Jude Mansilla

HEAD-FI編輯 / 創始人

當進行耳機測試時，通常很難發現主觀分析與客觀分析之間的相關性。造成這種情況的原因有很多，其中包括實現類似于人的貼合性的挑戰，而且我們一直以來使用的聽力模擬器，是基于40年前的標準，不能在整個音頻波段上模擬人類的聽力。

聽力模擬器的定義及標準

聽力模擬器是一種將被測耳機連接到麥克風、使耳機上的工作負載與作用在真實耳朵上的負載相同的設備。此外，耳模擬器應該能保證麥克風所拾取的信號是頻率的函數，與鼓膜處耳道中的聲壓相同。

 

行業中使用的大多數耳模擬器均基于IEC 60318-4國際標準。因為該標準以前被稱為IEC 711，所以通常將其簡稱為711模擬器。

 

711耳模擬器標準的范圍及限制

711耳模擬器標準，自1981年以來已使用了近40年，已經根深蒂固，但是711標準存在一些關鍵性限制。盡管它們通常用于測量20Hz至20kHz（被認為是人類聽力范圍）的耳機，但711模擬器被限定只用于模擬100Hz至10kHz的人類聽力范圍。在100Hz以下和10kHz以上，您可以將711模擬器用作聲耦合器，但它不能模擬這些范圍內的人類響應。

這個范圍雖然有限，但也大大超過40年前的水平，當時這類測試和測量的重點通常是助聽器和電信設備。但是數十年來的高分辨率設備通常覆蓋并且經常超出人類的聽力范圍。因此，要全面了解當今分辨率更高、水平更先進的設備，我們需要能夠在整個可聽范圍內對人類聽力進行建模。

 

711局限性的部分原因是，它對要模仿的人體解剖學部分做了簡化。最新的711模擬器內部直觀地表示耳道麥克風的長度以及精心設計的2分支結構，側面有精確的空腔，還有模仿人的鼓膜能量損失的狹縫，盡管如此，但相對于它模仿的人體解剖結構，711仍然簡化了不少。

當這些不一致的問題發生時，很難將我們正在查看的測量值與聽到的設備聲音、以及我們看到的耳機測量值與聽到的耳機聲音之間的差異關聯起來。我認為，這是我們在測量耳機時面臨的關鍵問題之一。

B&K 5128型高頻頭和軀干模擬器的開發

為了從頭開始創建更人性化的聽力模擬標準，經過12年的努力后，Brüel & Kj?r宣布推出5128型高頻頭和軀干模擬器（5128 HATS）。

 

5128的開發就是為了首次真實再現普通成年人在20Hz至20kHz整個音頻范圍內的聲學特性。要體現整個音頻段的人的聽力特征，涉及兩個關鍵的研究階段。首先，確定成人的平均耳道幾何形狀，然后測量和確定平均聲阻抗。

 

為了確定平均耳道幾何形狀，研究人員對40多名志愿者進行了對比增強MRI掃描，借此將耳道幾何形狀的3D表示實現為實體幾何模型。通過基于圖像配準算法的幾何平均來確定沿耳道長度方向的平均輪廓，從而生成成人平均耳道的3D模型。

 

下一步是通過該MRI研究確定32位受試者的平均聲阻抗。該階段要用到特殊設計的阻抗探頭，該阻抗探頭需在耳道中精確定位，使用MRI測量中提取的幾何形狀對每個受試者的單個耳塞進行建模。阻抗探頭本身是使用兩個探頭麥克風創建的，一個用于測量響應，另一個用于充當聲源。這項研究得出的數據提供了一系列阻抗曲線，用于得出平均聲阻抗曲線。

簡而言之，隨著這些研究計劃的完成，他們能夠確定成人耳道的平均幾何形狀和相應的平均聲阻抗。

主觀分析與客觀分析之間的差異

談到主觀分析與客觀分析之間的相關性時，我發現一個耳機的例子與我在網上找到的711測量值完全不同。它就是Westone W60通用型耳機，這是一款高端耳機，至今已問世多年。Westone W60的每個聽筒中有6個平衡電樞驅動器和3路無源分頻器。

 

這是我在網上找到的Westone W60的四個711測量值：

 

