第三章
听觉相关声学基础

声学（acoustics）是研究声音产生、传播、接收和效应的科学，声音的属性及其参量与听觉生理和听力测试等有着紧密的联系。听力学的各种测试如纯音测听、听觉诱发电位、耳声发射等，从本质上来说都是测量人的听觉系统对于声音刺激的主观或客观的反应。因此，听力学离不开声学。

第一节
声音的本质

声音本质是一种振动能量在弹性介质中的传播。声源和声学介质是声音的要素。从心理声学角度讲，声音是由于物体振动产生的波，通过声学介质的传播，被听觉系统所感受到的印象。

一、声源的基本属性

（一）振动和波

1.振动声音

产生于机械振动。抽象地说，振动是指一个物理量在观测时间内不停地经过最大值和最小值而交替变化的过程。对于声音而言，振动是指传播介质的分子相对于静止状态的位移不断在最大值和最小值之间变化的过程。当物体振动时，就会引起周围的介质发生压力和质点速度等参量的变化。作为弹性介质的空气，遇到物体振动时，其毗邻的空气就会出现压缩、膨胀或稠密、稀疏的周期性变化，并由近到远交替地向四周扩散。物体的振动可分为简谐振动、自由振动、阻尼振动及受迫振动等多种形式。

2.简谐振动

简谐振动是位移、速度或加速度按时间的正弦函数的振动，是周期振动的一种简单形式。简谐振动可以被定义为进行匀速圆周运动的质点，在法平面上的投影。反映该投影点相对于圆心的位移和相对于时间关系的函数为正弦函数（图3-1-1）。此外，单摆、弹簧振子的振动特性也都可看作是简谐振动的一种特例。

3.振动的振幅、频率和周期

振动质点离开平衡位置的最大位移的绝对值叫作振幅。振幅描述了物体振动的范围和幅度。频率是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。频率单位为赫兹（符号Hz），以 f 表示。振动质点完成一次完整振动所用的时间称为周期，以 T 表示，单位为秒（s）。频率与周期互为倒数，即 T = 1/ f 或 f = 1/ T 。振动频率越高，周期越短；周期越长，频率越低。例如，频率（ f ）为1 000Hz，周期（ T ）为1/1 000（s），即1ms；周期为1s，频率为1Hz，以此类推。

4.受迫振动和共振

在周期性外力作用下产生的振动称为受迫振动。系统的结构、尺寸和材料以及激励该系统的方式，决定了该系统的振动频率。系统在受迫振动时，激励的任何微小频率变化都使响应减小的现象称为共振，也就是系统受迫振动的振幅趋于最大值的现象。这里所说的响应可能是位移、速度或加速度。物体或介质产生共振的频率，称为其固有频率或共振频率。当受迫振动的策动力频率和系统本身的固有频率相同或很接近时，系统产生共振。不同共振频率范围使得不同设备或物体可以像滤波器那样，有选择性地传输某些频率范围内的能量，衰减其他频率范围之内的能量。发声器件的频率与外来声音的频率相同时，则它将由于共振的作用而发声，声学中的共振现象称为共鸣。

5.波和声波

以波动方式传播，简称为波。某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动称为波。在介质任意一点，量度扰动的量（如位移）都是时间的函数；而在同一时刻，任意一点这个量都是其位置的函数。波通常可分为两大类：一类是机械振动在介质中的传播；另一类是变化的电场和磁场在空间的传播。前者称为机械波，如声波、水波；后者称为电磁波，如光波、电波和射线等。两者虽然在本质上不同，但都具有波动的共同特征。

波是振动状态的传播，介质中各质点并不随波前进，只是以交变的速度在各自的平衡位置附近振动。质点振动的方向与波动的传播方向不一定相同。质点的振动方向和波的传播方向互相垂直的波称为横波，例如手拉绳子的一端做上下抖动时，绳子上形成的波就是横波。质点的振动方向和波动的传播方向互相平行或一致的波称为纵波，例如在一根水平放置的长弹簧一端沿水平方面拉伸、压缩，使其振动时，沿着弹簧各个环节的振动形态就呈现水平移动的疏密相间的纵波波形。横波与纵波是波的两种类型。声音（即声源的振动）以声波形式在弹性介质中传播。声波在空气中传播的表现形式是纵波，空气质点振动的方向与声波传导的方向一致。

（二）声源的属性

声音产生于机械振动。物理学中把正在发声的物体叫作声源。声源和声波密不可分。声源的振幅、频率、周期等特性，与传播出去的声波的振幅、频率、周期一致。人的听觉系统可接收的频率范围是20～20 000Hz。声源不能脱离其周围的弹性介质而孤立存在。只有人耳能感知到的音频振动能量从振动源通过弹性介质传播出去，该振动源才被称为声源。声源的类型按其几何形状特点可分为点声源、线声源和平面声源等。

1.点声源

指在空间上仅有明确位置而无范围的声源。理想状态下，点声源是空间中一个发声的点，其能量在均匀而各向同性的介质中以球面波向外辐射。球面波指的是波阵面平行于与传播方向垂直的平面的波，也就是各波阵面形成一系列同心球面（图3-1-2A）。球面波的波阵面随着传播距离增大而增大，单位面积通过的声能以与传播距离呈平方反比的规律衰减，距离增加1倍，声压级衰减6dB。实际中，当声源尺寸相对于声波的波长或传播距离比较小且声源的指向性不强时，可近似视为点声源，声能衰减也遵循距离增加1倍，声压级衰减6dB的规律。

2.线声源

多个点声源呈线状排列时，远场分析时可看作线声源。例如火车行驶产生的噪声、公路上大量机动车辆行驶的噪声，或者输送管道辐射的噪声等。这些线声源以近似柱面波形式向外辐射噪声。柱面波指的是波阵面为同轴柱面的波（图3-1-2B）。柱面波的衰减规律为与声源距离增加1倍，声压级衰减3dB。

3.平面声源

也叫面声源，是指在辐射平面上具有相等的辐射声能的作用的声源。其形成的平面波的波阵面与传播方向垂直（图3-1-2C），平面上辐射声能的作用处处相等。

二、声学介质的属性

（一）质量和劲度

空气以及其他一切可传播声音的介质均具有两个重要的物理属性：质量和劲度。质量指的是物体包含的物质总量。在标准状态下（0℃，101kPa），1m ³ 空气含气体分子2.687 5 × 10 ²⁵ 个。每立方米空气的质量约为1.3kg。劲度与声介质的弹性相关。声共振的固有频率即由声介质的质量和劲度所决定。固有频率与介质质量的平方根成反比，质量越大，固有频率越低；与介质劲度的平方根成正比，劲度越大，固有频率越高。声介质的质量和劲度这两个属性决定了声音的传播特性。不同频率的声音受到这两个属性的影响程度是不同的。通过声阻抗（或声导纳）的概念可以更好地理解这两个属性。

