唐惠芳 李曉東 桑晉秋

中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所(北京100190)

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(北京100049)

按照聲傳播路徑的不同，人耳的聽(tīng)音方式可分為空氣傳導(dǎo)（簡(jiǎn)稱氣導(dǎo)）和骨傳導(dǎo)（簡(jiǎn)稱骨導(dǎo)）。氣導(dǎo)過(guò)程中耳蝸的激勵(lì)方式比較單一，氣導(dǎo)聲依次通過(guò)外耳、中耳傳遞到內(nèi)耳，激勵(lì)內(nèi)耳基底膜振動(dòng)引起聽(tīng)覺(jué)。與氣導(dǎo)不同，骨導(dǎo)振動(dòng)激勵(lì)耳蝸引起聽(tīng)覺(jué)的方式主要有四種：第一種是顱骨振動(dòng)直接引起耳道振動(dòng)，然后振動(dòng)以類(lèi)似氣導(dǎo)的方式經(jīng)過(guò)鼓膜和聽(tīng)小骨傳遞到耳蝸；第二種是顱骨振動(dòng)帶動(dòng)聽(tīng)小骨和耳蝸內(nèi)流體產(chǎn)生慣性運(yùn)動(dòng)；第三種是耳蝸直接隨著顱骨的振動(dòng)產(chǎn)生形變；第四種是顱骨振動(dòng)引起腦脊液靜態(tài)壓力變化，壓力變化傳遞到耳蝸，引起耳蝸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這四種方式，骨導(dǎo)振動(dòng)最終傳遞到耳蝸引起聽(tīng)覺(jué)[1]。

骨導(dǎo)助聽(tīng)技術(shù)[2,3]將拾取的外界聲波處理后以振動(dòng)的形式激勵(lì)頭骨，是除氣導(dǎo)助聽(tīng)、人工耳蝸[4,5]外的另一重要助聽(tīng)形式。近年來(lái)，骨導(dǎo)耳機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)并得到應(yīng)用，隨著其換能效率的提高，未來(lái)在助聽(tīng)領(lǐng)域有應(yīng)用潛力。但由于骨導(dǎo)耳機(jī)自身的頻率響應(yīng)缺陷、骨導(dǎo)耳機(jī)與皮膚的耦合以及頭骨的振動(dòng)特性等，骨導(dǎo)放音的感知效果仍有待進(jìn)一步研究。通過(guò)氣-骨導(dǎo)差異傳遞函數(shù)（Bone to Air Differential Transfer Function,BADTF）在骨導(dǎo)放音時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償可使骨導(dǎo)聲重放逼近氣導(dǎo)聲重放的感知效果，其中BADTF既包含骨導(dǎo)耳機(jī)與氣導(dǎo)耳機(jī)的頻響差異，也包含骨導(dǎo)聲傳遞與氣導(dǎo)聲傳遞的生理特性的差異。BADTF有助于了解骨導(dǎo)傳聲與氣導(dǎo)傳聲的差別，對(duì)骨導(dǎo)耳機(jī)的補(bǔ)償提供了依據(jù)。

聽(tīng)力學(xué)領(lǐng)域中的氣、骨導(dǎo)差異一般是指氣、骨導(dǎo)生理聲傳遞系統(tǒng)的差異。參考聽(tīng)力學(xué)中測(cè)量氣、骨導(dǎo)差異的思路，測(cè)量BADTF的可行方法有四種：基于畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射的方法[6,7]、基于等響度調(diào)節(jié)的方法[8]、基于聽(tīng)閾的方法[9]、基于氣、骨導(dǎo)聲抵消的方法[10]。基于畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射方法在測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有引入主觀判斷，測(cè)量準(zhǔn)確度高，但畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射信號(hào)需要兩種具有一定頻率比的高強(qiáng)度單頻聲同時(shí)激勵(lì)耳蝸，引出的畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射信號(hào)的幅值比激勵(lì)聲級(jí)低5060 dB，對(duì)測(cè)量?jī)x器要求較高，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量極易引起受試者不適，并且測(cè)量調(diào)節(jié)過(guò)程繁瑣[11-13]。等響度法調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，但是依賴主觀判斷，測(cè)量結(jié)果可靠性難以驗(yàn)證；基于聽(tīng)閾的方法在保證聽(tīng)閾正確測(cè)量的情況下能夠保證測(cè)量結(jié)果的可靠性，但該方法與前兩種方法都只能獲得BADTF的幅度，無(wú)法得到相位信息。氣、骨導(dǎo)聲抵消法通過(guò)調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)激勵(lì)的幅度差和相位差實(shí)現(xiàn)耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲抵消[11-16]，能夠同時(shí)獲得BADTF的幅度和相位。目前的研究已經(jīng)得到了初步的測(cè)量結(jié)果，但該方法仍然缺乏可靠性及可重復(fù)性驗(yàn)證。

