The green man – the next chapter

小绿人 - 后继有人

走进任何声学实验室,都能看到一台独特的设备,因为与房间里多数四四方方的仪器不同,它有人体头部和躯干的形状。没什么可奇怪的,那就是所谓的头和躯干模拟器,或简称为HATS。

由:Alun Crewe
Telecom Audio副总裁
Brüel & Kjær


4128型HATS于1986年首次发布,但它的起源在更早的四分之一世纪前,当时Per Brüel博士恰好在评估助听器装置的市场需求,并参与了仿真耳研究。这推动了4152型仿真耳的开发。20世纪80年代,由索尼随身听(Sony Walkman)发起的个人立体声播放以及移动电话的出现,促使除助听器市场以外,还需要采用更全面的音频评价方法 - 需要考虑的不仅仅是更好的模拟人耳,还有头和躯干的影响。

THATS概念可以追溯到20世纪70年代初由Knowles Electronics完成的工作,当时是为了改进助听器评估,开发了KEMAR头和躯干模拟器。但是,虽然这个概念促进了音频产品评估技术,但由于左耳右耳响应缺乏对称性,并且缺少仿真嘴,这限制了它在通信产品中的应用。在考虑4128型的设计时,Brüel & Kjær工程师的目标是可以国际标准化的平均头部几何形状,同时保持人耳听觉的准确性和写实性。现在的HATS样式恰恰反映了这一点。4128型还考虑了其后开发和标准化的IEC 711耦合腔,首次提供可与人耳匹配高达8 kHz的精确声阻抗。

The green man – the next chapter虽然有多家HATS制造商,您最有可能注意到的还是Brüel & Kjær的4128型,绰号“小绿人”(Green Man),不仅是因为它是涂装着“Brüel & Kjær绿”面积最多 的产品,还因为它是这一领域的销售冠军。

设计中无法简化的部分是耳廓 - 头外部的耳朵部分。耳廓的几何形状对于获得正确的头部相关传递函数(HRTF)非常关键,它提供声音的方向性信息,必须具有非常精确的几何形状。此外,材料必须具有与人耳相同的相对刚度。同时实现这些绝非易事。

该产品一经发布就获得了市场认可,甚至在通讯和助听器市场以外也有众多用户。快速增长的高端音频耳机市场的制造商发现,HATS对其优化产品至关重要。

数字时代
在千禧年之际,数字音频的时代终于到来,先从CD光盘过渡到MP3播放器,紧接着Apple®iPod®革命。声源材料和音频重放质量持续提高,4128型的设计限制正面临着这些新挑战。在新的十年初期,Brüel & Kjær的研发团队一直在筹划开展扩展4128型后续产品保真度所需的研究,终于2007年Apple iPhone®的推出让这一需求变得更加迫切。iPhone终于将手机、娱乐系统和个人电脑整合到单个终端中,这就需要全新的综合测量方法。

8kHz的最大频率上限对于上一代通信设备来说是足够了,但实际带宽被限制在3 kHz左右,当需要准确地评估播放15 kHz甚至20 kHz的设备性能时就不够了。

The green man – the next chapter4905型电话测试头 - 显示测试爱立信的“Eriocofon”,也被称为眼镜蛇电话(照片大约拍摄于1970年)。

成功实现更高性能的关键在于更好地匹配人耳的声阻抗。这就意味着新的耦合腔设计,放弃简化的耳道(即简化成直径7.5mm,长8.4mm的管),并需要具有精确的人耳几何形状。

Brüel & Kjær工程师准确地测量了40多人的耳道几何形状,然后对测量进行平均以获得目标模型。但是,准确的几何形状仅仅是故事的一小部分,因为包括耳道壁的材料必须加以优化,以适应从柔软的耳廓过渡到鼓膜坚硬的骨性结构时耳朵正确的可变阻尼特性。经过声学仿真和大量的原型测试,新的耳朵模拟器终于达到20 kHz的精确听觉响应测量目标,终于成就了5128型高频HATS的诞生 - “小绿人”后继有人!

 The green man – the next chapter
5128型高频头和躯干模拟器 - 新版和绿色版