（二）声阻抗（或声导纳）

1.声阻抗和声导纳的定义

声导抗是声导纳（ Y _a ）和声阻（ Z _a ）两者的总称。每个缩写中的下标a，表示他们是一个声学量或计量单位。 Y _a 表示声音通过一个声学系统的难易程度， Z _a 表示一个声学系统对通过其中的声音的抵抗程度，二者互为倒数。声阻抗和声导纳是从不同角度描述同一问题。

声阻抗（ Z _a ）是一个复数，是在波阵面的一定面积上的声压与通过这个面积的体积速度的复数比值。声阻抗可以用力阻抗表示，等于力阻抗除以有关面积的平方，单位为Pa·s/m ³ 。声阻抗描述介质对声波能量传递的阻尼和抵抗作用。声阻抗具有实数部分和虚数部分。声阻抗的实数部分称为声阻（ R _a ），虚数部分叫声抗（ X _a ）。声抗 X _a 包含质量声抗和劲度声抗两个部分，由下式计算：

式3-1-1中， M _a 为声质量， C _a 为声顺，声顺的倒数称为声劲，用 S _a 表示， ω 称作角频率，与声音频率 f 的关系为 ω = 2 πf 。质量声抗以 ωM _a 表示，劲度声抗以1/（ ωC _a ）或 S _a / ω 表示，则有：

声阻抗 Z _a 由下式计算：

由式3-1-3可知，质量声抗和劲度声抗与频率有关，二者的抗力相位相反。高频时，声阻抗主要由质量因素2 πfM _a 所控制，传声系统质量愈小，愈有利于高频声的传导。低频时，声阻抗主要由劲度因素 S _a /2 πf 所控制，劲度愈小愈有利于低频声的传导。摩擦因素产生的声阻，对各种频率都比较稳定，其相位与声压一致。

声导纳（ Y _a ）是声阻抗的倒数，也是一个复数，单位是m ³ /（Pa·s）。声导纳的实数部分称为声导（ G _a ），虚数部分为声纳（ B _a ）。

2.声阻抗和中耳的传声功能

如前文所述，当声波从一种介质进入到另一种介质，如果二者的特性阻抗不同就会产生反射。声音从外耳道的气体介质传到内耳淋巴液，如果没有中耳系统的作用，声音大部分会被反射回去。

中耳既是力学的机械系统和振动系统，又是声学的振动系统和能量传递系统。它起着声波由低阻抗到高阻抗的阻抗匹配作用，从而克服了声能从空气介质到内耳淋巴液间的传递损失。中耳传声系统包括质量、劲度和摩擦三个影响中耳传导功能的分量。质量即惯性成分，主要是鼓膜与听骨链的重量和内耳淋巴液的惯性。劲度即弹性成分，主要取决于鼓膜、鼓室内的空气、听骨链韧带及关节，镫骨足板、蜗窗膜及内耳淋巴液和基底膜的弹性。劲度在中耳系统中起主要作用。摩擦即阻力成分，主要来自中耳小肌肉。阻力由摩擦产生，使部分声能转换为热能而被消耗。

三、声音的传播特性

声音以声波的形式在弹性介质中传播。声波是弹性介质中传播的压力、应力、质点位移、质点速度等的变化或几种变化的综合。弹性介质的存在是声波传播的必要条件。

（一）声波的频率、周期、波长和相位

声源和声波密不可分，声源的频率、周期等特性，与传播出去的声波的频率、周期一致。波动示意图描述了声波的特性（图3-1-3），其中 u 为质点振动速度， y 轴为波幅， x 轴为波的传播方向，即可表示表示某一处声压随时间变化的情况，也可表示某一时刻波的传播方向上任一质点离开平衡位置的位移。

1.声波的频率

频率是单位时间内传播声波的介质质点振动的次数，以 f 表示，单位为Hz。频率是声波的重要属性之一。人的听觉系统可接收的频率范围是20～20 000Hz，人耳最灵敏频率在1 000～4 000Hz。

2.声波的周期

振动的物体在往复循环的过程中重复一次所用的时间叫周期，以 T 表示，单位为秒（s）。周期和频率互为倒数关系，即 T = 1/ f （s），或 f = 1/ T （Hz）。振动频率越高，周期越短；周期越长，频率越低。例如，频率（ f ）为1 000Hz，周期（ T ）为1/1 000s，即1ms；周期为1s，频率为1Hz，以此类推。

3.波长和声速

在传播声波的介质中，质点振动一个周期所传播的距离，或者说，在波形上相位相同的相邻两点间的距离叫波长，以 λ 表示，单位为米（m）。

声速是声音在介质中的传播速度，以 c 表示，单位为米每秒（m/s）。表3-1-1给出了不同温度下不同介质中的声速。在常温（22℃）和标准大气压下，空气中声速为344.8m/s，通常取整为340m/s。根据频率和波长的定义，声速可以理解为在单位时间内，介质中传播 f 个波长为λ的声波的距离。即声速（ c ）为频率（ f ）和波长（ λ ）的乘积， c = fλ （m/s）。当声波的频率为1 000Hz时，其波长 λ = 340（m/s）/1 000Hz，约为0.34m或34cm。频率为100Hz，波长约为3.4m，频率越高波长越短，频率越低波长越长。人类可听声波的波长范围为1.7cm至17m，在室内声学中，波长的计算对于声场的分析有着十分重要的意义。

4.相位

在振动或波动时，质点在一个周期之内每一瞬间的振动状态（移位和速度）是不相同的（图3-1-3）。用来描述质点在某一时刻（ t ）运动状态的物理量叫相位（或叫位相，周相）。它充分反映了振动的周期性特征。对简谐振动 X = A cos（ ωt + φ ）， ωt + φ 称作振动的相，常数 φ 称作振动的初相，即 t = 0时的相。两个相位相差π的偶数倍，称作同相位；相差π的奇数倍，称作反相位。

测听用的纯音为一正弦波，每个周期的相位变化是0°～360°。前180°由于空气分子受到挤压，使密度增加，形成声波的密相（condensation）；后180°分子向四周扩散，密度变稀疏，形成声波的疏相（rarefaction）。用耳机给声，膜片向外运动为密相，膜片向内运动为疏相。声波为疏相时，鼓膜与镫骨足板均向外运动，使基底膜上移向蜗管方向，此时毛细胞与听神经纤维受到刺激而兴奋。

两个频率相同的纯音，到达同一界面的相位差不为0°或360°时，就意味着二者的相位不同。人耳位于头的左右两侧，从某一侧声源发出的声音到达两耳的时间、强度和相位都会有差别，这对于双耳听觉及声源定位有重要意义。两个纯音作用于同一耳时，若相位相同，则互相增强，使响度加大；若相位相反，则相互削弱，使响度减小；若二者有相位差，则可产生相互干扰。

