唐惠芳 李曉東 桑晉秋

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所(北京100190)

中國科學(xué)院大學(xué)(北京100049)

按照聲傳播路徑的不同，人耳的聽音方式可分為空氣傳導(dǎo)（簡稱氣導(dǎo)）和骨傳導(dǎo)（簡稱骨導(dǎo)）。氣導(dǎo)過程中耳蝸的激勵方式比較單一，氣導(dǎo)聲依次通過外耳、中耳傳遞到內(nèi)耳，激勵內(nèi)耳基底膜振動引起聽覺。與氣導(dǎo)不同，骨導(dǎo)振動激勵耳蝸引起聽覺的方式主要有四種：第一種是顱骨振動直接引起耳道振動，然后振動以類似氣導(dǎo)的方式經(jīng)過鼓膜和聽小骨傳遞到耳蝸；第二種是顱骨振動帶動聽小骨和耳蝸內(nèi)流體產(chǎn)生慣性運動；第三種是耳蝸直接隨著顱骨的振動產(chǎn)生形變；第四種是顱骨振動引起腦脊液靜態(tài)壓力變化，壓力變化傳遞到耳蝸，引起耳蝸內(nèi)流體運動。通過這四種方式，骨導(dǎo)振動最終傳遞到耳蝸引起聽覺[1]。

骨導(dǎo)助聽技術(shù)[2,3]將拾取的外界聲波處理后以振動的形式激勵頭骨，是除氣導(dǎo)助聽、人工耳蝸[4,5]外的另一重要助聽形式。近年來，骨導(dǎo)耳機已經(jīng)出現(xiàn)并得到應(yīng)用，隨著其換能效率的提高，未來在助聽領(lǐng)域有應(yīng)用潛力。但由于骨導(dǎo)耳機自身的頻率響應(yīng)缺陷、骨導(dǎo)耳機與皮膚的耦合以及頭骨的振動特性等，骨導(dǎo)放音的感知效果仍有待進(jìn)一步研究。通過氣-骨導(dǎo)差異傳遞函數(shù)（Bone to Air Differential Transfer Function,BADTF）在骨導(dǎo)放音時進(jìn)行補償可使骨導(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)耳機與氣導(dǎo)耳機的頻響差異，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，對骨導(dǎo)耳機的補償提供了依據(jù)。

聽力學(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。參考聽力學(xué)中測量氣、骨導(dǎo)差異的思路，測量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)射方法在測量過程中沒有引入主觀判斷，測量準(zhǔn)確度高，但畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射信號需要兩種具有一定頻率比的高強度單頻聲同時激勵耳蝸，引出的畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射信號的幅值比激勵聲級低5060 dB，對測量儀器要求較高，長時間測量極易引起受試者不適，并且測量調(diào)節(jié)過程繁瑣[11-13]。等響度法調(diào)節(jié)簡單，但是依賴主觀判斷，測量結(jié)果可靠性難以驗證；基于聽閾的方法在保證聽閾正確測量的情況下能夠保證測量結(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，無法得到相位信息。氣、骨導(dǎo)聲抵消法通過調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)激勵的幅度差和相位差實現(xiàn)耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲抵消[11-16]，能夠同時獲得BADTF的幅度和相位。目前的研究已經(jīng)得到了初步的測量結(jié)果，但該方法仍然缺乏可靠性及可重復(fù)性驗證。

本文探索基于氣、骨導(dǎo)聲抵消法測到得到的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簡化表達(dá)式并依此設(shè)計具體的測量方法；測量了多個聽力正常受試者的單耳BADTF并開展了可重復(fù)性驗證與可靠性驗證實驗。結(jié)合測量儀器頻響特性，人類頭骨振動特性，骨導(dǎo)聽覺感知特性對測量結(jié)果進(jìn)行分析。測量結(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 測量原理和步驟

