對耳機(jī)和耳塞的性能數(shù)據(jù)的收集過程與之類似：使用測試信號驅(qū)動耳機(jī)/耳塞的聲學(xué)傳感器，并用麥克風(fēng)捕捉其聲音并進(jìn)行分析。

但與揚(yáng)聲器不同的是，耳機(jī)和耳塞是為了適應(yīng)人們耳朵的形狀而設(shè)計的，這使得性能數(shù)據(jù)的收集變得更加的復(fù)雜。

因此，用于收集耳塞/耳機(jī)數(shù)據(jù)的麥克風(fēng)必須放置在能夠模擬人類耳朵的聲學(xué)結(jié)構(gòu)中，并且耳機(jī)或者耳塞的佩戴方式必須與人們在實際生活中所使用的佩戴方式保持一致。

圖1：耳機(jī)的類型（a）耳罩式耳機(jī)（b）貼耳式耳機(jī)（c）半入耳式耳機(jī)（d）入耳式耳機(jī)。

耳道的共振和來自身體和耳廓的反射會極大地影響鼓膜處（稱為鼓膜參考點(diǎn)，或DRP，即測量麥克風(fēng)的振膜所在位置）的響應(yīng)。根據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用場景不同，耳機(jī)和耳塞可以通過各種聲學(xué)測試裝置（ATF）進(jìn)行測試。

圖2：封閉式仿真耳（具有封閉式耳道延伸的耳模擬器）

國際電工委員會（IEC）已經(jīng)指定了一種耳模擬器用作模擬人類的耳道（稱為IEC 60318-4耳模擬器），其DRP上有一個麥克風(fēng)。

耳道延伸器和封閉式耳道延伸器均是它的指定配件，因此這種耳模擬器可以適應(yīng)于多種固定裝置和應(yīng)用場景。

如果裝上耳道延伸和人造耳廓，耳模擬器就可用來測試頭戴式耳機(jī)，如果裝上封閉式耳道延伸，耳模擬器就可用來測試入耳式和半入耳式耳機(jī)（圖2）。

與此同時，圖3中的圖表顯示了在自由聲場中測量的揚(yáng)聲器響應(yīng)（其中揚(yáng)聲器均衡設(shè)置為flat），以及使用相同的聲學(xué)信號，在HATS（即人體頭和軀干模擬器模型，這個模型我們稍后討論）中的耳模擬器DRP測量所得的結(jié)果。

圖3：分別使用自由聲場麥克風(fēng)和DRP上的入耳式麥克風(fēng)所測量的處于自由聲場中的揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)。

可以看出由共振和反射所引起的響應(yīng)變化是非常明顯的。

對于入耳式耳機(jī)，只需要使用具有封閉式耳道延伸器的耳模擬器就可以了（如圖4），因為外耳，頭部或軀干對于聲音的影響微乎其微。

圖4：一個入耳式耳機(jī)被連接到封閉式耳模擬器。

對于耳機(jī)和其他種類的耳塞，因為它們會受到耳廓，頭部還有胸部反射的影響，可以將耳模擬器安裝在較大的固定裝置中進(jìn)行測量，例如使用HATS。

圖5是一個模擬人類耳朵和臉頰的設(shè)備，它由一個耳模擬器和人工耳廓組成。人工耳廓被安裝在了一個模擬人類臉頰或者側(cè)臉的平面上，設(shè)備上帶有一個可調(diào)節(jié)的臂，用于模擬耳機(jī)和耳廓之間貼合時的壓力。

圖5：43AG耳和臉頰模擬器，G.R.A.S. Sound and Vibration。

HATS人體模型能夠模擬人體頭部的聲音反射和聲影，以及人體頸部，肩部還有胸部的聲音反射和吸收（圖6）。

圖6：5128型HATS

兩組耳模擬器和耳廓分別安裝在模擬器頭部的兩側(cè)。如果想對耳機(jī)的麥克風(fēng)進(jìn)行測試，可以添加一個嘴模擬傳感器。如果想準(zhǔn)確的測試耳機(jī)自帶的麥克風(fēng)，使用HATS是尤為重要的。

