КОМПЕНСАЦИЯ НА МЕСТЕ ПРИ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ Российский патент 2021 года по МПК A61B5/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу компенсации погрешностей, возникающих при измерениях акустического импеданса, таких как измерения акустического импеданса, выполняемые, например, при диагностике слуха, в звукопоглощающих устройствах и/или в музыкальной акустике. Более конкретно, изобретение относится к способу компенсации на месте, которым погрешности, возникающие вследствие нераспространяющихся мод и неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки, автоматически оцениваются и компенсируются. Более подробно, в способе осуществляется обращение к показателю отражательной способности, основанному на показателе акустического импеданса, для оценивания погрешностей, возникающих в показателе импеданса вследствие нераспространяющихся мод и приводящих к неточностям показателя отражательной способности акустической нагрузки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Измерения акустического импеданса, например, различных акустических нагрузок представляет интерес во многих разделах акустики, включая диагностику слуха, звукопоглощающие системы и музыкальную акустику. Эти измерения обычно выполняют при использовании импедансного зонда, содержащего акустический преобразователь, такое как приемное устройство (обычно также известное как громкоговоритель), подводящий стимул (например, входной сигнал) к используемой акустической нагрузке, и детектор акустической энергии, такой как микрофон зонда, регистрирующий отраженный отклик. При использовании набора предопределенных калибровочных параметров (таких как калибровочные параметры Тевенина), описывающих характеристики источника зонда, на основании реакции зонда можно вычислять акустический импеданс акустической нагрузки.

Однако вследствие, например, физических различий связи между импедансным зондом и акустической нагрузкой артефакты, создающие погрешности при измерениях импеданса, могут влиять на оценки импеданса, вычисляемые на основании реакции зонда. Артефакты, создающие погрешности при измерении импеданса, включают в себя, например, нераспространяющиеся моды, обусловленные в основном физическими различиями между импедансным зондом и акустической нагрузкой, импеданс которой должен измеряться зондом.

Нераспространяющиеся моды возникают как следствие объемной скорости акустических волн (то есть стимула), вводимых в волновод через ограниченную часть входной плоскости его, возбуждающих непроходящие, нераспространяющиеся моды высокого порядка. То есть импедансный зонд, используемый при измерениях импеданса, например, акустической нагрузки должен иметь меньший диаметр, чем акустическая нагрузка, в которую вводят импедансный зонд. Это приводит к возбуждению нераспространяющихся мод в волноводе (то есть в акустической нагрузке, являющейся, например, слуховым каналом уха) в дополнение к плоской волне, распространяющейся в акустической нагрузке, и, следовательно, к внесению погрешностей в импеданс, измеряемый зондом. Таким образом, искомый параметр, обозначаемый как импеданс плоской волны акустической нагрузки, часто измеряют как суперпозицию реального импеданса плоской волны и нежелательного импеданса неплоской волны акустической нагрузки.

Для вычисления отражательной способности (то есть коэффициента отражения) на основании измеренного импеданса требуется знание характеристического импеданса акустической нагрузки и показателя импеданса, и поэтому на вычисление отражательной способности также влияют погрешности, обусловленные нераспространяющимися модами. Кроме того, характеристический импеданс акустической нагрузки тесно связан с площадью поперечного сечения акустической нагрузки, которая при выполнении измерений, например, в слуховом канале уха является неизвестной. При исследовании акустической нагрузки с неизвестным характеристическим импедансом, такой как, например, слуховой канал уха, часто предполагается, что акустическая нагрузка имеет конкретный, предопределенный характеристический импеданс. При этом предположении в измерения отражательной способности зондом вносятся погрешности, обусловленные несоответствиями между предполагаемым и фактическим характеристическим импедансом, на который влияет волна, бегущая на протяжении акустической нагрузки, связанной с зондом.

Поэтому для обеспечения точности показателя, например, отражательной способности и/или импеданса важно, чтобы был известен вклад характеристического импеданса и/или нераспространяющихся мод. При выполнении исследований в области акустической диагностики слуха основное внимание было направлено на оценивание характеристического импеданса наружного слухового канала уха, то есть было предложено несколько способов, относящихся к оцениванию характеристического импеданса во время измерений на месте. Без всякого успеха было сделано несколько попыток компенсации вклада нераспространяющихся мод в акустические измерения.

Один известный способ аппроксимации влияния нераспространяющихся мод заключается в добавлении к показателю импеданса акустической массы в качестве коэффициента компенсации последовательно с акустическим импедансом. Акустическая масса зависит от диаметра волновода и размера акустического устройства ввода и акустического устройства вывода и размещения их относительно друг друга. Поэтому для компенсации влияния нераспространяющихся мод является существенным значение и/или вычисление коэффициента компенсации акустической массы, связанного с геометрическим соотношением между импедансным зондом и волноводом, используемыми при измерениях импеданса. Однако, для этого способа требуется, чтобы были известны геометрические параметры (такие как диаметр) акустической нагрузки, зависящие от акустического зонда. Это требование не всегда удовлетворяется, например, при измерении акустического импеданса и звукового давления в слуховых каналах ушей человека, когда слуховой канал уха можно считать акустической нагрузкой, имеющей неизвестный акустический импеданс.

Другие возникающие погрешности могут включать в себя погрешности, связанные с различием между предполагаемым характеристическим импедансом акустической нагрузки и фактическим характеристическим импедансом, на который оказывает влияние звуковая волна, распространяющаяся по акустической нагрузке. Таким образом, параметры, являющиеся причиной погрешностей при измерениях импеданса акустической нагрузки (например, волновода или слухового канала уха человека), зависят от знания по меньшей мере некоторых физических характеристик (таких как диаметр и/или соотношение между входным сигналом и выходным сигналом) акустической нагрузки (например, волновода или слухового канала уха), при которых характеристический импеданс измеряют для получения показателя отражательной способности. Физические характеристики акустической нагрузки, при которых следует оценивать характеристический импеданс, не всегда можно непосредственно получать акустическими устройствами.

Соответственно, отсутствует точный способ определения погрешностей, возникающих вследствие нераспространяющихся мод, при измерениях акустического импеданса. Таким образом, эти погрешности влияют на измерения из уровня техники. Кроме того, в уровне техники во время измерений на месте в акустической нагрузке (например, в слуховом канале уха) не учитываются неизвестные параметры, которые представляют интерес, например, при измерениях отражательной способности.

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в создании способа компенсации погрешностей, возникающих в показателе импеданса вследствие нераспространяющихся мод, являющихся причиной неточностей показателя отражательной способности акустической нагрузки, имеющей неизвестный характеристический импеданс, погрешности, возникающей в показателе отражательной способности вследствие неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки. Кроме того, задача настоящего изобретения заключается в использовании способа компенсации для учета погрешностей, возникающих, например, при измерениях на месте отражательной способности в слуховом канале уха человека, когда характеристический импеданс акустической нагрузки неизвестен.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эти и дополнительные задачи в первом аспекте решаются способом компенсации погрешностей, возникающих в показателе (Z_m) импеданса и затем в показателе отражательной способности акустической нагрузки, имеющей неизвестный характеристический импеданс. В способе по существу производят оценку одного или более параметров компенсации, описывающих первую погрешность, возникающую в показателе импеданса акустической нагрузки вследствие нераспространяющихся мод, являющихся причиной неточностей показателя (R) отражательной способности акустической нагрузки, и описывающих вторую погрешность, возникающую в показателе отражательной способности вследствие акустической нагрузки, имеющей неизвестный характеристический импеданс (Z₀).

Более подробно, способ содержит этапы, на которых:

- располагают зондовый узел в акустической нагрузке, при этом зондовый узел содержит громкоговоритель и микрофон, а акустическая нагрузка имеет первый открытый конец и второй по меньшей мере частично закрытый конец, при этом расстояние между первым открытым концом и вторым, по меньшей мере частично, закрытым концом определяет длину акустической нагрузки;

- формируют из громкоговорителя акустический выходной сигнал, излучаемый в акустическую нагрузку от первого открытого конца и конфигурированный для распространения по длине акустической нагрузки,

- регистрируют микрофоном акустического зонда входной сигнал, создаваемый падающей частью и отраженной частью выходного сигнала, проходящего по акустической нагрузке, при этом падающая часть выходного сигнала содержит плосковолновую часть и часть нераспространяющихся мод, и кроме того, способ содержит этапы, на которых:

i) вычисляют акустический импеданс (Z_m) на основании соотношения между входным сигналом и выходным сигналом, при этом акустический импеданс (Z_m) включает в себя первую погрешность, обусловленную частью нераспространяющихся мод падающей части, и эту первую погрешность определяют как приближение, используя акустическую массу (L);

ii) задают начальное значение (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀) акустической нагрузки;

iii) вычисляют показатель (R) отражательной способности по соотношению между измеренным акустическим импедансом (Z_m) и начальным значением (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀);

iv) вычисляют погрешность (ε_R) оценки отражательной способности на основании преобразования Гильберта мнимой части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из действительной части показателя (R) отражательной способности и прибавляемого к мнимой единице (I), умножаемой на обратное преобразование Гильберта действительной части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из мнимой единицы (I), умножаемой на мнимую часть показателя (R) отражательной способности;

v) вычисляют действительную часть погрешности (ε_R) оценки отражательной способности и мнимую часть погрешности (ε_R) оценки отражательной способности;

vi) регулируют итерационно акустическую массу (L) до минимизации мнимой части погрешности (ε_R) оценки отражательной способности, в результате чего получают первую погрешность, возникающую в показателе отражательной способности вследствие нераспространяющихся мод.

Этим способом можно компенсировать погрешность, обусловленную нераспространяющимися модами и вносимую в показатель импеданса, при этом погрешностью вносятся неточности в последующий показатель отражательной способности акустической нагрузки и погрешность, возникающую последующем показателе отражательной способности, обусловленную неизвестным характеристическим импедансом акустической нагрузки. Соответственно, при использовании этого способа различные акустические величины, такие как показатели импеданса, отражательной способности, давления, полной проводимости и т.д., могут быть оценены при исследовании более точно, чем ранее предложенными способами, без знания физических свойств акустической нагрузки и/или физической связи между акустическим зондом и открытым концом акустической нагрузки. Соответственно, при измерении, например, импеданса и отражательной способности слухового канала уха геометрия и физические свойства слухового канала относительно акустического зонда являются неизвестными. В случае применения способа, описанного в этой заявке, эта неизвестная зависимость является причиной погрешностей показателей импеданса и отражательной способности, которые, как пояснялось при рассмотрении выше этапов способа, могут быть компенсированы минимизацией вносимых погрешностей. Очевидно, что погрешности, которые минимизируются, по меньшей мере связаны с неизвестным характеристическим импедансом (то есть с второй погрешностью) акустической нагрузки (например, слухового канала уха), а вторая погрешность, обусловленная нераспространяющимися модами, вносится в показатель импеданса акустической нагрузки.

