IEC 60318-72022 电声学.人头和耳朵模拟器.第7部分测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器标准立项发展报告

电声学人头和耳朵模拟器第7部分：测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Electroacoustics-Simulatorsofhumanheadandear-Part7:Headandtorsosimulatorforthemeasurementofsoundsourcesclosetotheear摘要随着个人音频设备、助听器、耳机及智能手机等近耳声源产品在全球范围内的广泛应用，其声学性能的准确评估已成为电声学领域的核心课题之一。人头与躯干模拟器作为替代真人受试者进行声学测量的标准化工具，其设计精度与计量方法直接影响产品研发、质量监管及用户体验的客观评价。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的IEC60318-7:2022《电声学人头和耳朵模拟器第7部分：测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器》标准，系统阐述了该标准的立项背景、技术内容、修订要点及产业应用价值。报告回顾了IEC60318系列标准的发展脉络，重点分析了第7部分在声学结构设计、自由场与扩散场响应修正、耳廓衍射模拟及佩戴可重复性等方面的关键技术指标，并结合助听器、耳机、通信终端等典型应用场景，深入探讨了该标准在推进电声计量体系完善、促进声学器件性能优化及支撑国际互认机制建设方面的重要意义。报告认为，IEC60318-7:2022的发布进一步强化了人头模拟器在近耳声源测量中的基准地位，为全球电声行业的技术创新与标准协同提供了有力支撑。关键词：电声学；人头与躯干模拟器；近耳声源；IEC60318-7；声学计量；标准化Keywords:Electroacoustics;Headandtorsosimulator;Soundsourcesclosetotheear;IEC60318-7;Acousticmeasurement;Standardization一、引言近年来，以耳机、助听器、入耳式监听设备及智能手机为代表的可穿戴声学产品持续迭代升级，消费者对音质表现、佩戴舒适性及听觉健康安全的关注度不断提升。在这一背景下，如何客观、精确、可重复地评价近耳声源的声学性能，成为电声学领域亟需回答的基础性技术问题。真人受试者测量虽能反映真实使用场景，但在声源定位精度、长时间测量稳定性、跨实验室可比性等方面存在固有局限。因此，采用具有标准化声学特征的人头与躯干模拟器（HeadandTorsoSimulator,HATS）作为测量载体，已成为国际电声计量领域的主流技术路径。国际电工委员会（IEC）下设的电声学技术委员会（TC29）长期致力于建立覆盖电声换能器、声学测量仪器及模拟器件等方向的国际标准体系。其中，IEC60318系列标准聚焦于人耳与头部声学模拟器的结构规范与计量方法，是该领域最具权威性和影响力的标准族之一。2022年6月，IEC正式发布IEC60318-7:2022，取代此前版本，为测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器确立了更新的技术规范，标志着近耳声源测量标准化进入新的发展阶段。本报告将从标准立项背景、技术内容解析、修订历程梳理、典型应用场景以及主要参与单位等维度，对IEC60318-7:2022展开系统分析，以期为电声行业的研发人员、标准化工作者及产业管理者提供全面的参考。二、标准概述与立项背景2.1标准基本信息IEC60318-7:2022《电声学人头和耳朵模拟器第7部分：测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器》由国际电工委员会电声学技术委员会（IEC/TC29）制定并发布，标准状态为现行有效。该标准的正式发布日期为2022年6月14日，官方语言为英语和法语，分类归属为电声学领域。标准全文以电子版加密PDF格式发行，用户需通过FileOpen插件在线访问，下载时间约1分钟。需说明的是，该电子版设有数字版权保护（DRM）技术限制，限定最多在3台电脑上安装使用，累计打印次数上限为5次，售价为2104.0元人民币。2.2标准立项背景在IEC60318-7:2022发布之前，关于人头与躯干模拟器的标准规范经历了较长时间的演进。早期版本主要参考了IEC60318-7:2011及其前身，其核心目标是为声学工程师提供一种与真人头部和躯干声学特性等效的物理测量平台。