КОМПЕНСАЦИЯ КАЛИБРОВКИ МИКРОФОНА ПО ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ СОЕДИНИТЕЛЯ
MICROPHONE CALIBRATION COMPENSATION BY TRANSFER FUNCTION OF CONNECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее раскрытие в целом относится к определению чувствительности микрофона в качестве функции частоты и, более конкретно, к определению чувствительности микрофона в акустическом блоке, таком как акустический зонд, который используют, например, при диагностике слуха.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые модальности диагностики слуха включают измерение звукового давления в слуховом канале. Измерение правильного звукового давления в первом месте также является основанием для оценки других связанных количеств, например, звукового давления на барабанной перепонке, акустической интенсивности или звуковой мощности, передаваемой во внутреннее ухо.
Модальности при диагностике слуха с использованием измерения звукового давления в слуховом канале включают, среди прочих, отоакустическую эмиссию (OAE). При измерениях OAE измеряют звук, издаваемый хорошо функционирующими волосковыми клетками в улитке, который является достаточно громким, чтобы его регистрировать с помощью микрофона, расположенного в слуховом канале пациента (т. е. тестируемого субъект). Измерения OAE могут предоставлять релевантную информацию о слуховых способностях пациента и могут помогать идентифицировать повреждение слухового канала, потенциально предоставляя указание на потерю слуха. В частности, измерения OAE можно использовать при тестировании младенцев и/или детей младшего возраста.
Чтобы содействовать регистрации OAE в слуховом канале, используют диагностический инструмент, выполненный с возможностью предоставлять объективную информацию о различных патологиях уха с использованием серии измерений. Более подробно, такой диагностический инструмент содержит элемент рукоятки и акустический блок, такой как блок зонда, выполненный с возможностью создавать стимулы и/или звуковые сигналы в слуховом канале, например, тестируемого субъекта-человека. Блок зонда в целом состоит из по меньшей мере одного блока вывода, такого как приемник, и звукового блока ввода, такого как микрофон. Кроме того, такой диагностический инструмент дополнительно может содержать блок давления, выполненный с возможностью вызывать изменение давления в слуховом канале тестируемого субъекта, такое как при измерениях OAE под давлением. Блок зонда по существу представляет собой элемент, который выполнен с возможностью выводить стимулирующие сигналы для того, чтобы вызывать реакцию слухового канала, где блок ввода, такой как микрофон, измеряет реакции слухового канала.
Таким образом, при выполнении диагностических измерений, связанных с измерением точного звукового давления в слуховом канале важно, что блок звукового ввода (например, микрофон) регистрирует наиболее точные и правильные измерения, насколько это возможно. Один фактор, который может влиять на такую регистрацию, представляет собой чувствительность микрофонов, используемых в блоках зонда, и, следовательно, важно знать чувствительность микрофона при оценке различных диагностических измерений.
Микрофоны, используемые для зондов (т. е. блоков зонда) при диагностике слуха, главным образом, относятся к коммерческому типу (тому же, что и при слухопротезировании), где следует ожидать вариации чувствительности в частотном спектре. Кроме того, часто имеют место различия между чувствительностью различных микрофонов одного и того же типа, используемых в различных зондах. Такие микрофоны, следовательно, нельзя считать имеющими плавную частотную характеристику. Следует отметить, что эталонные микрофоны, используемые для калибровки чувствительности микрофонов зондов, например, как описано в дальнейшем, обычно не страдают такими проблемами. Соответственно, для получения наиболее точной характеристики слухового канала при воздействии стимула и регистрации с помощью микрофона зонда, часто осуществляют калибровку для получения комплексной чувствительности микрофона зонда, которая связывает выходное напряжение из микрофона со звуковым давлением на наконечнике блока зонда.
В настоящее время наиболее точный способ получения чувствительности микрофона зонда включает размещение микрофона зонда в беззвуковое поле рядом с эталонным микрофоном, что предполагает, что два микрофона подвержены одному и тому же звуковому давлению. Это является достаточно дорогим измерением, поскольку оно, предпочтительно, требует безэховой камеры или звукового помещения, достаточно чувствительно к шуму и не очень удобно в контексте процедуры калибровки для диагностического зонда.
3
Более простой способ состоит в установке зонда в небольшом соединителе (например, коммерчески доступном соединителе G.R.A.S. 0,4 см), что предполагает, что звуковое давление на микрофоне зонда и эталонном микрофоне соединителя является эквивалентным. Однако это не подходит для более высоких частот из-за стоячих волн в полости и зонде, который вставляют напротив эталонного микрофона. Результатом этих стоячих волн является большая ошибка в отношении резонанса 1/4 длины волны соединителя, поскольку звуковое давление на зонде уравновешивается. Приблизительная схема этой установки изображена на фиг. 1.
3
3
Для того чтобы снижать эффект этого уравновешивания (т. е. ошибку, обусловленную стоячими волнами), одна возможность состоит в том, чтобы уменьшать размер соединителя, тем самым проходя зазор (т. е. ошибку) в отношении более высоких частот. Это тестировали с использованием специальной вставки в 0,4 см соединитель, уменьшающей объем приблизительно до 0,13 см. Так проходили зазор приблизительно 17 кГц, но значительные ошибки все еще присутствовали из-за несовпадения импеданса в отношении зазора. Меньшие полости не возможны из-за ограничений в физическом размере эталонного микрофона.
Rasetshwane и Neely [2] описывают способ, в котором трубчатый микрофон зонда изначально калибруют на конце волновода с использованием эталонного микрофона. Затем зонд, для которого следует найти чувствительность микрофона, заменяет эталонный микрофон, и тогда в качестве эталонного микрофона используют трубчатый микрофон зонда. Однако эта процедура также является достаточно экстенсивной, поскольку помимо эталонного микрофона для нее также необходим дополнительный внешний микрофон и источник звука.
