GBT 43537-2023 声系统设备 耳机及个人音乐播放器 最大声压级测量方法

CCSM72声系统设备耳机及个人音乐播放器最大声压级测量方法2023-12-28发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会前言 I 2规范性引用文件 13术语和定义 4缩略语 25与耳机成套销售的不可分开使用的个人音乐播放器的测量方法 25.1概述 25.2测试原理 5.3测试信号 35.4测量方法 6耳机、个人音乐播放器的测量方法 6.1概述 6.2测量条件 56.3音乐播放器特性和测量方法 56.4耳机特性和测量方法 7声剂量管理的测量方法 7.1限值和校准 67.2测量方法 附录A(资料性)听音设备声学安全的试验程序示例 附录B(资料性)如何达到基础防护的示例 附录C(资料性)背景信息 参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。本文件由全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会(SAC/TC242)归口。本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、福建省产品质量检验研究院、南京大学、深圳赛西信息技术有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、歌尔股份有限公司、北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司、佳禾智能科技股份有限公司、缤特力通讯科技(苏州)有限公司、北京瑞森新谱科技股份有限公司、三星电子(中国)研发中心、深圳创维数字技术有限公司。1声系统设备耳机及个人音乐播放器最大声压级测量方法1范围本文件描述了消费者使用的耳机及个人音乐播放器产生的最大声压级的测量方法，包括使用耳机的设备或耳机，成套提供的且使用有线或无线等通用接口配接的耳机和个人音乐播放器的组合的测量方法。本文件适用于消费者使用的耳机及可配接耳机的个人音乐播放器的设计、制造和检验。本文件不适用于电源供电的高保真家用设备、监听耳机、医疗用途的耳机(听力困难等)或者作为主动听力保护装置的一部分使用的耳机和骨导耳机。注：其他安全要求例如办公场所或者工业环境的噪声保护不受本文件的影响。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T3241电声学倍频程和分数倍频程滤波器GB/T3785.1电声学声级计第1部分：规范GB4943.1—2022音视频、信息技术和通信技术设备第1部分：安全要求GB/T6163调频广播接收机测量方法GB/T12060.1声系统设备第1部分：概述GB/T12060.7声系统设备第7部分：头戴耳机和耳机测量方法IEC60094-7磁带录放音系统第7部分：商用和家用盒式录音磁带(MagnetictapesoundreIEC62368-1音视频、信息技术和通信技术设备第1部分：安全要求(Audio/video,informationITU-TP.57仿真耳(Artificialears)ITU-TP.58电话测量用头和躯干模拟器(Headandtorsosimulatorfortelephonometry)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。等效连续A计权声压级equivalentcontinuousA-weightedsoundpressurelevel等效连续A计权声压级定义如下：2GB/T43537—2023式中：LAen.r——以20μPa为基准的等效的持续A计权声压级，取决于积分时间间隔T=t₂-t₁;pʌ(t)——声音信号的瞬时A计权声压；p₀——20μPa的参考声压。