本文探索基于氣、骨導(dǎo)聲抵消法測(cè)到得到的BADTF的有效性，即基于該方法得到的BADTF能否體現(xiàn)氣、骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)的電聲特性及生理特性的差異。本文首先分析了氣、骨導(dǎo)聲抵消的基本原理；推導(dǎo)出在氣、骨導(dǎo)聲抵消條件下的BADTF簡(jiǎn)化表達(dá)式并依此設(shè)計(jì)具體的測(cè)量方法；測(cè)量了多個(gè)聽(tīng)力正常受試者的單耳BADTF并開(kāi)展了可重復(fù)性驗(yàn)證與可靠性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)合測(cè)量?jī)x器頻響特性，人類(lèi)頭骨振動(dòng)特性，骨導(dǎo)聽(tīng)覺(jué)感知特性對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。測(cè)量結(jié)果表明，氣、骨導(dǎo)聲抵消法具有良好的可重復(fù)性和可靠性，測(cè)量得到的BADTF能夠反映氣導(dǎo)聲傳遞與骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)的特征差異。

1 測(cè)量原理和步驟

1.1 氣、骨導(dǎo)聲抵消原理

假設(shè)有獨(dú)立且同頻率的氣導(dǎo)聲SAC(t)和骨導(dǎo)聲SBC(t)同時(shí)刺激耳蝸，SAC(t)、SBC(t)分別為

已有的研究表明，若聲源聲壓級(jí)（氣導(dǎo)）或振動(dòng)力級(jí)（骨導(dǎo)）在人類(lèi)正常聽(tīng)力級(jí)范圍內(nèi)，氣、骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)可認(rèn)為是線性系統(tǒng)[17,18]，且耳蝸對(duì)聲音的響應(yīng)與聲音的傳播途徑無(wú)關(guān)[14]，不論是氣導(dǎo)聲還是骨導(dǎo)聲，最終都表現(xiàn)為在耳蝸基底膜上傳播的行波[19,20]，因此，耳蝸對(duì)氣、骨導(dǎo)聲SAC(t)和SBC(t)的響應(yīng)可分別表示為

φAC、φBC分別是氣、骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)的相移，CAC、CBC分別是氣、骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)幅度增益。

此時(shí)，耳蝸處總響應(yīng)為耳蝸對(duì)氣、骨導(dǎo)聲響應(yīng)的和[21]

當(dāng) CACAAC與 CBCABC相等，θAC+φAC與θBC+φBC相差π時(shí)，氣、骨導(dǎo)聲完全抵消，聽(tīng)者感覺(jué)不到氣、骨導(dǎo)混合聲的存在。圖1是兩列正弦波抵消示意圖。

圖1 兩正弦波抵消示意圖Fig.1 Cancellation between two sinewaves

1.2 氣-骨導(dǎo)差異傳遞函數(shù)測(cè)量原理

測(cè)量時(shí)氣、骨導(dǎo)聲傳遞路徑如圖2，其中EA和EB分別是氣、骨導(dǎo)耳機(jī)的輸入信號(hào)，UA和UB分別是氣、骨導(dǎo)聲在耳蝸處引起的響應(yīng)。

