丹麦 Brüel & Kjær 高频头和躯干模拟器 5128-C

Hottinger Brüel & Kjær A/S 的 HF HATS 5128-C 型为厂商现行产品：头部安装在躯干上，配两个耳模拟器；-111 与 -771 配置另含嘴模拟器。 每个耳模拟器由硅胶耳廓、类人耳道和堵耳式耳模拟器组成，内置预极化传声器、CCLD 前置放大器和 TEDS。 频率范围 20 Hz 至 20 kHz；耳模拟器灵敏度 250 Hz 时 13.0 mV/Pa；嘴模拟器在嘴参考点 200 Hz 至 3 kHz 不低于 110 dB SPL；符合 ITU-T P.58、IEC 60318-7、ANSI S3.36。 用于耳机、智能手机、头戴耳机、会议电话和助听器的原位电声测试。 随机交付 DI-0658、BC-5009 数据盘和航空箱；选配手机定位器 4606、声校准器 4231 和三脚架部件。 手册说明该设备不得在易爆环境中使用。

仪器信息

品牌Brüel & Kjær
型号5128-C
分类人工头（高频头和躯干模拟器）
仪器编码denmark-bruel-and-kjaer-high-frequency-head-and-torso-simulator-5128-c
在售状态在售
地区来源丹麦
更新时间2026-10-10
研究领域电声学与声学测量、音频工程、空间音频与双耳音频、心理声学与听感主观评价、虚拟现实与增强现实音频、计算声学与数值仿真