输出声压级达到94dB时的输入宽带信号的均方根电压大小。由一般人员使用的便携式设备，并且：——允许使用人员使用耳机收听音乐或音像内容/节目；——播放器能随身携带(其尺寸适于放在衣服口袋里携带),使用人员走动中能持续使用。对使用人员接收声剂量进行统计的计算。瞬时声暴露级momentarysoundexposurelevel;MEL使用人员瞬时接收的声暴露的级别。4缩略语下列缩略语适用于本文件。dBFS:相对于满度的分贝值(DecibelsFullscale)HATS:头和躯干模拟器(HeadAndTorsoSimulator)5与耳机成套销售的不可分开使用的个人音乐播放器的测量方法5.1概述HATS的自由场频率响应是在自由场条件下，当声源正对时，HATS位于测量参考点的耳模拟器麦克风处声压级与无HATS时的测试点声压级之间的差值，该差值关于频率的函数。HATS的扩散场频率响应是在扩散场条件下，HATS位于测试参考点时的耳模拟器麦克风处声压级与无HATS时的测试点声压级之间的差值，该差值关于频率的函数。5.2测试原理测试时使用的HATS应与IEC60318-7定义的一致，也可使用ITU-TP.58和ITU-TP.57中定义的用于电话测试的HATS。使用不同材料特性的耳廓将会导致不同的结果，应说明耳廓的类型。本文件描述了两种不同类型的HATS测试，应在测试报告中说明选用的HATS类型。耳模拟器麦克风测量的声压级代表了耳鼓膜处的压力，不同于经由HATS在自由场或者扩散场中的传递函数换算得到的声压。使用自由场(0°方位角和0°仰角)或者扩散场响应进行换算(除非特殊说明，一般使用扩散场声压级);使用A计权曲线；测试结果以“扩散场(或自由场)的等效连续A计权声压3级(LAen.T)”形式给出，应在测试报告中说明使用扩散场或自由场。注：附录A给出了一种听音设备声学安全的试验程序示例。5.3测试信号实际的音乐信号在振幅和频谱方面都是连续变动的，不宜用作测试信号。由于耳机的频率响应曲线可能表现出较大波动，在某一确定频率(例如1kHz)下采用正弦信号无法进行精确测量。测试信号应覆盖整个音频频带，该信号的频谱内容代表了音乐信号。用于测试耳机的最大声压级的测试信号应为GB/T12060.1中定义的模拟节目信号。该信号应具有1.8～2.2的峰值因数，易于在不同媒介上存储。注1:GB/T12060.1中定义了一个称为“模拟节目信号”的测试信号，其定义是：“一种平均功率谱密度类似于包含了讲话和各种音乐的宽频带的节目素材信号平均功率谱密度平均值的信号”。注2:更高的峰值因数产生的模拟噪声信号能通过修正调整到给定的范围。对于数字接口只要模拟信号的峰值没有超出A/D转换范围，该值也能调整。便携式盒式磁带和CD播放器是播放装置，需要制作测试盒式磁带和测试CD。5.3.2模拟录音机的测试信号电平对于模拟磁带录制的盒式磁带，“0dB”电平录制定义为在315Hz频率时的250nWb/m的磁通量测试录音带的录音电平在设置时应计及模拟节目信号的峰值因数，并满足以下要求：——测试录音带应为IEC60094-7规定的1类磁带；——测试信号应在有效值为一6dB(参考315Hz频率时的250nWb/m)下录制；——应关闭降噪系统。5.3.3FM收音机的测试信号电平按GB/T6163描述的方法测试调频声音广播接收机。为了与最大峰值频偏(由正弦调制波形决定)的定义一致，并考虑预加重的影响，加在射频发生器输入端的测试信号有效值应设为一6dB(相对于产生峰一峰频偏为±75kHz的频率为250Hz的正弦波幅值)。注：接收机输出信号峰-峰值与射频载频的峰值频偏成正比。5.3.4数字音乐播放器测试电平本条也适用于作为其他数字设备一部分的DAB播放器和音乐播放器，例如移动电话。