При использовании способа согласно изобретению можно вычислять показатель отражательной способности акустической нагрузки, когда на показатель отражательной способности не влияет погрешность, обусловленная нераспространяющимися модами, и погрешности, обусловленной неизвестным характеристическим импедансом. Это позволяет более точно оценивать различные акустические свойства, которые могут быть получены по показателю отражательной способности, чем способами, ранее описанными в литературе. Например, в рамках акустики слухового канала уха человека показатель отражательной способности часто используют для оценивания свойств, таких как длина слухового канала уха, которые под воздействием погрешностей, описанных в этой заявке, становятся неточными. При использовании описанного способа такие неточности исключаются.

Следует отметить, что характеристическим импедансом описываются «характеристики акустической нагрузки», в том числе площадь поперечного сечения акустической нагрузки. Соответственно, при рассмотрении, например, слухового канала уха человека погрешность поперечного сечения является по существу неизвестной и должна оцениваться, и в способе осуществляется по меньшей мере опосредованно компенсация погрешности вследствие несоответствия характеристического импеданса между начальным значением характеристического импеданса в показателе отражательной способности и реальным характеристическим импедансом наружного слухового канала уха.

Как ранее пояснялось, в способе также учитывается обусловленная нераспространяющимися модами погрешность вследствие «связи между зондом и акустической нагрузкой», которой отражаются характеристики связи между зондом и акустической нагрузкой. То есть погрешности, имеющие отношение к связи между зондом и акустической нагрузкой, во время измерений на месте в основном относятся к погрешностям, возникающим вследствие нераспространяющихся мод.

Термин «зондовый узел» следует понимать как элемент, включающий по меньшей мере акустический зонд. То есть, акустический зонд (также обозначаемый как импедансный зонд) представляет собой акустический источник, такой как приемное устройство (то есть также называемое громкоговорителем), и детектор акустической энергии, такой как микрофон. Акустический зонд может образовывать часть прибора, в котором расположен блок обработки, обеспечивающий импедансный зонд электрическим входным сигналом, который после этого позволяет приемному устройству импедансного зонда излучать стимул в виде сигнала. Акустический зонд может быть прикреплен к манипуляционному инструменту и/или составлять часть его с образованием входного конуса, наконечника и/или наушника на конце манипуляционного инструмента, при этом акустический зонд предназначен для ввода в акустическую нагрузку, такую как слуховой канал уха человека и/или животного.

Акустический стимул (также именуемый входным сигналом), излучаемый в акустическую нагрузку, может быть любым стимулом, который пригоден для измерений импеданса, такой как щелчки, импульсы с линейной частотной модуляцией, вибрирующие звуки, чистый тоновый звук/или шум.

Исследование характера изменения и свойств установок режимов, используемых при измерении импедансов, таких как снабжение акустической нагрузки акустических зондом, связывание внешнего звукового поля с акустической нагрузкой, такой как слуховой канал уха, показывает, что показателем отражательной способности обеспечивается соотношение между акустическим импедансом и характеристическим импедансом акустической нагрузки. На основании исследований показателя отражательной способности было установлено, что параметры, имеющие отношения к отражательной способности, могут облегчать оценивание набора погрешностей (то есть первой погрешности и второй погрешности), необходимое для компенсации погрешностей, обусловленных нераспространяющимися модами и/или различиями между реальным и предполагаемым характеристическими импедансами акустической нагрузки, без предварительных сведений о физических размерах по меньшей мере акустической нагрузки. Поэтому показатель отражательной способности можно использовать на этапе вычисления для получения акустической характеристики акустической нагрузки.

Соответственно, в способе согласно первому аспекту предпочтительно использовать показатель отражательной способности, так что, более подробно, в варианте осуществления этап вычисления содержит вычисление акустического импеданса (Z_m) акустической нагрузки на основании соотношения между входным сигналом и выходным сигналом громкоговорителя. При вычислении акустического импеданса (Z_m) учитывается первая погрешность, обусловленная нераспространяющимися модами, поскольку в плоской волне, регистрируемой на месте расположения микрофона в акустической нагрузке, имеется вклад от нераспространяющихся мод. Конечно, это приводит к погрешности вычисляемого импеданса (Z_m). Первую погрешность, обусловленную нераспространяющимися модами, можно аппроксимировать при использовании акустической массы (L), которую следует рассматривать как составную часть акустического импеданса (Z), так что реальный показатель (Z_m) импеданса имеет вид:

Z_m=Z+iwL,

где L обозначает акустическую массу, добавляемую к вычисляемому акустическому импедансу вследствие нераспространяющихся мод. Соответственно, в способе компенсируют по меньшей мере первую погрешность при применении этапов по пункту 1 формулы изобретения.

Более подробно, в способе предпочтительно использовать показатель отражательной способности в соответствии с

,(1)

чтобы оценивать и компенсировать первые погрешности, вносимые в акустический импеданс (Z_m), и вторую погрешность, как будет пояснено ниже, вносимую в показатель отражательной способности вследствие неизвестного характеристического импеданса (Z₀), при этом в уравнении (1) (Z_m) является акустическим импедансом, вычисляемым на основании входного сигнала, измеряемого акустическим зондом, и (Z₀) является характеристическим импедансом акустической нагрузки, такой как волновод или слуховой канал уха. При многих акустических применениях характеристический импеданс может быть вычислен по формуле

,(2)

где ρ является плотностью акустической среды, с является скоростью звука и А является площадью поперечного сечения входа акустической нагрузки. Однако, как ранее пояснялось, физические параметры акустической нагрузки, например, при исследовании слухового канала уха человека не всегда известны, и характеристический импеданс не может быть вычислен до измерений импеданса. В соответствии со способом, описанным в этой заявке, то, что физические параметры неизвестны, не является важным, поскольку минимизацией погрешностей, связанных с параметрами компенсации, обеспечиваются оптимальный характеристический импеданс и коэффициент компенсации нераспространяющихся мод для восстановлении причинности в измерениях. Соответственно, для компенсации первой и второй погрешностей, вносимых в показатель отражательной способности, показатель отражательной способности можно рассматривать в виде

,(3)

где начальное значение (Z₀') задается для неизвестного характеристического импеданса (Z₀) акустической нагрузки и добавляется первая погрешность iwL, связанная с вычисляемым акустическим импедансом (Z_m), вследствие нераспространяющихся мод.

В одном или более вариантах выполнения начальное значение (Z₀') упомянутого характеристического акустического импеданса представляют как средний характеристический импеданс слуховых каналов уха человека при применении упомянутого способа для выполнения измерений отражательной способности упомянутого слухового канала уха человека, имеющего неизвестный характеристический импеданс (Z₀).

На дальнейшем этапе способа вычисляют погрешность (ε_R) оценки отражательной способности. Эта погрешность имеет вид

ε_R=Re R-H(Im R)+i[Im R-H^-1(Re R)],

где R определяется как отражательная способность и Н определяется как преобразование Гильберта. Соответственно, как описывается в пункте 1 формулы изобретения, преобразование Гильберта мнимой части отражательной способности (R) и обратное преобразование Гильберта действительной части отражательной способности (R) используют при определении оценки погрешности отражательной способности. При использовании преобразования Гильберта можно исследовать характер изменения мнимой и действительной частей. Это позволяет исследовать погрешности, возникающие в действительной и мнимой частях, в результате чего идентификацию и соответственно, как описывалось в этой заявке, компенсацию вносимых погрешностей можно получать минимизацией одной или более оценок погрешностей, связанных с первым, акустическим импедансом и вторым, характеристическим импедансом. Согласно вариантам осуществления изобретения исследование погрешностей, упомянутых в этой заявке, можно выполнять при использовании преобразования Гильберта, что станет очевидным из описания.

Соответственно, на дальнейшем этапе способа, раскрытого в этой заявке, действительную часть погрешности (ε_R) отражательной способности и мнимую часть погрешности (ε_R) отражательной способности вычисляют в соответствии с

Re ε_R=Re R-H(Im R),

Im ε_R=Im R-H^-1(Re R),

где R является показателем отражательной способности. Соответственно, следует понимать, что действительная часть погрешности оценки, обозначенная Re ε_R, включает в себя как начальное значение Z₀' характеристического импеданса, так и параметр iwL первой погрешности, обусловленной нераспространяющимися модами, возникающими во входном сигнале к микрофону. Аналогично этому, мнимая часть показателя отражательной способности, обозначенная Im ε_R, включает в себя как начальное значение Z₀' характеристического импеданса, так и параметр iwL первой погрешности, обусловленной нераспространяющимися модами, возникающими во входном сигнале к микрофону. Поэтому на дальнейшем этапе способа акустическую массу (L) регулируют итерационно до минимизации мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности, в результате чего получают первую погрешность, возникающую в показателе отражательной способности.

Соответственно, иначе говоря, в варианте осуществления начальный коэффициент компенсации добавляют к измеренному, первому, акустическому импедансу (то есть вычисленному акустическому импедансу) до этапа вычисления одного или более параметров компенсации (то есть параметров, которые можно рассматривать как первую и вторую погрешности).

На дальнейшем этапе способа согласно изобретению начальное значение (Z₀') неизвестного характеристического импеданса также можно регулировать, что компенсировать неточное начальное значение (Z₀') относительно реального характеристического импеданса (Z₀) акустической нагрузки. Соответственно, начальное значение (Z₀') аналогичным образом регулируют итерационно до минимизации действительной части Re ε_R погрешности оценки отражательной способности, в результате чего определяют неизвестный характеристический импеданс (Z₀), ответственный за вторую погрешность, возникающую в показателе отражательной способности вследствие начального значения (Z₀') неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки.

Соответственно, применяя этот способ, можно минимизировать упомянутые мнимую часть и действительную часть Re ε_R погрешности оценки отражательной способности, чтобы компенсировать погрешности, вносимые в вычисление импеданса и последующее вычисление отражательной способности.