（二）声场

媒质中有声波存在的区域称为声场，均匀各向同性媒质中，边界影响可以不计的声场称为自由声场，简称自由场。自由场中声源附近瞬时声压与瞬时质点速度不同相的声场称为近场，对某个频率的声音而言，近场通常小于2倍其波长。自由场中离声源远处瞬时声压与瞬时质点速度同相的声场称为远场，对某个频率的声音而言，远场通常大于2倍其波长。远场和近场的声场分布和声音传播规律存在很大的差异。在远场中的声波呈球面波发散，遵循平方反比定律，即声源在某点产生的声压与该点至声源中心的距离的平方成反比。能量密度均匀，在各个传播方向作无规律分布的声场称为扩散声场，简称扩散场。实际进行纯音测听和言语测听用的声场多依照自由场的标准（JJF1191—2019测听室声学特性校准规范）。

（三）声波的传播现象

1.声波的叠加原理

分析声波传播时可以运用叠加原理，叠加原理也叫独立作用原理，这是一个适用范围十分广泛的物理规律。叠加原理指出许多独立的物理量作用于一个系统时，其作用的和效果等于各物理量单独作用结果的总和。他们的分解或合成都遵循矢量运算的法则。

由几个声源产生的波，在同一介质中传播，如果这几个波在空间某点处相遇，该处质点的振动将是各个波所引起的振动的合成。也就是说，相遇后的各波都会对该点做出贡献，但仍独立保持自己原有的特性（频率、波长、相位和振动方向等），犹如在各自的传播中没有遇到其他波一样。这种波动传播的独立性，就是声波的叠加原理。在管弦乐队合奏或几个人同时讲话时，我们能够分辨出各种乐器或每个讲话人的声音，就是声波叠加原理的具体实例。

2.声波的干涉和衍射

频率相同或相近的声波相加时所得到的现象叫干涉。其特点是某种特性的幅值与原有声波相比较，具有不同的空间和时间分布。声波产生干涉的一个重要条件，就是几个声波在空间相遇时，其振幅有稳定的加强和减弱，就是声波的干涉现象。

衍射（也叫绕射）是介质中有障碍物或其他不连续性（如小孔洞）而引起的波阵面畸变。声波在传播过程中，遇到障碍物或小孔洞时，当波长远大于障碍物或孔洞的尺寸时，就会发生声波的衍射。波长与障碍物尺寸的比值越大，衍射也越大。对于100Hz以下的低频声，波长可达几米至十几米，很容易绕过障碍物，如果墙上有孔洞，就会产生低频泄漏。如果障碍物的尺寸远大于波长，虽然还有衍射，但在障碍物的边缘附近将形成一个没有声音的区域，叫声影区。任何物体的存在都会使声场发生畸变。人的耳郭、头颅和躯干都可能成为声波的衍射体。衍射在双耳听觉定位中也起到了一定作用。

3.声波的反射和折射

当声波从一种介质入射到另一种介质时，若它们的特性阻抗不同，就会产生反射和折射。波阵面由两种介质之间的表面返回的过程叫反射。根据反射定律，向表面的入射角等于反射角。两种介质的声阻抗相差越大，反射越强。声波完全传不到第二种介质，而由分界处全部反射的现象叫全反射。当平面波通过空气和水的边界时，声波不论从哪个方面入射，绝大部分都会被反射回去。

当声波从一种介质进入另一种介质时，由于介质中声速的空间变化而引起的声传播方向改变的过程叫折射。在两种介质中的声速之比称为折射率。如果同一种介质存在温度差，其声阻抗会发生变化，声波就会产生折射现象。例如，白天由于阳光照射使地面附近的空气温度比上层的空气温度高，则地面附近空气中的声速比上层空气中的声速快，于是声音就向上折射；而夜晚，靠近地面的空气温度比上层空气温度下降得快，上层空气温度高于地面附近空气温度，于是声音就向地面折射。

4.声波的散射

当声波在均匀介质中传播时，它的行进方向不会改变。但是，在声波的进行中遇到小的障碍物或介质中有不均匀结构时，就会有一部分声波偏离原来的方向。声波向许多方向的不规则反射、折射或衍射的现象叫声波的散射。

（四）驻波

由于干涉现象，声场中可产生驻波。驻波是指由于频率相同的同类自由行波互相干涉而形成的空间分布固定的周期波。驻波的特点是具有固定于空间的节和腹。驻波中，声压最大的点、线或面称为波腹（antinode），声压基本为零的点、线或面称为波节（node）。最典型的驻波例子，就是弦的振动。例如，在弹拨吉他的弦时，弹拨动作首先在吉他的弦上产生一个振动，以波的形式向吉他弦固定的两端传播，然后从固定两端以相反的方向反射回来，在吉他的弦上形成一系列相向而行的波。这些波都具有相同的频率，并且以相同的速度在弦上传播。由于这些波是相干波形，所以他们瞬时的位移都会以代数和的形式相叠加。在沿着弦的各点上，质点的净位移由相关波形的叠加决定，由此形成静态的图样。波峰叠加的位置质点位移最大（也就是波腹），反相叠加的位置质点位移为0（也就是波节）（图3-1-4）。相邻的波腹之间和相邻的波节之间的距离均为 λ /2，而相邻的波腹和波节之间的距离为 λ /4。

（五）声波的衰减

声辐射是以波的形式进行能量传递的物理过程。声波从声源向四周辐射，波振面随着传播距离的增加而不断扩大，能量也被分散，使通过单位面积的声能相应减少。声源在单位时间内发射出的能量一定时，声音的强度随着距离的增加而衰减。当声波以球面波在自由声场中传播时，以声强表示的声音能量与距离声源的位移的平方成反比。声波在大气中传播时，除了声波的反射、衍射等散射引起的损失外，还有由于气候和自然环境等条件引起的声衰减。

第二节
声音的量度

无论是作为施加给受试者的刺激信号［例如纯音测听中的纯音信号、听觉诱发电位测试中的短声（click）或短纯音（tone burst）等信号］，还是作为从受试者记录到的反应信号（例如耳声发射中在外耳道记录到的声信号），声音信号都需要准确的量度，以便临床上对于测试结果实现量化分析。

正常人的听觉所能耐受的压强范围为20μPa～20Pa，最高耐受阈限与最低敏感阈限的比值约为10 ⁶ 倍。如果直接使用压强的基本单位Pa或者μPa来计量声音或者听觉阈限，会因为数值分布范围太广而产生诸多不便。在进行相互比较时，进行倍数的乘除运算也很繁复。人耳对声音强弱的分辨率也远远达不到10 ⁶ 个能量等级。使用常用对数进行变换后得到的以分贝（dB）表示的听觉动态范围在120dB左右。这使得临床常用的级的范围较为适中，且便于以线性加减方式计算倍数关系，同时也符合人类对外界声刺激的感知规律。