测试信号是GB/T12060.1中定义的模拟节目信号。对于使用数字信号输入的耳机，施加于耳机的测试信号均方根值幅度为一10dBFS,其中0dBFS定义为相当于数字信号满刻度时的模拟正弦信号的最大均方根幅值。测试信号应在测试前录制并输入到个人音乐播放器的存储器里或者以无损的格式(例如WAV格式)记录在适当的媒体上。被录制的测试信号不应被限幅。注：有损压缩会以不可预知的方式改变测试信号的频率内容。5.4测量方法被测设备播放测试信号(工作状态见5.4.3),耳机正确放置在HATS上，通过和HATS的人耳模4拟器中的麦克风连接的1/3倍频程分析仪，测量个人音乐播放器的耳机在左耳和右耳产生的声压级。在1/3倍频程上将从HATS得到的声压级依据HATS的自由场(0°方位角和0°仰角)或者扩散场频率响应转换为自由场或扩散场声压级(除非特殊说明，一般使用扩散场声压级);使用A计权曲线；需要在测量方法中规定耳廓类型，见5.2。图1是建议的测量布置。待测耳机待测耳机HATS功率放大器A计权声级计白山场或扩散场传输函数分析仪图1测量布置5.4.2耳机的佩戴不同的制造商可能提供不同类型和形状的耳机，详细定义按GB/T12060.7,主要的耳机类型包括：——压耳式耳机；——耳罩式耳机；——贴耳甲式耳机；——耳塞式耳机；——入耳式耳机。测试过程中应正确佩戴耳机，并参照制造商的使用指导。压耳式耳机和耳罩式耳机应被放置在HATS上，并使测量的声压级最大化。注：在安装过程中监控声压输出(如通过实时分析仪),能更容易找到最大声压级对应的佩戴位置。在测试期间，所使用的电源的电压偏差不超过±3%。在能使用多种音乐播放应用程序的设备上，如果制造商提供的默认的音乐播放应用程序能以无损的方式重现测试信号，那么应使用该应用程序。如果制造商提供的程序无法以无损格式重现测试信号，或者未提供播放应用程序，应选择合适的、公用的音乐播放应用程序。测试时，应在如下设置情况下进行。——音量控制：所有开放给用户的硬件、操作系统、应用程序的音量和增益设置均被激活并且置于最大位置。——音调控制：开放给一般用户的所有频率均衡设置被开启并且调整到使声压级最大的位置。所有的硬件和软件处理系统，增益和音调控制设置均应调整到使声压级最大的位置。5.4.4最大声压级的测量和评估测量设备应符合：5——GB/T3785.1,1级声级计；——GB/T3241,1级1/3倍频程分析仪。对于每个耳朵重复测试5次，每次测试前耳机都应摘下并重新放置。每次测量都应采用30s或更长的平均时间来确定等效连续A计权声压级LAm,r。取所有LAe.T测量结果的平均值作为测试结果的最大声压级。如果播放器具有耳机的接口，应依据6.3.2.3和6.3.2.4测量其输出特性。除了测量得到的LAe.T,还应记录HATS的型号、耳廓的型号、均衡的类型以及所使用的音乐播放应用程序。6耳机、个人音乐播放器的测量方法本章规定的测量方法，适用于单独或者分别提供的耳机或个人音乐播放器，或者成套提供的且使用有线或无线等通用接口配接的耳机和个人音乐播放器。6.2测量条件最大声压级的测量条件见5.3、5.4。6.3音乐播放器特性和测量方法6.3.1最大输出电压Vm音乐播放器的最大输出电压是在耳机输出在6.3.2中给出的条件下测定的宽带值。6.3.2测量条件和方法音乐播放器测试信号应按5.3的规定录制在相关的媒介上。在测试期间，所使用的电源电压偏差不超过±3%。在测试时，所有的控制应调整到使声压级最大的位置。——音量控制：所有开放给用户的硬件、操作系统、应用程序的音量和增益设置均应被激活并且置于最大位置。——音调控制：开放给一般用户的所有频率均衡设置应被开启并且调整到使声压级最大的位置。所有的硬件和软件处理系统，其增益和音调控制设置均应设置在能最大化声音级输出。模拟音频输出应在每个通道使用32Ω的电阻性负载。