這是一起顯示的四個Westone W60 711頻響測量值：

 

本示例中我選擇了Westone W60，因為在擁有并聆聽了Westone W60一段時間后，在網上找到了它的測量值，我發現很難調和兩者之間的差異——我所聽到的與我所看到的測量之間的差異。

測量一和測量二顯示，其低音遠比實際聽起來要重，尤其是測量一，全部具有711的高幅值共鳴，從而定義了大部分高音。測量三和測量四顯示，從4kHz到8或9kHz的能量非常低，這也不符合主觀印象。

5128與711測量值的差異

以下是5128上Westone W60的測量值，顯示了W60隨附的兩種耳塞之間的差異。大多數測量都是使用硅膠耳塞進行的。

這是W60的5128測量值與我們一直在研究的四個711測量值的比較：

這是5128頻率響應測量值與紅色陰影部分的711測量值范圍的比較：

 

需要特別注意高音范圍，您在5128測量中看到的是這些耳機產生的平均人類響應，而不是由耦合器的高幅值諧振引起的測量偽影，該偽影構成了您在所有711測量中在該范圍內看到的圖像。還必須記住，在這種情況下，711甚至沒有按照自己的規范對10kHz以上的人類響應進行建模，根據被測設備和/或所使用的夾具配置的情況，頻率范圍甚至會更窄。在與幾位耳機工程師交談時得知，高音范圍是僅憑測量值能夠了解的最具挑戰性的范圍之一，根據我們迄今為止的經驗，我希望5128是邁向耳機工程師高音調音和性能神秘化的重要一步。

更高的測量基準電平

在711模擬器上測量入耳式耳機時，與使用5128測量相同的耳機相比，您經常會看到更高的測量基準電平。因此，我與 Brüel & Kj?r一起提出了這個問題，并弄清了為什么會這樣——典型的711配置的耳道是一個7.5mm x 22mm的管子，這種711配置的等效體積約為1.26立方厘米；5128的耳道是一個平均的人耳道，長約27毫米，5128的等效體積約為1.55立方厘米，而711等于1.26立方厘米。711是40多年前編制的，我們通過基于離體尸體研究以及像Brüel & Kj?r一樣進行的MRI研究進行的更高級的掃描研究，已經更好地了解了人耳道乃至鼓膜的尺寸。成年人耳道的長度約為22毫米至31毫米，因此711耳道實際上比一般成年人耳道小。實際上，它更接近這個范圍的下限。

以Etymotic ER4耳機為例，Brüel & Kj?r估計了帶有兩種固定裝置的插入式耳機前面的剩余空腔。

當插入到711模擬器中，插入的耳塞前方大約有575立方毫米空腔，但它是插入到5128的耳朵中，插入的耳塞前方大約留有750立方毫米。輻射到小外殼中的接收器將產生與空間體積成反比的聲壓。因此，使用711的空間更小，因此壓力更大，這就是我們在這里看到的。而且，聲輸出阻抗越高，被測設備越閉合，則對耳道的密封越好，您就越有可能看到這種情況。

插入到711模擬器中

插入到5128的耳朵中

因此，這完全取決于您要測試的特定耳機。有些開放型耳罩式耳機顯示出更多的基礎差異，部分入耳式耳機具有類似的基準電平。同樣，唯一可以確定的方法就是測量，但無論您要測量什么，我都相信5128與以前的標準相比，將獲得更人性化的響應。 

借用已故的Edgar Shaw的名言結尾：

將聲學天線系統劃分為功能部件、以軀干和耳廓凸緣作為衍射體是很有用的。外耳和耳道充當聲學諧振器，而耳膜提供聲學終端。但是，必須始終將這些部件視為集成系統的一部分。

這就是Brüel & Kj?r的5128提供的功能。就聽力模擬而言，5128是普通人，以5128耳廓、耳道和鼓膜為內聚單元的集成系統。該系統中包含對成人平均聽力的模擬。請勿將耳道和其他零星物品與其放在一起。不管您要測量什么：耳麥、聽筒、耳機、頭戴式耳機，您測量的是人類對所有這些東西的平均反應，都具有更好的真實感、準確性和一致性。

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