一、分贝

（一）对数

分贝是由基本单位经过对数变换得到的。如果 N = a ^x （ a ＞ 0， aa ＞ 0，即 a 的 x 次方等于N（ a ＞ 0，且 a ≠ 1），那么数 x 叫作以 a 为底N的对数（logarithm），记作 x = log _a N 。其中， a 叫作对数的底数， N 叫作真数， x 叫作“以 a 为底 N 的对数”。其中较为特殊的有两个：以10为底的对数叫作常用对数（common logarithm），并记为lg；以无理数 e （ e = 2.718 28……）为底的对数称为自然对数（natural logarithm），并记为ln。0没有对数。在实数范围内，负数无对数。式（3-2-1）～式（3-2-3）显示了对数的主要运算法则：

当 a ＞ 0，且 a ≠ 1， M ＞ 0， N ＞ 0时：

（二）声学单位

声音本质是一种振动能量在弹性介质中的传播。声学单位是以国际单位制符号（SI）为基础，多数由基本单位表示，如声压（ P ）单位为帕斯卡（Pa）、声强（ I ）单位为瓦特每平方米（W/m ² ）。还有一部分可以用对数值表示，其中包括分贝（dB）。由于dB表示的量级都是经过取对数得到的，由对数的运算法则可知，以dB量度声音信号便于以线性方式计算倍数关系。

（三）级和分贝

听力学测试结果表述中常常使用到“级”的概念，如听力级、声压级等。在声学中，一个量的级指的是这个量与同类基准量的比的对数。对于一个以对数表达的“级”而言，该对数的底、基准量和级的类别必须说明。

1.对数的底贝尔（B）和分贝（dB）

都是级的单位，表示该量级是由基本单位经以10为底的常用对数变换得到的级。贝尔（B）是bel的缩写。一个量与同类基准量之比的以10为底的对数值为1时，称为1贝尔。分贝（dB）是decibel的缩写。其中的“deci-”表示“十分之一”，即1dB = 0.1B。声学和听力学中最为广泛应用的计量单位就是dB。

2.基准量

基准量决定了级的类别。dB是由对数变换所得到的。如 x 为一场量，级就是 L = 10lg（ x ² / x ₀ ² ）= 20lg（ x / x ₀ ）（dB）。其中的 x ₀ 即为基准量。在听力学中，这个基准量值常以“零级”或“基准听阈级”的形式被提到，实际所代表的是该类级的0dB。最基本的零级是物理学计量的基准量，即空气中声压级的基准量20μPa（即通常所说的0dB SPL）。

3.级的类别

在表达方式上，级的类别通常在前面加词冠来说明，如声压级、声功率级、听力级、掩蔽级等。如果以文字形式说明了级的类别，则dB后可不加后缀。如果未以文字形式说明类别，则dB后须加后缀说明，如dB SPL、dB HL等。在听力学测试中，当描述使用某一种信号测得的主观或客观阈值时，dB后必须以后缀说明类别，也就是该信号计量所基于的基准量。

二、声压、声强、声功率和相应的级

（一）声压和声压级

1.声压（ P ）

有声波时，媒质中的压力与静压的差值，单位为帕［斯卡］，符号Pa，1Pa = 1N/m ² 。通常情况下，声压是指有效声压，即在一段时间内瞬时声压的均方根值。这段时间应为周期的整数倍或足够长不致影响计算结果。由于声波可使弹性媒质形成疏波或密波，声压相对于静压可能是正值，叫超压；也可能是负值，叫负压。声压的大小反映了声波的强弱。人耳对1 000Hz纯音听阈的声压值大约为2 × 10 ^-5 Pa（20μPa）。人们在房间里谈话，相距1m处声压约为0.05Pa；交响乐队演奏时，相距5～10m处声压约为0.3Pa。

2.声压级（ L _P ）

声压级（sound pressure level，SPL）是反映声信号强弱的最基本量，是声学测量中普遍采用的计量单位。某点的声压级是指该点的声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以2，单位为贝尔（B）。但通常使用分贝（dB）作为单位，此时某点的声压级是指该点的声压与基准声压之比的比值以10为底的对数乘以20倍，表达式为：

式中 P 代表某点的声压， P ₀ 为基准声压。空气中基准声压为20μPa；水中基准声压为1μPa。当声压为1Pa时，声压级为94dB，这一数值被作为标准声校准器所产生的1kHz纯音声压级的标准值。表3-2-1给出了依据式（3-2-1）推导出的空气中声压与声压级的换算关系。

（二）声强和声强级

1.声强（ I ）

声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上，在单位时间内通过的声能称为瞬时声强。声强是一个矢量，具有方向属性。瞬时声强由式（3-2-5）表示：

式（3-2-5）中， I （ t ）为瞬时声强，单位W/m ² ； P （ t ）为瞬时声压，单位Pa； u （ t ）为瞬时质点速度，单位m/s。

在稳态声场中，声强 I 为瞬时声强在一定时间 T 内的平均值，单位为瓦每平方米，W/m ² 。其表达式为：

式（3-2-6）中， T 为周期的倍数，或长到不影响计算结果的时间，单位s。

在自由平面波和球面波的情况下，在传播方向上的声强与声压的平方成正比，与媒质的声特性阻抗成反比，即：

式（3-2-7）中： P 为有效声压，单位Pa； ρ 为媒质密度，单位kg/m ³ ； C 为声速，单位m/s。

2.声强级（ L _I ）

声强级（sound intensity level）是指声场中某一点的声强与基准声强之比的以10为底的对数，单位为贝尔（B）。但通常用分贝（dB）为单位，此时某点的声强级是指该点的声强与基准声强之比取以10为底的对数乘以10倍，表达式为：

式（3-2-8）中， I 为某点的声强，单位W/m ² ； I ₀ 为基准声强，空气中的基准声强为1pW/m ² 。

在自由行波条件下，声功率与声压关系固定，可由声压级求声强级。在一般情况下二者关系复杂，无法由声压级求声强级。

（三）声功率和声功率级

1.声功率（ W ）

声功率也叫声能通量，是单位时间内通过某一面积的声能，单位为瓦，W。

声波为纵波时，声功率用式3-2-9表示：

式（3-2-9）中， p 为瞬时声压，单位Pa； u _n 为瞬时质点速度在面积 S 法线方向 n 的分量，单位m/s； S 为面积，单位m ² ； t 为时间，单位s； T 为周期的倍数，或长到不影响计算结果的时间，单位s。

在自由平面波或球面波上，通过面积 S 的平均声功率（时间平均）表达式为式3-2-10：

式（3-2-10）中： p ² 为有效声压平方的时间平均，单位Pa ² ； ρ 为媒质密度，单位kg/m ³ ； C 为声速，单位m/s； θ 为面积 S 的法线与波法线所成的角度。

2.声功率级

在声学测量中，声功率级是仅次于声压级的重要参量。声功率级是声功率与基准声功率之比的以10为底的对数，符号为 L _W ，单位是贝尔（B）。但通常用分贝（dB）为单位。表达式为：

