/ 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著醫(yī)療事業(yè)的不斷發(fā)展，固定式聲場測聽設(shè)備（以下簡稱測聽設(shè)備）在北京、上海等地區(qū)的醫(yī)院和助聽器驗配機構(gòu)得到了廣泛的使用，主要用于在各類聲場中進行聽力測試。它的特點在于既可對各類人群進行基本的聽力測量，也可對佩戴助聽器或人工耳蝸的聽力受損者及殘障人士進行聲場測聽。測聽設(shè)備一般由信號源、功率放大器、信號級控制器和一個或多個固定放置在測聽室內(nèi)的揚聲器等部分組成。由于測聽設(shè)備的聲場使用特性和信號特性，現(xiàn)有的規(guī)程及文獻所涉及的校準(zhǔn)方法對于其均不適用，JJG338-2012只涉及使用氣導(dǎo)耳機和骨導(dǎo)耳機的校準(zhǔn)[1]，JJF1581-2016[2]只涉及可移動的手持式一體化設(shè)備的校準(zhǔn)[3]，冀飛的文章《聽閾測試用聲場的構(gòu)建和零級校準(zhǔn)》只涉及了聲場聽閾的零級校準(zhǔn)[4]。因此，本文分別介紹測聽設(shè)備的基本工作原理及其聲音信號的特點，再結(jié)合GB/T 4854.7-2008[5]和 GB/T16296.2-2016[6]對聲場測聽的具體要求，對不同的聲場類型和聲音信號類型給出相應(yīng)的校準(zhǔn)方法。

2 測聽設(shè)備的校準(zhǔn)方法

聽力測試，一般是在聲場內(nèi)發(fā)出特定的測試聲音信號，由身在其中的被試進行感知和判斷，完成測試過程。故而，測聽設(shè)備的計量主要在于對不同類型聲場與其發(fā)出的測試聲音信號的聯(lián)動校準(zhǔn)。表1給出了不同測聽室的聲場類型[7]以及不同聲場類型可選用的聲場測聽信號[6]。在自由場或者準(zhǔn)自由場中使用囀聲進行自由場聲場測聽是目前使用最廣泛的聲場測聽方式，這里重點介紹進行此類聲場測聽時的校準(zhǔn)方法，其他聲場測聽方式的校準(zhǔn)方法與此類似。

表1 聲場測聽信號與聲場類型的組合類型

2.1 囀聲的校準(zhǔn)

囀聲是頻率作正弦式調(diào)制的純音[4]，它的頻率圍繞某個中心頻率進行周期性變化，使用囀聲可以有效避免在聲場中產(chǎn)生駐波。本文對囀聲的校準(zhǔn)從囀聲自由場測聽的聲壓級誤差、諧波失真和級線性誤差三個方面進行分析介紹。

2.1.1 囀聲自由場測聽的聲壓級誤差

囀聲自由場測聽的基準(zhǔn)聽閾聲壓級在GB/T 4854.7-2008中進行了規(guī)定。對于囀聲自由場測聽的聲壓級誤差的校準(zhǔn)測量裝置如圖1所示，在測聽室（自由場或者準(zhǔn)自由場）內(nèi)進行。測聽設(shè)備的信號源等部分放置在測聽室外，揚聲器部分固定放置在測聽室內(nèi)，測量傳聲器放置在測聽室的參考點處，測量傳聲器與揚聲器參考軸的夾角和受試者進行聲場測聽時的聲音入射角度一致（即0°、45°或90°入射）。

囀聲輸出為穩(wěn)態(tài)信號，因此，可以通過10s的平均值來獲得囀聲輸出大小。以1kHz持續(xù)囀聲信號的校準(zhǔn)為例，聽力級輸出值設(shè)置為b，在聲分析儀上得到的1/3倍頻程分析圖如圖2所示，可以得到1kHz處的聲壓級輸出值Lf，根據(jù)式（1）計算囀聲自由場測聽的聲壓級誤差。

圖1 測聽設(shè)備校準(zhǔn)的測量裝置

式中：δf——囀聲自由場測聽的聲壓級誤差，dB；

b——校準(zhǔn)時測聽設(shè)備設(shè)置的聽力級，dB；

Lf——用聲分析儀測得的囀聲自由場測聽的聲壓級，dB；

Lfrtspl——自由場測聽的基準(zhǔn)聽閾聲壓級，dB

圖2 1kHz囀聲信號的1/3倍頻程分析

2.1.2 囀聲諧波失真

囀聲作為一種頻率一直變化的測試信號，無法使用傳統(tǒng)的失真度儀進行諧波失真校準(zhǔn)，因此，本文參考純音聽力計的校準(zhǔn)方法，采用了測量諧波電壓的校準(zhǔn)方法[1]。在測試頻率點囀聲輸出的聲壓級越大，其所引入的諧波失真越大，過大的諧波失真會引入其他頻率點的囀聲從而影響聲場測聽的準(zhǔn)確性。GB/T16296.2-2016中建議測聽設(shè)備在125Hz的諧波失真一般不大于5.0%，125Hz以上頻率點的諧波失真一般不大于3.0%，所以為保證聲場測聽的準(zhǔn)確性，應(yīng)找到每個頻率點可用于聲場測聽的最大聽力級設(shè)置。