然而，随着声学测量技术的快速发展和近耳声源产品形态的日益多样化，2011版标准在以下方面逐渐暴露出局限：其一，随着高解析度音频、主动降噪及空间音频技术的普及，耳机的声学性能指标已远超传统频段的测试需求，对模拟器在宽频带范围内的声学响应一致性提出了更高要求；其二，耳廓的几何尺寸和声学衍射效应对近耳声源测量结果具有显著影响，2011版标准中对耳廓模拟的规定尚有细化空间；其三，对于助听器及医疗级听觉器件的测量，国际社会对模拟器的可重复性、跨实验室复现性以及仿真精度提出了更为严格的要求；其四，ITU-TP.58等国际电信标准与人头模拟器的协调性需要与IEC标准保持同步更新，以确保电信终端声学测试体系的连贯性和一致性。在上述背景下，IEC/TC29于2018年前后正式启动了IEC60318-7的修订工作，历经多轮工作组会议、国际投票和技术评审，最终于2022年完成发布。2.3标准适用范围IEC60318-7:2022明确规定了一种人头与躯干模拟器，该模拟器设计用于在自由声场或近似自由声场条件下，测量置于耳朵附近或佩戴于人头上的声源（如耳机、耳塞、头戴式受话器、助听器等）的声学性能。标准涵盖了模拟器的物理结构、几何尺寸、声学特性指标、校准方法以及验证程序等核心内容。它不仅适用于研发阶段的性能评估，也被广泛用于生产线上的质量一致性检验和第三方检测机构的合规性认证。需要特别指出的是，该标准是IEC60318系列标准中专门针对“近耳声源测量”场景的分标准。与同系列其他部分（如IEC60318-1针对耳塞式听力计耳机、IEC60318-2针对声学测试用仿真耳等）相比，第7部分最为突出的特点是引入了包含躯干部分的完整人头模型，以更真实地模拟声波在人体头肩部的反射与衍射效应。三、标准主要技术内容3.1整体结构与设计原则IEC60318-7:2022所定义的人头和躯干模拟器，是一个在声学性能上等效于实际成人头部和躯干的物理模型。该模拟器的设计遵循以下基本原则：第一，声学等效性。模拟器应再现真人头部与躯干对声波的散射、反射和衍射效应，确保其在声学上等效于一个具有统计代表性的人体结构。这要求在材料选择、几何尺寸和表面声学阻抗等方面进行精密控制。第二，测量可重复性。不同实验室间的模拟器测量结果应有良好的一致性，以确保跨实验室的数据可比性和测量结果的置信度。为此，标准规定了模拟器的关键尺寸公差和声学性能指标的允许偏差范围。第三，佩戴便利性。模拟器的耳部结构应支持多种类型近耳声源器件的安装与定位，包括耳罩式耳机、耳塞式耳机、入耳式耳机及助听器等，同时保证在反复安装和卸下过程中测量条件的一致性。3.2声学性能指标按照IEC60318-7:2022的规定，人头与躯干模拟器的声学性能指标主要涵盖以下几个方面：（1）自由场声学响应标准要求模拟器在自由场条件下，其耳道入口处的声压频率响应相对于无模拟器时的自由场声压应满足特定容差要求。这一指标是评价模拟器声学等效性的最核心参数之一，直接决定了在模拟器上测量的耳机的频响曲线能否真实反映其在实际人耳上的表现。2022版标准扩展了频率上限范围，将有效频率上限提升至16kHz乃至20kHz，以适应当前高保真音频设备的宽频测试需求。（2）扩散场声学响应除自由场条件外，模拟器在扩散声场条件下的响应也是评价其适用性的关键指标之一。扩散场响应与自由场响应之间的差异反映了模拟器对来自不同方向声波的平均敏感度特征，对于采用全向拾音或空间音频技术的设备测量尤为重要。（3）耳廓衍射效应模拟耳廓对高频声波具有显著的衍射和反射作用，直接影响佩戴者对外部声源的定位能力和近耳声源的频响感知。标准对模拟器耳廓部分的几何形态、材料硬度和声学反射特性作了明确要求，以确保高频段（尤其是6kHz以上）的测量精度。（4）声学隔离性能模拟器在耳道入口处应具备充分的声学隔离能力，以防止外部干扰噪声对测量结果的影响。标准中规定了模拟器耳道入口至内部传声器之间的声学密封要求和声泄漏指标。3.3校准与验证方法为确保测量数据的可信度，标准详细规定了对人头与躯干模拟器进行校准和定期验证的方法与程序。主要包括：-使用标准声源（如IEC60942规定的声校准器）对模拟器内部的传声器进行绝对声压灵敏度校准；-在自由场条件下测量模拟器的声学响应，并与标准参考曲线进行比较；-对耳廓区域进行局部声学响应测试，验证耳廓模拟的精度；-检查耳道入口的声学密封性和传声器的频率响应线性度。3.4关键修订要点相较于旧版IEC60318-7（2011年版及此前各版），2022年版标准在以下关键方面进行了技术修订：一是扩展了频率范围。标准将有效测量频率范围进一步拓宽，以满足超宽带音频设备和医疗级听力器件的测试需求。二是细化了耳廓模拟要求。新标准对耳廓的几何尺寸公差、声学硬度参数以及衍射特性提出了更明确的规定，并增加了关于不同耳廓形态适配性的说明。三是增加了对主动降噪耳机测试的适用性说明。