技术参数

共 104 条规格记录

型号变体订货号5128-B-110；5128-B-111；5128-C-110；5128-C-111；5128-C-771；5128-D-111（Type 5128 系列）
系统构成形式头部安装于躯干之上，代表成年人体国际平均尺寸（Type 5128-C/D）
系统构成形式采用与 Type 5128-C/D 相同的头部，以支撑底座替代躯干；通常配两个耳模拟器，一般不含嘴模拟器（Tabletop HATS Type 5128-B）
外壳分体与可拆解形式头部与躯干两部分；躯干为一体式、不可拆解（Type 5128-C/D）
耳模拟器结构形式可拆卸硅胶橡胶耳廓 + 仿人耳道 + 封闭耳模拟器（内含预极化测量传声器与 CCLD 传声器前置放大器）（Type 5128-C/D 耳模拟器）
耳道几何依据基于 MRI 的耳道几何，由多名受试者的解剖扫描综合得出（Type 5128-C）
嘴模拟器结构形式高顺性扬声器 + 内置集成放大器，经声学传输通道至嘴开口（Type 5128-C/D 嘴模拟器）
听者自由场频率响应定义由自由场到鼓膜的声学自由场传递函数，综合躯干、头部、耳廓与耳道的影响；电信领域称头相关传递函数（HRTF）（Type 5128-C/D）
频率范围20 Hz–20 kHz（HF HATS Type 5128-C）
耳模拟器灵敏度13.0 mV/Pa（–37.7 dB re 1 V/Pa，±2.2 dB，@250 Hz）（Type 5128-C/D，耳模拟器 Type 4620-R/4620-L）
耳模拟器灵敏度15.8 mV/Pa（–37.7 dB re 1 V/Pa，±2.2 dB，@250 Hz）（用户手册 BE 1909 – 14（2019 年 12 月）版本，Type 5128-C/D）
耳模拟器3%谐波失真声压级160 dB re 20 μPa（鼓膜位置）（Type 5128-C/D，3% 谐波失真）
耳模拟器本底噪声27.5 dB SPL(A) re 20 μPa（鼓膜位置，典型值）（Type 5128-C/D）
左右耳通道跟踪一致性5 kHz 以内优于 ±1 dB；20 kHz 以内优于 ±3 dB（典型值）（Type 5128-C/D）
耳廓间一致性任意两个左耳廓或任意两个右耳廓之间的差异小于 1 dB（Type 5128 更换耳廓时）
嘴模拟器最大连续输出声压级≥110 dB SPL（200 Hz–3 kHz）；≥100 dB SPL（100 Hz–11.8 kHz）；≥95 dB SPL（100 Hz–12.5 kHz）（MRP 处，正弦音）
嘴模拟器最大连续输出声压级≥106 dB SPL（50 Hz–16 kHz）；≥100 dB SPL（20 Hz–20 kHz）（MRP 处，1/3 倍频程粉红噪声）
嘴模拟器灵敏度94 dB SPL @ 35 mVrms；110 dB SPL @ 0.2 Vrms；120 dB SPL @ 0.7 Vrms（典型值）（1 kHz，MRP 处）
嘴模拟器谐波失真100 Hz 处小于 14%；300 Hz–11.8 kHz 小于 1%（94 dB SPL）
嘴模拟器声压分布符合 ITU-T Rec. P.58（Type 5128-C/D）
耳模拟器输出接口形式BNC（连接器面板）（Type 5128-C/D）
嘴模拟器输入接口形式BNC（连接器面板）（Type 5128-C/D）
嘴模拟器最大输入电压0.7 Vrms（连续输入）（20 °C (68 °F)）
嘴模拟器最大输入电压1.5 Vrms（脉冲输入，持续时间不超过 2 s）
嘴模拟器输入阻抗大于 30 kΩ（Type 5128-C/D）
嘴模拟器放大器增益19 dB ±0.3 dB（典型值）（Type 5128-C/D）
保护电路触发电压阈值1 V（Type 5128-C/D 嘴模拟器保护电路）
保护电路检测时间12 s（Type 5128-C/D 嘴模拟器保护电路）
保护电路恢复时间2 s（扬声器静音）（Type 5128-C/D 嘴模拟器保护电路）
保护电路复位时间约 30 s（驱动信号断开后，Type 5128 嘴模拟器过载保护电路）
耳模拟器传声器极化方式预极化，无需外部极化电压（Type 5128 耳模拟器）
TEDS 电子数据存储功能支持；部分校准信息电子存储于传声器前置放大器内的芯片中（Type 5128）
耳模拟器配置右耳 Type 4620-R，左耳 Type 4620-L（Type 5128-C/D 出厂配置左右耳模拟器）
耳模拟器校准方式使用声校准器 Type 4231 配校准器适配器 DI-0658，修正后输出声压级 95.2 dB（Type 5128 耳模拟器校准）
耳廓材质硅胶橡胶（可拆卸）（Type 5128-C/D 耳模拟器）
耳廓硬度35（Shore-OO 标尺）（Type 5128-C/D 随机耳廓，符合 ITU-T Rec. P.57）
耳廓更换周期建议在标签标注日期起三年内更换（Type 5128 耳廓维护）
耳廓快拆功能每个耳廓模拟器下方设快速释放按钮，可取下耳廓及周围软质区域以便维护与清洁（Type 5128-C/D）
标准配置校准器适配器 DI-0658；传声器支架 UI-0209；UI-0209 用适配器 DI-1058；数据盘 BC-5009；电源与电源线 ZG-0426；航空箱 KE-4364（Type 5128-C-111 / 5128-C-771 / 5128-D-111）
标准配置校准器适配器 DI-0658；数据盘 BC-5009；航空箱 KE-4364（Type 5128-C-110）
可选配件声校准器 Type 4231（选配）
可选配件1/4 inch 压力场传声器 Type 4938（200 V 极化电压）；预极化 1/4 inch 压力场传声器 Type 4944-A；1/4 inch 传声器前置放大器 Type 2670（选配）
可选配件双通道 CCLD 调理放大器 Type 1704-A-002；双通道 CCLD 调理放大器 Type 2693-A-0S2（选配）
可选配件手机定位器 Type 4606；定心叉 UA-1537、UA-1587；深托架 UA-1642；安装支架对准销 UA-4132；参考传声器支架适配器 UA-4134；桌面式支撑底座 UA-2180；重型三脚架 WQ-2701；汽车座椅夹具 WA-1647；支撑脚 UA-1043；三脚架适配器 UC-5290（选配）
可选配件带可调颈环的躯干 UC-5345（选配，用于维修）
手机定位器标准位置角度∠A = 21.2°；∠B = 12.9°；∠C = 2.3°（ITU-T Rec. P.64 定义的 HATS 位置；Handset Positioner for HATS Type 4606）