6.3.2.3模拟音频输出测量方法测量仪器应符合：—-GB/T3785.1,1级声级计；——GB/T3241,1级1/3倍频程分析仪。最大输出电压V。应被定义为负载端不计权的均方根值电压(r.m.s),平均时间为30s或更长。66.3.2.4数字音频输出测量方法最大输出值Lm定义为30s或更长的平均时间的数字信号的平均值。数字输入测试信号的幅度在第5章中定义为一10dBFS。出于安全考虑数字播放器应输出由GB4943.1—2022中10.6.6和IEC62368-1规定的幅度。6.4耳机特性和测量方法测量设备和HATS麦克风相连时，应和GB/T3785.1中定义的一致。测量仪表应能测量A计权声压级。6.4.2测量安装步骤和条件测试信号应为GB/T12060.1中定义的模拟节目信号，见5.3。6.4.2.2模拟信号输入设备的源阻抗测试信号源的输出阻抗应不大于2Ω。使用5.2定义的HATS来进行声学测量。耳机应佩戴在HATS的正确位置，并参照制造商的使用指导，确保测得的声压级最大。连接到播放器使用的耳机一般都是双耳的，单耳的耳机也可据此测试。耳机应按照5.4.2的规定佩戴在HATS上，应检查耳机佩戴在HATS上的位置使得HATS测量得到的声压级最大。耳机的左声道和右声道都应测量。声压级依据5.4.4测试。模拟耳机输入端的模拟节目信号特性电压是声压级达到94dB(A)时的输入信号电压。在保证耳机工作于线性区的范围内时，该值也可由对应其他声压级输出时的输入信号电压换算得到。数字耳机等效连续A计权声压级是根据5.4测试的输出声压级，其输入信号由6.4.2.1定义。7声剂量管理的测量方法7.1限值和校准本章内容基于第5章和第6章的测量方法。输出限值和电声回路的校准保持不变，但应计及实际音频的影响以确定最大和最小增益设置。针对测试信号(见5.3),声暴露等级与模拟输出电压(均方根值)之间的关系保持不变；例如，80dB声压级对应15mV输出电压，见图2。附录B给出了基于声剂量管理实现防护的示例；附录C给出了引入声剂量管理的必要性的相关背景信息。7注：电声回路是用于MEL、CSD计算的系统。图2标准测试信号下声压级和模拟输出电压(mV,均方根值)的关系，CSD参考值和基于MEL的警告值7.1.2耳机类型的变化当制造商使用了检测插入耳机的灵敏度的方法或提供用户可选择的选项时，如果声音限值保持不变，则该灵敏度可用来重新校准用于限值和声剂量计算的电声回路。7.1.3耳机配戴的变化如果制造商使用了计及耳机佩戴变化的系统，该系统中声音等级的估算更准确；如果声音限值保持不变，则该声音等级可用于限值和声剂量计算。7.2测量方法基于第5章定义的使用HATS测试声音的方法，以下给出了测试个人音乐播放器声暴露和声剂量估算的方法。额外的信号和更多的测试程序可用于更严格地测试待测样机的警告系统，例如测试音乐等。本文件仅要求使用第5章和第6章中规定的测试信号进行测试。7.2.2含耳机/插头的个人音乐播放器按照以下方法测试含耳机/插头的个人音乐播放器。a)基于声暴露的警告：按照第5章方法进行测试。播放测试信号并调整个人音乐播放器增益控8制，直到MEL警告正好被激活。测量HATS的扩散场等效声暴露级，并确认其在限值要求的士3dB范围内。如果个人音乐播放器最大声压级不超过99dB,则不需要基于声暴露的警告。b)声剂量估算：重置CSD,并调整增益直至接近100dB扩散场等效声压级进行测量。基于表1和测得的声压级，来验证CSD达到100%所需的时间；持续时间应在士3dB时间当量范围内(见表1),验证是否给出了适当的CSD警告。继续播放并验证当达到500%CSD时，确认声压级降低至80dB±3dB的范围内；持续时间应在±3dB时间当量范围内(见表1)。