(Hz)GB/T4854.1-2004(ISO389-1:1998)GB/T4854.8-2007/ISO3898:2004GB/T14602-1996(ISO389-2:1994)GB/T4854.3-1998(ISO389-3:1994)在符合GB/T25498.3-2010(IEC60318-3:1998,原IEC303和GB/T7342)规定的声耦合腔中的基准等效阈声压级推荐值dB在符合GB/T25498.1-2010(IEC60318-1:2009,原IEC318和GB/T7614)规定的耳模拟器中的基准等效阈声压级,dB在符合GB/T25498.5-2017(IEC60318-5:2006,原IEC126)声耦合腔内的基准等效阈声压级,dB在符合SJ/Z9150-87(IEC60318-4,原IEC711)堵塞耳模拟器内的基准等效阈声压级,dB在符合GB/T15951-1995(IEC60373:1990)力耦合器上的基准等效阈力级(基准值为1pN),dB12547.545.045.030.526.028.0(82.5)16040.537.538.526.022.024.5(77.5)20034.031.532.522.018.021.5(72.5)25028.525.527.018.014.017.567.031523.020.022.015.512.015.564.040018.515.017.013.59.013.061.050014.511.513.511.05.59.558.063011.58.510.58.04.07.552.57509.57.59.06.02.06.048.58009.07.08.56.01.55.547.010008.07.07.55.50.05.542.512507.56.57.56.02.08.539.015007.56.57.55.52.09.536.516007.57.08.05.52.09.535.520008.09.09.04.53.011.531.025007.09.510.53.05.013.529.530006.010.011.52.53.513.030.031506.010.011.54.04.013.031.040005.59.512.09.55.515.035.550007.013.011.014.05.018.540.060008.015.516.017.02.016.040.063009.015.021.017.52.016.040.0800014.513.015.517.50.015.540.0耳机或骨振器型号DT-48带平耳垫TDH-39带MX41/AR(或51型)耳垫其它压耳式耳机HDA200耳罩式耳机EA-3A型插入式耳机骨振器B-71或KH-70图1AWA6163型声耦合腔测量声耦合腔中声压的仪器，最简便的是使用声级计，为了保证测量准确度，宜选用1级声级计，如AWA5661型精密声级计。为了减小外部噪声的影响，最好配置1/3倍频程滤波器，这样还可通过测量听力计(包括耳机)的二次和三次谐波成分来确定听力计的非线性失真。还可以测量掩蔽噪声的声级和频谱，以及测听室的本底噪声等等。可选用AWA6291型实时信号分析仪，它是符合GB/T3785.1对1级声级计和GB/T3241对1级倍频程和1/3倍频程滤波器的要求，而且是具有实时频谱分析功能的声级计。检定装置示意图参照图2进行［4］。将听力计的气导耳机正向耦合于声耦合腔并垂直受力。压耳式耳机垂直受力应为4.5N±0.5N，耳罩式耳机垂直受力应为10N±1N；声耦合腔中测试传声器的输出连接AWA6291型实时信号分析仪。图2压耳式耳机校准装置示意图压耳式耳机：静态力4.5N±0.5N耳罩式耳机：静态力10N±1N图3AWA6160型仿真耳为了避免环境噪声的影响及校准方便起见，将纯音听力计的听力级控制旋钮置于50dB位置。校准步骤如下：从声耦合腔座上取下耦合腔。把随声耦合腔提供的1英寸声压响应测量传声器(AWA14412型)装在声耦合腔座上。将声级计上电容传声器取下放好(因为声级计上使用的是1/2英寸自由场响应传声器，不适宜于声压测量)，利用声耦合腔座上的配合螺纹圈将声级计的前置放大器旋入声耦合腔底座。利用声校准器套在声耦合腔底座的测量传声器上进行声校准，并使声级计指示94dB。取下声校准器，装上声耦合腔。将听力计的耳机及耳垫紧贴在声耦合腔上，调节弹簧压力为规定值。耳机连接到听力计。调节听力计使输出某一测试频率，例如为125Hz，听力计的听力级控制旋钮置于50dB位置，在实时信号分析仪上读出声压级(例如为95.0dB)，计算该频率的基准等效听阈声压级RETSPL(气导听力零级，单位：dB)为：RETSPL二声级计声压级示值-50RETSPL应符合表1的要求，即45.0dB。如果不是，调节听力计内部的校准电位器，使其符合要求。依次改变听力计的输出频率，在其它频率点上重复(7)校准过程，直至全部频率校准完毕。⑼使用另一只耳机，重复(6)~(8)校准程序，并满足要求。一般要求两只耳机输出的声压级之差不大于2dB。