圖7中所示的是另一種解決方案，它比HATS便宜，但是又比其他的一些方案更加完善，這種耳機(jī)測試夾具使用了兩個耳模擬器和人造耳廓，分別安置在一個大型的鋁制圓柱體頭部兩側(cè)。

圖7：ISO 4869-3耳機(jī)測試夾具，型號AECM206

像HATS一樣，它可以同時測試左耳和右耳的耳機(jī)。對于在生產(chǎn)車間進(jìn)行的測試，可以使用錐形的鋁制配件來代替人工耳廓，從而讓耳機(jī)的測試更快速，更容易重復(fù)操作。

此外，它的大型的圓柱形頭部能夠提供非常好的聲學(xué)隔離效果，這是測試耳罩式耳機(jī)和ANC（主動降噪）耳機(jī)在降低環(huán)境噪音方面的效果時所必需的。

數(shù)據(jù)測量的結(jié)果

耳模擬器配合上面所說的這些固定工具/夾具，再加上能夠使用Farina對數(shù)掃描的正弦波線性調(diào)頻信號的現(xiàn)代分析儀器，我們就能夠得到非常多的數(shù)據(jù)測量結(jié)果，這其中包括了：

? 頻率響應(yīng)

?電氣阻抗

?輸入電壓

? 聲壓級

?諧波和互調(diào)失真

?噪聲衰減

?串?dāng)_衰減（串音衰減）

?Rub 聲和Buzz聲

?左/右耳追蹤

耳廓造成的反射以及耳道產(chǎn)生的阻抗和共振可以被耳模擬器和其上的麥克風(fēng)忠實地模擬出來，并提供DRP上的響應(yīng)曲線。

但是，正如圖3所顯示的情況，這樣獲得的原始測量數(shù)據(jù)并不容易和被測設(shè)備的公開數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)還有工程技術(shù)參數(shù)對應(yīng)起來，因為后者是在自由聲場或者是擴(kuò)散聲場中測試設(shè)備時所得到的響應(yīng)曲線。

解決這個問題的方法是，使用自由聲場或者擴(kuò)散聲場頭部相關(guān)傳遞函數(shù)（HRTF）曲線對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

創(chuàng)建HRTF的方式是：首先測量DRP上的耳模擬器的響應(yīng)曲線（例如在HATS上），然后移除HATS并將麥克風(fēng)放置在相同位置再次測量響應(yīng)曲線。

上面的測量環(huán)境可以是自由聲場（消聲空間）也可以是擴(kuò)散聲場（混響空間）。兩次測量之間的差異就是HRTF，它能夠體現(xiàn)測量時所使用的聲學(xué)測試夾具的特性。

一旦獲得了HTRF，我們就可以通過將DRP上的頻率響應(yīng)除以對應(yīng)的HTRF來獲得被測耳機(jī)在自由聲場和擴(kuò)散聲場中的頻率響應(yīng)。

其他的因素

耳機(jī)與測試夾具的頭部還有人造耳廓的契合程度會對其性能產(chǎn)生非常大的影響。尤其是對于封閉式耳機(jī)的低音響應(yīng)，這種影響會更加的明顯。任何類型的泄漏都會降低耳機(jī)在低頻區(qū)域的表現(xiàn)。

例如，圖8中的曲線顯示了五個頻率響應(yīng)的測量曲線，在每次測量之前，耳機(jī)都被從ATF取下再被重新戴上。

為了避免這個因素的影響，最好對耳機(jī)進(jìn)行多次測量（通常應(yīng)為3到5次），然后取平均值。

過去設(shè)計耳機(jī)時，使用的是自由聲場HRTF。后來才開始使用擴(kuò)散聲場HRTF，作為錄音室監(jiān)聽耳機(jī)的理想范本。

最近在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究表明，人們會更喜歡自由聲場和擴(kuò)散聲場耳機(jī)目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線的方案。而且通常來說受過訓(xùn)練的人會更喜歡那種在參考聽音室中對應(yīng)平板揚(yáng)聲器校準(zhǔn)的耳機(jī)目標(biāo)響應(yīng)。