圖2 氣、骨導(dǎo)聲傳遞路徑Fig.2 Signal flow chat of the independent air conduction and bone conduction sound transmission pathways

BADTF的幅度可表示為

其中HAC和HBC分別為氣、骨導(dǎo)傳遞函數(shù)

發(fā)生完全抵消時(shí)，可認(rèn)為耳蝸處氣、骨導(dǎo)響應(yīng)的幅度相等

因此，發(fā)生完全抵消時(shí)BADTF的幅度可以簡(jiǎn)化表示為此時(shí)骨導(dǎo)耳機(jī)與氣導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)幅度之比。

BADTF的相位可表示為

發(fā)生完全抵消時(shí)，可認(rèn)為耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲相位相反

由式（11）、（16）可知，當(dāng)調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)的幅度差和相位差使得耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲發(fā)生完全抵消時(shí)，BADTF的幅度和相位分別可用此時(shí)骨導(dǎo)耳機(jī)和氣導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)的幅度之比和相位差表示。但受人耳對(duì)幅度和相位的敏感度的限制，幅度和相位的調(diào)節(jié)精度有限，很難調(diào)節(jié)至完全抵消，因此，實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程中盡可能調(diào)節(jié)至混合聲響度最小，即發(fā)生最大抵消。BADTF的測(cè)量方法設(shè)計(jì)如下：

第一步：受試者同時(shí)佩戴骨導(dǎo)耳機(jī)和氣導(dǎo)耳機(jī)，熟悉測(cè)量流程。

第二步：設(shè)置測(cè)量參數(shù)，調(diào)節(jié)骨導(dǎo)耳機(jī)輸出使得聽(tīng)音舒適。

第三步：保持骨導(dǎo)耳機(jī)輸出不變，調(diào)節(jié)氣導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)幅值使得氣導(dǎo)聲響度逼近骨導(dǎo)聲響度。

第四步：當(dāng)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸出響度相等時(shí)，同時(shí)播放氣導(dǎo)聲和骨導(dǎo)聲，調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)的相位差，直至混合聲的響度最小。

第五步：若在調(diào)節(jié)相位差的過(guò)程中混合聲響度降低不明顯，則是第三步中氣、骨導(dǎo)聲響度并沒(méi)有調(diào)節(jié)至相等，需要重復(fù)第三、四步。

在正式測(cè)量前，選取特定頻點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，確定受試者已經(jīng)完全熟悉測(cè)量流程。下頜及頭部的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響骨導(dǎo)聲傳遞，因此測(cè)量過(guò)程中受試者頭部和下頜應(yīng)保持不動(dòng)。

1.3 可靠性驗(yàn)證方法

調(diào)節(jié)至最大抵消時(shí)耳蝸處的幅度差越接近0 dB、相位差越接近，受試者感受到的最小混合聲的響度越小，抵消程度越大，越接近完全抵消，因此可將抵消程度作為判斷測(cè)量結(jié)果可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。

調(diào)節(jié)至最大抵消時(shí)耳蝸處的幅度差越接近0 dB、相位差越接近π，受試者感受到的最小混合聲的響度越小，抵消程度越大，越接近完全抵消，因此可將抵消程度作為判斷測(cè)量結(jié)果可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。

本文將抵消程度Dcancel定義如下

其中：LAC為發(fā)生抵消時(shí)的氣導(dǎo)耳機(jī)的輸入信號(hào)幅值；Lmix為響度與最小混合聲響度相等的氣導(dǎo)耳機(jī)輸入幅值。

抵消程度的具體測(cè)量方法如下：

第一步：同時(shí)佩戴骨導(dǎo)耳機(jī)和氣導(dǎo)耳機(jī)。調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)幅值直到氣、骨導(dǎo)聲響度相等，然后調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)相位差直到混合聲的響度最小，記錄此時(shí)氣導(dǎo)耳機(jī)輸入幅值LAC。