对于HDA200耳罩式耳机和其它压耳式耳机，使用符合GB/T25498.1-2010(IEC60318-1:2009，原IEC318)规定的AWA6160型耳模拟器，如图3所示。对于EA-3A型插入式耳机，使用符合GB/T25498.5-2017(原IEC126和SJ/Z9144-87)规定的AWA6161型声耦合腔或符合IEC60318-4，原IEC711和SJ/Z9150-87的AWA6162堵塞耳模拟器(图4)，校准装置示意图如图5所示。图4插入式耳机用耳模拟器和声耦合腔图5插入式耳机校准装置示意图骨导耳机听力零级的校准骨导耳机听力零级要使用仿真乳突(例如B&K的4930型)进行校准，校准检定装置示意图参照图6，校准方法类似。将骨导耳机与仿真乳突正向耦合，并垂直受力(5.4±0.5)N。仿真乳突接到声级计(具有前置电荷放大器)，置纯音听力计的骨导听力级于30dB。依次改变纯音听力计的频率和带通滤波器的中心频率，然后从声级计上读出仿真乳突的输出示值(dB)再换算成对应电压值(mV)，根据仿真乳突的灵敏度和频率响应，用下式计算以1pN为参考的骨导听力零级(基准等效听阈力级RETFL)实际值，其结果应符合表1的要求。图6骨导耳机校准装置示意RETFL二声级计示值-Ts-30其中：Ts是仿真乳突在各频率点的灵敏度级。例如仿真乳突灵敏度为100mV/N时，相当于120dB时为100mV,而声级计通常校准到50mV/Pa，即100dB时为100mV,120dB时为1000mV,所以Ts的值可以从仿真乳突检定证书的灵敏度和频率响应通过计算得到。自由场和扩散场听力零级校准自由场和扩散场听力零级校准主要是校准自由场和扩散场中的声压级。测试条件如下：听者不在时的声场由一自由场平面行波(自由场)或一扩散场构成。若为自由场平面行波,声源应在听者正前方正入射。若为自由声场,声信号应为纯音(正弦)；若为扩散场,则应为1/3倍频带白噪声或粉红噪声。对于双耳收听,声压级的测量应在听者不在时,在其头部的中心位置(两耳外耳道口连线的中点)。听力零级对应的声压级如表2所示。测量声压级可以使用精密声级计,为了减小环境噪声的影响,宜使用带通滤波器以提高抗干扰能力。不过,与仿真耳使用声压型传声器不同,这里使用的是自由场型或扩散场型测试传声器。其它的听力计技术指标如听力级控制器准确度、掩蔽噪声级范围、掩蔽声频谱、掩蔽声级准确度、掩蔽声级控制器准确度和本底噪声等都可以利用以上仪器进行测量校准。表2自由场和扩散场测听基准听阈级频率(Hz)自由场测听(前向入射)基准听阈，使用正弦波扩散场测听基准听阈，使用1/3倍频带白噪声或粉红噪声引用标准GB/T4854.7-2008(ISO389-7:2005)2078.578.52568.768.731.559.559.54051.151.15044.044.06337.537.58031.531.510026.526.512522.122.116017.917.920014.414.425011.411.43158.68.44006.25.85004.43.86303.02.17502.41.28002.21.010002.40.812503.51.915002.41.016001.70.52000-1.3-1.52500-4.2-3.13000-5.8-4.03150-6.0-4.04000-5.4-3.85000-1.5-1.860004.31.463006.02.5800012.66.8900013.98.41000013.99.81120013.011.51250012.314.41400018.423.21600040.243.71800073.2-4听力计校准设备要求根据JJG388，听力计校准需以下测量仪器设备［4］。仿真耳，根据听力计所配耳机选用相应的耳模拟器、声耦合器，并符合相应的标准要求。仿真乳突，应满足GB/T15951的要求。测量放大器(声级计)，在听力计工作频率范围内的频响不均匀度不超过±0.2dB，指示误差不超过士0.2dB。1/3倍频程滤波器，应满足GB/T3241中1级要求。频率计数器，频率准确度优于0.1%。失真度测量仪，频率范围20Hz~20kHz，准确度优于10%。存储示波器，带宽20MHz。秒表，分辨力优于0」s。测力计，测量范围(0~15)N，准确度优于0.1N。5听力计校准设备实验室听力计校准仪器可使用数字化多功能的AWA6290B型多通道声学分析仪，如图7所示，可以替代上述仪器中的测量放大器、1/3倍频程滤波器、频率计数器和失真度测量仪。它具有4路声信号测量和频谱分析(FFT、1/1和1/3倍频程)，是一种多用途的声学测量分析仪器,它可以配极化电压型或预极化测试传声器，可以替代进口的多通道声学测量分析仪器。配合耳模拟器或声耦合腔、存储示波器等，适用于听力计和耳机的全性能检定，它还可以进行测听室隔声性能等测量。图7实验室听力计校准仪器为了用于现场校准，可使用由1级声级计、1级滤波器和耳模拟器或声耦合腔组成的校准组合，可选用AWA6291T型听力计校准设备，如图8所示，它主要由AWA6291型实时分析仪和耳模拟器或声耦合腔组成，相关软件根据听力计校准要求设计。能校准听力计的频率