如果个人音乐播放器最大声压级不超过80dB,则不需要声剂量估算；如果个人音乐播放器最大声压级介于80dB～100dB之间，设定为最大增益并使用插值法来验证其声剂量估算。c)EBUR128兼容性(可选测试):将测试信号衰减12dB,并验证增益足以产生不小于90dB的声压级。7.2.3不含耳机/插头的个人音乐播放器按照以下方法测试不含耳机/插头的个人音乐播放器。a)暴露警告：播放测试信号并调整个人音乐播放器增益控制，直到MEL警告正好被激活。测量输出电压均方根值，并确认其在限值范围内：133mV～169mV(即±1dB)。如果个人音乐播放器最大输出电压不超过133mV,则不需要暴露警告。b)剂量估算：重置CSD,并调整增益直至每通道接近150mV输出电压均方根值。基于表1和测得的电压，来验证CSD达到100%所需的时间；持续时间应在士1dB时间当量范围内(见表1),验证是否给出了适当的CSD警告。继续播放并验证当达到500%CSD时，确认输出电压降低至15mV±1dB的范围内；持续时间应在±1dB时间当量范围内(见表1)。如果个人音乐播放器最大输出电压不超过15mV,则不需要剂量估算；如果个人音乐播放器最大输出电压介于15mV～150mV之间，设定为最大增益并使用插值法来验证其剂量估算。c)EBUR128兼容性(可选测试):将测试信号衰减12dB,并验证增益能达到足够高以产生不小于47mV的输出电压均方根值。表1测试CSD警告(基于声压级或电平)声压级SPLdB(A)模拟电平均方根值mV100%CSD时长min500%CSD时长min211.9200.094.523.599.526.599.098.598.09GB/T43537—2023表1测试CSD警告(基于声压级或电平)(续)声压级SPLdB(A)模拟电平均方根值mV100%CSD时长min500%CSD时长min97.597.047.596.5267.596.094.695.589.395.084.494.542494.094.5476.593.5534.593.067.092.563.3673.592.0当测试CSD时，表1可用于当个人音乐播放器增益控制无法精确地设定声压级或电平为特定值的情况(时长保留到0.5min)。(资料性)听音设备声学安全的试验程序示例A.1HATS上听音设备的受话器和耳模拟器的声耦合A.1.1概述所有听音设备佩戴在人工耳上的方式尽量接近真实使用。参考听音装置用户使用说明书的推荐使用位置或者预期的使用情况。不使用外力作用于听音设备的耦合。所有测试按5.4.4重复进行。A.1.2耳罩式、压耳式和贴耳甲式听音设备耳机有头带时，延伸到轻微触碰到HATS顶部的长度。如果有多种类型的耳垫，所有类型的耳垫都进行测试。最高的输出级记录在报告中。在保证上述条件的前提下，听音装置设定为使输出最大化的位置上。A.1.3耳塞式听音设备如果听力期间提供多种耳塞，选择最大的符合耳模拟器外耳的耳塞使得没有过多的压力作用到耳模拟器。如果提供多种材质和款式的耳塞，测试每种材质的相同型号的耳塞。A.1.4插入式听音设备如果提供多种耳塞，选择一款适合紧贴在耳模拟器并没有过多的压力作用到耳模拟器的耳塞。如果提供多种材质和款式的耳塞，测试每种材质的相同型号的耳塞。A.2测试和分析测试和分析的方法如下：a)声学测量从HATS的耳鼓膜参考点通过一个最小相位滤波器转移到扩散场或者自由场(0°方位角和0°仰角);b)使用具有1/3倍频程分辨率和A计权的实时分析仪；c)任何音量控制，音调控制和均衡设置，如果有的话，调节到输出最大的设置；d)所有输出声压级使用30s或以上平均时间来确定；e)测试结果是5次测量结果的数学平均值。示例1:如果5次测量结果是73mV、77mV、75mV、79mV、77mV,测试结果为：(73+77+75+79+77)/5=示例2:如果5次测量结果是102dB(A)、97dB(A)、100dB(A)、95dB(A)、97dB(A),测试结果为(102+97+100+95+97)/5=98.2dB(A)。