第二步：同時(shí)佩戴骨導(dǎo)耳機(jī)和氣導(dǎo)耳機(jī)。在氣導(dǎo)聲單獨(dú)播放和氣、骨導(dǎo)聲同時(shí)播放兩種放聲狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。單獨(dú)播放氣導(dǎo)聲時(shí)，氣導(dǎo)耳機(jī)的初始輸入信號(hào)幅值為L(zhǎng)AC，氣、骨導(dǎo)聲同時(shí)播放時(shí)，氣、骨導(dǎo)耳機(jī)的輸入信號(hào)幅值和相位保持與第二步中得到最小混合聲時(shí)的相位和幅度。不斷調(diào)節(jié)氣導(dǎo)聲單獨(dú)播放時(shí)的輸入信號(hào)幅值，使得氣導(dǎo)聲單獨(dú)播放時(shí)的響度逼近最小混合聲響度，記錄此時(shí)氣導(dǎo)聲輸入幅值Lmix。

第三步：計(jì)算抵消程度，若抵消程度過(guò)低，則重復(fù)第一步與第二步。

２ 測(cè)量設(shè)備

2.1 實(shí)驗(yàn)耳機(jī)選擇標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)量設(shè)備為電腦（ThinkCentre M8600t-D230，聲卡型號(hào)為Realtek High Definition Audio）、氣導(dǎo)耳機(jī)、骨導(dǎo)耳機(jī)。測(cè)量時(shí)電腦輸出雙聲道信號(hào)，其中一聲道饋給氣導(dǎo)耳機(jī)，另一聲道饋給骨導(dǎo)耳機(jī)，測(cè)量過(guò)程中受試者應(yīng)同時(shí)佩戴氣導(dǎo)耳機(jī)和骨導(dǎo)耳機(jī)，通過(guò)MATLABGUI界面調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入信號(hào)的幅度和相位。

當(dāng)耳道處于開(kāi)放狀態(tài)時(shí)，部分聲能量會(huì)通過(guò)耳道口輻射出去，此時(shí)對(duì)于低頻骨導(dǎo)聲而言，顱骨帶動(dòng)耳道振動(dòng)這一傳輸途徑的貢獻(xiàn)比其他途徑低約10 dB[22,23]。若堵住外耳道，通過(guò)耳道振動(dòng)這一途徑傳輸?shù)墓菍?dǎo)聲將成為低頻骨導(dǎo)聲的主要來(lái)源，這一現(xiàn)象稱為堵耳效應(yīng)。堵耳效應(yīng)會(huì)影響2 kHz以下的骨導(dǎo)聲傳遞，繼而影響低頻BADTF的測(cè)量結(jié)果，為避免這種情況，測(cè)試時(shí)選用的氣導(dǎo)耳機(jī)是Sennheiser HD650開(kāi)放式耳機(jī)，保證耳機(jī)工作時(shí)的耳道口輻射阻抗與開(kāi)放耳道的耳道口輻射阻抗接近[24]，最大程度地避免堵耳效應(yīng)的影響。

骨導(dǎo)聲需要骨振器激勵(lì)頭骨振動(dòng)產(chǎn)生，而骨振器放置位置對(duì)骨導(dǎo)聲感知有很大影響[25]，常用的放置位置有前額、乳突、顳骨等。為了減少骨導(dǎo)串聲的影響便于播放立體聲，消費(fèi)類(lèi)的骨導(dǎo)耳機(jī)常選取顳骨作為接觸點(diǎn)，因此本文選用的骨導(dǎo)耳機(jī)是市場(chǎng)上常用的一種骨導(dǎo)耳機(jī)，接觸點(diǎn)在顳骨。

圖3 實(shí)驗(yàn)用氣導(dǎo)耳機(jī)和骨導(dǎo)耳機(jī)Fig.3 Measurement used air conduction headphone and bone