Таким образом, существует потребность в способе калибровки микрофона, который делает возможным получение чувствительности микрофона, такого как микрофон зонда, например, используемого в диагностике слуха, в очень широком частотного диапазоне без необходимости измерения в беззвуковом поле или каких-либо внешних преобразователей, отличных от эталонного микрофона. Кроме того, существует потребность в способе калибровки микрофона, для которого не нужен соединитель или схожее устройство, физические размеры которого не настолько малы, что оно создает проблему из-за ограничений на размер эталонного микрофона.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, приведенные выше и дополнительные цели и преимущества получают с помощью способа калибровки микрофона в соответствии с настоящим раскрытием, способ в целом основан на способности измерения акустического импеданса блока акустического соединителя и оценки акустического передаточного импеданса акустического соединителя в частотном спектре, в котором чувствительность акустического блока является желательной, такой как чувствительность микрофона блока зонда. Способ и его аспект в соответствии с раскрытием будет виден из дальнейшего описания.
В дальнейшем, всякий раз, когда отсылают к «акустическому блоку», «зонду» или в равной мере «блоку зонда», зонд может содержать по меньшей мере один микрофон и один громкоговоритель, выполненный с возможностью генерировать подходящий звуковой сигнал и/или стимулирующий сигнал, который можно использовать inter alia для целей калибровки блока зонда.
Аналогичным образом, в дальнейшем, всякий раз когда отсылают к «акустическому соединителю» или в равной мере к «блоку соединителя» или «соединителю», следует понимать, что это относится по существу к одному и тому же «блоку» и что указанный соединитель может содержать по меньшей мере один эталонный микрофон для целей калибровки.
В частности, сам блок зонда можно калибровать на предыдущей стадии (см., например, [1]) для получения его параметров источника Тевенена, что позволяет зонду измерять какую-либо акустическую нагрузку, которой его подвергают. Дополнительные подробности о калибровке параметров Тевенена в блоке зонда можно найти в литературном источнике [1].
Кроме того, при упоминании «блока ввода» акустического блока следует рассматривать как «блок», который выполнен с возможностью по меньшей мере регистрировать проходящий сигнал в качестве ответа на акустические стимулы в корпусе. Таким образом, «блок ввода» предпочтительно представляет собой микрофон, что очевидно следует из описания.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия может быть так, что громкоговоритель (т. е. источник звука), который используют для стимуляции во время измерения чувствительности микрофона, также используют для измерения импеданса акустического соединителя. Это обозначает, что переходные эффекты между зондом и акустическим соединителем (которые в первую очередь влияют на минимумы импеданса) являются одинаковыми в измерениях чувствительности и импеданса и, следовательно, могут быть превосходно компенсированы, принимая во внимание передаточный импеданс акустического соединителя (эти количества определяют подробно в дальнейшем). В передаточном импедансе акустического соединителя отсутствуют минимумы импеданса, и поскольку эталонный микрофон акустического соединителя измеряет звуковое давление почти на всей торцевой плоскости акустического соединителя, на это, следовательно, не влияют эти эффекты и передаточный импеданс акустического соединителя можно вычислять аналитически.
Согласно одному из вариантов осуществления входной импеданс акустического соединителя и чувствительность микрофона зонда можно измерять одновременно, а не на двух отдельных стадиях, причем источником стимулирующего звука является тот, у которого параметры Тевенена определены предварительно.
Однако согласно одному из вариантов осуществления эти количества (т. е. входной импеданс соединителя и чувствительность микрофона зонда) также можно измерять отдельно, например, на двух различных стадиях процедуры калибровки.
В соответствии с первым аспектом настоящего раскрытия предоставлен способ определения чувствительности микрофона в акустическом блоке (таком как блок зонда), способ включает:
- предоставление акустического блока, такого как блок зонда, используемый для диагностических целей;
- предоставление акустического соединителя, который имеет по меньшей мере одну внутреннюю полость, выполненную с такой возможностью, что звуковое поле можно генерировать внутри полости. Полость дополнительно находится в акустической связи с эталонным микрофоном, эталонный микрофон выполнен с возможностью измерять эталонное звуковое давление в заданном положении в полости;
- установление акустической связи между акустическим соединителем и акустическим блоком. Это достигают с помощью полости, в которой дополнительно предусмотрено входное отверстие, выполненное с возможностью устанавливать акустическую связь между звуковым входом акустического блока, чувствительность которого следует определять;
ref
in
trans
ref
- определение чувствительности акустического блока, где чувствительность акустического блока определяют как соотношение между выходным напряжением V(f) акустического блока и эталонным звуковым давлением p, генерируемым в полости с помощью источника звука (например, приемника) и измеряемым с помощью эталонного микрофона, умноженным на частотнозависимую передаточную функцию, где передаточная функция представляет собой функцию входного импеданса Z на входном отверстии акустического соединителя и передаточный импеданс Z между входным отверстием акустического соединителя и положением, в котором эталонное звуковое давление p измеряют с помощью эталонного микрофона.
С помощью этого способа чувствительность акустического блока (т. е. микрофона зонда) можно вычислять и компенсировать на стадии калибровки, в соответствии с чем можно добиваться более точных измерений давления в слуховом канале. В этом способе используют аналитическое представление акустического передаточного импеданса и акустического входного импеданса акустического соединителя (используемого для целей калибровки) для того, чтобы оценивать чувствительность блока ввода, т. е. микрофона зонда, используемого для регистрации звукового давления в слуховом канале.
При упоминании о «компенсированной чувствительности» или «чувствительности», ее следует понимать как фактическую чувствительность акустического блока, тогда как «не компенсированная чувствительность» относится к фактической чувствительности, которая содержит ошибки, возникающие из резонансов в акустическом соединителе.
in
В одном из вариантов осуществления входной импеданс Z на входном отверстии акустического соединителя можно определять или измерять предварительно.
В одном из вариантов осуществления передаточную функцию можно непосредственно определять предварительно, например, по модели линии передачи.
