受话器电阻抗特性与均衡研究

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移动电话听筒处安装的受话器以及入耳式耳机中的受话器是生活中常用的声重放装置。使用受话器接听电话或进行免提通话时,受话器的声负载条件不同使得受话器到人耳处的传递函数(Headphone-To-Ear Transfer Function,HpTF)产生变化,且不同模式中用户对于受话器声重放的需求也不同。使用入耳式耳机进行声重放时,由于耳机封闭耳道导致耳道内产生不自然共振峰进而引发主观声像位于人头内部的头中定位效应。使用个性化HpTF对耳道内声压进行均衡被证明能够有效缓解该问题。然而目前HpTF均衡方法均需要在耳道内放置微型传声器以捡拾参考点处声压,不利于实际应用。受话器声学负载端的变化会通过声-力-电耦合反映在受话器电阻抗特性中。受话器电阻抗的监测简单且稳定,具有实用意义。  本论文分别建立手机听筒与入耳式耳机的受话器电力声类比线路图模型,并通过实验测量验证了模型的有效性以及受话器的测量可重复性。利用手机受话器的电阻抗特性与HpTF之间的联系对受话器工作状态进行判断,并设计相应均衡滤波器。研究了基于入耳式耳机受话器电阻抗特性的个性化均衡对于消除头中定位效应的影响。研究内容和主要创新之处概括如下:  (1)建立手机听筒处新型受话器及周围结构的电力声类比线路图,探讨了受话器与外耳耦合对于受话器电阻抗与HpTF的影响。客观实验结果表明:声负载条件的变化会导致受话器电阻抗特性产生相应变化,对受话器电阻抗曲线进行监测可以为判断受话器工作模式提供参考。  (2)通过对比受话器紧贴模式、高泄漏与免提模式三种耦合条件的HpTF,设计受话器不同工作模式中的均衡滤波器。客观实验结果表明:对受话器紧贴模式的均衡有效延展了受话器的低频响应并突出与外耳耦合时形成的共振峰,相比原有受话器提供更高输出声压;对受话器高泄露模式HpTF的均衡有效延展并提升受话器低频响应,适当降低原受话器频响中共振峰的幅度。  (3)建立入耳式耳机电力声类比线路图并利用电阻抗特性定位HpTF共振峰。首先利用客观实验验证模型的有效性并探讨入耳式耳机与外耳耦合对于耳机电阻抗与HpTF的影响;然后对入耳式耳机与耳道的耦合作用进行理论分析与仿真,建立耳机的声辐射负载与电阻抗特性之间的联系。仿真与实验结果表明,声辐射负载条件的变化会导致入耳式耳机受话器电阻抗特性产生相应变化,受话器电阻抗特性可以用于定位HpTF不自然共振峰。  (4)利用入耳式耳机电阻抗特性设计个性化HpTF均衡。主观测听实验表明,基于耳机电阻抗特性的个性化HpTF均衡对于消除头中定位效应有明显作用。
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