A.3有线模拟听音设备有线模拟听音设备的模拟节目信号特性电压的测试和分析的方法如下。a)在20Hz～20kHz范围内测试信号源的输出阻抗不大于2Ω。功率放大器并联1个电阻达到2Ω内阻。从信号源得到的电压足够驱动听音设备预期的最小负载阻抗没有过载或者削波。b)初始均方根输入信号不大于65mV。c)逐渐增加均方根输入电压直到等效扩散场(或者等效自由场)A计权声输出达到94dB(A)(除d)每次试验记录输入信号均方根值，单位为毫伏(mV)。e)测试结果是5次测量结果的数学平均值。A.4有线数字听音设备有线数字听音设备的最大声压级的测试和分析的方法如下：a)使用一10dBFS均方根值(0dBFS为峰值)的输入信号来驱动听音设备；b)以dB(A)为单位记录每次测试的等效扩散场(或自由场)A计权声输出声压级(除非特殊说c)测试结果是5次测量结果的数学平均值。A.5无线数字听音设备无线数字听音设备的最大声压级的测试和分析的方法如下。a)使用合适的蓝牙A2DP源，例如USB适配器与听音设备建立蓝牙连接。b)输入均方根值为一10dBFS的测试信号到蓝牙A2DP源。对于蓝牙听音设备，使用蓝牙协议分析仪或者使用一个等效的方法，从使用A2DP协议的蓝牙源“寻找”到无线信号来确认信号源的输出级处于一10dBFS。注：无需每次都对相同的蓝牙A2DP源进行校准。c)以dB(A)为单位记录每次测试的等效扩散场(或者等效自由场)的A计权声输出级(除非特殊d)5次测试的声输出级平均值。A.6具有多种工作模式的听音设备当听音设备具有多种工作模式时，每种工作模式都要测试。示例：一副具有3.5mm插头的有线听音设备同时具有3.5mm插口的USB适配器，则在有线听音设备和USB适配器两种模式下均进行测量。(资料性)如何达到基础防护的示例为了降低测量不确定度，当使用已知的个人音乐播放器和耳机的组合时，需要引入电-声转换(例如图B.1中的“电声转换”)。图B.1展示了一种实现基础防护的示例。剂量剂量80%计算的声学剂量音频A计权滤波器A计权滤波器瞬时茶露声压级门限可选的瞬时暴露声压级限值加权积分和计时器可选的剂量限值左声道增益右声道增益电声转换音频输出电声转换均方根均方根输山左图B.1实现声剂量保护措施的功能框图(资料性)C.1响度归一化与EBUR128基于EBUR128,音轨和节目可预先规范化，以减少原本在它们之间可能发生的幅度跳跃。该文件还描述了归一化是如何降低动态压缩音轨和节目以发出更大声音的趋势。较少的动态压缩对于个人音乐播放器用户也是有益的；大多数便携式音乐播放器所传送的压缩音频比原始音频更接近噪声，整个频谱的整体强度更高。这种全球性的增长和安静瞬变的消失，长期可能会造成听力损伤。归一化对于用户来说是有益的，它减少了不同音轨的暴露水平剧烈跳变的风险，从而减少音轨切换时向用户发出紧急警告或用户调整音量的次数。C.2MEL的解释MEL与声暴露级类似，都使用A计权声能量在测量周期内的积分值，MEL使用1s的参考持续时间，单位为分贝(dB)。1s时基使得计算的MEL可与音频分析仪执行转换所获得的HATS测量的结果以及扩散场声压级分析的结果进行比较。每秒钟，MEL返回一个数字，即左声道和右声道的A计权声压级的估计值相加，再减去3dB。如有可能，宜计及个人音乐播放器和耳机组合的电声特性。因此，单个耳机通道测量值与使用模拟节目信号的HATS单声道测量值相比小3dB,但是MEL需与HATS左和右通道扩散场变换后相同。MEL可使用1s的滑动矩形窗口来计算。为了减少计算负荷，1s与关注区间相比较短，不需要测量区间相互重叠。MEL可用于计算CSD、标记强制性的短期警告，以及(可选)在避免达到危险水平时减少输出增益。C.3CSD的解释C.3.1概述CS