诊断探针和助听器的声学戴维南校准中的分析阻抗的修正的制作方法

本发明涉及用于校准探针的声学负载阻抗，前述探针用于确定声源特性。更具体地，本发明涉及确定诊断探针和助听器的声源特性。

背景技术：

声学戴维南(Thevenin)校准为用于确定听力诊断学和助听器(HA)中使用的声学探针的等效戴维南参数的方法。戴维南校准是在例如听力诊断应用中测量声学时执行的重要校准步骤，这是因为在执行听力诊断以评估潜在的听力损失时要求准确度高。因此，在至少听力诊断应用中使用的声学探针应在实际诊断测量之前进行校准。

声学戴维南校准确定将用于对象如受测人员的耳道中的测量的声学探针的源特性(即源压力和源阻抗)。从校准步骤确定声学探针的源特性使可能测量施加到探针或HA的任何负载阻抗。因而，声学探针的戴维南校准为校准步骤，其通常在对象如用户耳道中的实际测量之前执行，例如为提供诊断目的，应测量其阻抗。类似地，在其它声学应用如音乐声学内，戴维南校准也可在测量声学仪器如音乐仪器的阻抗以获得声学仪器的性能特性之前应用于声学探针。

因而，在测量对象的声学特性领域，通常应意识到，在感兴趣的对象的实际测量之前执行声学探针的戴维南校准。

戴维南校准方法基于向探针或HA呈现多个参考负载，其阻抗已知或者可分析计算。通常，这些负载为不同长度的硬壁圆柱形波导。之后，每一波导中的响应用于使用最小二乘拟合(即求解最小二乘拟合以确定源压力和源阻抗)确定戴维南参数(即探针的源特性)。

在实践中，该校准程序对波导的分析或假定的平面波阻抗非常敏感。实际上，由探针(或HA)看到的真实阻抗(即测得的负载阻抗)因与从探针(或HA)中的窄导出口(如管或环形缝)到更宽的波导的声音过渡相关联的现象 而不同于分析阻抗。在接近导出管处测量声压，在测得的频率响应函数中引入误差。

在声学应用领域内，通常知道前述引入的误差由声学探针和施加到其的负载之间的几何失配引起，及它们至少与隐失模式有关。因而，在感兴趣对象的阻抗测量期间通常需要避免至少隐失模式的影响。

在测量真耳结构(即声学探管插入到受试者的耳道内)的声学阻抗时用于避免隐失模式的一种方法已聚焦于足够地衰减因隐失模式引起的任何局部、非传播的声场。这已通过限制外部刺激的频率含量或者轻拉探管传声器、记录受试对象中的响应、稍微超过将声音刺激发射到受试对象内的探管变换器的平面而实现。换言之，补偿隐失模式的一种方法是通过使声学探针的测量传声器超过探针尖的平面凸出给定距离，藉此探针响应明显不太受隐失模式影响。该方法的主要缺点在于源出口和传声器入口之间的过多波导包括在源特性中，从而当插入到不同尺寸规格的波导内时导致校准无效。

聚焦于针对几何失配引入的误差补偿阻抗测量的其它方法目标在于将修正因子应用于对受试对象执行的阻抗测量及随后应用于任何探针校准程序。

如先前详细说明的，在本领域内已知使用包括环形发声缝隙的传统阻抗探针执行声学波导的声学输入阻抗测量，前述缝隙假定提供恒定的体积速度。此外，用于测量输入阻抗的声学探针如已经阐述的，在第一步在真实阻抗测量之前校准，以获得用于阻抗测量的声学探针的戴维南参数(即源特性)。在随后的第二步，校准的声学探针插入到将测量其阻抗的受试对象、装置、另一波导或仪器内。如先前描述的，真实阻抗测量，无论是在耳道中还是音乐应用中进行，同样可能经历与声学探针和受试对象之间的几何失配有关的误差。