手机定位器角度调节范围∠A 可调 +15° 至 +35°；∠B 可调 +30° 至 −10°；∠C 可调 +20° 至 −20°（Handset Positioner for HATS Type 4606）
手机定位器角度分辨率0.5°（Handset Positioner for HATS Type 4606）
手机定位器耳参考点定位精密度相对 HATS 耳廓标称 ERP 1 mm 以内（Handset Positioner for HATS Type 4606，安装到位后）
手机定位器施加耳力范围0–18 N（Handset Positioner for HATS Type 4606）
手机定位器端部止挡调节范围8–36 mm（Handset Positioner for HATS Type 4606，0 mm 位于手机 ERP 处）
手机定位器偏置调节范围±（手机宽度的一半减 8 mm）（Handset Positioner for HATS Type 4606，非对称手机）
手机定位器重量1.4 kg（含托架，不含手机）（Handset Positioner for HATS Type 4606）
对准夹具重量2.4 kg（不含托架）（Handset Positioner for HATS Type 4606 配套对准夹具）
定心叉适用手机宽度范围最小 26 mm，最大 92 mm（定心叉 UA-1587）
定心叉适用手机宽度范围最小 26 mm，最大 66 mm（定心叉 UA-1537）
定心叉适用手机厚度范围最小 >0 mm，最大 44 mm（定心叉 UA-1537 与 UA-1587）
校准数据文件格式ASCII 格式（.txt / .csv 文件）（随机数据盘 BC-5009）
校准数据文件格式bkm、bkt 扩展名文件，适配 Brüel & Kjær 软件产品，也可用 Microsoft 记事本等程序查看（随机数据盘）
整机高度695 mm（Type 5128-C/D）
头部总高290 mm（Tabletop HATS Type 5128-B）
躯干高度460 mm（Type 5128-C/D）
躯干宽度410 mm（Type 5128-C/D）
躯干深度183 mm（Type 5128-C/D）
颈部外径112 mm（Type 5128-C/D）
头部倾角设置垂直或前倾 17°（Type 5128-C/D）
嘴开口尺寸30 × 11 mm（宽×高）（标准嘴插入件）
嘴开口尺寸42 × 16 mm（宽×高）（更换可拆卸嘴适配器 SO-0007 的另一种孔径）
等效唇平面位置嘴开口前方 6 mm（Type 5128-C/D）
嘴参考点位置等效唇平面前方 25 mm（Type 5128-C/D）
整机重量9 kg（Type 5128-C/D）
整机重量6.8 kg（Tabletop HATS Type 5128-B）
耳模拟器重量0.1 kg（Type 4620-R-001 / 4620-L-001）
三脚架安装螺纹规格3/8″ × 16 UNC，深度 15 mm（Tabletop HATS Type 5128-B 支撑底座底部）
固定螺孔螺纹规格M3（Type 5128-C/D 机身各处定位固定孔）
安装方式自由站立、安装于三脚架，或经三脚架安装适配器置于转台上（HF HATS Type 5128-C/D）
工作温度范围−5 °C 至 +40 °C（工作）
存储温度范围−25 °C 至 +70 °C（存储）
工作湿度范围93% RH（40 °C 非冷凝）（IEC 60068–2–78 湿热试验）
抗振性0.3 mm，20 m/s2，10–500 Hz（非工作状态，IEC 60068–2–6）
抗碰撞性1000 次，250 m/s2（非工作状态，IEC 60068–2–29）
安全标准符合性EN/IEC 61010–1；ANSI/UL 61010–1
EMC 发射标准符合性EN/IEC 61000–6–3；CISPR 32 Class B 限值；FCC Rules Part 15 Class B
EMC 发射标准符合性EN/IEC 61000–6–3；CISPR 22 Class B 限值；FCC Rules Part 15 Class B（用户手册 BE 1909 – 14（2019 年 12 月）版本）
EMC 抗扰度标准符合性EN/IEC 61000–6–1；EN/IEC 61326
辐射射频抗扰度残余输出小于 10 μV（Type 5128-C；80–2700 MHz，80% AM 1 kHz，10 V/m；输入短路，RMS 值）
辐射射频抗扰度残余输出小于 47 μV（Type 5128-B；80–2700 MHz，80% AM 1 kHz，10 V/m；输入短路，RMS 值）
传导射频抗扰度残余输出小于 20 μV（Type 5128-C；0.15–80 MHz，80% AM 1 kHz，10 V；输入短路，RMS 值）
传导射频抗扰度残余输出小于 35 μV（Type 5128-B；0.15–80 MHz，80% AM 1 kHz，10 V；输入短路，RMS 值）
磁场抗扰度残余输出小于 3 μV（Type 5128-C；80 A/m，50 Hz；输入短路，RMS 值）
磁场抗扰度残余输出小于 12 μV（Type 5128-B；80 A/m，50 Hz；输入短路，RMS 值）
CE 符合性声明CE 标志为制造商声明产品满足适用欧盟指令的要求
RCM 标志合规性符合适用的 ACMA 技术标准（电信、无线电通信、EMC 与 EME）
China RoHS 合规性符合中国电子信息产品污染控制管理办法
WEEE 指令合规性符合欧盟 WEEE 指令
头与躯干几何标准符合性ITU-T Rec. P.58（2021-06）；IEC 60318-7（2017-04）；ANSI S3.36（1985）（Type 5128-C/D）
头与躯干几何标准符合性ITU-T Rec. P.58；IEC 60318-7；ANSI S3.36（Tabletop HATS Type 5128-B）
耳廓标准符合性ITU-T Rec. P.57（2021-06）（Type 5128 随机耳廓）
耳模拟器标准符合性耳模拟器已获 ITU-T 认可，作为 P.57（耳模拟器标准）与 P.58（HATS 标准）要求的标准化解决方案
嘴模拟器标准符合性ITU-T Rec. P.58（Type 5128 高频嘴模拟器）
手机定位标准符合性ITU-T Rec. P.64（2019-06）（Type 5128-D，标准化位置测量）
听者频率响应依据标准ITU-T Rec. P.58；IEC 60318-7；ANSI S3.36（Type 5128-C/D 听者频率响应）
适用测试对象耳机、智能手机、headsets、会议电话与助听器的原位电声测试（HF HATS Type 5128-C）
使用环境限制不得用于潜在爆炸性环境，不得在存在易燃液体或气体的场合操作