В одном из вариантов осуществления акустический блок содержит блок микрофона, чувствительность которого следует измерять и компенсировать, и источник звука (например, громкоговоритель или в равной мере блок приемника), выполненный с возможностью генерировать звуковое поле и/или стимул в акустическом соединителе, когда акустический блок находится в акустической связи с акустическим соединителем.
В одном из вариантов осуществления источник звука, генерирующий звуковое поле и/или стимулы в акустическом соединителе для измерения чувствительности акустического блока, также представляет собой источник звука, который используют для измерения входного импеданса. С использованием этой конфигурации способа достигают того, что переходные эффекты между зондом и акустическим соединителем (которые в первую очередь влияют на минимумы импеданса) являются одними и теми же при измерениях чувствительности и импеданса и эти переходные эффекты, следовательно, можно компенсировать превосходно или по существу превосходно, учитывая передаточный импеданс.
trans
В одном из вариантов осуществления передаточный импеданс Z акустического соединителя определяют аналитически по отношению к конкретному акустическому соединителю, используемому для измерения чувствительности, или измеряют с использованием другого оборудования, нежели акустический блок.
В одном из вариантов осуществления передаточный импеданс вычисляют аналитически на основании физических размеров акустического соединителя, например, по модели линии передачи, заданной в виде:
0
ref
ref
probe
probe
где Z представляет собой характеристический импеданс, Γ представляет собой константу распространения, L представляет собой длину линии передачи, p представляет собой давление на эталонном микрофоне соединителя, U представляет собой объемную скорость, вносимую в эталонный микрофон, p представляет собой давление на акустическом блоке (т. е. блоке микрофона блока зонда) и U представляет собой объемную скорость, вносимую в соединитель акустическим блоком.
3
В одном из вариантов осуществления акустический соединитель может представлять собой коммерчески доступный соединитель G.R.A.S. 0,4 см (кубический сантиметр).
3
Однако следует отметить, что другие подходящие акустические соединители и/или волноводы, для которых передаточную функцию можно найти, пригодны для использования в способе, описанном в настоящем документе. Акустический соединитель 0,4 см лишь представляет пример использования, и специалисту будет очевидно, что другие акустические соединители можно использовать в равной мере, до тех пор, пока передаточную функцию для этих соединителей можно вычислять и/или измерять. В принципе, какой-либо акустический корпус, для которого передаточную функцию, акустический входной импеданс и/или акустический передаточный импеданс можно измерять и/или моделировать, можно использовать для этого способа.
В одном из вариантов осуществления акустический блок может представлять собой часть акустического зонда, выполненного с возможностью использования inter alia при диагностике слуха.
В соответствии со вторым аспектом раскрытия предоставлен диагностический инструмент для осуществления диагностики слуха. Слуховой диагностический инструмент выполнен с возможностью выполнять диагностику слуха и осуществлять процедуру калибровки в соответствии со способом, описанным в настоящем документе.
Соответственно, в одном из вариантов осуществления диагностический инструмент содержит элемент рукоятки, который имеет первый конец и второй конец, где акустический блок предоставлен во втором конце. Кроме того, акустический блок может содержать по меньшей мере один блок вывода, выполненный с возможностью предоставлять стимулирующий сигнал в акустический соединитель и/или слуховой канал тестируемого субъекта, и по меньшей мере один блок ввода, выполненный с возможностью регистрировать передаваемый звук изнутри, например, акустического соединителя и/или слухового канала тестируемого субъекта, где диагностический инструмент дополнительно содержит блок обработки, блок обработки выполнен с возможностью осуществлять процедуру калибровки акустического блока, процедуру калибровки выполняют как описано в отношении способа в соответствии с вариантами осуществления раскрытия.
В одном из вариантов осуществления по второму аспекту, акустический блок, такой как блок зонда, соединяют с диагностическим инструментом, таким как второй конец элемента рукоятки, с использованием коммуникационного элемента, выполненного с возможностью передавать информацию на и/или из части акустического блока. Частично создавая физическое пространство между акустическим блоком и элементом рукоятки, избегают потенциальных вибраций или других двигательных эффектов, вносимых «оператором» или аналогично «пользователем» (например, профессионалом в области слуха). Такие вносимые вибрации и/или двигательные эффекты из работающего диагностического инструмента могут вести ко введению ошибок в измерениях, выполняемых посредством акустического блока, и такие ошибки предпочтительно следует ограничивать, насколько возможно.
Таким образом в одном из вариантов осуществления акустический блок может содержать акустические элементы, такие как блок ввода (т. е. микрофон) на одном конце, выполненный с возможностью установки в слуховом канале и/или акустическом соединителе, и второй соединительный конец, выполненный с возможностью прикрепления акустического блока к диагностическому инструменту, где акустические элементы соединены с соединительным концом посредством, например, коммуникационного элемента. Коммуникационный элемент, выполненный с возможностью передавать информацию, может представлять собой один или несколько электрически проводящих кабелей и/или проводов, которые предпочтительно отделяют от среды с помощью корпуса, такого как трубка.
В одном из вариантов осуществления может быть так, что связь между акустическим блоком, таким как акустические элементы акустического блока, и диагностическим инструментом осуществляют посредством беспроводного соединения.
В одном из вариантов осуществления может быть так, что данные, получаемые из процедуры калибровки, сохраняют в акустическом блоке вместо диагностического инструмента как такового. Таким образом, акустический блок может быть взаимозаменяемым между различными диагностическими инструментами.
Для диагностического инструмента этого типа калибровку акустических блоков, таких как микрофоны зондов, в блоке зонда можно выполнять без труда, при этом избегая необходимости экстенсивных установок беззвукового поля, проблем ограничений и экстенсивных процедур калибровки из-за ограничений размеров соединителя, как описано ранее. Для этого способа, диагностический инструмент можно выполнять с возможностью осуществлять процедуру калибровки непосредственно с использованием по меньшей мере акустического соединителя, и, таким образом, способ предусматривает применение более простой калибровочной установки во время, например, диагностики слуха.