2.2 氣導(dǎo)耳機(jī)：耳機(jī)到鼓膜傳遞函數(shù)測(cè)量

耳機(jī)到鼓膜傳遞函數(shù)（Headphone to Eardrum Transfer Function,HETF）反映了氣導(dǎo)耳機(jī)自身的傳輸特性和耳機(jī)與耳道、耳廓的耦合特性。氣導(dǎo)耳機(jī)的HETF在鋪設(shè)有吸聲海綿的測(cè)聽(tīng)室進(jìn)行測(cè)量，測(cè)聽(tīng)室本底噪聲為14.8 dBA。測(cè)量設(shè)備為帶耳道的B&K人工頭,B&K PULSE噪聲與振動(dòng)分析系統(tǒng)。激勵(lì)信號(hào)為最大長(zhǎng)度序列（Maximum Length Sequences,MLS），采樣率為 44.1 kHz，采樣長(zhǎng)度為5s。圖4為氣導(dǎo)耳機(jī)HETF測(cè)量流程圖：

圖4 氣導(dǎo)耳機(jī)HETF測(cè)量流程圖Fig.4 The flow chat for measuring the HETF of the air conduction headphone

如圖4所示，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的MLS信號(hào)由B&K PULSE進(jìn)行D/A(Digital/Analog數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換后饋給佩戴在人工頭上的氣導(dǎo)耳機(jī)（Sennheiser HD650）進(jìn)行重放，位于人工頭鼓膜處的B&K type 4192傳聲器拾取氣導(dǎo)耳機(jī)重放的聲信號(hào)，再經(jīng)B&K PULSE進(jìn)行A/D(Analog/Digital模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積和傅里葉變換得到HETF。

測(cè)量到的氣導(dǎo)耳機(jī)HETF如圖5所示，在約3 kHz處出現(xiàn)耳道共振峰。

圖5 氣導(dǎo)耳機(jī)HETFFig.5 The HETFof the air conduction headphone

2.3 骨導(dǎo)耳機(jī)：輸出頻率響應(yīng)測(cè)量

測(cè)量骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)函數(shù)的設(shè)備有B&K Typ4930人工乳突，B&K PULSE噪聲與振動(dòng)分析系統(tǒng)，其中人工乳突能夠模擬骨導(dǎo)耳機(jī)工作時(shí)與皮膚的耦合狀況。激勵(lì)信號(hào)仍是MLS信號(hào)，采樣率為44.1 kHz，采樣長(zhǎng)度為5s。測(cè)量過(guò)程中骨導(dǎo)耳機(jī)施加在人工乳突表面的夾緊力為3N。圖6為骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)測(cè)量流程圖：

圖6 骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)測(cè)量流程圖Fig.6 The flow chat for measuring the output frequency response of the bone conduction earphone

如圖6所示，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的MLS信號(hào)由B&K PULSE進(jìn)行D/A(Digital/Analog數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換后饋給人工乳突上的骨導(dǎo)耳機(jī)，骨導(dǎo)耳機(jī)將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成振動(dòng)，振動(dòng)被人工乳突拾取，人工乳突內(nèi)部的力傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)B&K PULSE進(jìn)行A/D(Analog/Digital模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積和傅里葉變換得到骨導(dǎo)耳機(jī)的輸出頻率響應(yīng)函數(shù)。由于人工乳突的有效工作頻帶為0.1 kHz～8 kHz，因此圖7也僅給出0.1 kHz～8 kHz的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量到的骨導(dǎo)耳機(jī)的輸出頻率響應(yīng)函數(shù)曲線在約580 Hz、2.8 kHz、3.7 kHz處出現(xiàn)谷點(diǎn)。值得注意的是，由于骨導(dǎo)耳機(jī)工作時(shí)與皮膚的耦合情況具有個(gè)性化差異，因此真人使用時(shí)骨導(dǎo)耳機(jī)的頻率輸出響應(yīng)與在人工乳突上的測(cè)量結(jié)果會(huì)有偏差。

圖7 骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)Fig.7 The output frequency response of the bone conduction earphone