相关实验室

以下机构来自本仪器关联论文的作者署名，不代表已确认采购或持有该仪器。

Meta 现实实验室研究院

地区：美国

署名作者：塞巴斯蒂亚·V·阿门瓜尔·加里、塞塔雷·哈贾罗拉斯瓦迪、塞巴斯蒂安·普雷佩利察、塞巴斯蒂安·T·普雷佩利察

研究方向：增强现实、双耳房间脉冲响应、盲系统辨识、麦克风阵列

关联论文 3 篇

哈曼国际工业公司

地区：美国

署名作者：肖恩·奥利夫

研究方向：入耳式耳机目标曲线、ITU-T Type 4.3 耳模拟器、5128 型头和躯干模拟器、听者偏好

关联论文 1 篇

瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学

地区：瑞典

署名作者：托马斯·德皮施

研究方向：增强现实、双耳房间脉冲响应、盲系统辨识、麦克风阵列

关联论文 1 篇

FORCE Technology 感官实验室

地区：丹麦

署名作者：加布里埃莱·拉维扎、托雷·斯特根堡-安徒生

研究方向：耳机目标曲线、封闭式全罩耳耳机、听音测试、听众偏好

关联论文 1 篇

实验方法

研究方向：耳机目标频响曲线与听者偏好研究、头相关传输函数（HRTF）测量与验证、人工头躯干模拟器的数字孪生与有限元建模、面向可穿戴设备的双耳房间脉冲响应测量、高频段（至 20 kHz）耳模拟器声学特性表征、耳机与智能设备客观测量与主观评价的相关性研究

基于 5128 高频人工头的耳机目标频响曲线主观偏好评价实验

方法说明：以 Brüel & Kjær 5128 型高频人工头（高频头和躯干模拟器）为客观测量基准，测得头戴式或入耳式耳机在其耳模拟器鼓膜处的幅度频响曲线，并把若干候选目标曲线（如 Harman 曲线及其修正版、自由场曲线、扩散场曲线、SoundGuys 偏好曲线等）统一换算到 5128 测量坐标系下；随后用均衡滤波把这些曲线施加到回放通路上，在受控听音室内组织听者对同一音乐素材下的各条曲线进行偏好评分，最后用统计与聚类方法确定最受偏好的目标曲线以及听者分群规律。该方法把 5128 从单纯的测量夹具提升为主客观关联的公共参考基准，用于建立适用于 ITU-T Type 4.3 类耳模拟器的新一代耳机目标曲线。