В одном из вариантов осуществления диагностический инструмент дополнительно может содержать блок давления, выполненный с возможностью вызывать изменение давления в слуховом канале тестируемого субъекта.
Следует отметить, что конфигурация блока обработки диагностического инструмента описана более подробно по отношению к системе диагностирования слуха в соответствии с раскрытием. Таким образом, признаки аспекта, описанные в настоящем документе, следует понимать в равной мере включенными в аспекты, для которых они не описаны непосредственно, но для которых специалисту в данной области будет очевидно их включение.
В соответствии с третьим аспектом раскрытия, предоставлена система обеспечения диагностики слуха. Система содержит:
- акустический соединитель,
- диагностический инструмент, выполненный с возможностью осуществлять диагностику слуха, диагностический инструмент содержит:
- элемент рукоятки, который имеет первый конец и второй конец, где акустический блок предусмотрен во втором конце;
- акустический блок, который содержит по меньшей мере один блок вывода, выполненный с возможностью предоставлять стимулирующий сигнал в акустический соединитель, и по меньшей мере один блок ввода, выполненный с возможностью регистрировать передаваемый звук изнутри указанного акустического соединителя, диагностический инструмент дополнительно содержит блок обработки, блок обработки выполнен с возможностью осуществлять процедуру калибровки акустического блока, когда диагностический инструмент находится в акустической связи с полостью акустического соединителя во время процедур калибровки, где процедуру калибровки осуществляют в соответствии со способом, описанным в первом аспекте.
В одном из вариантов осуществления по третьему аспекту, блок обработки содержит установку калибровки микрофона, выполненную с возможностью калибровать микрофон в акустическом блоке в соответствии со способом в соответствии с первым аспектом.
В одном из вариантов осуществления аспектов блок вывода акустического блока представляет собой блок громкоговорителя, выполненный с возможностью испускать акустический стимул и/или звуковой сигнал в указанный акустический соединитель, и указанный блок ввода представляет собой блок микрофона, выполненный с возможностью измерять результирующее звуковое давление в положении входа акустического соединителя, где указанный акустический соединитель дополнительно содержит эталонный микрофон, выполненный с возможностью измерять звуковое давление в положении выхода указанного акустического соединителя.
В одном из вариантов осуществления блок обработки выполнен с возможностью предоставлять электрический сигнал источнику звука, в соответствии с чем источник звука испускает акустические стимулы и/или звуковой сигнал в акустический соединитель, блок обработки дополнительно выполнен с возможностью принимать электрический выходной сигнал от эталонного микрофона акустического соединителя; и сохранять данные, содержащие акустические параметры, которые характеризуют акустические свойства акустического соединителя.
Кроме того, в одном из вариантов осуществления процедура калибровки и/или калибровочная установка выполнены с возможностью калибровать блок микрофона акустического блока, по меньшей мере с использованием способа по первому аспекту. То есть, процедура калибровки выполнена с возможностью осуществлять способ в соответствии с первым аспектом для того, чтобы калибровать чувствительность микрофона так, что добиваются более точных измерений во время диагностических измерений слуха.
in
В одном из вариантов осуществления аспектов, описанных в настоящем документе, акустические параметры, которые характеризуют акустические свойства соединителя, содержат входной импеданс Z акустического соединителя, где входной импеданс предварительно определяют или измеряют и/или где сохраненные значения блока обработки содержат какие-либо элементы следующей группы или какие-либо комбинации этих элементов: записи или аналитические измерения системы содержит; выходное напряжение, предоставляемое с помощью акустического блока (такого как зонд), звуковое давление, измеряемое с помощью эталонного микрофона, вычисленный аналитический или предварительно определяемый передаточный импеданс акустического соединителя.
В одном из вариантов осуществления блок обработки выполнен с возможностью вычислять аналитический передаточный импеданс акустического соединителя по указанным сохраненным данным и, кроме того, выводить и/или сохранять значение(значения) вычисленной компенсированной чувствительности микрофона для конкретного частотного диапазона.
Система в соответствии с третьим аспектом может аналогичным образом быть выполнена с возможностью вычислять чувствительность микрофона в акустическом блоке с целью выполнения процедуры калибровки микрофона, в которой чувствительность микрофона оценивают по акустической передаточной функции акустического соединителя.
Соответственно, блок обработки системы можно выполнять с возможностью вычислять и выводить компенсированную чувствительность микрофона (т. е. чувствительность микрофона) в соответствии со способом по первому аспекту.