Иначе говоря, при получении начальных коэффициентов компенсации, то есть начальных значений (Z₀') и для (L), минимизация одной или более оценок погрешности происходит в результате обработки и вычисления в перспективе оптимизированного и в то же время по существу компенсированного показателя отражательной способности.

Для точной компенсации первой погрешности, возникающей вследствие нераспространяющихся мод, итерационный этап регулирования акустической массы (L) содержит итерационные этапы вычитания акустической массы (L) из показателя (Z_m) акустического импеданса и обновления показателя отражательной способности и мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности до минимизации мнимой части показателя отражательной способности. Таким путем достигается итерационное обновление показателя отражательной способности, результатом которого является показатель отражательной способности, в котором первая погрешность компенсирована.

Следует отметить, что добавление акустической массы к измеренному акустическому импедансу в уровне техники известно как средство аппроксимации влияния нераспространяющихся мод на акустический импеданс. Однако в соответствии с изобретением, описанным в этой заявке, становится понятно, что величина акустической массы может быть определена с помощью преобразователя Гильберта при использовании способа, описанного в этой заявке, при этом акустическая масса (L) может быть компенсирована в процессе итерации, а не ручной регулировкой показателя отражательной способности. Соответственно, в способе, описанном в этой заявке, при измерениях на месте учитывают потенциальные, обусловленные нераспространяющимися модами погрешности, вносимые во время измерений на месте, например, в ухе человека, и в тех случаях, когда такие погрешности также возникают вследствие геометрического несоответствия между акустической нагрузкой (например, слуховым каналом уха человека) и акустическим зондом. Таким образом, способом обеспечивается еще более высокая точность измерений импеданса на месте.

Согласно варианту осуществления начальный коэффициент компенсации (то есть начальное значение акустической массы (L)) является оценкой обусловленной нераспространяющимися модами погрешности, приводящей к погрешности измеренного первого, акустического импеданса. Кроме того, начальное значение характеристического импеданса (то есть начальное значение (Z₀') неизвестного характеристического импеданса) может включать в себя оценку диаметра акустической нагрузки, используемой при измерениях импеданса, такой как слуховой канал уха человека. Для повышения скорости сходимости оценок погрешности физический параметр, такой как диаметр акустической нагрузки, выбирают близким к фактическому диаметру акустической нагрузки. Подходящий начальный диаметр, используемый при вычислении и минимизации характеристического импеданса, может находиться в диапазоне 7,5 мм для слухового канала уха взрослого человека и 4 мм для слухового канала уха ребенка. По существу, начальное значение (то есть исходное значение) диаметра следует выбирать как подходящую начальную предполагаемую оценку для исследуемого объекта.

Что касается оценок погрешности при вычислении и оценивании параметров компенсации, то изобретатель обнаружил, что преобразование Гильберта можно использовать для компенсации и по существу оценивания погрешностей, ответственных за неточности, вносимые нераспространяющимися модами, и/или неточности, возникающие вследствие несоответствий характеристического импеданса между акустической нагрузкой и предполагаемым значением, путем восстановления причинности в показателе отражательной способности и/или акустическом импедансе. Соответственно, на этапах регулирования начального значения (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀) и этапе регулирования акустической массы (L) учитывают отсутствие причинной обусловленности в показателе импеданса вследствие нераспространяющихся мод и неизвестного характеристического импеданса.

Иначе говоря, преобразование Гильберта можно использовать для исследования причинности сигнала, а такие исследования можно использовать применительно к показателям отражательной способности и/или акустического импеданса, чтобы вычислять коэффициенты компенсации (то есть погрешности), связанные с по меньшей мере нераспространяющимися модами и характеристическим импедансом акустической нагрузки во время измерений на месте. Более подробно, причинность функции тесно связана с зависимостью между действительной и мнимой частями преобразования Фурье этой функции. То есть любую функцию можно разделить на четную и нечетную компоненты, при этом преобразование Фурье нечетной компоненты приводит к действительной части преобразования Фурье полной функции, поскольку действительная часть преобразования Фурье является результатом операции сравнения функции и четного косинуса. Кроме того, преобразование Фурье нечетной компоненты является операцией сравнения функции и синуса, которая приводит к мнимой части преобразования Фурье этой функции. Если функция является причинно обусловленной, четная и нечетная части связаны соотношением

f_e(t)=f_o(t)sgn(t),(4)

где f_e(t) является четной частью и f_o(t) является нечетной частью функции. Умножение на знаковую функцию sgn(t) эквивалентно преобразованию Гильберта, преобразованному в область Фурье. Соответственно, причинность сигнала может быть исследована благодаря преобразованию Гильберта, позволяющему получать соотношение между действительной и мнимой частями спектра сигнала, при этом преобразование Гильберта имеет вид:

,(5)

и аналогичным образом обратное преобразование Гильберта имеет вид

,(6)

где символом звездочки обозначена конволюция, а целое число определяется при использовании главного значения Коши. R(ω) и X(ω) обозначают действительную и мнимую части преобразования Фурье функции, соответственно. Таким образом, преобразованием Гильберта обеспечивается эффективное соотношение между мнимой частью и действительной частью показателя отражательной способности и/или акустического импеданса, и это соотношение можно использовать для итерационного оценивания параметров компенсации, необходимых для компенсации влияния нераспространяющихся мод и погрешностей, вносимых вследствие различий характеристических импедансов.

Восстановление причинности системы при минимизации действительной части и мнимой части Im ε_R с использованием преобразования Гильберта позволяет выполнять точные измерения на месте акустической нагрузки, имеющей неизвестный характеристический импеданс.

В варианте осуществления оценки первой и второй погрешностей можно определять при выполнении двух независимых процессов минимизации. То есть, как уже пояснялось, минимизацию действительной и мнимой частей погрешности оценки отражательной способности можно выполнять при использовании двух независимых процессов минимизации. Однако можно выполнять два процесса на одном этапе, так что в варианте осуществления оценивание также содержит этап одновременного итерационного регулирования начального значения для Z₀ и начального значения для акустической массы (L), в результате чего одновременно выполняется минимизация действительной части погрешности оценки отражательной способности и мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности.

В варианте осуществления способ может включать в себя дополнительный этап учета любых нарушений непрерывности в спектре обнаруживаемого акустического отраженного сигнала. Это может быть сделано адаптивным регулированием частоты Найквиста для восстановления непрерывности в частотной области.

Следует отметить, что способ может аналогичным образом работать при непосредственном обращении к измеряемому импедансу, в результате чего погрешность оценки импеданса вычисляют вместо погрешности оценки отражательной способности. Соответственно, погрешность (ε_R) оценки отражательной способности может быть преобразована в любую другую величину, представляющую отсутствие причинной обусловленности в показателе (R) отражательной способности вследствие нераспространяющихся мод и неизвестного характеристического импеданса.

Импеданс по своему существу является причинно обусловленным с вкладом при t=0, равным характеристическому импедансу, и поскольку нераспространяющиеся моды влияют только на мнимую часть импеданса, то можно извлекать оба параметра (то есть акустическую массу (L) и неизвестный характеристический импеданс (Z₀)), используя процедуру способа, описанного в этой заявке. Однако такой подход является сложным вследствие негладкого характера изменений действительной и мнимой частей акустического импеданса, обусловленного резонансами и расходимостью акустического импеданса закрытой нагрузки при |Z|→0, когда ω→0. С другой стороны, в большей части случаев действительная и мнимая части отражательной способности являются гладкими функциями и при закрытой нагрузке обычно R→1, когда ω→0. Таким образом, для этого способа отражательная способность более пригодна, чем импеданс.

Следует отметить, что в соответствии с вариантом осуществления, описанным в этой заявке, акустическая нагрузка может быть любой из волновода, акустического музыкального инструмента, звукопоглощающего устройства, слухового канала уха человека или любой другой акустической нагрузки, акустический импеданс которой представляет интерес.

Соответственно, способ можно использовать для измерения импедансов, отражательной способности и/или звукового давления любой представляющей интерес акустической нагрузки, когда физические свойства, такие как физические размеры и вклад нераспространяющихся мод, неизвестны. Соответственно, способом предоставляется схема компенсации, которая может обеспечить точные и невозмущенные (то есть, в режиме плоских волн) измерения импеданса, отражательной способности и звукового давления.

Согласно второму аспекту изобретения предложена акустическая измерительная система, выполненная с возможностью вывода показателя (R) отражательной способности акустической нагрузки. Измерительная система содержит зондовый узел, выполненный с возможностью размещения в акустической нагрузке, при этом акустическая нагрузка имеет первый открытый конец и второй, по меньшей мере частично, закрытый конец, при этом расстоянием между первым открытым концом и вторым, по меньшей мере частично, закрытым концом задается длина акустической нагрузки. Кроме того, зондовый узел содержит громкоговоритель, и микрофон, и блок формирования сигнала, при этом блок формирования сигнала выполнен с возможностью формирования из громкоговорителя выходного сигнала, излучаемого в акустическую нагрузку от первого открытого конца, при этом сигнал распространяется по длине акустической нагрузки. Микрофон зондового узла выполнен с возможностью регистрации входного сигнала, создаваемого падающей частью и отраженной частью выходного сигнала, распространяющегося по акустической нагрузке. Более подробно измерительная система содержит вычислительный блок, выполненный с возможностью осуществления этапов способа согласно первому аспекту изобретения.

Кроме того, вычислительный блок получает в качестве входного сигнала по меньшей мере регистрируемый входной сигнал, обусловленный выходным сигналом, отраженным от, по меньшей мере частично, закрытого конца акустической нагрузки, для вычисления первого, акустического импеданса (Z_m) с учетом акустической массы, обусловленной нераспространяющимися модами, в соответствии с этапом i) пункта 1 формулы изобретения и начального значения по меньшей мере одного из акустической массы (L) и/или неизвестного характеристического импеданса (Z₀) в соответствии с этапами, рассмотренными в способе, описанном в этой заявке.

Соответственно, в варианте осуществления вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществления способа согласно первому аспекту для компенсации влияния нераспространяющихся мод и неизвестного характеристического импеданса с помощью процесса минимизации.