式（3-2-11）中， W 为声功率，单位为W； W ₀ 为基准声功率，为1pW。

三、听力学测试中的分贝

在听力学测试中，除了使用声压级分贝（dB SPL）量度声音之外，还可结合测试方法和测试信号，使用多种类别的分贝（dB）对声信号进行量度。不同类别的dB取决于不同的基准量，使用不同的后缀区分。当dB代表差值的含义时，不加后缀。

（一）dB HL（纯音听力级）

dB HL是最常见的纯音听力图纵坐标显示的数值单位。各频率听力级的基准量（即0dB HL）是该频率上听力正常人的听阈，即基准等效阈声压级（气导）或基准等效阈振动力级（骨导）。

气导测听的基准等效阈声压级（reference equivalent threshold sound pressure level，RETSPL）指的是对规定的频率，用规定类型的耳机，在规定的声耦合器或耳模拟器中测得的足够大数量的男女两性，年龄为18～25岁的耳科正常人耳的等效阈声压级的中位数，即各频率上的0dB听力级所对应的声压级dB数。TDH 39耳机在符合IEC 60318-3规定的声耦合器上的纯音听力零级（表3-2-2）。

骨导测听的基准等效阈振动力级（reference equivalent threshold vibratory force level，RETFL），指的是对规定的频率，用规定型号的骨振器（骨导耳机），在规定的机械耦合器上测得的足够大数量的男女两性，年龄为18～25岁的耳科学正常人的等效阈力级的中位数，即各频率上的0dB听力级所对应的力级分贝数。B-71骨导耳机在符合IEC 60318-6规定的力耦合器上的纯音听力零级（表3-2-3）。

听力级反映的是测试信号级与基准等效阈级的差值。听力级的定义为：用规定的方式，规定类型的换能器于规定的频率，由换能器在规定的耳模拟器或机械耦合器中产生的声压级或振动力级，减去相应的基准等效阈声压级或基准等效阈振动力级。dB HL既可以用于计量纯音信号，也可以用于描述受试者听阈。

（二）dB peSPL（峰等效声压级）

ABR测试常使用时程小于200ms的短时程信号（如tone burst/click）。这类信号具有良好的瞬态特性，更容易引出分化良好的波形。但大多数声级计的时间常数都远超过信号时程，也就造成测量结果远小于真实值。这种情况下，有一些变通的方法测量接近真实值的短时程信号声压级，即得到峰等效声压级（peak-equivalent SPL，peSPL）。其中一种方法是在示波器上获得短时程信号波形的峰-峰值，再将一个稳态正弦信号的峰-峰值（即极大值与极小值之差）调至与此相等，此时该正弦信号输出的声压级在声级计上的方均根读数即为dB peSPL（图3-2-1）。

（三）dB nHL（正常听力级）

dB nHL（正常听力级）常用于听觉诱发电位测试的短时程测试信号的计量。在短时程信号零级的国际标准广泛使用之前，由于短时程信号参数复杂，且校准的影响因素较多，因此各个实验室或中心采用各自测得的正常听力零级，即0dB nHL。测试一群正常听力的年轻人（至少10人，纯音听力计测试结果250～8 000Hz气导听阈≤15dB HL）能听到刺激声信号的最小刺激声强度（dB SPL或dB peSPL）的中位数定义为正常听力零级（0dB nHL）。2007年国际标准化组织发布了ISO 389-6，规定了短时程信号的零级，这意味着短时程信号在规定的换能器、强度、刺激速率等条件下，可以用dB HL来表示（表3-2-4）。但以dB HL表示的听脑干反应测试的阈值是一个电生理反应阈，与纯音听阈（同样用dB HL表示）之间并不完全等同。因此，仍推荐保留使用dB nHL作为度量于听觉诱发电位测试信号的单位。

（四）dB HL speech（言语听力级）

用于言语测听的言语信号是时变信号，多以dB SPL表示其信号级，即言语级。对足够量的耳科正常人，以指定的言语材料和指定的信号发送方式，得出的言语识别阈级的中位数称为基准语言识别阈级（即0dB HL speech）。而言语级减去相应的基准语言识别阈级即为言语听力级（以dB HL speech表示）。

（五）dB EML（噪声频带的有效掩蔽级）

GB/T 4854.4—1999中对噪声频带的有效掩蔽级的定义为当一中心频率与纯音频率相同的掩蔽声频带的存在，使该纯音的听阈上升，与此纯音的听力级相等的声压级。这在确定纯音测听的初始掩蔽级时十分重要。GB/T 7341.1—2010规定了按照有效掩蔽级校准测听设备的窄带噪声掩蔽级。

（六）dB SL（感觉级）

指高于听阈的dB数，基准量为该频率的纯音听阈（dB HL）。这一单位经常用于听觉诱发电位刺激信号强度的确定。

（七）不加后缀说明的dB

由dB的由来可知，当使用dB描述两个量之间的差值时，本质上是两个同类别的量进行倍数运算的比值经过对数转换，以差值的形式体现倍数关系。这个数值只代表了两个量之间的倍数关系，与基准量无关。因此，在描述听阈改善或变差、强度提高或降低的量、阈值或强度差异等包含“差值”含义的概念时，dB后面不应加后缀。

四、时域和频域

时域分析与频域分析是对信号的两种观察和描述方式。时域分析是以时间为横坐标表示动态信号；频域分析是以频率轴为横坐标表示信号包含的频率成分。一般来说，时域的表示较为形象与直观，频域分析则更为简练和深入。

（一）声音的时域波形

通常提到的声音信号的“波形”，是指信号幅度的瞬时值随时间分布的函数，即时域波形，是信号最直观的图形化体现。声音的时域波形横坐标为时间，纵坐标为幅度，可显示信号幅值如何随着时间变化。时域是真实世界唯一客观存在的域。

（二）频域和频谱分析

频域与时域相对。频域是指在信号进行分析时，分析其和频率有关部分，而不是和时间有关的部分。频域不是真实的，而是一个遵循特定规则的数学范畴。信号在频域下的图形通常称为频谱。频谱（frequency spectrum）是把时间函数的分量按幅值或相位表示为频率的函数的分布图形。不同性质的声音具有不同式样的频谱，可能是线谱，可能是连续谱，也可能是两者之和。声音信号包括幅度、频率、相位三个维度的属性。根据关注的维度，频谱图可分为幅度谱和相位谱。幅度谱更为常用，它是指信号幅度的瞬时值随频率分布的函数。相位谱则是指信号初始相位随频率分布的函数。幅度谱和相位谱共同确定了一个信号在频域中的完整表达形式。不同声信号的时域波形和频谱图的对照（图3-2-2）。