В одном из вариантов осуществления аспектов системы диагностический инструмент и/или способ выполнен с возможностью применять альтернативные различные соединители, которые будет очевидно специалисту в данной области использовать при применении способа, как описано в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Аспекты раскрытия можно лучше всего понять из следующего подробного описания в сочетании с сопроводительными фиг. Фиг. Являются схематическими и упрощенными для прозрачности, и они только показывают детали для улучшения понимания пунктов формулы изобретения, тогда как другие детали пропущены. На всем протяжении одинаковые номера позиций используют для идентичных или соответствующих частей. Каждый из индивидуальных признаков каждого аспекта можно комбинировать с любыми или всеми признаками других аспектов. Эти и другие аспекты, признаки и/или технические эффекты будут видны из иллюстраций, описанных далее в настоящем документе, и разъяснены со ссылкой на них, где:
3
на фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация установки калибровки микрофона с применением соединителя 0,4 см, эталоннрнр микрофона и подходящего источника звука, выполненного с возможностью создавать звуковое поле в соединителе (источник звука не представлен на фиг., поскольку зонд состоит из по меньшей мере источника звука и микрофона [см., например, литературный источник [1]);
3
на фиг. 2A и фиг. 2B представлены графики величины (фиг. 2A) и фазы (фиг. 2B) чувствительности диагностического микрофона зонда, полученные с помощью соединителя G.R.A.S. 0,4 см без дополнительной компенсации;
3
на фиг. 3A и фиг. 3B представлены графики величины (фиг. 3A) и фазы (фиг. 3B) измеренного входного импеданса, аналитически определяемого входного импеданса сосредоточенного элемента и аналитически определяемого передаточного импеданса соединителя G.R.A.S. 0,4 см;
на фиг. 4A и фиг. 4B представлены графики величины (фиг. 4A) и фазы (фиг. 4B) передаточной функции акустического соединителя, получаемые из соотношения между вычисленным передаточным импедансом и измеренным входным импедансом, которые используют для калибровки фактического звукового давления на микрофоне зонда на основании звукового давления на эталонном микрофоне;
на фиг. 5A и фиг. 5B представлены графики величины (фиг. 5A) и фазы (фиг. 5B) не компенсированной чувствительности микрофона и соответствующей компенсированной чувствительности, полученной с помощью способа в соответствии с настоящим раскрытием;
На фиг. 6A и фиг. 6B представлены графики величины (фиг. 6A) и фазы (фиг. 6B) чувствительности в свободном поле для микрофона зонда по сравнению с компенсированными и не компенсированными чувствительностями того же микрофона зонда;
на фиг. 7A и фиг. 7B представлены графики примера величины (фиг. 7A) и фазы (фиг. 7B) ошибки компенсированных и не компенсированных чувствительностей по отношению к соответствующей чувствительности в свободном поле;
на фиг. 8 представлена схематическая установка для диагностики слуха;
на фиг. 9 представлен схематически диагностический инструмент, используемый в установке калибровки системы для диагностики слуха;
на фиг. 10 представлен схематически диагностический инструмент, используемый в калибровочной системе для диагностики слуха, диагностический инструмент имеет акустические элементы акустического блока, физически отделенные от элемента рукоятки; и
на фиг. 11 представлена схематически диаграмма блока обработки и его входные и выходные параметры.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Подробное описание, изложенное далее применительно к приложенным фиг., предназначено в качестве описания неограничивающего примера вариантов осуществления аспектов, включая способ, диагностический инструмент и систему диагностики слуха, в соответствии с настоящим раскрытием.
3
Со ссылкой на фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация установки калибровки микрофона с применением 0,4 см соединителя, эталонного микрофона и подходящего источника звука, выполненного с возможностью создавать звуковое поле в соединителе (источник звука не представлен на фиг., поскольку зонд состоит из по меньшей мере источника звука и микрофона, см., например, литературный источник [1]). Эта установка составляет неограничивающий пример установки, которую можно использовать для реализации способа в соответствии с настоящим раскрытием.
На фиг. 1 представлен блок зонда (т. е. в равной мере акустический блок), в целом обозначенный номером позиции 1 и содержащий микрофон 2 зонда и источник 8 звука. Кроме того, проиллюстрирована звуковая трубка 3, выполненная с возможностью обеспечивать акустическую связь между звуковым полем (в этом примере существующем в акустическом соединителе 5) и диафрагмой микрофона, содержащегося в блоке 1 зонда. Следует отметить, что установка, проиллюстрированная на фиг. 1, представляет собой только один из примеров того, как ставить процедуру калибровки в соответствии со способом в настоящем документе. Таким образом, представленная компоновка, например, из микрофона 2 зонда и источника 8 звука (например, блока громкоговорителя) служит только иллюстративным целям. Следует отметить, что звуковая трубка 3 предпочтительно содержит одну или несколько акустических «труб», «каналов» и/или «звуконаправляющих полостей» (не показано), по меньшей мере одна звуконаправляющая полость находится в связи с микрофоном и одна звуконаправляющая полость находится в связи с приемником.
Звуковой сигнал, предоставляемый через звуковую трубку 3, регистрируют и преобразуют в электрический выходной сигнал с помощью микрофона 2 зонда в акустическом блоке 1 и передают через линию 4 в блок обработки для дальнейшей обработки. Также предусмотрен эталонный микрофон 6, акустически соединенный с соединителем 5 и предоставляющий электрический выходной сигнал 7, когда на диафрагму эталонного микрофона 6 воздействуют звуковым давлением, т. е. звуковым давлением в соединителе 5 в установке, представленной на фиг. 1. Обработка регистрируемых сигналов, передаваемых через линии 4 и 7 в блок обработки, будет видна на всем протяжении описания.
probe
probe
ref
Также на фиг. 1 показаны звуковое давление p на входе звуковой трубки 3 микрофона 2 зонда и соответствующая объемная скорость U. Звуковое давление на диафрагме эталонного микрофона 6 обозначают как p на фиг. 1. Различные количества, показанные на фиг. 1, упомянуты в дальнейшем подробном описании варианта осуществления настоящего раскрытия.
Принципы настоящего раскрытия основаны на способности измерения акустического входного импеданса акустического соединителя и оценки акустического передаточного импеданса в частотном спектре, в котором чувствительность микрофона является желаемой. В частности, измерения импеданса в примерах, представленных в раскрытии этого изобретения, основаны на калибровке Тевенена для зонда, как описано в [1]. Полагая, что звуковое давление на эталонном микрофоне и микрофон зонда эквивалентны, не компенсированную чувствительность микрофона вычисляют посредством деления напряжения, измеряемого на микрофоне зонда, на звуковое давление на эталонном микрофоне:
Звуковой стимул доставляют посредством одного или нескольких громкоговорителей (т. е. источника звука) в акустическом блоке (т. е. зонде).
Однако, как отмечено в предпосылках раскрытия, нельзя допускать, что звуковое давление на микрофоне зонда является таким же, как на эталонном микрофоне. Таким образом, если приведенное выше выражение применяют для того, чтобы вычислять чувствительность микрофона, то вводят ошибки, которые, в частности, преобладают на более высоких частотах. Это проиллюстрировано на фиг. 2A и 2B.
