如何定義可以代表普通人耳的實際形狀？

HBK聲學與振動

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上一期中，我們簡單介紹了如何評估產品發出的聲音。 （←點擊即可查看）

本期視頻將介紹4128型HATS如何發展為5128型高頻頭和軀干模擬器。

如何定義可以代表普通人耳的實際形狀？的圖1

隨著對便攜式設備（例如手機、電話、耳機和音頻流設備）具有更好的音頻質量的需求不斷增長，顯然，傳統“711”耦合器的8kHz帶寬并不足夠，因此需要一種新的方法，在 整個音頻范圍內匹配人耳的聲阻抗。

初步研究表明，3.3型耳模擬器的幾何形狀過于簡單，因此無法將人耳的復數聲阻抗復制到20kHz，需要更“擬人”的幾何形狀。

當然，問題在于， 每個耳朵都不一樣。那么，我們如何定義可以代表普通人耳的實際形狀呢？

我們需要 確定平均幾何形狀和阻抗，對平均幾何形狀的追求始于40多名志愿者的MRI掃描，他們來自不同年齡、種族和性別。初步的MRI掃描并未得到好的數據，因為圖像中的耳道壁不夠清晰。通過在耳道中添加造影劑，這個問題得以解決，這樣就可以得到足夠高質量的圖像，以準確表征耳道。通過MRI掃描，他們能夠創建耳道幾何形狀的準確3D畫像，并可以將其轉換為實體幾何模型。

盡管志愿者耳道的總體形狀大致相似，他們之間的 細節差異很大。使用圖像配準方法進行幾何平均，用于確定沿耳道長度的平均輪廓，從而得到用作耳道設計基礎的平均3D模型。此處，我們將幾何平均值與測量的對象之一進行比較。如您所見，平均值保留了各個度量的關鍵特征，但消除了更多 隨機細節。

該過程的第二步是 確定平均聲阻抗。這需要使用專門設計的阻抗探頭，該探頭需要能在耳道中精確定位。為此，使用從MRI測量中提取的幾何形狀，為每個志愿者模制單獨的耳塞。每個耳塞都設計為將探頭盡可能地靠近距鼓膜19mm的公共參考平面。阻抗探頭本身是使用兩個傳聲器探頭組件的，一個用于測量響應，另一個用于充當聲源。測量探頭外殼中的盤管可在探頭尖端提供平滑的頻率響應和高聲阻抗。兩個探頭的尖端均與耳模的底部齊平并進行了正確的校準，并且只需一點數學運算，就可以測量中耳的阻抗。

盡管盡了最大的努力，但探針尖端從主體到主體的位置并非精確地為19mm，并且探針尖端至DRP（鼓膜參考點）之間的距離變化，導致測量阻抗曲線中的 共振峰被模糊。但是，使用傳輸線理論可以計算正確的阻抗，以模擬在19mm公共參考平面上的結果。所得數據提供了一系列阻抗曲線，可以用來獲得平均曲線。為了重現在10kHz以上正確阻抗建模的復雜性，需要重新設計 帶有?英寸傳聲器的耦合腔，以匹配人耳鼓膜的大小。

通氣孔的數量（稱為分支）從2個增加到4個，以調節共振峰和相關的阻尼。

更復雜的問題是試圖模仿 從軟組織到更靠近鼓膜的軟骨狀態的過渡。通過對各種材料和技術進行建模和測試，優化了過渡過程的平滑度和堅固性。調整的幾次迭代與目標的平均測得阻抗非常匹配，并且完全在目標頻響的工程公差范圍內。

難題的最后一步是 調整開放式耳朵的響應并整合到HATS結構中。耳廓的幾何形狀與ITU-P.58中標準化的版本相同，但是為了匹配早期標準的頻率和阻尼，必須稍微增加外耳的深度。

最終我們得到了HATS的全新設計，它可以 準確地測量近場音頻設備在20kHz范圍內的響應。幾乎與人類一樣重要的耳道幾何形狀可以更有效地測試正確安裝的入耳式設備。

5128型高頻頭和軀干模擬器（HATS）于2017年發布，推動了測試可穿戴音頻設備的世界標準。

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