鼓膜声压检测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种鼓膜声压检测方法和系统。所述方法包括：建立耳机声学传输线模型，并得到耳机的声学特性参数；采用得到的声学特性参数的耳机播放在时域或频域上合成的调频刺激信号；测量播放所述调频信号后外耳道的声压幅值，并利用耳机的声学传输线模型及声学特性参数获取耳道的阻抗参数；根据所述阻抗参数及声学传播函数获取入射波的声压幅值；根据所述入射波的声压幅值估算鼓膜声压幅值。上述鼓膜声压检测方法和系统，采用时域或频域的调频刺激信号进行测量，一次性可检测极宽频率范围内的声压，提高了检测效率，且不受个体差异的影响，检测的使用范围广，检测结果准确性高，且提高了频率分辨率及检测的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及声学检测技术，特别是涉及一种鼓膜声压检测方法和系统。
技术介绍
听觉系统是人类的五大感觉系统之一，是人类感知和理解周围声音世界的重要渠道。人类听觉系统感知声音的过程如下：外耳收集声波，经过耳道传到鼓膜，鼓膜将声音能量（空气压力变化）转变成自身的振动。这种振动由听小骨传给充满液体的耳蜗，耳蜗内毛状细胞的振动引起神经脉冲。这些脉冲由听神经传入听觉中枢，最终由听觉皮层分析和解释为富有含义的声音信息。其中进入耳道的部分声音能量在鼓膜处会被反射并反向传播形成反射波，反射波与传入耳道的声波（即入射波）进行叠加，产生驻波现象。驻波现象的明显特征在于：如果入射波和反射波相位相同时，会互相加强形成波腹（振幅最大）；如果入射波和发射波相位相反，两者会相互抵消形成波节（振幅为0）。驻波的存在对于耳道内声压的测量有着显著影响：（1）实际测得的耳道声压，与耳机播放的声音在频谱上会存在较大差异。比如，由于入射波和反射波的互相抵消，在耳道入口处实际测得的声压幅度在某些频率上会存在凹陷。（2）在耳道不同的位置测得的声压互不相同。比如，在耳道入口处测得的声压与鼓膜处测得的声压之间会存在较大差异。驻波现象给大多数临床声学测量造成了难以避免的影响，例如：（1）临床的标准听力图检测方法只是简单的在外耳道入口记录声压幅度，并没有真正检测到进入中耳的声压值，导致检测到的听力阈值与实际情况可能存在一定的误差；（2）对于听力障碍者佩戴的助听器，驻波会放大或衰减某些频率的信号，从而使受试者产生一定的不舒适感，也会降低助听器的性能；（3）在耳声发射（otoacoustic emissions）信号检测中，驻波会影响诱发信号的声音强度的校准，从而降低耳声发射信号检测的精确性。目前临床上大都是简单的将外耳道记录到的声压值作为进入中耳的声压值，忽略了驻波现象对声压测量的影响，致使测量结果不准确。已有研究证明：鼓膜处的声压与实际进入中耳的声压非常接近，目前鼓膜声压检测方法主要有下述两种：（1）探头测量法：由于麦克风体积较大，不能直接放至鼓膜附近，因此在麦克风一端安装微型柔软探管，并将该探管一端伸至鼓膜附近几毫米处，直接测量鼓膜附近的声压。微型探管的耳道入口位置通常会做上标记，并让受试者尽量保持安静状态，以防探管滑出耳道。（2）耳道建模法：研究不同的声学探测位置对声压幅度的影响规律，根据人类耳朵声学性能特性建立统一的耳道理论模型，即将人耳道作为一个固定的模型，先检测外耳道入口的声压幅度，然后根据统一的理论模型估算出鼓膜处的声压值。然而，探头测量法的缺点主要是：（1）利用纯音（固定频率的正弦波）测量有限的频率点，且测量的频率点相距较大（一般测量0.5，1，2，3，4，5，6，8kHz等标准频率），整个听力频率范围测量时间较长，频率分辨率和检测效率不高；（2）在距离鼓膜几毫米处放置探管进行鼓膜声压测量，会造成受试者强烈的不舒适感，微型探管对鼓膜具有潜在的伤害作用，且长时间的测量极易导致受试者轻微的晃动，从而造成探管挪动，测量结果不准确。耳道建模法的缺点主要是：由于人类耳道具有很强的个体差异性，例如，儿童耳道的声学特性（长度、截面积、弯曲度等）与成人有较大的差异，随着年龄的增长，这种差异呈现出一定的改变。因此不同年龄段的人群的耳道模型是完全不同的，采用统一的耳道模型检测鼓膜声压的方法的适用范围极窄，检测的准确度低。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种检测效率高且准确度高的鼓膜声压检测方法。此外，还有必要提供一种检测效率高且准确度高的鼓膜声压检测系统。一种鼓膜声压检测方法，包括：建立模型及获取模型参数的步骤，建立耳机声学传输线模型，并得到耳机的声学特性参数；播放调频刺激信号的步骤，采用得到的声学特性参数的耳机播放在时域或频域上合成的调频刺激信号；获取耳道阻抗参数的步骤，测量播放所述调频刺激信号后外耳道的声压幅值，并利用耳机的声学传输线模型及声学特性参数获取耳道的阻抗参数；获取入射波声压幅值的步骤，根据所述阻抗参数及声学传播函数获取入射波的声压幅值；以及估算鼓膜声压幅值的步骤，根据所述入射波的声压幅值估算鼓膜声压幅值。在其中一个实施例中，所述建立模型及获取模型参数的步骤包括：建立模型步骤，将耳机等效为具有内接阻抗的电压源，将与耳机相连的对象等效为具有外接阻抗的负载，根据等效的电压源及负载建立耳机声学传输线模型；测量步骤，获取所述外接阻抗的多组阻抗值，并测量所述多组外接阻抗两端的电压值；以及获取模型参数步骤，根据所述外接阻抗的多组阻抗值及电压值计算得到所述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值，并将所述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值作为所述耳机声学特性参数。