Более подробно, с вычислительного блока может выводиться показатель (R) отражательной способности, включающий первую погрешность, возникающую за счет нераспространяющихся мод, вторую погрешность, возникающую вследствие неизвестного характеристического импеданса (Z₀), и в вычислительном блоке могут вычисляться действительная часть и мнимая часть (Im ε_R) погрешности оценки отражательной способности в соответствии с этапами, рассмотренными в способе, описанном в этой заявке. Кроме того, вычислительный блок выполнен с возможностью вывода скорректированного показателя (R) отражательной способности при выполнении этапов регулирования начальных значений, относящихся к акустической массе (L) и неизвестному акустическому импедансу, в результате чего, когда при вычислении достигается минимизация, с вычислительного блока может выводиться скорректированный показатель отражательной способности, при этом компенсируются первая погрешность, возникающая вследствие нераспространяющихся мод, и вторая погрешность, возникающая вследствие неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Аспекты и варианты осуществления изобретения могут быть лучше всего поняты из нижеследующего подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами. Для ясности чертежи выполнены схематическими и упрощенными, а на них показаны только детали, необходимые для улучшения понимания притязания, тогда как другие детали опущены. Повсюду одинаковые позиции используются для обозначения идентичных или аналогичных деталей. Отдельные признаки каждого аспекта могут сочетаться в любыми или всеми признаками из других аспектов. Эти и другие аспекты, признаки и/или технический эффект станут понятными и установленными при обращении к описанным ниже чертежам, на которых:

фиг. 1 - схематический вид акустической нагрузки, связанной с акустическим зондом, согласно вариантам осуществления изобретения;

фиг. 2 - диаграмма аналитического коэффициента отражения во временной области для однородного волновода;

фиг. 3 - аналитическое представление погрешности оценки оптимального показателя отражательной способности из фиг. 2;

фиг. 4 - диаграмма аналитического коэффициента отражения во временной области для случая, когда внесена вторая погрешность;

фиг. 5 - аналитическое представление погрешности оценки отражательной способности с показом второй погрешности из фиг.4;

фиг. 6 - диаграмма аналитического коэффициента отражения во временной области для случая, когда внесена первая погрешность;

фиг. 7 - аналитическое представление погрешности оценки отражательной способности с показом первой погрешности из фиг. 6;

фиг. 8 - диаграмма коэффициента отражения во временной области в реальном времени для волновода согласно варианту осуществления изобретения в случае, когда имеется первая погрешность;

фиг. 9 - диаграмма погрешности оценки отражательной способности, на которой первая погрешность представлена в коэффициенте отражения во временной области из фиг. 8;

фиг. 10 - диаграмма коэффициента отражения во временной области в реальном времени для волновода согласно варианту осуществления изобретения, на которой представлена вторая погрешность;

фиг. 11 - полученная в реальном времени диаграмма погрешности оценки отражательной способности, на которой показана вторая погрешность, возникающая в коэффициенте отражения во временной области согласно фиг. 10;

фиг. 12 - диаграмма коэффициента отражения во временной области в реальном времени для волновода согласно фиг. 8 и 10 в случае, когда первая и вторая погрешности компенсированы; и

фиг. 13 - диаграмма оценки отражательной способности в соответствии с компенсацией, достигнутой на фиг. 12.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подробное описание, изложенное ниже в сочетании с прилагаемыми чертежами, задумано как описание различных конфигураций. Подробное описание включает в себя специфические детали для обеспечения полного понимания различных концепций. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что эти концепции могут применяться на практике без этих специфических деталей. Несколько аспектов способов, системы и связанная с ними аппаратура описываются посредством различных функциональных блоков, модулей, компонентов, схем, этапов, процессов, алгоритмов и т.д. (совместно называемых элементами). В зависимости от конкретного применения, конструктивных ограничений и по другим причинам эти элементы могут быть реализованы при использовании электронного аппаратного обеспечения, компьютерной программы или любого сочетания из них.

Теперь обратимся к фиг. 1, на которой схематически показана система 1 измерения акустического импеданса, имеющая акустический зондовый узел 20, расположенный в акустической нагрузке 10 (например, в слуховом канале уха).

Акустическая измерительная система выполнена с возможностью измерения акустического импеданса акустической нагрузки, такой как слуховой канал уха человека, и вывода показателя (R) отражательной способности акустической нагрузки. Система в основном содержит зондовый узел 20, выполненный с возможностью размещения в акустической нагрузке 10. Акустическая нагрузка имеет первый открытый конец 11 и второй, по меньшей мере частично, закрытый конец 12. Для образования канала в акустической нагрузке концы отнесены на расстояние друг от друга, при этом расстоянием задается длина акустической нагрузки.

Например, при использовании измерительной системы для измерений слуха человека первый открытый конец 11 может быть отверстием слухового канала уха, а второй, по меньшей мере частично, закрытый конец 12 должен быть барабанной перепонкой. Кроме того, зондовый узел содержит громкоговоритель и микрофон.

Система также содержит блок 21 формирования сигнала (БФС), формирующий из громкоговорителя выходной сигнал, излучаемый в акустическую нагрузку от первого открытого конца и конфигурированный для распространения по длине акустической нагрузки. Кроме того, блок формирования можно рассматривать как подающий электрический входной сигнал 22 на акустический источник (то есть громкоговоритель) 23 в зондовом узле 20. Когда зондовый узел расположен на первом открытом конце 11 акустической нагрузки 10, акустический источник (то есть громкоговоритель) 23 может создавать акустический стимул 24а в ответ на электрический входной сигнал 22. Акустический источник 23 показан как приемное устройство (также называемое громкоговорителем), которое выполнено с возможностью излучения звука в канал 13 акустической нагрузки. Под каналом 13 следует понимать внутреннюю полость акустической нагрузки, которая позволяет звуку распространяться от одного конца ее до второго конца ее. Таким образом, приемное устройство 23 выполнено с возможностью излучения зондирующего сигнала, используемого измерительной системой для получения показателя импеданса.

Кроме того, система содержит измеряющий сигнал блок (то есть микрофон), выполненный с возможностью регистрации входного сигнала, создаваемого падающей частью и отраженной частью выходного сигнала, распространяющегося по акустической нагрузке. Иначе говоря, микрофон 25, расположенный в зондовом узле 20, измеряет акустический отраженный сигнал из акустической нагрузки. Акустический отраженный сигнал 24b захватывается микрофоном 25 и передается в вычислительный блок (ВБ) 26. Вычислительный блок 26 выполнен с возможностью компенсации на основании регистрации входного сигнала (также называемого акустическим отраженным сигналом) 24b одной или более погрешностей, возникающих в показателе отражательной способности, вычисляемом вычислительным блоком.

Более подробно, вычислительный блок 26 выполнен с возможностью применения способа, описанного в предыдущих разделах описания. То есть вычислительный блок выполнен с возможностью выполнения этапов, к которым относятся:

i) вычисление акустического импеданса (Z_m) на основании соотношения между входным сигналом и выходным сигналом, при этом акустический импеданс (Z_m) включает в себя первую погрешность, обусловленную частью нераспространяющихся мод из падающей части, и эта первая погрешность определяется как приближение при использовании акустической массы (L);

ii) задание начального значения (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀) акустической нагрузки;

iii) вычисление показателя (R) отражательной способности по соотношению между измеренным акустическим импедансом (Z_m) и начальным значением (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀);

iv) вычисление погрешности (ε_R) оценки отражательной способности на основании преобразования Гильберта мнимой части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из действительной части показателя (R) отражательной способности и прибавляемого к мнимой единице (I), умножаемой на обратное преобразование Гильберта действительной части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из мнимой части показателя (R) отражательной способности;

v) вычисление действительной части погрешности (ε_R) отражательной способности и мнимой части погрешности (ε_R) отражательной способности;

vi) итерационное регулирование акустической массы (L) до минимизации мнимой части (Im ε_R) погрешности оценки отражательной способности и тем самым получение первой погрешности, возникающей в показателе отражательной способности вследствие нераспространяющихся мод.

По существу, этим обеспечивается результат вычислений скорректированного показателя отражательной способности, в котором учтены погрешности показателя отражательной способности, возникающие вследствие нераспространяющихся мод и неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки.

Иначе говоря, можно сказать, что вычислительный блок выполнен с возможностью вычисления одного или более параметров С₁(ω), С₂(ω) компенсации на вычислительных этапах, предусмотренных в способе. Один или более параметров компенсации находят по существу путем минимизации одной или более оценок погрешностей отражательной способности, связанных с нераспространяющимися модами, возникающих в вычисленном акустическом импедансе Z_m, и погрешностей, связанных с неизвестным характеристическим импедансом Z₀ акустической нагрузки. Следует отметить, что способ, описанный в этой заявке, предназначен для использования при акустических измерениях на месте, когда характеристический импеданс акустической нагрузки считается неизвестным. Поэтому в способе, описанном в этой заявке, предлагается решение для получения характеристики акустической нагрузки на основании, например, отражательной способности без знания характеристического импеданса акустической нагрузки до измерений.

В варианте осуществления при вычислении акустического импеданса (Z_m), в том числе акустической массы, обусловленной нераспространяющимися модами, в соответствии с этапом i) способа и начального значения по меньшей мере одного из акустической массы (L) и/или неизвестного характеристического импеданса (Z₀) в соответствии с этапом ii) способа в вычислительном блоке 26 в качестве входного сигнала используется по меньшей мере зарегистрированный входной сигнал, обусловленный выходным сигналом, отраженным от, по меньшей мере частично, закрытого конца акустической нагрузки.

Более подробно, измерительная система выполнена с возможностью выполнения способа, описываемого на всем протяжении описания. Поэтому измерительная система, а точнее вычислительный блок 26 выполнен с возможностью вычисления оценки погрешности отражательной способности, действительная и мнимая части которой могут быть минимизированы для получения первой погрешности, описывающей нераспространяющуюся моду, и второй погрешности, описывающей вклад в погрешность отражательной способности, возникающей вследствие неизвестного характеристического импеданса (Z₀). Иначе говоря, вторая погрешность, получаемая вычислительным блоком, когда измерительная система выполняет способ, описанный в этой заявке, характеризует параметр С₂ компенсации, связанный с несоответствием характеристического импеданса между акустической нагрузкой и акустическим зондом. Оценка первой погрешности, поучаемая вычислительным блоком измерительной системы, характеризует параметр С₁ компенсации, связанный с погрешностями, обусловленными нераспространяющимися модами, получающимися в результате связи между зондовым узлом и акустической нагрузкой.

