Page 154 - 《应用声学》2021年第1期

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0 引言
听觉系统产生声音的方式分为气传导和骨传
导 (Bone conduction, BC) 两种。气传导中声音依
次经过外耳、中耳和内耳，最终刺激基底膜并且在
神经元上产生听觉。骨传导则是利用头骨振动接收
和传递声音信号，骨导设备的核心器件为骨导振子，
是将电信号转化为声振动信号的换能器。骨传导具
有抗干扰能力强、在空气中声音不易泄漏等特点，因
此在军事、民用化学、紧急救援等复杂危险的环境
中有明显的优势。骨传导传播的路径主要有以下 5
种 [1] ：(1) 骨导振动在耳道中产生辐射声；(2) 骨导
振动引起中耳听小骨运动从而产生声音；(3) 骨导
振动引起耳蜗液的惯性运动；(4) 骨导振动使耳蜗
壁伸缩引起耳蜗液流动；(5) 脑脊液的压力传递。人
体头部相当于一个复杂的机械系统
动模式和非线性等特性。声音经过骨导振子在头部
传输时，在不同位置的传输特性和衰减不同，所以骨
导振子的不同佩戴位置会影响骨传导声重放的音
质和清晰度，从而影响听音者检测和识别声音的能
力。目前骨传导助听器和耳机已受到越来越多的关
注和应用。骨传导耳机可以避免因耳道长期封闭而
对耳膜带来的损伤，也让使用者在接收耳机信号的
同时能保持对现场环境声信息的敏感性，因此，在很
多场合如运动、驾驶、公共场所以及军事领域得到
了广泛应用。寻找骨导振子的最佳位置可以减少设
备功耗和增长设备使用时间，减轻长时间使用中因
音质不佳和清晰度不足带来的疲劳感，提升用户的
体验。
听力阈值是指人感知声音的最小响度，测量骨
导振子在人体头部不同位置耦合下的听力阈值可
表明不同位置间的灵敏性差距。语言清晰度是衡量
信号可理解程度的评价指标，与气传导耳机相比，骨
传导耳机在语言清晰度存在差距。音质对于骨导耳
机的推广和应用而言也非常重要，不同位置耦合下
的骨导耳机会产生不同的音质。本文将围绕这 3 个
方面进行实验研究，为探究骨导振子的最佳佩戴位
置提供依据。
近年来骨传导的非临床研究获得了一定的发
展，一些研究者在骨传导的听力阈值和清晰度方面
进行了相关研究。Studebaker [3] 测量了前额、乳突
和顶点 3 个位置的纯音听力阈值；McBride 等
2021 年 1 月
于军事应用需求研究骨导耳机在 11 个位置的听力
阈值，结果显示髁骨位置听阈总体最低；Tran 等 [5]
研究骨传导传声器在头部 11 个位置和锁骨佩戴时
录制的信号强度，结果表明信号强度明显依赖于
骨导传声器佩戴位置。Dobrev 等 [6] 研究骨传导助
听器在不经皮传输时不同位置佩戴的效果，发现髁
骨位置比乳突能产生更低阈值和更高耳蜗鼓岬速
度。上述研究仅考虑位置因素对骨传导灵敏性的
影响，没有考虑对语言清晰度和主观音质的影响。
Gripper等 [7] 利用呼号测试方法在髁骨位置上进行
骨传导语声清晰度测试，发现信噪比因素影响语言
清晰度得分；Osafo-Yeboah 等 [8] 同样采用呼号测
试方法，实验表明髁骨和乳突在清晰度得分上没有
显著统计学差异；Stanley 等 [9] 采用诊断押韵测试
方法，实验显示髁骨和顶点位置在清晰度得分上存
在显著统计学差异。Fujimoto 等 [10] 使用日本音节
[2] ，具有多种振
字表作为清晰度的测听材料，发现在堵耳条件下的
骨传导清晰度得分比气传导高。呼号测试方法的语
声材料是数字和军事术语组成，诊断押韵测试的语
声材料是由英语对话组成，以上骨传导语言清晰度
研究主要针对军事术语或者其他外语，目前对于汉
语的测试尚未见有报道。
本文将进行 3 部分实验，首先对不同佩戴位置
测试听力阈值，分析灵敏性和传输性能；然后采用汉
语清晰度测试音节表探讨不同佩戴位置情况下的
信噪比因素、背景噪声类型对骨传导语言清晰度的
影响；最后利用对偶比较法对不同佩戴位置下的骨
导振子进行重放声效果的主观音质评价实验。综合
3个实验结果，选择最佳骨导振子佩戴位置。
1 实验环境、设备和人员
本 文 实 验 在 听 音 室 内 进 行， 房 间 大 小 为
6.78 m × 3.51 m × 2.26 m，混响时间约为 250 ms，
背景噪声大小为 21 dB SPL。实验测量仪器包括
计算机、声卡 (型号为 Fireface UFX II) 和骨导振子
(RadioEar B81)。选取头部6个佩戴位置，分别为乳
突、髁骨、前额、耳廓上方、下颌骨和太阳穴，如图 1
所示。所有实验均为单耳测试，分别对 6 个位置的
全部或部分进行了测试。受试者均为听力正常的11
名研究生，能够熟练地读写汉语，年龄范围 23∼25
岁。参加测试人员都没有进行过主观听音训练
[4] 基 和测试。