3 測(cè)量結(jié)果和討論

3.1 氣-骨導(dǎo)差異傳遞函數(shù)測(cè)量結(jié)果及分析

參與測(cè)量的受試者共有7名，其中3名男性4名女性，受試者年齡均在22至27歲之間，聽(tīng)力正常，無(wú)耳部疾病史，耳道通暢，受試者均有豐富的聽(tīng)音經(jīng)驗(yàn)，能夠熟練操作測(cè)量軟件和測(cè)量?jī)x器,所有的測(cè)量都在本底噪聲為14.8 dBA的測(cè)聽(tīng)室內(nèi)完成。測(cè)量頻率范圍為100 Hz～8 kHz，測(cè)量頻點(diǎn)共24個(gè)，因此整個(gè)測(cè)量過(guò)程中受試者需要完成24次抵消調(diào)節(jié)，測(cè)量時(shí)間約為1.5小時(shí)。對(duì)于所有的測(cè)量頻點(diǎn)，受試者都能很好地按照指示調(diào)整氣、骨導(dǎo)耳機(jī)輸入的幅度差和相位差直至發(fā)生最大抵消。圖8為測(cè)量得到的BADTF幅度，圖9為測(cè)量得到的BADTF相位。由圖8、圖9可看出，不同受試者的BADTF存在個(gè)性化差異，體現(xiàn)在曲線的峰谷細(xì)節(jié)及動(dòng)態(tài)范圍的差異上，這可能是由受試者的皮膚厚度、頭骨密度和形狀、耳廓和耳道形狀等生理特征差異導(dǎo)致。

圖8 7名受試者的BADTF幅度Fig.8 The BADTFs’amplitude of 7 subjects

除個(gè)性化差異外，不同受試者的BADTF幅度和相位曲線還具有一些明顯的共同特征。從圖8可以看出，不同受試者的BADTF幅度具有相似的“U”型包絡(luò)，均表現(xiàn)為低頻、高頻部分抬高，中頻部分凹陷，這體現(xiàn)了氣導(dǎo)耳機(jī)HETF和骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)的差異，值得注意的是，在BADTF幅值大于0 dB的頻帶，骨導(dǎo)耳機(jī)的輸出效率低于氣導(dǎo)耳機(jī)的輸出效率，相同輸出幅度條件下耳蝸感知到的骨導(dǎo)聲明顯較弱。7名受試者的BADTF幅度還存在四個(gè)共同峰值，分別位于500 Hz～900Hz、3 kHz～4 kHz,4.5 kHz～5.8 kHz,6.5kHz～7.6 kHz，為便于分析為便于分析，將這四個(gè)共同峰值標(biāo)記為C1、C2、C3、C4。結(jié)合氣導(dǎo)耳機(jī)HETF和骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)測(cè)量結(jié)果可知，C1，C2分別由骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)曲線的兩個(gè)谷點(diǎn)引起：骨導(dǎo)耳機(jī)輸出頻率響應(yīng)曲線位于580 Hz的谷點(diǎn)值比3.7 kHz的谷點(diǎn)值高約3 dB，同時(shí)氣導(dǎo)耳機(jī)HETF在580 Hz的幅值比3.7 kHz附近的幅值低約9 dB，綜合骨導(dǎo)耳機(jī)頻率響應(yīng)與氣導(dǎo)耳機(jī)HETF的影響，BADTF幅度在580 Hz與3.7 kHz附近出現(xiàn)峰值且580 Hz附近的峰值幅度應(yīng)比3.7 kHz附近的峰值幅度大，BADTF測(cè)量結(jié)果中峰值C1、C2的頻率均與幅值相對(duì)大小與以上分析吻合。C3與C4的形成原因有待考察，可能的原因是頭骨反共振，具體原因見(jiàn)下文對(duì)BADTF相位的分析。