1.1 氣、骨導(dǎo)聲抵消原理

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

已有的研究表明，若聲源聲壓級（氣導(dǎo)）或振動力級（骨導(dǎo)）在人類正常聽力級范圍內(nèi)，氣、骨導(dǎo)聲傳遞系統(tǒng)可認(rèn)為是線性系統(tǒng)[17,18]，且耳蝸對聲音的響應(yīng)與聲音的傳播途徑無關(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，耳蝸處總響應(yīng)為耳蝸對氣、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，氣、骨導(dǎo)聲完全抵消，聽者感覺不到氣、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)測量原理

測量時氣、骨導(dǎo)聲傳遞路徑如圖2，其中EA和EB分別是氣、骨導(dǎo)耳機的輸入信號，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，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BADTF的幅度可以簡化表示為此時骨導(dǎo)耳機與氣導(dǎo)耳機輸入信號幅度之比。

BADTF的相位可表示為

發(fā)生完全抵消時，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)耳機輸入信號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，BADTF的幅度和相位分別可用此時骨導(dǎo)耳機和氣導(dǎo)耳機輸入信號的幅度之比和相位差表示。但受人耳對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，實際調(diào)節(jié)過程中盡可能調(diào)節(jié)至混合聲響度最小，即發(fā)生最大抵消。BADTF的測量方法設(shè)計如下：

第一步：受試者同時佩戴骨導(dǎo)耳機和氣導(dǎo)耳機，熟悉測量流程。

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

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

第四步：當(dāng)氣、骨導(dǎo)耳機輸出響度相等時，同時播放氣導(dǎo)聲和骨導(dǎo)聲，調(diào)節(jié)氣、骨導(dǎo)耳機輸入信號的相位差，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)聲響度并沒有調(diào)節(jié)至相等，需要重復(fù)第三、四步。

在正式測量前，選取特定頻點進(jìn)行重復(fù)測量，確定受試者已經(jīng)完全熟悉測量流程。下頜及頭部的運動會影響骨導(dǎo)聲傳遞，因此測量過程中受試者頭部和下頜應(yīng)保持不動。

1.3 可靠性驗證方法

調(diào)節(jié)至最大抵消時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量結(jié)果可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。

調(diào)節(jié)至最大抵消時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)生抵消時的氣導(dǎo)耳機的輸入信號幅值；Lmix為響度與最小混合聲響度相等的氣導(dǎo)耳機輸入幅值。

抵消程度的具體測量方法如下：

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

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

第三步：計算抵消程度，若抵消程度過低，則重復(fù)第一步與第二步。

２ 測量設(shè)備

2.1 實驗耳機選擇標(biāo)準(zhǔn)

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

當(dāng)耳道處于開放狀態(tài)時，部分聲能量會通過耳道口輻射出去，此時對于低頻骨導(dǎo)聲而言，顱骨帶動耳道振動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，通過耳道振動這一途徑傳輸?shù)墓菍?dǎo)聲將成為低頻骨導(dǎo)聲的主要來源，這一現(xiàn)象稱為堵耳效應(yīng)。堵耳效應(yīng)會影響2 kHz以下的骨導(dǎo)聲傳遞，繼而影響低頻BADTF的測量結(jié)果，為避免這種情況，測試時選用的氣導(dǎo)耳機是Sennheiser HD650開放式耳機，保證耳機工作時的耳道口輻射阻抗與開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)聲需要骨振器激勵頭骨振動產(chǎn)生，而骨振器放置位置對骨導(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，消費類的骨導(dǎo)耳機常選取顳骨作為接觸點，因此本文選用的骨導(dǎo)耳機是市場上常用的一種骨導(dǎo)耳機，接觸點在顳骨。

圖3 實驗用氣導(dǎo)耳機和骨導(dǎo)耳機Fig.3 Measurement used air conduction headphone and bone

2.2 氣導(dǎo)耳機：耳機到鼓膜傳遞函數(shù)測量

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

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

如圖4所示，計算機產(chǎn)生的MLS信號由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（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)耳機重放的聲信號，再經(jīng)B&K PULSE進(jìn)行A/D(Analog/Digital模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換后輸入計算機存儲，對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積和傅里葉變換得到HETF。