В частности, коэффициент С₂ компенсации следует рассматривать как представляющий характеристический акустический импеданс Z₀, так что отражательная способность имеет вид

,(7)

где уравнением (7) просто представлен еще один способ описания уравнения (3). В соответствии с этим под параметрами компенсации, упоминаемыми в этой заявке, следует понимать просто акустическую массу (L) и начальное значение характеристического импеданса Z₀, которые, как описывается, регулируются в способе для минимизации мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности и действительной части погрешности оценки отражательной способности.

Параметром, связанным с характеристическим импедансом, является диаметр, например, слухового канала уха, который используется для вычисления площади слухового канала уха, необходимой для оценивания характеристического импеданса. Соответственно, одним параметром, который включается в С₂ и который может регулироваться, является диаметр, например, слухового канала уха пользователя слухового аппарата. Еще одна возможность может заключаться в вычислении эквивалентного характеристического импеданса, включающего вязко-термические потери.

Как ранее пояснялось, коэффициент С₁ компенсации следует рассматривать как величину, которая либо вычитается, либо добавляется к вычисленному импедансу Z_m, так что

Z=Z_m+C₁.(8)

В приближении нераспространяющихся мод, при использовании акустической массы коэффициент принимает форму

C ₁(ω)=iωL.(9)

где L - величина акустической массы (положительная или отрицательная).

Иначе говоря, измерительная система содержит систему обработки данных, которая имеет процессор, приспособленный для выполнения компьютерной программы, в связи с чем процессор выполняет по меньшей мере некоторые (например, большинство или все) этапы способа, описанного в этой заявке. Компьютерную программу следует понимать широко, как означающую инструкции, наборы инструкций, код, сегменты кода, программный код, программы, подпрограммы, программные модули, приложения, программные приложения, программные пакеты, стандартные программы, стандартные подпрограммы, объекты, выполняемые файлы, потоки выполнения, процедуры, функции и т.д., известные как программное обеспечение, аппаратно-программное обеспечение, промежуточное программное обеспечение, микрокод, язык описания аппаратных средств или иное. Соответственно, измерительная система выполнена с возможностью выполнения способа, описываемого более подробно ниже.

Одной из представляющих интерес характеристик акустических измерений является коэффициент отражения во временной области (КОВО) (на всем протяжении описания КОВО также именуется показателем отражательной способности), который может использоваться для описания акустического импеданса и позволяет интуитивно оценивать причинность, поскольку ненулевые выборки ниже нуля оси времени являются непосредственно видимыми. Как ранее пояснялось, коэффициент отражения во временной области получают на основании показателя (R) отражательной способности при использовании обратного преобразования Фурье. На фиг. 2 показан аналитический коэффициент 30 отражения во временной области, использовавшийся при исследовании характеристик способа, описанного в этой заявке. Человеку с аналитическим складом ума следует понимать, что измерение является отображением имитаций, выполняемых с помощью компьютерной программы (такой как MATLAB или программы на другом языке программирования) для иллюстрации оптимального характера изменения коэффициента 30 отражения во временной области, то есть, в случае, когда погрешности вносятся в показатель отражательной способности. Как пояснялось в предшествующих разделах, при фактическом применении акустических измерений несколько факторов влияют на коэффициент отражения во временной области, приводя к погрешностям акустических измерений. На фиг. 2 показано, что в случае аналитического импеданса плоских волн при использовании корректного характеристического импеданса и совсем без нераспространяющихся мод, влияющих на измерение коэффициента отражения во временной области (КОВО), коэффициент отражения во временной области является практически причинно обусловленным.

При использовании способа, описанного в этой заявке, были выполнены исследования характера изменения коэффициента отражения во временной области, получаемого на основании вычисленного импеданса, и неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки в случае, когда вносились погрешности, связанные, например, с нераспространяющимися модами и несоответствием характеристического импеданса между акустической нагрузкой и акустическим зондом, и было найдено оптимальное решение для обеспечения компенсации таких погрешностей.

Способ содержит этап оценивания показателя отражательной способности, определяемого в соответствии с уравнением (1). Результат оптимального измерения, представленный в виде аналитического коэффициента отражения во временной области, можно видеть на фиг. 2, из которой очевидно, что компенсация не является необходимой, поскольку не вносятся нерегулярности, обусловленные погрешностями при вычислении импеданса Z_m или при последующем вычислении отражательной способности вследствие неизвестной акустической нагрузки. Соответственно, относительно фиг. 1 следует понимать, что характеристический импеданс рассматриваемой акустической нагрузки известен, отчего отсутствуют погрешности, вносимые в показатель (R) отражательной способности. Из фиг. 2 ясно, что аналитический коэффициент отражения во временной области является практически причинно обусловленным, поскольку действительная часть 31 и мнимая часть 32 погрешности оценки отражательной способности по существу центрированы около нуля. Однако для пояснения, каким образом способом можно компенсировать потенциальные погрешности, вносимые в показатель (R) отражательной способности и поэтому также в показатель импеданса во время измерений на месте, предварительно будут выполнены аналитические исследования коэффициента отражения во временной области (КОВО).

При использовании способа согласно изобретению соотношение между первой, действительной частью и второй, мнимой частью отражательной способности получают при использовании преобразования Гильберта. Как ранее пояснялось, преобразованием Гильберта описывается соотношение между действительной и мнимой частями, и на основании этого соотношения можно исследовать и восстанавливать причинность, если спектр отражения не является причинно обусловленным. Соответственно, путем поиска (то есть вычисления) погрешности (ε_R) оценки отражательной способности и последующего вычисления мнимой части (Im ε_R) погрешности оценки отражательной способности и действительной части (Re ε_R) погрешности оценки отражательной способности можно получить общее представление о характеристиках причинности сигнала (в данном случае коэффициента отражения во временной области). Это показано на фиг. 3, на которой отображены действительная часть (Re ε_R) 31 погрешности оценки отражательной способности и мнимая часть (Im ε_R) 32 погрешности оценки отражательной способности в соответствии с показателем (R) отражательной способности из фиг. 2. Как можно видеть из фиг. 3, оценки погрешности являются по существу нулевыми для оптимальной аналитической ситуации, а диаграммой из фиг. 3 подтверждается, что коэффициент отражения во временной области из фиг. 2 является причинно обусловленным.

В соответствии с этим способ направлен на получение оптимальной погрешности (ε_R) оценки отражательной способности, приводящей к мнимой части (Im ε_R) ее и действительной части (Re ε_R) ее, которые по существу центрированы около нуля. Этим обеспечиваются более точные акустические измерения импеданса, давления и отражательной способности.

Поэтому дальнейшие исследования способа относительно восстановления причинности выполнялись при внесении по меньшей мере двух различных погрешностей в аналитический коэффициент отражения во временной области из фиг. 2. При выполнении акустических измерений на месте, например в слуховом канале уха пользователя, первый фактор, вносящий первую погрешность в коэффициент отражения во временной области, зависит от несоответствия характеристического импеданса между акустическим зондом и акустической нагрузкой, то есть, вторая погрешность возникает вследствие незнания характеристического импеданса Z₀ акустической нагрузки при исследовании, а второй фактор, вносящий первую погрешность, связан с нераспространяющимися модами. Поэтому для получения способа, в котором принимаются во внимание такие погрешности, такие первая и вторая погрешности вносятся в аналитический коэффициент отражения во временной области на фиг. 2 и отображаются на последующих фигурах.

Для упрощения рассмотрения влияние двух погрешностей на показатель (R) отражательной способности и индивидуальная компенсация их будут поясняться независимо в последующих разделах. Однако следует отметить, что способ обладает возможностью компенсации обеих погрешностей на одном объединенном этапе или на двух отдельных этапах.

Начнем с пояснения второй погрешности, которая может быть связана с несоответствием характеристического импеданса, при этом будет делаться обращение к фиг. 4. На фиг. 4 показан характер изменения аналитического коэффициента отражения во временной области, когда вторая погрешность внесена в коэффициент отражения во временной области из фиг. 2. Коэффициент отражения во временной области на фиг. 4 получен на основании аналитического импеданса (то есть измеренного импеданса аналитической акустической нагрузки) волновода с радиусом а=4 мм и L=5см, но при характеристическом импедансе Z₀, полученном для волновода с а=3,5 мм. Как можно видеть из фиг. 4, сигнал 40 коэффициента отражения во временной области является по существу нерегулярным в областях, обведенных окружностями и обозначенных 43, 44 и 45. Соответственно, при выполнении измерений в акустической нагрузке, такой как волновод, имеется несоответствие характеристического импеданса Z₀ между акустической нагрузкой и зондом, которое приводит к нерегулярностям 43, 44 и 45, показанным на фиг. 4. Если характеристический импеданс Z₀ акустической нагрузки неизвестен, что является частым случаем при акустических измерениях на месте (особенно при измерениях на месте в слуховом канале уха), в параметре С₂ компенсации, также называемом второй погрешностью, должен учитываться этот неизвестный характеристический импеданс для удаления нерегулярностей из коэффициента отражения во временной области. На фиг. 5 погрешности показаны как сдвиг действительной части 41 погрешности оценки отражательной способности к отрицательным значениям.

Чтобы учесть такой нерегулярный характер изменения коэффициента отражения во временной области, в способе согласно вариантам осуществления изобретения предлагается использовать преобразование Гильберта для вычисления погрешности оценки отражательной способности и последующего вычисления действительной части Re ε_R погрешности оценки отражательной способности и мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности, и в этом случае, погрешности, возникающие вследствие неизвестного характеристического импеданса Z₀, компенсируют путем минимизации действительной части Re ε_R погрешности оценки отражательной способности, в результате чего определяющий неизвестный характеристический импеданс (Z₀) учитывают во второй погрешности, возникающей в показателе отражательной способности вследствие начального значения (Z₀') неизвестного характеристического импеданса (Z₀) акустической нагрузки.

Более конкретно, как пояснялось ранее, способом устанавливается соотношение между первой, действительной частью и второй, мнимой частью на основании преобразования Гильберта. На основании такого соотношения при использовании преобразования Гильберта выполняется вычисление одной или более оценок погрешности действительной части показателя отражательной способности по мнимой части показателя отражательной способности и/или мнимой части показателя отражательной способности по действительной части показателя отражательной способности, результатом которого являются оценки погрешности, показанные, например, на фиг. 3 и 5. При сравнении фиг. 3 и 5 можно ясно видеть, что аналитический коэффициент 40 отражения во временной области из фиг. 4, вносящий погрешность, не является причинно обусловленным и что вносимая погрешность влияет на действительную часть Re ε_R погрешности оценки отражательной способности.