（三）滤波和滤波器

声音信号中可能包含不同的频率分量。通过上文所述的频谱分析可获得信号中能量在各频率的分布。通过滤波的方法可以分别分析所关心的频带中信号的特征。滤波器是把信号中各分量按频率加以分隔的设备。它可使一个或几个频带中的信号分量通过时基本不衰减，其他频带中的分量则加以衰减。按其幅度-频率特性，滤波器分为全通滤波器、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等类型（图3-2-3）。在通带内幅频特性基本水平不衰减，阻带内的信号则几乎完全被滤掉。幅度从最大幅值下降3dB所对应的频率称为通带截止频率（图3-2-4）。

（四）声音信号的调制

调制是一种对声音信号进行塑造的数学方法。信号调制指的是用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的信号（载波信号），让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）按前者的值变化。信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。基本的信号调制方法包括调幅、调频和调相。

在听力学测试中，调制信号常用的地方包括在声场下进行纯音测听时，为避免驻波使用的调频信号（有时称作啭音），还有本章第三节将要介绍的进行稳态听觉反应测试用的各种调制声信号。

五、声测量工具

声学测量工具包括传声器、前置放大器、测量放大器（声级计）、滤波器和频率计等。其中前置放大器、测量放大器和滤波器等可整合为一个测量设备，称为声级计。

（一）传声器

传声器（microphone）也叫麦克风，是将声信号转换为相应电信号的声电换能器。根据换能原理不同，传声器有动圈、电容、压电等多种类型。相对而言，电容传声器灵敏度高、性能稳定、频响曲线平滑、动态范围大，因此在声学测量中使用较多。此外，根据传声器本身对于声场的影响，传声器还可分为压力场型（也叫声压型）传声器和自由场型（也叫声场型）传声器。压力场型传声器适用于测量封闭耦合腔内的声压级，此时传声器构成壁面的一部分，测量得到的是壁面自身上的声压级，因此常用于耳机的输出测量。自由场型传声器所测得声压是消除了传声器对声场影响后的声压，其自由场灵敏度平直，具有平坦的频率响应，适用于声场下的校准测量。

（二）声级计的组成部分和功能

声级计是测量声压级的工具，可集成传声器、信号处理器和具有规定动态特性的显示器（图3-2-5）。信号处理器包括放大器、衰减器、计权网络、时间积分器或时间平均器。声级计的主要参数包括：

1.主要性能参数

（1）检波模式：

分为均方根值（RMS）和峰值（peak）。

（2）时间计权：

慢档（时间常数1 000ms）、快档（时间常数125ms）和脉冲（时间常数35ms）。

（3）频率计权网络：

A计权、C计权、线性计权（也有叫Z计权）和全通。

2.主要测量参数

（1）声压级（SPL），即可测总声压级，也可经频谱分析测各频带声压级。

（2）等效连续声压级（LEQ）。

（3）声暴露级（SEQ）。

（4）测量期间最大声压级（Max）

（5）测量期间最小声压级（Min）

（6）计权声压级。

（三）频率计权网络

为了模拟人的听觉对不同频率声音的敏感度，声学测量中常常会使用计权网络对测量到的信号进行变换。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级，常用的有A、B、C、D等几种，其中A声级最常用。A计权模拟人耳对55dB SPL以下低强度噪声的频率特性。B计权是模拟55～85dB SPL中等强度噪声的频率特性。C计权是模拟高强度噪声的频率特性。A、B、C三种计权分别近似模拟了40方、70方和100方等响曲线。三者的区别在于对低频成分的衰减程度，A计权衰减最多，B计权次之，C计权衰减最少。更加常用的是等效连续A计权声压级，测量规定的时间内连续噪声的均方根能量，没有频率特性。dB A常用于环境噪声测量。D计权常常用于飞机噪声的测量。

（四）时间常数

在进行声测量时，针对不同时域特性的信号，声级计使用不同的时间计权。时间计权通常根据时间常数分为慢挡、快挡和脉冲挡三挡。所谓时间常数，是某一按指数规律衰变的量，其幅值衰变至某指定时刻幅值的1/ e 倍时所需要的时间，单位为秒。其中 e 为自然对数的底数（2.718 28……）。通常以希腊字母τ表示。时间常数通常代表了一个系统响应启动或恢复的快慢。通常声级计慢挡时间常数为1 000ms，用于测量幅度变化较慢的信号如纯音信号；快挡时间常数125ms，用于测量幅度变化较快的信号如言语声；脉冲挡时间常数为35ms，用于测量脉冲信号。

（五）声级计的参数设置和读数

声级计分为不同等级，最常用的是1级和2级声级计。1级声级计具有两种检波模式：方均根值（root mean square，RMS）和峰值（peak）。使用声级计进行纯音信号的测量时，通常采用线性频率计权、慢档时间计权、以RMS方式检波，测量声压级。

常用的频率分析有两类，即等带宽与等比例带宽。常用是1/1和1/3倍频程滤波器。所测量的频率采用优选1/3倍频程频率，从低到高依次为：80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1 000Hz、1 250Hz、1 600Hz、2 000Hz、2 500Hz、3 150Hz、4 000Hz、5 000Hz、6 300Hz、8 000Hz。为保证测试仪器设备（主要指声级计）的准确、可靠，测量之前，应使用声级计校准器进行校准。声校准器是校准传声器声压级的装置。在其耦合到规定结构及规定型号的传声器上时，能够在一个或多个规定的频率产生一个或多个已知有效声压级。常用的声级校准器可在频率为1 000Hz产生94dB或124dB的声压级。

第三节
常用声信号

听力学测试是测量人的听觉系统对于声音刺激的主观或客观反映。不同的测试需要使用不同时域和频域特性的声信号，并使用适当的方式量化地呈现给受试者。本节介绍几种常用声信号的特性、用途以及信号呈现方式。

一、纯音

纯音（pure tone）是最常用的听力学测试信号。纯音测听得到的听阈是听力测试的金标准。纯音是时域波形为一简单正弦时间函数的声波，具有单一音调。从频域上看，理想的纯音具有单一的谱线（图3-3-1）。任何复杂的周期性信号都可在频域上分解为不同频率的纯音。

实际测试应用的声信号不可能是理想化的时程无限长的信号。其从无声到某一预定声压级需经过一个过程，这一过程即上升时间（rise time）。同样，声信号达到某一程度后持续的时间可长可短，这一持续时间（即时程）内声压级稳定不变，然后经过下降时间（fall time）降到无声。

声信号的时程和响度和频率特性都有关。例如，对1 000Hz纯音，时程（duration）需在200ms左右才能充分累积达到最高限度的响度。这时再延长时程，响度也不会增加，但缩短时程就会使响度降低。另一方面，信号时程还会影响信号的频率特性。时程越短声刺激的频谱主瓣越宽、频率特性越差，特别是低频纯音更易失去其频率特征。这也是临床上纯音测听要求每次给患者呈现信号至少1～2s的原因。