除了已经描述的现有技术方法之外，其它提出的用于补偿测得的阻抗中的前述误差随后校准用于测量的声学探针的方法包括获得的阻抗测量结果的修正。前述修正被提出通过测得的阻抗的肉眼检查进行，及包括与频率成比例的虚修正因子，其被调节使得阻抗最小值放在阻抗测量中的两个随后最大值之间的半途。此外，与频率的平方根成比例的真实修正因子被调整使得阻抗最小值的包 络等于阻抗最大值的包络。该修正几何失配的方法对随后用声学探针进行测量有一些限制。在确定校准的声学探针的修正因子时，这在具有与将要测量的对象匹配的特定几何结构的管中进行。这要求将在最终的阻抗测量中进行测量的测量装置应通过具有同样直径的管实质上与声学探针连接，因为该管曾用于估计修正因子。因而，该方法确定的与几何失配有关的修正因子仅可在有限数量的实际装置上使用，其与在探针前面修正测量期间假定的装置具有实质上一样的几何结构。

显然，已知的方法均与确定探针的源特性无关，这些特性在先前的校准步骤中通过将环形探针放在半无限波导中以传统方式确定。校准仅使用单一负载即可能实现，因为该探针假定为恒定体积速度源。这相当于在戴维南参数中假定无限源阻抗。前述校准将受隐失模式的影响，但由于在非反射负载的阻抗谱中不存在阻抗最小值，相对影响将可忽略。

此外，已知的方法提出在校准用于阻抗测量的声学探针之后补偿隐失模式，然而，对随后的实际装置测量有一些限制。因而，在目前的方法中，在校准声学探针时已经引入的可能误差未被考虑。

因此，需要提供一种解决方案，其消除或者至少减少与上面提及的探针和给定波导之间的几何失配相关联的校准误差。

技术实现要素：

这一及其它目标通过提供校准方法实现，其在将用于随后对感兴趣装置进行阻抗测量的声学探针的校准期间考虑施加到声学探针的任何负载(如将要测试的装置)的任何几何失配。

也就是说，根据本发明的第一方面，开始描述的问题通过提供执行探针或助听器的声学戴维南校准的方法解决或至少减少，其中该方法包括步骤：向将要确定其源特性的探针或助听器的输出提供多个不同的声学负载，一次一个声学负载。根据本发明，每一声学负载由已知的声学输入阻抗(其例如可使用基于适当测量的先验分析计算或确定)和另外的随频率而变的复数修正因子ΔZ(f) 表征。通过应用声学负载的该修正的输入阻抗，探针传声器处的声压和探针注入的体积速度之间的关系(即比)可针对多个频率正确地确定，从而获得探针或助听器的、符合需要的实质上正确的源特性。

使用该方法，实现了在装置的实际阻抗测量之前已经在声学探针的戴维南校准时考虑了因几何失配引入探针响应的误差。因而，随后使用校准的探针进行的阻抗测量将包括隐失模式的可能影响和在校准期间已补偿的流动损失。

更详细地，传统的戴维南校准方法基于向声学探针提供多个不同的声学负载(通常为不同长度的波导)。这些声学负载的阻抗已知或者可分析计算。这些声学负载在下面将称为“分析阻抗”或“参考阻抗”。本发明中描述的修正因子应理解为直接应用于在声学探针的戴维南校准步骤中使用的每一声学负载。

应注意，尽管在下面声学负载通过声波导例示，但根据本发明，声学负载可以是任何尺寸规格和几何结构的腔体，只要其可应用在根据本发明的方法和装置中。

实际上，探针看到的真实阻抗不同于分析平面波阻抗，这是因为与从探针或助听器中的窄口(如管或缝隙)到更宽的波导的声音过渡相关联的现象。如先前所述，这些现象由用于阻抗测量的声学探针和声学探针插入于其中的受试对象(如负载、波导、耳道等)之间的几何失配引起。该几何失配在测得的阻抗中引入误差，通常看作阻抗曲线中最小值的移位，其相较分析阻抗偏离。因而，在使用戴维南校准确定探针的源特性即源压力和源阻抗时，参考阻抗(也称为分析或建模阻抗)应被修正以考虑前述失配从而随后获得施加到探针的声学负载的准确的阻抗测量。因此，在本发明中，“探针的实质上正确的源特性”应理解为在校准期间考虑因声学探针和施加到其的负载之间的几何失配引入的任何误差的源特性(即声压和体积速度)。前述根据本发明在校准期间考虑任何几何失配修正因子的戴维南校准的探针可用在随后的装置阻抗测量中，但现在测量使在调查研究中由探针和声学负载之间的几何失配引起的影响包括在测得的阻抗中的声学阻抗。