Как ранее описывалось, для восстановления причинности сигнала 40 коэффициента отражения во временной области погрешность, вносимую в коэффициент 40 отражения во временной области, минимизируют путем минимизации действительной части погрешности оценки отражательной способности. В частности, для второй погрешности из фиг. 5 ясно, что минимизация погрешности в действительной части является особенно важной для восстановления причинности и получения более точных измерений, когда наблюдается несоответствие характеристического импеданса между акустическим зондом и акустической нагрузкой. Минимизацией действительной части Re ε_R погрешности оценки отражательной способности сдвигают действительную часть обратно к нулю.

Теперь обратимся к первой погрешности, которую можно отнести к погрешностям, вызванным геометрическим несоответствием между акустическим зондом и акустической нагрузкой, являющимся причиной нераспространяющихся мод, для чего будет выполняться обращение к фиг. 6 и 7. На фиг. 6 показан характер изменения аналитического коэффициента 50 отражения во временной области, когда вторая погрешность внесена в аналитический коэффициент отражения во временной области из фиг. 2. Коэффициент 50 отражения во временной области из фиг. 6 получен на основании аналитического импеданса волновода с а=4 мм и L=5 см, но при использовании коэффициента нераспространяющихся мод, полученного моделированием в соответствии с акустической массой L=13 унций (368 г). Как можно видеть из фиг. 6, сигнал 50 коэффициента отражения во временной области является существенно нерегулярным в областях, обведенных окружностями и обозначенными 53 и 54. Кроме того, как видно из фиг. 7, на действительной части 51 и мнимой части 52 погрешности оценки отражательной способности ясно виден не обусловленный причинно характер изменения коэффициента отражения во временной области. Соответственно, при выполнении измерений в акустической нагрузке имеется геометрическое несоответствие между отверстиями акустической нагрузки и акустическим зондовым узлом, которое по существу является причиной нерегулярностей 53, 54, показанных на фиг. 6. Известно, что это геометрическое несоответствие обычно является причиной нераспространяющихся мод. Кроме того, такие нераспространяющиеся моды возникают в случае, когда акустический зонд вводится в акустическую нагрузку во время измерений на месте, например, вводится в слуховой канал уха человека, и поэтому их влияние также необходимо компенсировать во время измерений импеданса на месте. Как описывалось ранее, погрешность, вносимая вследствие нераспространяющихся мод, может быть компенсирована аналогичным путем при использовании способа, описанного в этой заявке. То есть, вклад нераспространяющихся мод компенсируют при вычислении погрешности (ε_R) оценки отражательной способности на основании преобразования Гильберта мнимой части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из действительной части показателя (R) отражательной способности и прибавляемого к мнимой единице (I), умножаемой на обратное преобразование Гильберта действительной части показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из мнимой части показателя (R) отражательной способности; и последующем вычислении действительной части (Re ε_R) погрешности оценки отражательной способности и мнимой части погрешности (ε_R) оценки отражательной способности; при этом на конечном этапе акустическую массу (L) регулируют итерационно до минимизации мнимой части погрешности (ε_R) оценки отражательной способности, в результате чего определяют первую погрешность, возникающую в показателе отражательной способности вследствие нераспространяющихся мод.

Поэтому согласно способу достигается компенсация действия нераспространяющихся мод во время измерений на месте.

Как ранее пояснялось, аналогично второй погрешности при выполнении способа определяют соотношение между первой, действительной частью 51 и второй, мнимой частью 52 на основании преобразования Гильберта. На основании такого соотношения выполняют вычисление одной или более оценок погрешности действительной части показателя отражательной способности на основании мнимой части показателя отражательной способности и/или мнимой части показателя отражательной способности на основании действительной части показателя отражательной способности при использовании преобразования Гильберта, и это приводит к получению погрешностей оценок отражательной способности, показанных, например на фиг. 7, для первой погрешности. Как можно видеть при сравнении фиг. 3 и 7, ясно, что аналитический коэффициент 50 отражения во временной области из фиг. 6, вносящий первую погрешность, не является причинно обусловленным, и что вносимая погрешность влияет как на действительную часть 51, так и на мнимую часть 52 оценок погрешностей отражательной способности. Однако из фиг. 7 видно, что оценка погрешности мнимой части имеет зависимость, пропорциональную частоте, тогда как действительная часть является менее предсказуемой.

Кроме того, в варианте осуществления согласно изобретению способ включает в себя использование начального коэффициента компенсации, добавляемого к импедансу Z_m для получения начальной приближенной оценки влияния нераспространяющихся мод. В действительности, добавлением такой начальной приближенной оценки к результату вычисления оценок второй погрешности достигается более быстрая сходимость. Начальную приближенную оценку следует трактовать как начальное значение для регулирования акустической массы (L).

На основании исследований характера изменения на фиг. 7 и просмотра оценок погрешности из фиг. 5, относящихся к второй погрешности, становится ясно, что вторая погрешность влияет только на действительную часть Re ε_R погрешности оценки отражательной способности, тогда как первая погрешность влияет как на действительную часть погрешности оценки отражательной способности, так и на мнимую часть Im ε_R погрешности оценки отражательной способности. В итоге это означает, что в результате несоответствия характеристического импеданса погрешности вносятся в основном в действительную часть оценок погрешности отражательной способности, а в результате геометрического несоответствия (обусловленного, например, нераспространяющимися модами) погрешности вносятся в основном в мнимую часть Im ε_R оценок погрешности отражательной способности. Таким образом, чтобы получать точные измерения акустического импеданса, предпочтительно компенсировать обе погрешности для восстановления причинности в отражательной способности.

Чтобы показать эффективность способа при реальных измерениях, будет описано использование способа применительно к измерениям в реальном волноводе, таком как акустическая нагрузка. Поэтому теперь обратимся к фиг. 8-13, на которых показаны результаты исследований, аналогичные результатам аналитического исследования, представленным на фиг. 2-7.

Сначала обратимся к фиг. 8, на которой показан коэффициент 60 отражения во временной области (КОВО), полученный на основании измерения в волноводе 8×∅0,8 см, например акустического импеданса, без какой-либо компенсации влияния нераспространяющихся мод и при использовании точно известного характеристического импеданса. Ясно видно действие внесенных погрешностей, связанных с нераспространяющимися модами, на коэффициент 60 отражения во временной области, показанный на фиг. 8, на которой видны по меньшей мере три нерегулярности 63, 64, 65 коэффициента отражения во временной. На фиг. 9 показано влияние нераспространяющихся мод на действительную часть 61 погрешности оценки отражательной способности и мнимую часть 62 погрешности оценки отражательной способности. Очевидно, что влияние заключается в нарушении причинной обусловленности отражательной способности, показанной на фиг. 9, и очевидно, что погрешность является пропорциональной частоте погрешностью при оценивании мнимой части и, как видно на фиг. 9, имеет несколько более сложную зависимость оценки действительной части 61 от частоты.

На основании способа, описанного в этой заявке, по существу находят параметр компенсации влияния нераспространяющихся мод, по меньшей мере выраженный косвенным образом, и применяют к измеренному импедансу в попытке уменьшить погрешность при оценивании мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности, получая результат, как на фиг. 13. В частности, если положительная погрешность имеется в оценке мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности, увеличивающуюся отрицательную массу вычитают из измеренного импеданса, чтобы минимизировать погрешность, и наоборот. Ясно, что причинность полностью восстанавливается в отражательной способности как во временной, так и в частотной области. В коэффициенте отражения во временной области имеется очень небольшая нерегулярность сразу после t=0, которая выступает несколько вниз, однако это обусловлено только артефактом, возникающим при обработке сигналов в окне. Предположительно, эта нерегулярность является результатом введения зонда с использованием грибовидного резинового ушного наконечника, который создает небольшой избыточный объем позади плоскости наконечника зонда. При этом имеется небольшое отклонение погрешностей к более высоким частотам, возможно, вследствие невозможности идеального восстановления непрерывности в спектре отражательной способности путем регулирования частоты Найквиста, но также и вследствие волноводного режима в результате возможного неправильного расположения наконечника зонда относительно входной плоскости, при котором добавление акустической массы не может быть компенсировано. Это обходят просто пропуском более высоких частот при минимизации погрешности.

При использовании результатов компенсации, связанной с нераспространяющимися модами, но при применении неточного характеристического импеданса, соответствующего волноводу с ∅0,75 см, получающийся коэффициент 70 отражения во временной области (КОВО) показан на фиг. 10. И в этом случае из фиг. 10 видно, что погрешность, обусловленная неточным характеристическим импедансом, вносит нерегулярности 73, 74 в коэффициент 70 отражения во временной области. На фиг. 4 и 8 была показана дополнительная нерегулярность, и следует отметить, что эта нерегулярность аналогичным образом присутствует в коэффициенте отражения во временной области, показанном на фиг. 10. Однако эта погрешность является небольшой и поэтому не представлена отчетливо на фиг. 10. Погрешности действительной части 71 и мнимой части 72, вносимые в коэффициент отражения во временной области, видны на фиг. 11. На основании фиг. 11 аналитическим наблюдением подтверждается, что несоответствие характеристического импеданса влияет только на погрешность оценки действительной части отражательной способности. Очевидно, что применением способа, описанного в этой заявке, для по существу минимизации действительной части погрешности оценки отражательной способности можно восстанавливать причинность показателя (R) отражательной способности.

Соответственно, для облегчения решения задачи итерационный способ регулирования вкладов от нераспространяющихся мод и несоответствия характеристического импеданса, раздельно и/или одновременно, предпочтительно начинать с компенсации влияния нераспространяющихся мод, поскольку несоответствие характеристического импеданса влияет только на действительную часть. Таким образом, причинность показателя отражательной способности восстанавливают и по существу получают более точные измерения на месте в акустической нагрузке. В частности, если в случае характеристического импеданса погрешность является отрицательной, диаметр волновода, используемого при вычислении характеристического импеданса, увеличивают, и наоборот.