圖8：將耳機(jī)安置在ATF上，進(jìn)行5次測試所得的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)。

在使用耳模擬器在ATF上測量耳機(jī)的頻率響應(yīng)時，請務(wù)必記住目標(biāo)響應(yīng)不是平坦的。

就這一點(diǎn)而言有兩種選擇。

第一種選擇是在被測（標(biāo)準(zhǔn)化）頻率響應(yīng)的圖表上畫出目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線，如圖3所示。使用這種方法，可以在評估時直觀的將測量曲線與目標(biāo)曲線進(jìn)行比較。

圖9：擴(kuò)散聲場和自由聲場下的封閉式的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)曲線。

用于評估耳機(jī)頻率響應(yīng)的第二種方法是“校正”或者說是將被測量的頻率響應(yīng)盡量靠近目標(biāo)頻率響應(yīng)。

實現(xiàn)方法是反轉(zhuǎn)目標(biāo)響應(yīng)曲線并將其作為EQ曲線應(yīng)用于被測量的頻率響應(yīng)，如圖10所示，其中圖9所示的耳機(jī)的頻率響應(yīng)被校正為擴(kuò)散聲場和自由聲場。通過這種方法，完全匹配目標(biāo)響應(yīng)的耳機(jī)的校正響應(yīng)曲線將會是在0dB處的一條平坦的直線。

圖10：使用擴(kuò)散聲場和自由聲場校正的耳罩式耳機(jī)的頻率響應(yīng)（如圖9所示）。

其他的選項

左/右耳追蹤是立體聲耳機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，因為它可以衡量耳機(jī)中每一個耳機(jī)的相對頻率響應(yīng)。通過在帶有兩個耳模擬器的ATF上進(jìn)行頻率響應(yīng)測量，并比較右耳和左耳的頻率響應(yīng)，可以很容易地獲得它。

完美匹配的耳機(jī)的左/右追蹤響應(yīng)曲線應(yīng)該是在0 dB處的一條平坦的直線。如圖11所示，入耳式耳機(jī)的左右兩個耳機(jī)在20 Hz至10 kHz范圍內(nèi)的匹配是良好的。

聲音衰減是衡量耳機(jī)或耳機(jī)防止環(huán)境噪音進(jìn)入耳道效果的指標(biāo)。這個指標(biāo)對于具有主動降噪功能的耳機(jī)來說非常有用。

圖11：左/右耳機(jī)的頻率響應(yīng)（左軸）及其左/右追蹤響應(yīng)曲線，±3 dB的限制（右軸）。

在ISO 4869-1和-3（在IEC 60268-7中引用）標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，在被隔離的ATF周圍創(chuàng)建一個隨機(jī)入射聲場，如圖7所示。生成寬帶信號（如粉紅噪聲），對ATF的耳模擬器中的聲壓級以1/3倍頻程進(jìn)行測量。

對于沒有ANC的耳機(jī)，操作程序是首先需要測量開放式耳朵（即移除耳機(jī)之后）的1/3倍頻程聲級頻譜，然后再在使用耳機(jī)的情況下進(jìn)行重復(fù)測量。這些頻譜之間的差異就是插入損耗。

對于帶ANC的耳機(jī)，則需要一些額外的步驟：在啟用和不啟用ANC功能的情況下分別進(jìn)行測量，從而計算出被動衰減值和主動衰減值。測量的頻譜通常被轉(zhuǎn)換為開放式頻譜，如圖12所示。

圖12：ANC耳機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化測量頻譜，顯示了主動衰減和被動衰減的曲線。

圖12表明了主動降噪在約1.5 kHz的頻率以下是有效的，在4 kHz 到1.5 kHz的頻率范圍內(nèi)被動降噪的效果更好。

注：本文主要參考了《Headphone Electroacoustic Measurements, Audio Precision》，這篇文章對相關(guān)問題的討論更加的詳細(xì)，能夠為您提供許多參考。

文章來源：Prosoundweb