耳道
關注創建者：HBK聲學與振動 創建時間：2021-01-14
耳道的實例教程
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。
展開 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。
展開 具有正確解剖學構造的耳朵
我們利用核磁共振（MRI）掃描儀技術，收集了人耳幾何構造方面的大量信息。采集了完整的耳道幾何構造信息，包括連接耳膜的耳管骨部。所有數據經后期處理，我們即可確定一般人耳耳道的幾何構造。新型仿真耳的人造耳道
具有正確的解剖學構造，該人造耳道配有一個成一定角度的耳膜模擬器，該模擬器精確置于耳膜處，以貼合人耳。利用仿人耳廓內部構造的新型外形設計，打造一款更加耐磨損、性能更穩健的仿真耳。柔軟部件（硅橡膠仿真耳）與硬質材料（可安裝耳膜模擬器的耳道末端）之間的過渡部分可保留柔軟部件與人耳耳道骨部之間的過渡部分。
我們還在仿真耳周圍加設了一條軟質硅膠帶，以
更好地密封耳罩式耳機。仿真耳的新型卡入式系統可以
快速拆卸仿真耳，可在必要時輕松實現仿真耳的更換。最后，我們設計出一種新的機件，便于新型耳膜模擬器在人耳內的迅速裝取，從而可使用定制的外耳與耳道幾何構造。
剛才提到的是新型耳膜模擬器嗎？
測量人耳耳道解剖學構造時，我們還測量了每一只單耳的全音域聲阻抗，從而
測定人體平均聲阻抗。
展開 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。
展開 但是，當產生的聲音接近人耳時，聲音會被聲學負載效應改變，因此測量需要緊密模擬人的聽力系統。
人耳是一個復雜的結構，但從本質上講，有兩個部分需要建模才能進行精確的模擬，提供聲音方向性的耳廓，可控制頻率形狀和聲阻抗的耳道和中耳。
中耳，包括鼓膜和三個小骨頭，稱為聽小骨，可以被視為高質量的傳聲器；耳鼓膜位于耳道的末端；耳道通過共振來改變外部聲場，在某些頻率下放大聲音。
但這并不是唯一要解決的問題，因為耳朵的響應也會隨著音頻設備在多大程度上緊貼耳道入口，或對耳道入口形成聲學負載而變化。
最初嘗試設計聲耦合腔的目的是針對當時使用的電話和耳機。最初，耳道和耳廓被表示為簡單的體積。最終在1970年制定了IEC 318標準。這是對人耳的粗略模擬，其模型將可用頻率范圍限制在8kHz以下。
電子產品向更小、可穿戴、具有更寬頻率范圍的演化，推動了對具有更寬頻率范圍和更高準確性的耳模擬器的需求。
1981年，新的耳模擬耦合腔IEC 711標準化，被稱為“711耦合腔”。配備一系列的適配器，它可用于插入式耳機和助聽器，它的頻率范圍擴展到了10kHz。
數字音頻的發展、對雙耳聽力興趣的增長以及3D空間中音源的定位，引領研究開發評估可穿戴產品的解決方案。
這些產品大多在開放環境使用，僅通過模擬中耳和簡化的耳廓無法準確測量。需要一個更完整的耳模擬器，它應集成聲耦合腔和耳廓的精確構造。研究表明，耳廓、頭以及肩膀會影響自由和擴散場的耳朵響應。
這致使1987年開始研發頭和軀干模擬器（HATS）。
下一期中，我們將介紹4129型HATS如何發展為5128型高頻頭和軀干模擬器，敬請期待！
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更重要的是，我們的方向感很大程度上基于個人經驗，與頭部、耳廓、耳道的大小和形狀密切相關。聽覺系統會逐漸建立一個“參考數據庫”，比如“從后方傳來的聲音聽起來較悶”。因此，要想實現逼真的空間聲效，就必須還原聽覺系統所期待的全部信息。