二、短时程信号

短时程信号是指持续时间短于200ms的信号。使用这些信号的常用测试包括记录听觉诱发电位和诱发性耳声发射等。

（一）短声

短声（click）是加载一个方波脉冲信号到换能器终端所产生的宽频谱的瞬态声学或振动信号。图3-2-1左图即为一个单极性短声信号的时域波形。短声是一种宽频带信号，频率特异性较差，能量主要集中在3 000～4 000Hz。图3-3-2显示了经插入式耳机播放的典型的短声频谱。

（二）短音和短纯音

短音（tone pip）和短纯音（tone burst）是时程短于200ms的正弦信号。二者均由纯音信号施加一个时窗（包络）截取而成，包含数个正弦波。短音和短纯音的区别仅在使用线性时窗截取时在时域上是否具有平台期（持续时间）。短音不具有平台期。使用非线性时窗截取信号时，短音和短纯音并无显著区别，可统一称为短纯音。由于时程较短，所以与纯音相比，短音和短纯音的频谱并非单一谱线，而是形成一窄带，其频率特异性与时程、上升/下降时间有关。为去除测试中的刺激伪迹，通常采用由疏波信号和密波信号交替组成的交变极性短时程信号。

短纯音的时程指的是短纯音包络的上升沿和下降沿上50%最大幅度点之间的时间间隔（图3-3-3A）。短纯音包络的上升沿上10%最大幅度点与90%最大幅度点之间的时间间隔称为短纯音的上升时间（图3-3-3B）；下降沿上90%最大幅度点与10%最大幅度点之间的时间间隔称为短纯音的下降时间（图3-3-3C）。

线性时窗截取的短纯音信号如图3-3-3所示。在评估听阈时，使用非线性时窗如Blackman等产生的短纯音比起一般的线性时窗短纯音引发的刺激同步性更好，同时还能保证频率特异性。目前多用Blackman时窗来截取短纯音（图3-3-4）。

（三）Chirp声

Chirp声又称线性调频脉冲声，是一种调频调制声，具有耳蜗行波延迟代偿的特性，其频率可随时间改变。它以耳蜗模型为基础，低频声音早发出，高频声音晚发出（图3-3-5）。Chirp声能代偿耳蜗传递时间，克服耳蜗的特殊解剖结构造成的低频区行波延迟，在耳蜗中增加了实时同步性，提高听性稳态反应（auditory steady state response，ASSR）评估听阈的效果并提高测试速率。Chirp声在频率特异性ABR、ASSR测试中应用广泛。

（四）信号的频率特性

听力学测试需要尽可能了解受试者各个频率上的听阈水平。因此，所使用的测试信号需要具有频率特异性。在进行客观测听如ABR测试等时，信号的频率特异性尤为重要。ABR反应阈值的确定需要主观判断，因而要求ABR波形具有较好的分化程度（即神经冲动同步化好）。这就要求刺激声具有较好的瞬态特性。因此，ABR的刺激声信号需要同时具备频率特异性和瞬态特性两个特点。

纯音具有最好的频率特异性，但是因其时程长、频谱窄，无法使得大量神经元有效同步化反应。传统的ABR使用短声可以在短时间诱发大量听觉神经元产生同步化神经反应，但是缺乏频率特异性。短纯音和短音综合了短声与纯音特点，理论上可在听神经同步化反应与频率特异性之间取得最佳平衡。短纯音/短音刺激声由其时程的长短决定频率特异性。上升、下降时间和时程越长，频率特异性越好；上升、下降时间越短，声刺激的频谱主瓣越宽、频率特性越差。非线性时窗截取的短音能够提高诱发ABR频率特异性。

三、复合信号

（一）言语信号

临床上常常需要进行言语测听。言语测听使用的信号，可以是监控下的现场发声，即由测试者朗读或口述，也可由发音人的物理言语声信号转换成电信号，经过控制和调整，再由电信号转换成物理言语声，如通过磁带、CD、计算机声卡等播放。与纯音、短纯音等信号不同，言语信号是波动的、复合的信号（图3-3-6）。

言语信号的强度控制是非常重要的，使用经过校准的测试信号得到的结果才具有可比性。言语测听中使用的言语信号可用言语级（speech level，Lp）表示，也可用言语听力级（hearing level for speech，HLspeech）表示。由于言语信号幅度随时间波动，因此通常采用一段时间内的方均根值来描述言语信号级。言语听力计或者听力计中言语测听线路的校准，主要是以1 000Hz窄带噪声或啭音校准信号代替声强、频率和时间都不断变化的言语信号进行校准。

（二）用于ASSR测试的调制信号

用于ASSR测试的调制声信号与诱发ABR的瞬态信号如短声等不同。

1.调幅声（amplitude modulation，AM）和调频声（frequency modulation，FM）

正弦调幅或指数包络（exponential envelopes）的纯音、宽带噪声和限带噪声（band-limited noise）均可诱发ASSR。其中正弦调幅音（波形如图3-3-7A所示）的频率特异性最好，调幅噪声诱发的反应振幅最大。调频声是对载波的频率进行调制，使载波的频率产生变化，调制深度的百分比是相对于载频而言，等于全部频率变化范围除以载频，调频反应振幅随调制深度和声音强度增加而增加。临床多用调制深度为10%的调频声。

2.混合调制声（mixed modulation，MM）

MM是以同一调制频率同时调制载波的振幅和频率（波形如图3-3-7C所示）。如果调制频率在80～100Hz，AM和FM反应基本上是独立的，两者相加构成MM反应。一般AM反应的相位比FM反应的轻微延迟，MM反应的振幅随着AM和FM之间的相位差变化，当AM和FM的反应相位一致时，振幅达到最大，仅比单独AM和单独FM反应振幅之和减少10%～20%。

3.独立调幅调频声（independent amplitude and frequency modulation，IAFM）

IAFM是同时以不同的调制频率对某一载波分别调幅和调频。IAFM反应比只调幅或只调频诱发的反应振幅稍有减低（减少14%）。同时给以多个IAFM声，可用于评价人类听觉系统分辨频率和振幅同时变化的能力。言语模式的IAFM声是以不同的调制频率同时对某一载波同时分别调幅和调频，载频（500Hz、1 000Hz、2 000Hz和4 000Hz）的调幅、调频深度与日常用语的声学特性相似，4个载频同时给出。

四、噪声

（一）噪声的定义

在听力学测试中，噪声通常与信号相对。噪声有两层含义，一是从声学本质上是指紊乱断续或统计上随机的声振荡，二是广义上可引申为任何不需要的声音或者电干扰。本节从声学本质上介绍听力学测试中常见的噪声。

（二）噪声的种类

1.白噪声

用固定频带宽度测量时，频谱连续并且均匀的噪声。白噪声的功率谱不随频率改变（图3-3-8A）。

2.粉红噪声

用正比于频率的频带宽度测量时，频谱连续并且均匀的噪声。粉红噪声的功率谱密度与频率成反比（图3-3-8B）。

3.窄带噪声

频谱连续且功率谱密度恒定的白噪声，通过在通频带以外基本上是恒定衰减的带通滤波器，所产生的噪声信号（图3-3-8C）。在纯音测听时，为避免非测试耳通过交叉听力听到测试声信号，需用中心频率与测试纯音信号频率相同的窄带噪声在非测试耳施以掩蔽。所谓掩蔽，是一个声音的听阈因存在另一个声音而提高。掩蔽的大小就是提高的分贝数。