諧波失真的測量裝置見圖1，為避免過高的聲壓級輸出（特別是低頻輸出）對測聽設(shè)備的揚聲器帶來損壞，校準(zhǔn)應(yīng)從較低的聽力級設(shè)置值開始。本實驗初始聽力級設(shè)置為50dB，逐次改變測聽設(shè)備輸出頻率，在聲分析儀上測出各次諧波電壓值，用式（2）計算各頻率的諧波失真d，逐檔增加測聽設(shè)備的輸出聽力級，記錄各頻率使得d滿足技術(shù)要求的最大聽力級檔位

式中：u2——二次諧波電壓值，mV；

u3——三次諧波電壓值，mV；

u4——四次諧波電壓值，mV；

u——總信號（含基波）電壓值，mV

2.1.3 囀聲聲壓級級線性誤差

因為被試在測聽室內(nèi)會受到環(huán)境噪聲和測試信號諧波失真的影響，因此，需要通過校準(zhǔn)來明確測聽設(shè)備可用的聽力級范圍，并在該范圍內(nèi)校準(zhǔn)囀聲聲壓級級線性誤差。

校準(zhǔn)時，首先將測聽設(shè)備設(shè)置為不發(fā)聲，記錄在聲分析儀上顯示的環(huán)境噪聲。然后將測聽設(shè)備設(shè)置為持續(xù)發(fā)聲，聽力級設(shè)置諧波失真校準(zhǔn)時得到的最大聽力級檔位，采用標(biāo)稱步進值向下逐檔降低測聽設(shè)備聽力級輸出值，記錄在每一輸出檔位上聲分析儀顯示的三分之一倍頻帶聲壓級，然后計算相鄰檔位的衰減值，最后計算標(biāo)稱步進值與衰減值之差。聲分析儀輸出聲壓級的信噪比小于10dB的檔位不予校準(zhǔn)，但予以記錄，最大允許誤差一般不超過步進值的 ±3/10dB 或 ±2.0dB（兩者取其較小者），從而可以確定最小聽力級檔位。應(yīng)在1kHz頻率點進行校準(zhǔn)。

2.2 其他類型聲音信號的校準(zhǔn)

測聽設(shè)備除了發(fā)出囀聲信號之外還會發(fā)出純音和窄帶噪聲，其校準(zhǔn)與囀聲類似。其中純音只能在自由場中使用，而窄帶噪聲只能在混響室（擴散場）中使用。進行窄帶噪聲擴散場測聽的聲壓級誤差的校準(zhǔn)時，應(yīng)使用擴散場測聽的基準(zhǔn)等效聲壓級作為標(biāo)準(zhǔn)值。

3 測聽設(shè)備的校準(zhǔn)實例

如圖3和圖4所示，本文以GNOTOMETRICS A/S公司MADSEN品牌固定式聲場測聽設(shè)備（Astera型聽力計外接揚聲器）為測試樣品，在準(zhǔn)自由場條件下的測聽室內(nèi)進行，測試信號為囀聲，采集設(shè)備為丹麥B&K公司3160型多通道聲分析儀和4190型工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，級線性校準(zhǔn)時采用1kHz信號，采用本文的校準(zhǔn)方法，得到的校準(zhǔn)結(jié)果如表2、表3和表4所示。從測量結(jié)果可以看出，不同頻率點能使用的最大聽力級不同，125Hz的諧波失真較大，1kHz頻率下滿足要求的聽力級范圍為20～105dB。

圖3 測聽設(shè)備校準(zhǔn)現(xiàn)場（測聽室內(nèi)）

圖4 測聽設(shè)備校準(zhǔn)現(xiàn)場（測聽室外）

表2 測聽設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果

表3 測聽設(shè)備不同聽力級檔的自由場測聽聲壓級(1kHz)

表4 測聽設(shè)備級線性校準(zhǔn)結(jié)果(1kHz)

4 結(jié)語

本文介紹了測聽設(shè)備的應(yīng)用范圍和工作原理，重點分析了此類設(shè)備所使用的聲音信號及其特點，在此基礎(chǔ)上給出了切實可行的校準(zhǔn)方法，最后給出了一個校準(zhǔn)實例。通過本文的分析，一方面為測聽設(shè)備的校準(zhǔn)提供了新的方法，填補了該方面的空白，另一方面也為測聽設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和使用提供了更為全面的評價參數(shù)。