Соответственно, на фиг. 12 и 13 показано влияние компенсации влияния нераспространяющихся мод и применения точного характеристического импеданса, определенного путем минимизации действительной части Re ε_R погрешности оценки отражательной способности и мнимой части Im ε_R погрешности оценки отражательной способности при измерении в реальном акустическом волноводе. Параметр С₁(ω) компенсации, компенсирующий характеристический импеданс, получают регулированием погрешности оценки действительной части импеданса, то есть минимизацией погрешности. Аналогично этому, параметр компенсации, компенсирующий влияние нераспространяющихся мод, получают минимизацией погрешности по меньшей мере мнимой части оценки погрешности отражательной способности. Из рассмотрения частотной области и временной области, показанных на фиг. 12 и 13, очевидно, что причинность полностью восстановлена в коэффициенте 80 отражения во временной области (КОВО) из фиг. 12 путем использования способа согласно пункту 1 формулы изобретения. Небольшие нерегулярности 83, 84 коэффициента отражения во временной области не отражают явление отсутствия причинной обусловленности, а точнее, являются результатом того, что зонд не помещался в плоскость, а использовался ушной наконечник. В этом случае грибовидный ушной наконечник содействует образованию небольшого кругового объема позади наконечника зонда, а это приводит к небольшому положительному отражению. Из фиг. 13 ясно видно, что минимизацией оценок погрешности действительной части 81 и мнимой части 82 путем применения способа, описанного в этой заявке, восстанавливается причинность отражательной способности, удаляются вклады в коэффициент 80 отражения во временной области, возникающие вследствие нераспространяющихся мод и несоответствия характеристического импеданса.

Как следствие использования способа, описанного в этой заявке, схему компенсации, предложенную для компенсации погрешностей, вносимых при измерениях на месте в акустических волноводах, таких как слуховой канал уха, можно также использовать при определении эквивалентного звукового давления плоских волн, регистрируемого микрофоном зонда. Поэтому при наличии вычисленного/измеренного эквивалентного импеданса плоских волн коэффициенты компенсации для импеданса также облегчают вычисление эквивалентного звукового давления плоских волн в соответствии с:

,(9)

где P_meas(ω) является звуковым давлением, регистрируемым зондом и потенциально находящимся под воздействием нераспространяющихся мод, Z_meas(ω) является некомпенсированным импедансом и Z(ω) является импедансом, в котором компенсировано влияние нераспространяющихся мод. Эта компенсация находит применение при всех методиках измерений, когда звуковое давление измеряется в слуховом канале уха в качестве основы для оценивания звукового давления в различных местах в слуховом канале уха при использовании, например, прямого способа калибровки уровня давления или моделей линий передачи.

К дальнейшим вариантам осуществления относятся следующие варианты осуществления:

Вариант осуществления, относящийся к способу оценивания одного или более параметров компенсации на основании измерений импеданса акустической нагрузки, при этом способ содержит этапы, к которым относятся:

- размещение зондового узла в акустической нагрузке, при этом акустическая нагрузка имеет первый и второй концы;

- формирование электрического входного сигнала для акустического источника в зондовом узле, когда зондовый узел расположен на первом конце акустической нагрузки, для создания акустического стимула в ответ на электрический входной сигнал;

- измерение акустического отраженного сигнала детектором акустической энергии в зондовом узле;

- оценивание на основании измеренного акустического отраженного сигнала одного или более параметров компенсации, описывающих характеристики акустической нагрузки и/или связь между зондом и акустической нагрузкой, при этом акустический отраженный сигнал определяется как показатель первого, акустического импеданса и при этом этап оценивания содержит дополнительный этап, на котором выполняется

- вычисление одного или более параметров компенсации на основании первого, акустического импеданса и второго, характеристического импеданса акустической нагрузки, в результате чего параметры компенсации определяют путем минимизации одной или более оценок погрешности, имеющих отношение к первому, акустическому импедансу и второму, характеристическому импедансу.

Вариант осуществления, в котором этап вычисления дополнительно содержит:

- оценивание показателя отражательной способности по акустическому импедансу и характеристическому импедансу,

- разделение оцененной отражательной способности и/или акустического импеданса на первую, действительную часть и вторую, мнимую часть;

- вычисление одного или более параметров компенсации на основании первой, действительной части и второй, мнимой части.

Вариант осуществления, в котором начальный коэффициент компенсации добавляют к измеренному первому, акустическому импедансу перед этапом вычисления одного или более параметров компенсации и/или начальное значение характеристического импеданса используют в качестве входных данных на этапе вычисления.

Вариант осуществления, в котором начальный коэффициент компенсации является оценкой погрешности, обусловленной нераспространяющимися модами, являющимися причиной погрешностей измеренного первого, акустического импеданса.

Вариант осуществления, в котором этап вычисления также содержит этапы, к которым относятся:

- установление соотношения между первой, действительной частью и второй, мнимой частью на основании преобразования Гильберта;

- вычисление одной или более оценок погрешности действительной части показателя отражательной способности и/или акустического импеданса на основании мнимой части показателя отражательной способности; и/или акустического импеданса и/или мнимой части показателя отражательной способности на основании действительной части показателя отражательной способности; и/или акустического импеданса с использованием преобразования Гильберта;

- минимизация одной или более оценок погрешности итерационным процессом до достижения причинности.

Вариант осуществления, в котором минимизацией обеспечивается оценка первой погрешности первой, действительной части отражательной способности и/или акустического импеданса на основании второй, мнимой части при использовании преобразования Гильберта, при этом оценка первой погрешности характеризует первый параметр компенсации, описывающий в основном погрешность, связанную с несоответствием характеристического импеданса акустической нагрузки относительно вычисления отражательной способности.

Вариант осуществления, в котором минимизацией обеспечивается оценка второй погрешности второй, мнимой части отражательной способности и/или акустического импеданса на основании первой, действительной части при использовании преобразования Гильберта, при этом оценка второй погрешности характеризует второй параметр компенсации, описывающий в основном погрешность, связанную с нераспространяющимися модами, являющимися результатом связи между зондовым узлом и нагрузкой.

Вариант осуществления, в котором оценивание также содержит этап итерационного оценивания объединенного набора из одного или более параметров компенсации на основании одной или более оценок погрешности.

Вариант осуществления, в котором итерационное и объединенное оценивание одного или более параметров компенсации включает в себя минимизацию второй погрешности, связанной с нераспространяющимися модами, и первой погрешности, связанной с несоответствием характеристического импеданса акустической нагрузки относительно вычисления отражательной способности в то же самое время.

Вариант осуществления, в котором параметр компенсации, найденный при минимизации оценки второй погрешности, содержит параметр обновления, при этом параметр обновления предназначен для обновления начального коэффициента компенсации путем добавления к обнаруженному акустическому отраженному сигналу для учета нераспространяющихся мод, и/или в котором параметр компенсации, найденный при минимизации оценки первой погрешности, содержит параметр обновления, при этом параметр обновления предназначен для обновления начального значения характеристического импеданса, используемого при вычислении отражательной способности.

Вариант осуществления, в котором начальный коэффициент компенсации определяют как акустическую массу, прибавляемую к измеренному первому, акустическому импедансу.

Вариант осуществления, в котором акустическая нагрузка является волноводом, музыкальным инструментом, звукопоглощающим устройством, слуховым каналом уха человека или другой акустической нагрузкой, акустический импеданс которой представляет интерес.

В варианте осуществления, относящемся к системе для измерения акустического импеданса, предназначенной для измерения акустического импеданса акустического устройства, система для измерения содержит

- зондовый узел, выполненный с возможностью размещения в акустической нагрузке, при этом акустическая нагрузка имеет первый конец и второй конец;

- блок формирования сигнала, формирующий электрический входной сигнал для акустического источника в зондовом узле, когда зондовый узел расположен на первом конце акустической нагрузки, для создания акустического стимула в ответ на электрический входной сигнал;

- измеряющий сигнал блок, измеряющий акустический отраженный сигнал детектором акустической энергии в зондовом узле;

- вычислительный блок, при этом указанный вычислительный блок выполнен с возможностью оценивания на основании обнаруживаемого акустического отраженного сигнала одного или более параметров компенсации, описывающих характеристики акустической нагрузки, при этом акустический отраженный сигнал определяется как показатель первого, акустического импеданса, а оценивание производится вычислительным блоком, выполненным с возможностью вычисления одного или более параметров компенсации на основании первого, акустического импеданса и второго, характеристического импеданса акустической нагрузки, при этом один или более параметров компенсации находятся минимизацией одной или более оценок погрешности, имеющих отношение к первому, акустическому импедансу и второму, характеристическому импедансу.

Вариант осуществления, в котором в вычислительном блоке в качестве входных данных используются по меньшей мере измеренный первый, акустический импеданс и начальный коэффициент компенсации, компенсирующий влияние нераспространяющихся мод, при этом начальный коэффициент компенсации прибавляется к первому, акустическому импедансу.

Вариант осуществления, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью осуществления в соответствии с изобретением ранее описанных вариантов осуществления способа для вычисления оценки первой погрешности и/или оценки второй погрешности, при этом оценка первой погрешности характеризует параметр компенсации, связанный с несоответствием характеристического импеданса между характеристическим импедансом акустической нагрузки, используемым при вычислении отражательной способности, и оценкой второй погрешности, характеризующей параметр компенсации, связанный с погрешностями, обусловленными нераспространяющимися модами, являющимися результатом связи между зондовым узлом и нагрузкой.

Предполагается, что структурные признаки устройств, рассмотренных выше в подробном описании и/или формуле изобретения, могут быть объединены с этапами способа при надлежащей замене соответствующим процессом.

Используемые формы единственного числа также подразумевают включение форм множественного числа (например, чтобы иметь смысловое содержание «по меньшей мере один»), если не оговорено иное. Кроме того, следует понимать, что терминами «включает в себя», «содержит», «включающий в себя» и/или «содержащий», используемыми в этом описании, точно определяется наличие изложенных признаков, единиц, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключается наличие или добавление одного или более других признаков, единиц, этапов, операций, элементов, компонентов и/или групп из них. Кроме того, следует понимать, что, когда элемент именуется «соединенным» или «связанным» с другим элементом, он может быть непосредственно соединен или связан с другим элементом, но также могут иметься промежуточные элементы, если не оговорено иное. Кроме того, термины «соединенный» или «связанный», используемые в этой заявке, могут охватывать беспроводное соединение или связь. Использованный в этой заявке термин «и/или» охватывает любые и все сочетания из одного или более соответствующих перечисляемых элементов. Этапы любого раскрытого способа не ограничены точным установленным порядком, если не оговорено иное.