目前主流的雙耳聲記錄與重放技術使用“人頭與軀干模擬器”（HATS）采集聲音，再通過耳機回放。
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。
人體耳廓內部有著豐富的毛細血管，由頸內動脈系統垂直沿著耳道區域運行，毛細血管系統貫穿耳屏和耳垂。而且由于耳部的皮膚相對比較薄，減少了皮膚非血液組織對光束的穩定吸收，使光強度損失較低，提高了采集信號的信噪比。
耳朵是僅次于手指尖，毛細血管次豐富的地方，相對于手腕而言，光學式測量方案，從耳機會更容易到得到高質量的PPG信號，更有利于更高精準運動心率與血氧效果的測試。
外耳
外耳包括耳廓和耳道，耳廓在聲源定位中起著重要的作用。此外，其像喇叭一樣的形狀提供了從頭部周圍“無限”空間的平滑過渡，將聲音傳送到狹窄的耳道。
人體耳廓內部有著豐富的毛細血管，由頸內動脈系統垂直沿著耳道區域運行，毛細血管系統貫穿耳屏和耳垂。而且由于耳部的皮膚相對比較薄，減少了皮膚非血液組織對光束的穩定吸收，使光強度損失較低，提高了采集信號的信噪比。
另外，佩戴耳機后，心率傳感信號接收芯片會與耳廓緊密貼合。即使人們從事各種運動時，耳朵位置也保持相對穩定。因此在這個位置采集信號抗干擾性能強，穩定度高，并且方便攜帶。
這一動作確保電極與皮膚表面良好接觸，同時最大限度地減少與耳道壁的摩擦。螺旋的中心被掏空，讓聲波正常通過，柔軟的材料設計防止了回聲，否則會扭曲聲音。
為了評價SpiralE的有效性，進行了一系列的實驗。在第一次試驗中，研究人員向受試者展示了各種視覺模式，并要求他們將注意力集中在這些模式上幾秒鐘。在這段時間內，測量結果從設備中被捕獲，并與基于先前研究的預期大腦活動模式進行比較。
然而，我們的方向感多數是建立在經驗之上的，這與我們自己的生理（我們的頭、耳廓和耳道的大小和形狀）有關。隨著時間的推移，我們的聽覺系統建立了一個
參考數據庫
，例如注意到來自后面的聲音聽起來稍顯沉悶。因此，為了創造令人信服的空間體驗，并感知聲源的確切位置，聲音的再現必須提供我們的聽覺系統所習慣的所有信息。
先將該設備連接到測試裝置，該測試裝置代表耳后式助聽器中的接收器，該助聽器通過一根細長的管道驅動插入的耳模，以此來驅動耳道。使用電路接口將接收器建模為電氣 SPICE 電路，并在管入口處將其連接到有限元域。使用“ 壓力聲學，頻域”接口對管內和耦合器內的聲學進行建模。
由接收器，電子管，耦合器和測量麥克風組成的建模系統的示意圖。
通過這種方式，像顳骨乳突部分和耳道這樣的骨突出物適合定位換能器，并直接感知振動。
蘋果的專利圖1示出了插入用戶耳朵中的耳塞和加速度計，該加速度計捕獲由磨牙癥事件引起的音頻帶中的聲音振動；圖2是示出用于診斷和監測磨牙癥的系統的結構框圖；圖3是口腔表面活動的示例聲學剖面圖的頻譜圖。
下面的蘋果專利圖6是用于診斷和監測磨牙癥事件的數據處理管道的流程圖。
人體耳廓內部有著豐富的毛細血管，由頸內動脈系統垂直沿著耳道區域運行，毛細血管系統貫穿耳屏和耳垂。而且由于耳部的皮膚相對比較薄，減少了皮膚非血液組織對光束的穩定吸收，使光強度損失較低，提高了采集信號的信噪比。
另外，佩戴耳機后，心率傳感信號接收芯片會與耳廓緊密貼合。即使人們從事各種運動時，耳朵位置也保持相對穩定。因此在這個位置采集信號抗干擾性能強，穩定度高，并且方便攜帶。