從圖9可以看出，在大部分的頻段內(nèi)，7名受試者的BADTF相位具有相似的形狀。在中頻段，BADTF相位呈現(xiàn)明顯的線性特征，說(shuō)明在中頻段氣導(dǎo)聲傳遞與骨導(dǎo)聲傳遞具有固定的時(shí)延，這與ogiso等人[10]的研究結(jié)果相同。值得注意的是，在低頻段，BADTF相位有兩個(gè)跳變點(diǎn)，分別位于200Hz～300 Hz和750Hz～850 Hz,跳變點(diǎn)形成的原因有待考證。在高頻段，BADTF相位曲線有一個(gè)共同谷值，其頻率范圍為5 kHz～8 kHz，接近BADTF幅度曲線中共同峰值C3、C4的頻率，若C3、C4為頭骨反共振點(diǎn)，則BADTF相位位于5 kHz～8 kHz的共同谷值可能對(duì)應(yīng)于反共振時(shí)的相位改變。

圖9 7名受試者的BADTF相位Fig.9 The BADTFs’phases of 7 subjects

為了分析BADTF的個(gè)體差異，現(xiàn)給出7組BADTF測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，見(jiàn)圖10：

圖10 7名受試者測(cè)量結(jié)果均值及標(biāo)準(zhǔn)差Fig.10 Averageand standard deviationof the BADTFs of 7 subjects

7位受試者的BADTF幅度平均值動(dòng)態(tài)范圍為-12 dB～13 dB，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為3 dB～6 dB。在小于200 Hz和大于4 kHz的頻段，BADTF幅度平均值大于0 dB，說(shuō)明在該頻段，要想達(dá)到相同響度的輸出，骨導(dǎo)耳機(jī)比氣導(dǎo)耳機(jī)需要更高的輸入幅值，骨導(dǎo)耳機(jī)的輸出效率比氣導(dǎo)耳機(jī)的輸出效率低。BADTF相位平均值動(dòng)態(tài)范圍為，標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為。在14 kHz，平均BADTF相位的標(biāo)準(zhǔn)差整體較小，而在小于1 kHz和大于4 kHz的部分頻點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大，這說(shuō)明相位差異傳遞函數(shù)的個(gè)體差異主要集中在1 kHz以下的低頻段和4 kHz以上高頻段，中頻段個(gè)體差異較小。

以上的BADTF測(cè)量結(jié)果能夠?yàn)楣菍?dǎo)助聽(tīng)技術(shù)中的骨導(dǎo)耳機(jī)補(bǔ)償提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：由于骨傳導(dǎo)的傳輸特性以及骨導(dǎo)振動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)特征，骨導(dǎo)耳機(jī)在輸出上常有低頻輸出不足，高頻傳輸衰減過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)分析BADTF幅頻特征，可以得到骨導(dǎo)耳機(jī)聲響應(yīng)尚且薄弱的頻帶，之后可通過(guò)設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行后處理修正頻響以提升骨導(dǎo)耳機(jī)的放音效果，也可指導(dǎo)改進(jìn)骨導(dǎo)振子的設(shè)計(jì)；此外，BADTF相頻特征能夠反映骨導(dǎo)的相位隨頻率的變化特征，在容易發(fā)生相位突變的頻點(diǎn)進(jìn)行處理可用于嘯叫抑制，保護(hù)佩戴者聽(tīng)力。

3.2 重復(fù)測(cè)量結(jié)果及分析

由于骨導(dǎo)耳機(jī)放置位置對(duì)骨導(dǎo)聲傳遞效果有影響，因此需要進(jìn)行可重復(fù)性驗(yàn)證。重復(fù)測(cè)量時(shí)對(duì)subject1共進(jìn)行了三次測(cè)量，為了避免受試者疲勞，三次測(cè)量分別在三天進(jìn)行。圖11為三次重復(fù)測(cè)量得到的BADTF，圖12為三次重復(fù)測(cè)量得到的BADTF的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

圖11 3次重復(fù)測(cè)量結(jié)果Fig.11 Results of the three repeated measurements

圖12 3次重復(fù)測(cè)量結(jié)果均值及標(biāo)準(zhǔn)差Fig.12 Average and standard deviation of the three repeated measurements