測量到的氣導(dǎo)耳機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HETFFig.5 The HETFof the air conduction headphone

2.3 骨導(dǎo)耳機：輸出頻率響應(yīng)測量

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

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

如圖6所示，計算機產(chǎn)生的MLS信號由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，骨導(dǎo)耳機將接收到的電信號轉(zhuǎn)換成振動，振動被人工乳突拾取，人工乳突內(nèi)部的力傳感器輸出的信號經(jīng)過B&K PULSE進(jìn)行A/D(Analog/Digital模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換后輸入計算機存儲，對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積和傅里葉變換得到骨導(dǎo)耳機的輸出頻率響應(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的測量結(jié)果，測量到的骨導(dǎo)耳機的輸出頻率響應(yīng)函數(shù)曲線在約580 Hz、2.8 kHz、3.7 kHz處出現(xiàn)谷點。值得注意的是，由于骨導(dǎo)耳機工作時與皮膚的耦合情況具有個性化差異，因此真人使用時骨導(dǎo)耳機的頻率輸出響應(yīng)與在人工乳突上的測量結(jié)果會有偏差。

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

3 測量結(jié)果和討論

3.1 氣-骨導(dǎo)差異傳遞函數(shù)測量結(jié)果及分析

參與測量的受試者共有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，聽力正常，無耳部疾病史，耳道通暢，受試者均有豐富的聽音經(jīng)驗，能夠熟練操作測量軟件和測量儀器,所有的測量都在本底噪聲為14.8 dBA的測聽室內(nèi)完成。測量頻率范圍為100 Hz～8 kHz，測量頻點共24個，因此整個測量過程中受試者需要完成24次抵消調(diào)節(jié)，測量時間約為1.5小時。對于所有的測量頻點，受試者都能很好地按照指示調(diào)整氣、骨導(dǎo)耳機輸入的幅度差和相位差直至發(fā)生最大抵消。圖8為測量得到的BADTF幅度，圖9為測量得到的BADTF相位。由圖8、圖9可看出，不同受試者的BADTF存在個性化差異，體現(xiàn)在曲線的峰谷細(xì)節(jié)及動態(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HETF和骨導(dǎo)耳機輸出頻率響應(yīng)的差異，值得注意的是，在BADTF幅值大于0 dB的頻帶，骨導(dǎo)耳機的輸出效率低于氣導(dǎo)耳機的輸出效率，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，將這四個共同峰值標(biāo)記為C1、C2、C3、C4。結(jié)合氣導(dǎo)耳機HETF和骨導(dǎo)耳機輸出頻率響應(yīng)測量結(jié)果可知，C1，C2分別由骨導(dǎo)耳機輸出頻率響應(yīng)曲線的兩個谷點引起：骨導(dǎo)耳機輸出頻率響應(yīng)曲線位于580 Hz的谷點值比3.7 kHz的谷點值高約3 dB，同時氣導(dǎo)耳機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)耳機頻率響應(yīng)與氣導(dǎo)耳機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測量結(jié)果中峰值C1、C2的頻率均與幅值相對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，具體原因見下文對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，說明在中頻段氣導(dǎo)聲傳遞與骨導(dǎo)聲傳遞具有固定的時延，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相位有兩個跳變點，分別位于200Hz～300 Hz和750Hz～850 Hz,跳變點形成的原因有待考證。在高頻段，BADTF相位曲線有一個共同谷值，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，則BADTF相位位于5 kHz～8 kHz的共同谷值可能對應(yīng)于反共振時的相位改變。

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

為了分析BADTF的個體差異，現(xiàn)給出7組BADTF測量數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，見圖10：

圖10 7名受試者測量結(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，說明在該頻段，要想達(dá)到相同響度的輸出，骨導(dǎo)耳機比氣導(dǎo)耳機需要更高的輸入幅值，骨導(dǎo)耳機的輸出效率比氣導(dǎo)耳機的輸出效率低。BADTF相位平均值動態(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的部分頻點上，標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大，這說明相位差異傳遞函數(shù)的個體差異主要集中在1 kHz以下的低頻段和4 kHz以上高頻段，中頻段個體差異較小。