因而，由该几何失配引入的误差可通过将随复频率而变的修正因子(或函数)应用于在此描述的方法中使用的分析阻抗而明显减少。也就是说，修正因子可应用于用于实现戴维南校准目的的每一负载的任一分析阻抗。复数修正因子可表达为：

ΔZ(f)＝ΔZre(f)+iΔZim(f) (1)

将修正因子的实部加到分析阻抗的实部导致阻抗最小值的减幅变化，即阻抗最小值的Q因子减小或增大。将修正因子的虚部加到分析阻抗的虚部导致估计的阻抗的最小值频移同时保持最大值。

加到分析阻抗的实部的修正因子寻求将因声音绕锐角转角行进时出现的速度奇点引起的影响加到分析阻抗上。该影响主要在非常接近声音出口测量声压时看到，因为速度场的大梯度必须由动量方程中的等效压力降平衡。

虚修正因子寻求将隐失模式的影响加到分析阻抗上。隐失模式在声音从狭窄过渡到更宽的波导时出现，作为叠合在平面波上的球面波传播，顺着波导行进短距离。

如先前背景技术部分所述，前述复数修正因子在现有技术中已被加到实际测得的阻抗，不作为用于实际测量的声学探针的戴维南校准的一部分。如先前详细说明的，对于将确定的修正因子进一步用在新的阻抗测量中，这至少要求确保将要测量的对象具有实质上一样的几何结构以获得准确的阻抗测量。如上所述，在声学探针的戴维南校准之后的该形式的隐失模式补偿与本发明中描述的方法无关，这样的修正未考虑在声学探针校准期间已经引入的误差。

根据本发明的一实施例，修正因子在迭代过程中针对每一波导个别地进行调整以获得最低的可能误差(定义为获得的戴维南参数估计修正的参考阻抗的能力)，其考虑插入的轻微差异从而导致每一波导的修正因子变化。用于将误差收敛到最小值的迭代步骤的数量通过对俩修正因子应用等于从先前校准获得的特定探针和波导组合的预期值的初始值而减少。

根据本发明第一方面的第一实施例，上面提及的负载为相应声波导的输入阻抗。根据本发明可使用的波导的非限制性例子被示出并在下面的详细描述中描述。

根据本发明第一方面的第二实施例，已知的声学阻抗分析确定。

根据本发明第一方面的第三实施例，修正因子在迭代过程中针对每一负载或波导个别地调整，藉此获得最低的、因探针插入到声学负载内的细微差异导致每一波导的修正因子变化引起的可能误差。

根据本发明第一方面的第四实施例，误差收敛到最小值所需的迭代步骤的数量通过对俩修正因子应用等于从先前校准获得的特定探针和波导组合的预期值的初始值而减少。

根据本发明的第五实施例，随频率而变的复数修正因子ΔZ(f)由下面的表达式给出：

ΔZ(f)＝ΔZre(f)+iZim(f) (2)

其中：

和ΔZim(f)＝iCimf (3)

根据本发明的第二方面，提供用于诊断探针和助听器的声学戴维南校准的腔体，其中该腔体具有构造成将声学探针或助听器的声音出口连接到该腔体的探针插头。从声学探针的声音出口看到的声学输入阻抗为已知的声学输入阻抗和由下述表达式给出的另外的随频率而变的复数修正因子ΔZ(f)的组合：

ΔZ(f)＝ΔZre(f)+iΔZim(f)

根据本发明第二方面的实施例，该腔体为具有主体部分的波导，主体部分包括给定长度和给定直径的内实质上圆柱形的通道，该通道的第一纵向端通过实质上声学上刚性的板终结，而在对向的第二纵向端具有构造成用于将探针的声音出口连接到该通道的第二纵向端的探针插头。