3
Со ссылкой на фиг. 2A и 2B представлены графики величины (фиг. 2A) и фазы (фиг. 2B) чувствительности диагностического микрофона зонда, получаемые с помощью соединителя G.R.A.S. 0,4 см без дополнительной компенсации. Как видно на фиг. 2A и 2B, и величина и фаза при измерении чувствительность показывают большой зазор 8 около 9,5 кГц. Большой зазор 8 около 9,5 кГц является результатом 1/4 стоячей волны в соединителе и создает большую ошибку в получаемой чувствительности.
Допущение при измерении чувствительности с использованием установки известного уровня техники, как показано на фиг. 1, состоит в том, что звуковое давление на всем протяжении соединителя является однородным. Это эквивалентно аппроксимации соединителя в виде конденсатора в сосредоточенном элементе, аналогичном акустическому импедансу, заданному в виде
in
in
Как указано выше, параметры Тевенена зонда были и в равной мере могут быть получены перед измерением чувствительности микрофона. Входной импеданс Z акустического соединителя, таким образом, определяют перед измерением чувствительности микрофона зонда. Комплексное значение входного импеданса Z, например, хранят для последующего использования, например, в памяти блока обработки в оборудовании (например, слуховом диагностическом инструменте), используемом для того, чтобы измерять чувствительность микрофона зонда. Альтернативно, входной импеданс можно измерять одновременно с чувствительностью микрофона.
Со ссылкой на фиг. 3A и 3B, представлена величина (фиг. 3a) и фаза (фиг. 3A) входного импеданса 11 и 13 акустического соединителя, получаемые посредством калибровки Тевенена для блока зонда и соответствующей аппроксимации 10 и 12 сосредоточенного элемента, задаваемого приведенным выше выражением для Zc. На фиг. 3A и 3B, кроме того, показаны аналитически определяемый передаточный импеданс 9 (график фазы практически совпадает с 12) для используемого акустического соединителя и аналитически определяемый передаточный импеданс, который объяснен далее. На фиг. показано, что следует ожидать большие ошибки в чувствительности в направлении более высоких частот.
ref
probe
На измеряемый акустический входной импеданс 11, 13 влияют многие акустические эффекты, поскольку его измеряют со стороны зонда (это является главной идеей способа, раскрытого в [1]). Это обозначает, что на звуковое давление на микрофоне зонда во время калибровки чувствительности также влияют эти эффекты при стимуляции с использованием громкоговорителя, который использовали во время калибровки Тевенена. Эти эффекты включают затухающие моды и потери потока на расширение фронта и описаны более подробно в [1]. Эти эффекты представляют собой локализованные эффекты в акустическом соединителе, и они присутствуют только в непосредственной близости от звукового выхода. Даже несмотря на то, что затухающие моды могут не угасать полностью в направлении конца соединителя, они не влияют на передаточный импеданс поскольку эталонный микрофон измеряет звуковое давление на всей поверхности конца соединителя. Следовательно, этими акустическими эффектами можно пренебрегать в передаточном импедансе акустического соединителя, который определяют как давление p на эталонном микрофоне, деленное на объемную скорость U, вносимую в противоположный конец соединителя с помощью зонда (передаточный импеданс может иметь другое определение в других литературных источниках):
probe
probe
При входном импедансе акустического соединителя, определяемом как давление p на микрофоне зонда, деленное на объемную скорость U, вносимую в противоположный конец соединителя с помощью зонда:
Соотношение между звуковым давлением, присутствующим на эталонном микрофоне и на микрофоне зонда, можно вычислять следующим образом:
Таким образом, фактическое давление на микрофоне зонда можно вычислять в единицах акустического импеданса, наблюдаемого на зонде, и акустического передаточного импеданса. Передаточный импеданс можно вычислять аналитически по физическим размерам соединителя, например, по модели линии передачи:
0
ref
ref
probe
ref
probe
где Z представляет собой характеристический импеданс, Γ представляет собой константу распространения, L представляет собой длину линии передачи и U представляет собой объемную скорость на эталонном микрофоне. Полагая, что соединитель имеет твердые стенки, жестко заканчивающийся волновод, задавая U=0 и U=1, p можно выделять и интерпретировать непосредственно как передаточный импеданс как следствие U=1, т. е. передаточный импеданс задают следующим выражением:
mic
mic
ref
ref
mic
ref
Обычно входной импеданс эталонного микрофона Z является достаточно большим, чтобы им можно было пренебречь, но если входной импеданс Z эталонного микрофона предоставляет производитель, его можно включать в модель, задавая U=p/Z и снова решая для p, что дает:
Импеданс эталонного микрофона не включен в эти исследования, поскольку он не предоставлен для используемого микрофона. Brüel & Kjær предоставляют эту информацию для некоторых микрофонов, и можно вообразить измерительную установку, где включение этого параметра может быть полезным.
3
Передаточный импеданс, который находят с использованием физических размеров используемого 0,4 см соединителя, изображен в виде последней кривой 9 на фиг. 3A и 3B. Имея вычисленный аналитический передаточный импеданс и измеренный входной импеданс, можно вычислять соотношение между этими импедансами. Результат изображен на фиг. 4A и 4B, где представлены графики величины (фиг. 4A) и фазы (фиг. 4B) соотношения между вычисленным передаточным импедансом и измеренным входным импедансом, которые используют для калибровки фактического звукового давления на микрофоне зонда на основании звукового давления на эталонном микрофоне.
Теперь компенсированную чувствительность микрофона можно определять на основании количеств:
probe
(i) выходное напряжение V (номер позиции 4 на фиг. 1), предоставляемое с помощью микрофона зонда;
ref
(ii) звуковое давление p, измеряемое с помощью эталонного микрофона 6 и предоставляемое блоку обработки с помощью линии 8;
in
(iii) предварительно определяемый или одновременно измеренный входной импеданс Z соединителя 5; и
trans
(iv) вычисленный передаточный импеданс Z, который можно вычислять аналитически для соединителя сравнительно простой геометрии.