以上的BADTF測量結(jié)果能夠為骨導(dǎo)助聽技術(shù)中的骨導(dǎo)耳機補償提供重要的實驗依據(jù)：由于骨傳導(dǎo)的傳輸特性以及骨導(dǎo)振動元件的結(jié)構(gòu)特征，骨導(dǎo)耳機在輸出上常有低頻輸出不足，高頻傳輸衰減過大的問題，通過分析BADTF幅頻特征，可以得到骨導(dǎo)耳機聲響應(yīng)尚且薄弱的頻帶，之后可通過設(shè)計濾波器進(jìn)行后處理修正頻響以提升骨導(dǎo)耳機的放音效果，也可指導(dǎo)改進(jìn)骨導(dǎo)振子的設(shè)計；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)生相位突變的頻點進(jìn)行處理可用于嘯叫抑制，保護(hù)佩戴者聽力。

3.2 重復(fù)測量結(jié)果及分析

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

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

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

重復(fù)測量BADTF幅度標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為0 dB～5 dB，除去最后兩個標(biāo)準(zhǔn)差比較大的頻點，標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為0 dB～3 dB。重復(fù)測量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的測量點，標(biāo)準(zhǔn)差分布范圍為。從圖12可以看出，無論是BADTF幅度還是BADTF相位，低頻測量點和高頻測量點處的重復(fù)測量標(biāo)準(zhǔn)差要明顯大于其他測量點，可能的原因是骨導(dǎo)串聲的存在和人耳對相位的敏感度的限制：對于低頻測量點，在本次測試中為避免引起受試者疲勞，并沒有進(jìn)行非測試耳掩蔽，骨導(dǎo)串聲的存在增大了抵消調(diào)節(jié)的難度；對于高頻測量點，人耳對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 可靠性驗證結(jié)果及分析

本文中對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，但是實際測量過程由于受試者對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量結(jié)果可靠性的一個重要指標(biāo)，抵消程度越大，測量結(jié)果越可靠。圖13是7名受試者抵消程度測量結(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以下的測量點的抵消程度都在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)系的計算結(jié)果，當(dāng)?shù)窒潭冗_(dá)到10 dB以上時，耳蝸處氣、骨導(dǎo)聲響應(yīng)的幅度差小于4 dB，相位差小于，因此對于小于6 kHz的測量頻點，測量結(jié)果具有一定的可靠性。但是當(dāng)測量頻率超過6 kHz時，調(diào)節(jié)難度的增大導(dǎo)致抵消程度過低，測量誤差增大。

4 結(jié)論

本文提出了利用氣、骨導(dǎo)聲抵消測量BADTF的方法，該方法是一種基于耳蝸等效感知的測量方法。實驗中測量了多名被試的BADTF并驗證了該方法的可重復(fù)性，進(jìn)行了抵消程度測量驗證了測量結(jié)果的可靠性。測量結(jié)果表明，受試者的BADTF曲線既有共性也有個性：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，反映了測量用氣、骨導(dǎo)耳機的頻率響應(yīng)差異和受試者生理特征的共同特性；個性體現(xiàn)在不同受試者的BADTF曲線的峰谷細(xì)節(jié)和動態(tài)范圍上，反映了受試者生理特征的個性化差異?？煽啃詼y量結(jié)果表明，抵消程度在小于6 kHz的頻段內(nèi)超過10 dB，因此該方法在小于6 kHz的頻段內(nèi)測量誤差更小，測量結(jié)果更為可靠。測量到的BADTF為應(yīng)用于骨導(dǎo)助聽領(lǐng)域的骨導(dǎo)耳機的頻率響應(yīng)補償提供了實驗依據(jù)，對骨導(dǎo)耳機嘯叫抑制也具有指導(dǎo)意義。