根据本发明的第二方面的实施例，随频率而变的复数修正因子由下面的表达式给出：

和ΔZim(f)＝iCimf

其中Cre和Cim为实常数，f为频率，i为虚数单位。

应当理解，尽管在所述的一些实施例中，随频率而变的复数修正因子的实部和虚部由上面的表达式(3)给出，但根据本发明的方法和装置不限于应用该特定修正因子。

相较于修正因子未应用于用于阻抗测量的声学探针的戴维南校准的初始方法(即现有技术方法)，获得顺利得多的且精确的校准。在修正因子构成阻抗的相对较大的部分的参考阻抗最小值附近尤其如此。当然，本发明的直接优势在于探针(或HA)的更精确的诊断输出。此外，由于修正因子通常随频率按比例变化，在希望以非常高的频率校准时，本发明似乎起决定性的作用。在近些年，一些研究已聚焦于从单一阻抗测量推导不同的参数如耳道面积函数和时域反射比。许多这些参数的估计似乎大大利用增加的校准精度和以较高频率校准的能力。最后，本发明理论上使能以比当前可能的校准波导几何失配严重得多的几何失配校准特征或助听器。

与本发明有关的用于声学探针的典型使用情形是在诊断上下文中将测得的声学阻抗转换为功率反射率或吸收率，但也可包括在失真产品耳听力发射中的刺激电平估计。对于HA，可能的使用包括使用吸收率和简化的HA验配监视中耳功能，这是因为不需要探针传声器接近鼓膜。

附图说明

本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：

图1示出了根据本发明的校准波导的示例性实施例的截面图，其包括插入到圆柱形波导内的探针插头(以黑色图示)。

图2示出了未应用任何修正值的校准结果，其中图2a示出了阻抗的量值，图2b示出了阻抗的相位，及图2c示出了对应于四个施加的波导中的每一个的相对误差的绝对值。

图3示出了仅使用虚修正函数校准的结果。

图4示出了实和虚修正函数均被使用的校准结果。

具体实施方式

下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。系统和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。

参考图1，示出了根据本发明一实施例的校准波导件的截面图，其整体上由附图标记1指示。该波导包括沿纵轴X纵向延伸的圆柱形主体部分2。在圆柱形主体部分2内，提供构成波导的腔体3，在其一端5处，具有通过第二螺纹端部7固定到主体部分2上的实质上声学上刚性的板6。在波导件1的对向纵向端4处，插入了由适当的弹性材料如橡胶制成的探针插头8。探针插头8借助于第一螺纹端部9固定到波导件1的主体部分2。探针插头的近端形成波导的输入平面10。主体部分2可由铝或另一适当的材料制成。阻抗测量探针(未在图1中示出)可插入在探针插头8中。典型的用于阻抗测量的探针将包括两个声音传导通道，一个用于将声音信号从适当的源发射到波导3内，一个用于将声音从波导传导到测量传声器。探针插头使探针尖端(在其处来自声音发射源的声音进入波导并由测量传声器拾取)能精确地放置成与波导腔体3的输入参考平面齐平。

探针正确地放在每一校准波导中很重要。根据本发明的方法的实施例，使用一组四个长度分别为1.2cm、1.45cm、1.75cm、2cm的波导，所有波导的直 径均为4mm。为获得明确的波导长度，探针必须精确地放置成与波导的输入平面10齐平。这通过图1中所示的结构实现。

在根据本发明的方法中，例如四个波导中的每一个均用在声学探针的戴维南校准中，其中至少一复数校正因子应用于这些波导的每一参考阻抗。因而，在该例子中，至少四个探针响应用在随后的最小二乘拟合误差优化中以获得用于测量的声学探针的最佳源特性。这样，声学探针在对感兴趣的装置进行实际阻抗测量之前校准，以考虑参考阻抗中的任何误差，这些误差至少由声学探针和施加到其的负载之间的可观程度的几何失配引起。

下面的图2、3和4示出了应用本发明原理的有利效果的例子。所示结果对应于四个不同的波导。

图2示出了未应用任何修正函数的校准结果。图2a示出了估计的阻抗12相较于对应的参考阻抗11的量值，其基于四个不同长度的波导的实际测量。图2b分别示出了估计的和对应的参考阻抗14、13的相位。图2c示出了对应于四个施加的波导中的每一相应波导的相对误差的绝对值15。如从图2c明显看出的，未应用任何修正函数的校准因探针和波导之间的几何失配导致非常大的误差。从图2a可明显看出的是，声学探针和波导之间的几何失配在阻抗测量的最小值方面引入实质的移位，该移位在未进行修正时将导致明显的阻抗误差。