在其中一个实施例中，所述获取模型参数步骤包括：根据所述外接阻抗的多组阻抗值及电压值通过最小二乘法计算得到所述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值；或者，计算所述外接阻抗的多组阻抗值的平均值及电压值的平均值，得到所述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值。在其中一个实施例中，所述与耳机相连的对象为带可移动活塞的试管，所述试管为硅胶试管、玻璃试管、铜试管或铝试管；所述测量步骤包括：将所述试管的一端与耳机相连，另一端通过活塞封闭；移动所述活塞得到多组所述试管的有效长度，测量每组有效长度下试管的阻抗值及对应的两端电压值。在其中一个实施例中，所述在建立模型及获取模型参数的步骤之后，播放调频刺激信号的步骤之前还包括：产生所述调频刺激信号的步骤，包括：定义调频刺激信号的基本参数，并根据所述基本参数计算频率线性递增算子；根据所述频率线性递增算子更新所述调频信号的各点的相位；根据更新后的各点的相位计算各点对应的信号幅值；以及生成频率随时间线性变化的调频信号，将所述调频信号作为调频刺激信号。在其中一个实施例中，所述调频刺激信号为时域或频域上产生的线性调频信号、二次抛物线调频信号、对数调频信号、三角函数调频信号、Chirp调频信号中任意一种。一种鼓膜声压检测系统，包括：建模模块，用于建立耳机声学传输线模型，并得到耳机的声学特性参数；播放模块，用于采用得到的声学特性参数的耳机播放在时域或频域上合成的调频刺激信号；第一获取模块，用于测量播放所述调频刺激信号后外耳道的声压幅值，并利用耳机的声学传输线模型及声学特性参数获取耳道的阻抗参数；第二获取模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鼓膜声压检测方法，包括：建立模型及获取模型参数的步骤，建立耳机声学传输线模型，并得到耳机的声学特性参数；播放调频刺激信号的步骤，采用得到的声学特性参数的耳机播放在时域或频域上合成的调频刺激信号；获取耳道阻抗参数的步骤，测量播放所述刺激信号后外耳道的声压幅值，并利用耳机的声学传输线模型及声学特性参数获取耳道的阻抗参数；获取入射波声压幅值的步骤，根据所述阻抗参数及声学传播函数获取入射波的声压幅值；以及估算鼓膜声压幅值的步骤，根据所述入射波的声压幅值估算鼓膜声压幅值。

【技术特征摘要】
1.一种鼓膜声压检测方法，包括：
建立模型及获取模型参数的步骤，建立耳机声学传输线模型，并得到耳机
的声学特性参数；
播放调频刺激信号的步骤，采用得到的声学特性参数的耳机播放在时域或
频域上合成的调频刺激信号；
获取耳道阻抗参数的步骤，测量播放所述刺激信号后外耳道的声压幅值，
并利用耳机的声学传输线模型及声学特性参数获取耳道的阻抗参数；
获取入射波声压幅值的步骤，根据所述阻抗参数及声学传播函数获取入射
波的声压幅值；以及
估算鼓膜声压幅值的步骤，根据所述入射波的声压幅值估算鼓膜声压幅值。
2.根据权利要求1所述的鼓膜声压检测方法，其特征在于，所述建立模型
及获取模型参数的步骤包括：
建立模型步骤，将耳机等效为具有内接阻抗的电压源，将与耳机相连的对
象等效为具有外接阻抗的负载，根据等效的电压源及负载建立耳机声学传输线
模型；
测量步骤，获取所述外接阻抗的多组阻抗值，并测量所述多组外接阻抗两
端的电压值；以及
获取模型参数步骤，根据所述外接阻抗的多组阻抗值及电压值计算得到所
述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值，并将所述耳机的内接阻抗的阻
抗值及电压源的电压值作为所述耳机声学特性参数。
3.根据权利要求2所述的鼓膜声压检测方法，其特征在于，所述获取模型
参数步骤包括：
根据所述外接阻抗的多组阻抗值及电压值通过最小二乘法计算得到所述耳
机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值；
或者，计算所述外接阻抗的多组阻抗值的平均值及电压值的平均值，得到
所述耳机的内接阻抗的阻抗值及电压源的电压值。
4.根据权利要求2所述的鼓膜声压检测方法，其特征在于，所述与耳机相

\t连的对象为带可移动活塞的试管，所述试管为硅胶试管、玻璃试管、铜试管或
铝试管；
所述测量步骤包括：
将所述试管的一端与耳机相连，另一端通过活塞封闭；以及
移动所述活塞得到多组所述试管的有效长度，测量每组有效长度下试管的
阻抗值及对应的两端电压值。
5.根据权利要求1所述的鼓膜声压检测方法，其特征在于，所述在建立模
型及获取模型参数的步骤之后，播放调频刺激信号的步骤之前还包括：
产生所述调频刺激信号的步骤，包括：
定义调频刺激信号的基本参数，并根据所述基本参数计算频率线性递增算
子；
根据所述频率线性递增算子更新所述调频信号的各点的相位；
根据更新后的各点的相位计算各点对应的信号幅值；以及
生成频率随时间线性变化的调频信号，将所述调频信号作为调频刺激信号。
6.根据权利要求1所述的鼓膜声压检测方法，其特征在于，所述调频刺激
信号为时域或频域上产生的线性调频信号、二次抛物线调频信号、对数调频信
号、三角函数调频信号、Chirp调频信号中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世雄，邓军，田岚，魏征，匡星，李光林，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44