重復(fù)測(cè)量BADTF幅度標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為0 dB～5 dB，除去最后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差比較大的頻點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為0 dB～3 dB。重復(fù)測(cè)量BADTF相位標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為，除去794 Hz這一標(biāo)準(zhǔn)差明顯大于其他頻點(diǎn)的測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為。從圖12可以看出，無(wú)論是BADTF幅度還是BADTF相位，低頻測(cè)量點(diǎn)和高頻測(cè)量點(diǎn)處的重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差要明顯大于其他測(cè)量點(diǎn)，可能的原因是骨導(dǎo)串聲的存在和人耳對(duì)相位的敏感度的限制：對(duì)于低頻測(cè)量點(diǎn)，在本次測(cè)試中為避免引起受試者疲勞，并沒(méi)有進(jìn)行非測(cè)試耳掩蔽，骨導(dǎo)串聲的存在增大了抵消調(diào)節(jié)的難度；對(duì)于高頻測(cè)量點(diǎn)，人耳對(duì)相位的敏感度降低導(dǎo)致了抵消調(diào)節(jié)的難度增大。

3.3 可靠性驗(yàn)證結(jié)果及分析

本文中對(duì)BADTF幅度和相位的推導(dǎo)均是建立在耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲完全抵消的基礎(chǔ)上的，但是實(shí)際測(cè)量過(guò)程由于受試者對(duì)幅度和相位的敏感度有限，往往很難調(diào)節(jié)至完全抵消，只能在一定范圍內(nèi)達(dá)到最大抵消，所以抵消程度是表征測(cè)量結(jié)果可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，抵消程度越大，測(cè)量結(jié)果越可靠。圖13是7名受試者抵消程度測(cè)量結(jié)果的均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

圖13 7名受試者抵消程度測(cè)量結(jié)果均值及標(biāo)準(zhǔn)差Fig.13 Average and standard deviation of the cancellation degreeof 7 subjects

如圖13所示，6 kHz以下的測(cè)量點(diǎn)的抵消程度都在10 dB以上。參考Kapteyn等人[26]給出的耳蝸處的氣、骨導(dǎo)聲抵消程度與幅度差、相位差的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)?shù)窒潭冗_(dá)到10 dB以上時(shí)，耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲響應(yīng)的幅度差小于4 dB，相位差小于，因此對(duì)于小于6 kHz的測(cè)量頻點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果具有一定的可靠性。但是當(dāng)測(cè)量頻率超過(guò)6 kHz時(shí)，調(diào)節(jié)難度的增大導(dǎo)致抵消程度過(guò)低，測(cè)量誤差增大。

4 結(jié)論

本文提出了利用氣、骨導(dǎo)聲抵消測(cè)量BADTF的方法，該方法是一種基于耳蝸等效感知的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了多名被試的BADTF并驗(yàn)證了該方法的可重復(fù)性，進(jìn)行了抵消程度測(cè)量驗(yàn)證了測(cè)量結(jié)果的可靠性。測(cè)量結(jié)果表明，受試者的BADTF曲線既有共性也有個(gè)性：共性體現(xiàn)在不同受試者的BADTF曲線具有相似的包絡(luò)特征并存在共同峰值，反映了測(cè)量用氣、骨導(dǎo)耳機(jī)的頻率響應(yīng)差異和受試者生理特征的共同特性；個(gè)性體現(xiàn)在不同受試者的BADTF曲線的峰谷細(xì)節(jié)和動(dòng)態(tài)范圍上，反映了受試者生理特征的個(gè)性化差異。可靠性測(cè)量結(jié)果表明，抵消程度在小于6 kHz的頻段內(nèi)超過(guò)10 dB，因此該方法在小于6 kHz的頻段內(nèi)測(cè)量誤差更小，測(cè)量結(jié)果更為可靠。測(cè)量到的BADTF為應(yīng)用于骨導(dǎo)助聽(tīng)領(lǐng)域的骨導(dǎo)耳機(jī)的頻率響應(yīng)補(bǔ)償提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)骨導(dǎo)耳機(jī)嘯叫抑制也具有指導(dǎo)意義。