BS EN ISO 11904——声学 贴近耳朵声源声发射的测定(MIRE与仿真头技术)

Acoustics — Determination of sound immission from sound sources placed close to the ear — MIRE and Manikin Techniques

🔊 BS EN ISO 11904 是英国标准学会(BSI)采用欧洲标准 EN ISO 11904 的系列标准,专门规定贴近耳朵(ohrnah)声源所产生声发射(sound immission)的测量与评价方法。所谓”贴近耳朵声源”,是指耳机、耳塞、助听器、移动电话、便携音频播放器等在正常使用时紧贴或靠近使用者耳朵的设备。与自由场声源不同,这类声源与耳道、耳廓的耦合关系复杂,其到达鼓膜的声压级不能简单地用自由场声级计读数表示,因此需要专门的测量技术。本标准系列由两部分组成:第 1 部分采用真实耳中麦克风(MIRE)技术,第 2 部分采用仿真头(manikin)技术。

💡 MIRE(Microphone in a Real Ear,真实耳中麦克风)技术与仿真头技术是评价近耳声源暴露的两条主要途径:前者给出个体真实耳道的声压,后者给出可重复、可比较的标准化结果。

一、系列概述与适用范围 📌

本系列标准属于声学与听力保护领域,ICS 分类号为 17.140.01(声学量和声学测量)。它定义的声发射指近耳声源在听者耳道入口或鼓膜处产生的声压级,用于评估人耳实际接受的声能量,进而评价听力损伤风险、响度感知以及设备声学性能。

标准的适用范围限定为:

  • 贴近耳朵的声源:包括头戴式与入耳式耳机、耳塞式耳机、助听器、手机受话器、便携音频设备等。
  • 测量对象:设备在接近人耳的正常使用状态下,到达耳道或鼓膜的声压级(dB SPL)及声发射级。
  • 测量方法:第 1 部分 MIRE 技术(真实人耳),第 2 部分仿真头技术(头躯干模拟器)。
⚠️ 近耳声源的声发射不能等同于扬声器的”声压级”指标。由于耳道共振、耳廓遮挡与耦合效应,同一设备的自由场声压级与到达鼓膜的实际声压级可能相差数十分贝,必须按本标准方法测量。

二、系列构成与分部标准 🗂️

本系列共含 2 个分部标准,分别对应两种测量技术,内容互补、共同构成完整的近耳声发射评价体系:

标准编号中文名称发布时间主要技术内容
BS EN ISO 11904-1:2002声学——贴近耳朵声源声发射的测定——第 1 部分:真实耳中麦克风技术(MIRE 技术)2002 年 10 月采用置于真实人耳中的微型麦克风测量耳道内声压,给出个体化声发射结果
BS EN ISO 11904-2:2004声学——贴近耳朵声源声发射的测定——第 2 部分:仿真头技术2004 年 11 月采用头躯干模拟器(manikin)测量,给出标准化、可复现的声发射结果

三、MIRE 技术(第 1 部分)🎤

MIRE 技术通过把微型麦克风插入真实受试者的耳道,直接测量声源在耳道内产生的声压级。其关键点在于:

  • 麦克风位置:麦克风应放置在耳道内靠近鼓膜的位置,或使用耳道等效校正将测点声压换算为鼓膜处声压。
  • 探头与耳道耦合:麦克风探头与耳道之间应保持声学密封,避免泄漏导致的测量误差。
  • 个体差异:不同受试者耳道容积、耳道形状与耳廓几何差异显著,MIRE 结果反映个体真实暴露。
  • 多受试者平均:为获得群体代表性结果,标准要求对一组受试者进行测量并取统计平均。

MIRE 技术的优势在于真实、个体化,能反映人耳真实的声学耦合;其局限是需要招募受试者、测量耗时,且结果受个体差异影响,可重复性相对较低。

四、仿真头技术(第 2 部分)🧑‍🔬

第 2 部分采用仿真头(头躯干模拟器,head-and-torso simulator)代替真实人耳进行测量。仿真头按标准规定的人工耳、耳廓与头部几何构造,内部装有校准麦克风,可测出耳道内的声压。

  • 标准化几何:仿真头的耳道尺寸、耳廓形状与头部尺寸按标准规定,消除个体差异。
  • 可重复性:同一仿真头在不同实验室、不同时间测量结果可比较,适用于型式试验与质量控制。
  • 频响特性:仿真头的声学频响按相关标准校准(如 IEC 60318 系列),保证频率响应平坦。
  • 自由场/扩散场校正:必要时采用自由场或扩散场校正曲线,将仿真头结果换算为等效自由场声压级。
✅ 仿真头技术提供标准化、可复现的结果,特别适合产品型式试验、多实验室比对与法规符合性评价;MIRE 技术则适合个体听力风险评估。

五、关键技术要求与校准 🔧

无论采用哪种技术,测量系统的声学与电学性能都需满足规定要求:

项目要求说明
测量系统频响覆盖声源工作频率范围,平坦度满足允差含麦克风、前置放大器与采集系统
校准测量前后用声校准器校准如活塞发声器或声级校准器
背景噪声低于被测声级足够余量避免环境噪声污染测量
测量重复性多次测量偏差在规定范围评价测量系统稳定性
结果表示dB re 20 μPa可给出 A 计权或 Z 计权声压级
🚨 声校准是声学测量的基础。若校准器未校准或测量系统频响不平坦,测得的声发射级将产生系统误差,直接导致对听力风险的低估或高估。

六、工程实践与应用 🛠️

  • 🔍 助听器验配:评估助听器输出声压级是否处于安全范围,避免过大声输出损伤残余听力。
  • 🎧 消费电子产品:评估入耳式耳机、头戴式耳机的最大声输出与暴露时间,支持安全限值(如欧盟、WHO 相关指导值)符合性。
  • 📱 通信设备:评估手机受话器、对讲机听筒在耳边的声暴露,保障通信人员听力健康。
  • 📊 听力保护:为职业噪声暴露评价提供近耳声源数据,辅助制定听力保护策略。
  • 🔬 产品研发:在产品设计中比较不同声学结构对到达鼓膜声压的影响,优化音质与安全性。

七、常见问题解答 ❓

❓ 问:MIRE 与仿真头技术有什么区别?
答:MIRE 使用真实人耳,给出个体化、反映真实耳道耦合的结果;仿真头使用标准化头躯干模拟器,给出可重复、可比较的结果。前者适合个体风险评估,后者适合产品型式试验。
❓ 问:为什么近耳声源不能用普通声级计直接测量?
答:普通声级计测量的是自由场声压,而近耳声源与耳道、耳廓存在复杂的声学耦合和耳道共振,到达鼓膜的声压与自由场读数差异显著,必须用 MIRE 或仿真头方法。
❓ 问:测量结果用什么单位表示?
答:声发射级以 dB 表示,基准为 20 μPa,常给出 A 计权声压级(dB(A))以反映人耳听觉特性,也可给出 Z 计权或频带级。
❓ 问:测量前需要做哪些准备?
答:应校准测量系统、检查背景噪声、确认麦克风与耳道密封良好,并记录声源工作状态(如音量设置、信号类型)。
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