Следует понимать, что способ в соответствии с настоящим раскрытием также можно использовать с каким-либо соединителем с предварительно определяемым передаточным импедансом, который хранят в блоке обработки оборудования, такого как диагностический инструмент, используемого для целей калибровки.
В частности, чувствительность микрофона можно определять с помощью следующего выражения:
probe
ref
in
trans
где выходное напряжение V и эталонное звуковое давление p измеряют, например, с использованием установки, представленной на фиг. 1, Z определяют до или одновременно с измерением и Z определяют аналитически или он известен для конкретного соединителя, например, как описано выше.
Со ссылкой на фиг. 5A и 5B, где представлены графики величины (фиг. 5A) и фазы (фиг. 5B) не компенсированной чувствительности микрофона (величина 15 и фаза 16, соответственно) и соответствующей компенсированной чувствительности (величина 14 и фаза 17, соответственно), полученной способом в соответствии с настоящим раскрытием, теперь компенсацию чувствительности можно выполнять посредством умножения давления на эталонном микрофоне на соотношение импедансов при вычислении чувствительности, как задано приведенным выше уравнением чувствительности.
Для того чтобы валидировать способ, чувствительность в свободном поле для зонда измеряли с использованием звукового помещения со встроенным громкоговорителем, помещая эталонный микрофон и микрофон зонда в непосредственной близости друг от друга. Результат представлен на фиг. 6A и 6B, где представлены графики величины (фиг. 6A) и фазы (фиг. 6B) чувствительности в свободном поле для микрофона зонда по сравнению с компенсированной и не компенсированной чувствительностями того же микрофона зонда. В частности, 18 показывает величину не компенсированной чувствительности, 19 показывает величину чувствительности в свободном поле и 20 показывает величину компенсированной чувствительности, получаемой способом в соответствии с настоящим раскрытием. Аналогичным образом, 21 показывает фазу не компенсированной чувствительности, 22 показывает фазу чувствительности в свободном поле и 23 показывает фазу компенсированной чувствительности, получаемой способом в соответствии с настоящим раскрытием. Из фиг. 6A и 6B ясно, что мера компенсированной чувствительности по существу повторяет кривую меры чувствительности в свободном поле.
Это наблюдение дополнительно подтверждено со ссылкой на фиг. 7A и 7A, где представлены графики примера величины (фиг. 7A) и фазы (фиг. 7B) ошибки компенсированной и не компенсированной чувствительностей по отношению к соответствующей чувствительности в свободном поле. Номер позиции 24 показывает ошибку величины не компенсированной чувствительности, 25 показывает величину ошибки компенсированной чувствительности, а 26 и 27 показывают соответствующую фазу соответствующих ошибок. На фиг. 7A и 7B четко продемонстрированы возможности способа в соответствии с настоящим раскрытием, показывающие ошибки, которые практически пренебрежимы вплоть до частот значительно выше 10 кГц.
Далее, со ссылкой на фиг. 8, представлена упрощенная установка для диагностики слуха, где акустический блок, такой как блок 1 зонда, акустически соединяют с акустическим элементом 5a, в этом случае проиллюстрированным как слуховой канал тестируемого субъекта человека и/или животного. При выполнении измерений отоакустической эмиссии (OAE), блок 8 громкоговорителя блока 1 зонда передает акустический стимул и/или звуковой сигнал в слуховой канал тестируемого субъекта. Впоследствии мелкие волосковые клетки улитки уха (не показано) отражают звуковой сигнал в качестве реакции на увеличенное звуковое давление в слуховом канале, эту реакцию при измерениях OAE регистрируют с помощью микрофона 2 блока 1 зонда. Следовательно, как объяснено ранее, важно, чтобы микрофон 2 блока 1 зонда был способен регистрировать правильное и точное измерение реакции.
Соответственно, и со ссылкой на фиг. 9, диагностический инструмент, например, используемый для измерений OAE, можно выполнять с возможностью осуществлять процедуру калибровки микрофона, чтобы убедиться, что наиболее точные измерения регистрируют для диагностических целей. Такой диагностический инструмент 30 схематически проиллюстрирован на фиг. 9 и содержит элемент 31 рукоятки, который имеет первый конец 32 и второй конец 33, где акустический блок 34 предусмотрен во втором конце 33. Акустический блок 34 (такой как блок зонда), содержащий по меньшей мере один блок вывода 8 (например, приемник), выполненный с возможностью предоставлять стимулирующий сигнал в акустический соединитель 5 и/или слуховой канал 5a, и по меньшей мере один блок ввода 2 (например, микрофон), выполненный с возможностью регистрировать передаваемый звук изнутри акустического соединителя 5, где диагностический инструмент 30 дополнительно содержит блок 35 обработки. Как уже упомянуто, блок 35 обработки выполнен с возможностью выполнения процедуры калибровки акустического блока 34, где процедуру калибровки следует понимать как включающую способ, описанный на всем протяжении этого раскрытия.
Следует отметить, что акустический блок 34 можно непосредственно сопрягать со вторым концом 33 элемента 31 рукоятки, как показано на фиг. 9. Однако в одном из вариантов осуществления и как показано на фиг. 10, акустический блок 34, такой как блок зонда, вместо этого соединяют с элементом 31 рукоятки на диагностическом инструменте 30, таким как второй конец 33 элемента 31 рукоятки, с использованием коммуникационного элемента 37. Коммуникационный элемент 37 выполнен с возможностью передавать информацию к и/или от части акустического блока на элемент рукоятки. Частично создавая физическое пространство (т. е. через коммуникационный элемент 37) между по меньшей мере акустическими элементами 38 (включая микрофон 2 и громкоговоритель 8) акустического блока 34 и элементом 31 рукоятки, избегают потенциальных вибраций или других двигательных эффектов, вносимых «оператором» или аналогично «пользователем» (например, профессионалом в области слуха). Такие вносимые вибрации и/или двигательные эффекты работающего диагностического инструмента могут вести к введению ошибок в измерения, выполняемые с помощью акустического блока, и такие ошибки, предпочтительно, следует ограничивать, насколько возможно.
Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 10, акустический блок может в одном из вариантов осуществления иметь акустические элементы 38, такие как блок ввода (т. е. микрофон) и приемник, расположенные на одном конце 37a акустического блока. Конец 37a, содержащий акустические элементы 38, выполнен с возможностью установки в слуховом канале и/или акустическом соединителе. Другой конец 37b акустического блока выполнен с возможностью прикрепления акустического блока 34 к элементу 31 рукоятки диагностического инструмента. Соответственно, второй конец 37b акустического блока содержит средство прикрепления (не показано), выполненное с возможностью зацепления с соответствующими прикрепляющими элементами на элементе 31 рукоятки. Как видно на фиг. 10, акустические элементы 38 соединены с соединительным концом 37b (понятно, что в равной мере это может быть второй конец акустического блока) через коммуникационный элемент 37. Коммуникационный элемент 37 выполнен с возможностью передавать информацию через один или несколько электрически проводящих кабелей и/или проводов, которые предпочтительно отделяют от среды с помощью корпуса, такого как трубка (не показано более подробно).
В одном из вариантов осуществления может быть так, что данные, получаемые в процедуре калибровки, сохраняют в акустическом блоке 34, а не в элементе 31 рукоятки диагностического инструмента как таковом. Таким образом, акустический блок 34 может быть взаимозаменяемым между различными диагностическими инструментами. Более подробно, акустический блок 34 можно отсоединять от элемента 31 рукоятки диагностического инструмента, и калибровочные данные сохраняют в блоке обработки акустического блока 34 вместо блока обработки элемента рукоятки. Таким образом, микрофон зонда, который калибруют в соответствии со способом, описанным в настоящем документе, можно использовать с различными диагностическими инструментами.
Соответственно, и как проиллюстрировано на фиг. 10, акустический блок 34 может содержать блок 35 обработки, этот блок обработки по существу выполняет и исполняет способ, описанный на всем протяжении раскрытия.
В обоих вариантах осуществления, представленных на фиг. 9 и 10, элемент рукоятки диагностического инструмента может содержать пользовательский интерфейс (обозначен UI на фиг. 10), через который «оператор» или аналогично «пользователь» диагностического инструмента (такой как профессионал в области слуха) может управлять, например, процедурой калибровки, описанной в настоящем документе.
Кроме того, элемент рукоятки диагностического инструмента может содержать вход акустического соединителя, который выполнен с возможностью соединения электрически проводящего элемента акустического соединителя, используемого для целей калибровки, с элементом рукоятки, в соответствии с чем процедуру калибровки выполняют непосредственно с диагностического инструмента.
Более подробно, и со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11, диагностический инструмент 30 выполнен с возможностью управлять процедурой калибровки в калибровочной установке диагностической системы. То есть блок 35 обработки выполнен с возможностью предоставлять электрический сигнал 36 на источник 8 звука, в соответствии с чем источник звука испускает акустический стимул и/или звуковой сигнал в акустический соединитель 5. Блок 35 обработки, кроме того, выполнен с возможностью принимать электрический выходной сигнал 7 от эталонного микрофона 6 акустического соединителя 5. Кроме того, блок 35 обработки принимает зарегистрированный сигнал 4 микрофона зонда.
in
in
in
probe
ref
trans
Блок 35 обработки может хранить акустические параметры, которые характеризуют акустические свойства акустического соединителя для целей дополнительной калибровки. Акустические параметры, которые характеризуют акустические свойства акустического соединителя, содержат входной импеданс Z акустического соединителя. Входной импеданс можно определять или измерять предварительно, как показано на фиг. 11 пунктирной линией Z и не пунктирной стрелкой Z, соответственно. Кроме того, сохраненные значения блока обработки содержат какие-либо элементы следующей группы или какие-либо комбинации этих элементов: записи или аналитические измерения системы содержат: выходное напряжение V, предоставляемое микрофоном 2 акустического блока 1, звуковое давление p, измеряемое с помощью эталонного микрофона в акустическом соединителе, и вычисленный аналитический или предварительно определяемый передаточный импеданс Z акустического соединителя.
Как проиллюстрировано схематически на фиг. 11, эти значения, предварительно определяемые или измеряемые во время процедуры калибровки, передают в блок обработки, в соответствии с чем компенсированную чувствительность микрофона вычисляют, как описано ранее.
Следует принимать во внимание, что на всем протяжении этого описания упоминание об «одном из вариантов осуществления» или «варианте осуществления» или «аспекте» или признаках, включенных как «могут», обозначает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные применительно к варианту осуществления, включены по меньшей мере в один из вариантов осуществления раскрытия. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики можно комбинировать в качестве подходящих в одном или нескольких вариантах осуществления раскрытия.
Предыдущее описание предоставлено для того, чтобы позволить любому специалисту в данной области использовать на практике различные аспекты, описанные в настоящем документе. Различные модификации в этих аспектах будут без труда видны специалистам в данной области, а общие принципы, которые определены в настоящем документе, можно применять к другим аспектам.
Не предусмотрено, что пункты формулы изобретения ограничены аспектами, представленными в настоящем документе, но они должны соответствовать полному объему, согласующемуся с формулировками пунктов формулы изобретения, где упоминание элемента в единственном числе не предназначено для того, чтобы обозначать «один и только один» до тех пор, пока это не установлено конкретно, а скорее «один или несколько». До тех пор, пока конкретно не установлено иное, термин «несколько» относится к одному или больше.
Соответственно, об объеме следует судить в контексте формулы изобретения, которая приведена далее.
ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ
[1] K. R. Nørgaard, ʺCorrection of analytical impedances in acoustic Thevenin calibration of diagnostic probes and hearing aids, EP application no. 15171935.8.
[2] D. M. Rasetshwane, S. T. Neely, ʺCalibration of otoacoustic emission probe microphones,ʺ J. Acoust. Soc. Am. 130 (4) (2011), JASA Express Letters.