根据本发明，源自上面提及的失配的大误差通过应用复数随频率而变的修正因子修正：

ΔZ(f)＝ΔZre(f)+iΔZim(f)

其中f为频率，i为虚数单位。该修正应用于对用于声学探针的戴维南校准的波导执行的阻抗测量。

根据Fletcher et al.(2005)，其提出使用复数修正因子ΔZ(f)的下述实部和虚部：

和ΔZim(f)＝iCimf

然而，特别应注意的是，本发明不限于使用上面的修正函数ΔZre(f)和ΔZim(f)。此外，还应注意，Fletcher et al.中描述的方法并未公开从戴维南校准 确定声学探针的任何源特性，而这些源特性将用于随后的测量。而是，Fletcher的方法暗示前述戴维南校准在第一步骤中执行，在任何进一步的阻抗测量之前。因而，任何几何失配的修正应用于具有指定几何结构的特定负载，由此，确定的修正因子实质上仅可应用于类似几何结构和/或尺寸规格的装置，如先前详细说明的。

相反，在此描述的方法已经在将用于随后的测量的声学探针的戴维南校准期间应用复数修正因子。这样，确保在探针的扬声器出口处的声学体积速度和校准期间使用的传声器入口处的声压之间的比准确得多地建模，而不是简单地使用平面波阻抗。与Fletcher et al.相反，随后的未知的声学负载的阻抗测量将包括所有这些效果。

现在参考图3，示出了仅使用虚修正函数ΔZim(f)＝iCimf的校准结果。每一参数均针对每一波导优化以考虑探针插入的轻微差异。图3a示出了与对应的参考阻抗16比较的、估计的阻抗17的量值。图3b示出了估计的和对应的参考阻抗的相位。图3c示出了对应于四个施加的波导中每一相应波导的相对误差19的绝对值。从图3c可以明显看出，阻抗最小值现在成一直线，误差明显减小，但对于从-90到+90度的更急剧的相位变化，估计的阻抗中的最小值更深。这表明由流动损失引起的减幅量。

图4示出了使用实和虚修正函数和ΔZim(f)＝iCimf的校准结果。图4a分别示出了估计的和参考阻抗的量值20(它们在图中实际上重合)。图4b示出了估计的和参考阻抗的相位21。图4c示出了对应于四个施加的波导中每一相应波导的相对误差的绝对值22。从图4c可以明显看出，减幅已被足够地考虑，及误差已下降到极低的水平。

上面的例子无疑地证明了通过将复数、随频率而变的修正因子应用于参考阻抗在估计的阻抗中大幅减小在声学探针的戴维南校准期间已经引入的误差的能力。特别应注意的是，应用上面所示的具体修正函数仅构成例子，本发明的范围不限于该例子。

对于在此描述的方法，应当理解的是，由声学探针和施加到其的任何负载之间的几何失配引入的误差的修正可通过使校准误差最小化而在校准期间修正。从而，探针传声器上的压力相对于探针注入的体积速度的比被建模，而不是平面波阻抗。然而，随后的阻抗测量包括这些效果因而未用该方法补偿。

总而言之，该方法包括步骤：

-提供用于在装置、仪器或其它感兴趣对象的阻抗测量中使用的声学探针；

-提供一组几何结构不同且具有已知分析阻抗和/或测得的波导阻抗的波导；

-将声学探针插入到每一波导中，对于每一波导建模声学阻抗，将复数修正因子加到所述建模阻抗(也称为已知或分析阻抗)；

-使用具有修正因子的建模阻抗求解用于随后的阻抗测量的声学探针的戴维南参数(即源特性)，其中在针对每一波导确定修正因子的每一迭代步骤中，戴维南参数通过使系统的最小平方误差函数最小化进行计算以确定导致最低校准相对误差的一组修正因子；

-最后，使用所述修正的戴维南校准，任何声学阻抗可测量为从声学探针看到的阻抗，这意味着隐失模式和流动损失的可能影响包括在该测量中。

应注意，复数修正因子的初始猜测可应用于该模型以加速校准建立。

应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。

权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。

因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。