4.言语噪声

某些声场下的噪声中言语识别测试材料使用与测试项频谱形状一致的言语谱噪声进行校准。较为常用的有国际长时平均语谱（ILTASS）噪声（图3-3-8D）和多人谈话噪声（babble noise，BN）。

（三）信噪比

信噪比是信号相对于噪声的倍数，通常以dB表示。信噪比越高，代表信号越清晰。

五、声音信号呈现方式

各种测试用的声音信号都是通过换能器将电信号转换为声信号呈现给受试者。常用换能器包括气导耳机、骨振器（骨导耳机）和扬声器。其中扬声器并不是孤立使用，而是必须在符合标准的测试声场中进行测试。

（一）气导耳机给声

空气传导又称气导，是声波经外耳道、鼓膜、听骨链，通过镫骨足板振动内耳外淋巴的过程。通过气导方式给患者呈现信号的换能器叫作气导耳机。听力测试使用的标准化的气导耳机主要包括以下几种：

1.压耳式气导耳机

这类耳机的耳机壳呈开放式，重量较轻，同时具有良好的频率响应。常用压耳式耳机有TDH39耳机等。此类耳机亦可在外部增加耳垫（图3-3-9A）。

2.耳罩式气导耳机

此类气导耳机的耳机壳与耳垫是完全封闭的，低频响应更好，失真较小。常用耳罩式耳机有HDA200耳机等（图3-3-9B）。

3.插入式耳机

与前两种耳机不同，插入式耳机的换能部分与声音入耳部分是分离的，肩挂式换能器通过长约240mm的声管与乳突部接头相连接，配以海绵耳塞。抗环境噪声性能好，并可提高耳间衰减值。此外，插入式耳机比压耳式和耳罩式耳机更适用于对外耳道塌陷的受试者进行测试。常用插入式耳机有ER-3A耳机等（图3-3-9C）。

（二）骨振器给声

骨传导简称骨导，是指声波通过颅骨的机械振动传导到内耳，使内耳淋巴发生相应振动而引起基底膜振动的过程。骨振器又叫骨导耳机，是把电振荡转换为机械振动的换能器。在使用时，骨振器紧密地耦合到人的骨结构上，通常是乳突部，也有时置于颧骨或牙齿。骨振器的输出为交变的力，以dB作为交变力级的级差单位时，以1μN为基准。临床测听常用的B-71和B-72型骨振器（图3-3-10）。

（三）声场中扬声器给声

在听力测试中经常会选用扬声器作为换能器，在声场环境下测试患者双耳聆听由一只或多只扬声器发出的声信号时的听阈。广义的声场指的是媒质中有声波存在的区域。用于声场测听的环境会有很大变化。ISO标准和国家标准规定了下列三种类型的声场，用户需考虑决定哪种声场更适用。

1.自由声场

在均匀各向同性媒质中，声波可以自由传播，边界影响可以不计的声场叫自由场。自由场应满足以下声学要求：①扬声器应位于坐姿受试者头部的高度，参考轴径直穿过参考点。参考点与扬声器之间的距离应至少为1m；②当受试者及其座椅不在时，在偏离参考点轴线左右及上下各0.15m处，扬声器产生的声压级与其在参考点的声压级之差，对小于等于4 000Hz的任意测试频率，应不超过± 1dB，4 000Hz以上的任意测试信号，应不超过± 2dB。并且参考点轴线左右各0.15m的两位置声压级之差，对4 000Hz以上的任何频率，应不超过3dB；③当受试者及其座椅不在时，在参考轴上，距离参考点前、后各0.15m处，与扬声器在参考点产生的声压级之差值，与声压距离反比定律理论值的偏差，对任意测试信号，应不超过± 1dB。

2.扩散声场

能量密度均匀、在各个传播方向作无规分布的声场叫作扩散声场。扩散声场应满足以下要求：①当受试者及其座椅不在时，用全向性传声器测量，对任意测试信号，在偏离参考点轴线前、后、左、右、上、下15cm的各位置，与参考点声压级的偏差，均不应超过± 2.5dB。并且参考点轴线左右各0.15m的两位置声压级之差，应不超过3dB；②在500Hz及其以上频率，对规定的最大和最小两个测量方向，在参考点的声压级偏差应在5dB以内。

3.准自由声场

若房间的六面中只有地面未铺设吸声材料，则可能对声波产生影响，叫作准自由声场。准自由声场应满足以下要求：①扬声器应位于坐姿受试者头部的高度，参考轴径直穿过参考点。参考点与扬声器的参考点之间的距离应至少为1m；②当受试者及其座椅不在时，且所有其他正常工作条件保持不变，在偏离参考点轴线左右及上下各0.15m处的位置，扬声器产生的声压级与其在参考点处的声压级之差，对任意测试信号应不超过± 2dB；③当受试者及其座椅不在时，在参考轴上，距离参考点前、后各0.10m处，任意测试信号，扬声器在参考点产生的声压级与声压距离反比定律理论值的偏差，应不超过± 1dB。

事实上，实际测试环境往往难以从理论上满足三种类型中的任意一种。从有利于实践的角度出发，在声场零级校准中往往采用扩散场的零级。

国家标准《GBT 4854.7—2008声学校准测听设备的基准零级第7部分：自由场与扩散场测听的基准听阈》规定了声场测听允许的最大环境噪声级。测试室内的环境声压级，应符合表3-3-1中所给数值的要求。

受试者在声场中受试的位置，两耳道口连接直线的中点称为参考点，是声场空间中的一个虚拟的点，信号校准和受试者接受测试均必须在参考点上进行。参考点通常与受试者坐姿耳部位置、扬声器喇叭中心点等高，且扬声器中心点沿参考轴方向与参考点的距离不少于1m。无论采用何种入射角度，扬声器的参考轴均应直穿参考点。

声场布局的另一个重要因素是声音入射角。入射角指的是扬声器矢状参考轴面与受试者矢状面的夹角。根据信号入射方向，主要有0°入射、90°入射、45°入射等3种入射方式（图3-3-11）。对不同入射角，自由声场的基准听阈声压级略有差别，需通过入射角修正值进行修正。扩散场的基准听阈声压级受入射角影响很小。

声场测听时如果使用纯音，会遇到驻波问题。为克服这一问题，要求施以可减少驻波效应的非相干信号，临床上通常使用窄带噪声或者啭音进行测试。

（冀飞） lzcxJCbbv4exGKDmGSi6QUalzQA8FkKRUrh2VZv2gfw7Efu4t6o/uxFdKrTNVSG4