Следует понимать, что упоминание повсюду в описании «одного варианта осуществления», или «варианта осуществления», или «аспекта», или «признаков, включенных как» может означать, что конкретные признак, структура или характеристика, описанные применительно к варианту осуществления, включаются в по меньшей мере один вариант осуществления изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут сочетаться, когда это допустимо, в одном или более вариантах осуществления изобретения. Вышеприведённое описание позволяет любому специалисту в данной области техники применить на практике различные аспекты, описанные в этой заявке. Для специалистов в данной области техники очевидны различные модификации этих аспектов, а общие принципы, определенные в этой заявке, могут быть применены к другим аспектам.

Формула изобретения не предполагается ограниченной аспектами, показанными в этой заявке, а должна соответствовать полному объему, соответствующему формулировке формулы изобретения, при этом упоминание отдельного элемента не предполагается означающим «один и только один», если не оговорено иное, а точнее, означает «один или более». Термин «некоторое количество» означает один или более, если не оговорено иное.

В соответствии с этим объем следует оценивать исходя из формулы изобретения, которая приводится ниже.

Изобретение относится к акустике. Способ компенсации первой и второй погрешностей содержит этап, на котором располагают зонд, содержащий громкоговоритель и микрофон в акустической нагрузке. Нагрузка имеет открытый конец и второй закрытый конец. Затем излучают громкоговорителем акустический сигнал, регистрируют микрофоном акустического зонда входной сигнал, создаваемый падающей частью и отраженной частью сигнала, распространяющегося по акустической нагрузке. Падающая часть выходного сигнала содержит плосковолновую часть и часть нераспространяющихся мод. Затем вычисляют акустический импеданс на основании соотношения между входным сигналом и выходным сигналом, при этом акустический импеданс включает в себя первую погрешность, обусловленную частью нераспространяющихся мод из падающей части, и причём первая погрешность определяется как приближение с использованием акустической массы. Затем задают начальное значение неизвестного характеристического импеданса акустической нагрузки; вычисляют показатель отражательной способности из соотношения между измеренным акустическим импедансом и начальным значением неизвестного характеристического импеданса, вычисляют погрешность оценки отражательной способности из преобразования Гильберта мнимой части показателя отражательной способности, вычитаемого из действительной части показателя отражательной способности и прибавляемого к мнимой единице, умноженной на обратное преобразование Гильберта действительной части показателя отражательной способности, вычитаемого из мнимой единицы, умноженной на мнимую часть показателя отражательной способности. Также вычисляют действительную часть погрешности оценки отражательной способности и мнимую часть погрешности оценки отражательной способности, итерационно регулируют акустическую массу до минимизации мнимой части погрешности оценки отражательной способности. Технический результат – повышение точности измерений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ компенсации первой погрешности, возникающей в показателе импеданса акустической нагрузки, обусловленной нераспространяющимися модами, вызывающими неточности показателя отражательной способности упомянутой акустической нагрузки, и второй погрешности, возникающей в упомянутом показателе отражательной способности, обусловленной тем, что упомянутая акустическая нагрузка имеет неизвестный характеристический импеданс (Z₀), при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:

- располагают зондовый узел в упомянутой акустической нагрузке, при этом упомянутый зондовый узел содержит громкоговоритель и микрофон, а упомянутая акустическая нагрузка имеет первый открытый конец и второй, по меньшей мере частично, закрытый конец, при этом расстояние между упомянутым первым открытым концом и упомянутым вторым, по меньшей мере частично, закрытым концом определяет длину упомянутой акустической нагрузки;

- формируют из упомянутого громкоговорителя акустический выходной сигнал, излучаемый в упомянутую акустическую нагрузку от упомянутого первого открытого конца и конфигурированный для распространения по упомянутой длине акустической нагрузки,

- регистрируют упомянутым микрофоном упомянутого акустического зонда входной сигнал, создаваемый падающей частью и отраженной частью упомянутого выходного сигнала, распространяющегося по упомянутой акустической нагрузке, при этом упомянутая падающая часть упомянутого выходного сигнала содержит плосковолновую часть и часть нераспространяющихся мод, причём способ дополнительно содержит этапы, на которых

i) вычисляют акустический импеданс (Z_m) на основании соотношения между упомянутым входным сигналом и упомянутым выходным сигналом, при этом упомянутый акустический импеданс (Z_m) включает в себя упомянутую первую погрешность, обусловленную упомянутой частью нераспространяющихся мод из упомянутой падающей части, и причём упомянутая первая погрешность определяется как приближение с использованием акустической массы (L);

ii) задают начальное значение (Z₀') упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀) упомянутой акустической нагрузки;

iii) вычисляют упомянутый показатель (R) отражательной способности из соотношения между упомянутым измеренным акустическим импедансом (Z_m) и упомянутым начальным значением (Z₀') упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀);

iv) вычисляют погрешность (ε_R) оценки отражательной способности из преобразования Гильберта мнимой части упомянутого показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из действительной части упомянутого показателя (R) отражательной способности и прибавляемого к мнимой единице (I), умноженной на обратное преобразование Гильберта упомянутой действительной части упомянутого показателя (R) отражательной способности, вычитаемого из упомянутой мнимой единицы (I), умноженной на мнимую часть упомянутого показателя (R) отражательной способности;

v) вычисляют действительную часть упомянутой погрешности (ε_R) оценки отражательной способности и мнимую часть упомянутой погрешности (ε_R) оценки отражательной способности;

vi) итерационно регулируют упомянутую акустическую массу (L) до минимизации упомянутой мнимой части упомянутой погрешности (ε_R) оценки отражательной способности, таким образом получая упомянутую первую погрешность, возникающую в упомянутом показателе отражательной способности вследствие упомянутых нераспространяющихся мод.

2. Способ по п. 1, причём способ дополнительно содержит этап, на котором

- итерационно регулируют упомянутое начальное значение (Z₀') упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀) до минимизации упомянутой действительной части упомянутой погрешности (ε_R) оценки отражательной способности, таким образом определяя упомянутый неизвестный характеристический импеданс (Z₀), ответственный за упомянутую вторую погрешность, возникающую в упомянутом показателе отражательной способности вследствие упомянутого начального значения (Z₀') упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀) упомянутой акустической нагрузки.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый этап итерационного регулирования упомянутой акустической массы (L) содержит итерационные этапы, на которых вычитают упомянутую акустическую массу (L) из упомянутого показателя (Z_m) акустического импеданса и обновляют упомянутый показатель отражательной способности и упомянутую мнимую часть упомянутой погрешности оценки отражательной способности до минимизации упомянутой мнимой части упомянутого показателя отражательной способности.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на упомянутых этапах регулирования упомянутого начального значения (Z₀') упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀) и на упомянутом этапе регулирования упомянутой акустической массы (L) учитывается отсутствие причинности, содержащееся в упомянутом показателе импеданса вследствие упомянутых нераспространяющихся мод и упомянутого неизвестного характеристического импеданса.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором погрешность (ε_R) оценки отражательной способности преобразуется в величину, представляющую упомянутое отсутствие причинности, содержащееся в упомянутом показателе (R) отражательной способности вследствие упомянутых нераспространяющихся мод и упомянутого неизвестного характеристического импеданса.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутая акустическая нагрузка является волноводом, музыкальным инструментом, звукопоглощающим устройством или слуховым каналом уха человека.

7. Способ по п. 6, в котором упомянутое начальное значение (Z₀') упомянутого характеристического акустического импеданса представляют как средний характеристический импеданс слуховых каналов уха человека при применении упомянутого способа для выполнения измерений отражательной способности упомянутого слухового канала уха человека, имеющего неизвестный характеристический импеданс (Z₀).

8. Измерительная система, выполненная с возможностью вывода показателя (R) отражательной способности для акустической нагрузки, при этом упомянутая измерительная система содержит

- зондовый узел, выполненный с возможностью размещения в акустической нагрузке, при этом упомянутый зондовый узел имеет громкоговоритель и микрофон, а упомянутая акустическая нагрузка имеет первый открытый конец и второй, по меньшей мере частично, закрытый конец, при этом расстояние между упомянутым первым открытым концом и упомянутым вторым, по меньшей мере частично, закрытым концом определяет упомянутую длину упомянутой акустической нагрузки; и

- блок формирования сигнала, формирующий из упомянутого громкоговорителя выходной сигнал, излучаемый в упомянутую акустическую нагрузку от упомянутого первого открытого конца и конфигурированный для распространения по упомянутой длине упомянутой акустической нагрузки, при этом

упомянутый микрофон упомянутого акустического зонда выполнен с возможностью регистрации входного сигнала, создаваемого падающей частью и отраженной частью упомянутого выходного сигнала, распространяющегося по акустической нагрузке, при этом система дополнительно содержит

вычислительный блок, выполненный с возможностью осуществления этапов i) - vi) способа по п. 1.

9. Измерительная система по п. 8, в которой вычислительный блок получает в качестве входного сигнала по меньшей мере упомянутый регистрируемый входной сигнал, обусловленный отражением упомянутого выходного сигнала от упомянутого, по меньшей мере частично, закрытого конца упомянутой акустической нагрузки, для вычисления упомянутого акустического импеданса (Z_m), включающего в себя акустическую массу, обусловленную упомянутыми нераспространяющимися модами, в соответствии с этапом i) по п. 1, и начального значения по меньшей мере одного из акустической массы (L) и/или упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀) в соответствии с этапом ii) по п. 1.

10. Измерительная система по любому из пп. 8, 9, в которой упомянутый вычислительный блок выводит

показатель (R) отражательной способности, включающий в себя упомянутую первую погрешность, возникающую за счет упомянутых нераспространяющихся мод, и упомянутую вторую погрешность, возникающую вследствие упомянутого неизвестного характеристического импеданса (Z₀), и

вычисляет действительную часть и мнимую часть упомянутой погрешности (ε_R) оценки отражательной способности в соответствии с этапом v) по п. 1,

при этом вычислительный блок при выполнении упомянутого этапа vi) регулирования по п. 1 выполнен с возможностью вывода скорректированного показателя (R) отражательной способности, при этом компенсируются упомянутая первая погрешность, возникающая вследствие нераспространяющихся мод, и упомянутая вторая погрешность, возникающая вследствие неизвестного характеристического импеданса упомянутой акустической нагрузки.