新标准充分考虑了主动降噪耳机中参考传声器布置、泄漏效应补偿等特殊测试需求，在模拟器结构上给出了适配性建议。四是强化了实验室间比对的可操作性。标准在附录中增加了实验室间比对的推荐方法和数据处理指南，便于各检测机构进行测量结果的一致性评价。四、标准发展历程与国内外现状4.1IEC60318系列标准演变IEC60318系列标准最早可追溯至20世纪70年代关于仿真耳的标准制定工作。经过数十年的发展，该系列标准已形成了覆盖多种应用场景的完整标准族：-IEC60318-1：针对听力计耳机校准用声学仿真耳；-IEC60318-2：宽带声学测试用仿真耳；-IEC60318-3：用于听力计超音频耳机的有限带宽仿真耳；-IEC60318-4：声学测试用人耳模拟器；-IEC60318-5：用于听力计纯音气导导出口的2cm³耦合腔；-IEC60318-6：用于骨导听力计的机械耦合器；-IEC60318-7：测量耳朵附近声源的人头和躯干模拟器。各分标准各有侧重、相互衔接，共同构成了一个完整的电声模拟器标准体系。其中，IEC60318-7作为以人头和躯干整体为模拟对象的分标准，在整个系列中占据着独特的地位。4.2国际相关标准协调在IEC60318-7:2022的制修订过程中，IEC/TC29与多个国际标准化组织保持了密切的技术协调。其中最为关键的是与国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）的合作。ITU-TP.58建议书对用于电信终端声学测试的人头模拟器作出了技术要求，IEC60318-7与ITU-TP.58在技术内容上保持了高度一致性，但在编制体制和适用范围上各有侧重。两个标准的协同确保了电信终端设备在不同标准体系下的测试结果具有良好的兼容性和可比性。此外，IEC60318-7:2022也与ISO389系列（声学校准基准）及IEC61672系列（声级计标准）等文件保持了有效的技术衔接，保证了在声学计量链条中的协调一致。4.3国内标准转化与应用在产业层面，IEC60318-7:2022已被国内外主流声学检测机构、助听器制造商、耳机品牌企业和第三方实验室广泛采用。尤其是在2020年后，随着苹果AirPodsPro等支持主动降噪功能的TWS耳机大规模普及，基于人头与躯干模拟器的测试需求急剧增长，该标准在消费电子声学性能评价中的战略地位进一步提升。五、标准实施与应用场景5.1助听器性能评估助听器作为严格依赖电声性能的医疗器械，其性能检测对测量设备的精度和可重复性有着极高的要求。IEC60318-7:2022所规定的人头与躯干模拟器，能够真实模拟助听器佩戴状态下人体头部和躯干对声波的散射与衍射效应，使得在模拟器上测得的助听器电声性能指标（如满档声增益、最大输出声压级、总谐波失真、等效输入噪声等）能够可靠地反映助听器在实际使用中的表现。助听器制造企业利用该标准进行产品研发验证和出厂检验，同时各国医疗器械监管机构也认可基于该标准的检测结果作为助听器注册审批的技术依据。5.2耳机与可穿戴声学设备测试在消费电子领域，耳机产品的频率响应、失真特性、降噪深度和通话拾音质量等指标的测量，高度依赖于标准化的人头模拟器平台。IEC60318-7:2022在频率范围扩展、耳廓模拟精度和主动降噪适配性方面的改进，使得TWS耳机、头戴式降噪耳机、游戏耳机和监听耳机等产品的测量结果更加接近用户体验感知。目前，全球主要耳机品牌和第三方声学检测机构均采用符合IEC60318-7:2022要求的人头与躯干模拟器作为核心测试设备。5.3通信终端声学性能检测智能手机、平板电脑、笔记本电脑及会议终端等设备的语音通信性能与扬声器、麦克风阵列的声学设计密切相关。在电信终端入网检测中，IEC60318-7:2022规定的HATS被广泛用于送话器灵敏度/频率响应、受话器响度评定、侧音掩蔽评定（STMR）以及扬声器免提通话性能等指标的测量。特别是随着VoIP和5G语音业务的普及，近耳声源的声学性能检测需求不断上升，该标准的应用范围也随之扩大。5.4噪声暴露评估与人因工效学研究在职业噪声暴露评估和人因工效学研究领域，人头与躯干模拟器也被用于测量佩戴听力保护装置或耳机时人耳附近的实际声压级分布。IEC60318-7:2022提供了标准化的测量平台，使研究机构能够在可控条件下评估不同听觉设备对噪声暴露水平的影响，为职业健康标准和产品安全评价提供技术数据支持。六、主要起草单位与工作机构6.1IEC/TC29电声学技术委员会IEC60318-7:2022由IEC/TC29（电声学技术委员会）负责制定和维护。IEC/TC29成立于1954年，是IEC中历史最为悠久且最为活跃的技术委员会之一，其工作领域涵盖电声测量仪器、换能器、声学仿真器件以及相关测量方法的标准制定。TC29的秘书处由丹麦标准协会（DanishStandards