实验仪器：高频头和躯干模拟器（人工头） 5128；耳模拟器 4620；参考回放头戴式耳机 DT 770 PRO；内置 MEMS 麦克风的改装入耳式耳机 MOMENTUM；听音评分与刺激呈现软件系统

实验步骤

  1. 耳机频响的人工头客观测量

    说明：把待测的封闭式头戴耳机或入耳式耳机按规范佩戴在 5128 型人工头上，采集耳模拟器鼓膜参考点处的幅度频响曲线，多次重新佩戴后取平均以降低位置误差。

    关键点：5128 内置 ITU-T Type 4.3（IEC 60318-4 类）耳模拟器与仿真耳道，使可用测量带宽从传统 8 kHz 扩展到 20 kHz；重复佩戴取平均是高频段可重复性的关键。

  2. 候选目标曲线的整理与换算

    说明：收集既有目标曲线（Harman 2015/2018、自由场、扩散场、SoundGuys 偏好曲线、Senselab 候选曲线等），统一换算到 5128 测量域，并由实测耳机曲线派生出若干修正曲线，构成完整的候选曲线集合。

    关键点：不同人工头（4128 与 5128）的耳道与鼓膜阻抗不同，曲线必须经过测量域换算后才可比较，否则高频差异会被误判为偏好差异。

  3. 听音刺激的生成与响度对齐

    说明：选取多段具有代表性的音乐片段（约 10～20 秒），用数字滤波器把各条候选曲线施加到回放信号上，并按 ITU-R 响度标准对所有刺激做响度对齐。

    关键点：响度必须逐条对齐，避免听者把响度差异误判为音色偏好；滤波器需保证相位与幅度精度，防止引入额外染色。

  4. 回放通路的标定与均衡

    说明：选用参考耳机（头戴式实验）或内置 MEMS 麦克风的改装入耳式耳机（入耳式实验）作为回放器件，先测出其自身响应并做逆滤波补偿，使听者耳中实际收到的响应等于设定的目标曲线。

    关键点：入耳式实验中在耳塞内嵌麦克风做个体化在耳标定，可消除耳塞插入深度与密封差异带来的低频与高频偏差。

  5. 受控听音测试

    说明：在符合听音室要求的实验室中组织听者，用 MUSHRA 式或百分制评分界面对每条曲线下的音乐素材评分，每条曲线在每个节目素材上重复多次观测。

    关键点：采用盲测与随机呈现顺序；跨地区（如丹麦与日本）分组可检验目标曲线偏好的文化与人群稳健性。

  6. 统计分析与听者分群

    说明：对评分做方差分析与均值置信区间比较，确定显著优选的曲线；再用层次聚类等方法按偏好相似性对听者分群，并分析年龄、听音训练程度等协变量。

    关键点：聚类揭示存在偏好不同低频量与高频量的听者子群，说明单一目标曲线不能覆盖全部听众，需要给出默认曲线加可调偏移。

实验数据

耳机幅度频响曲线

数据来源：5128 型人工头耳模拟器鼓膜参考点处的测量结果

实验样本：20 Hz～20 kHz 频段内的声压级曲线，低频（<125 Hz）相对基准抬升小于 5 dB，2～8 kHz 抬升约 5～10 dB

数据呈现：对数频率轴-声压级（dB）折线图，多条曲线叠加并标注目标曲线

听者偏好评分

数据来源：听音测试中听者对各条曲线的评分记录

实验样本：0～100 分连续评分，同一曲线在 3 个音乐节目上各重复 2 次观测

数据呈现：带 95% 置信区间的均值柱状图或误差棒图，按曲线排序

听者聚类结果

数据来源：对偏好评分矩阵做相似度计算得到的分群结果

实验样本：两类听者，其中约 72% 属于偏好第一类目标曲线的群体，约 28% 偏好低频少 2 dB、高频多 2 dB 的曲线

数据呈现：树状聚类图与各类听者的平均偏好曲线对比图

回放通路标定数据

数据来源：参考耳机或改装入耳式耳机的在耳测量与逆滤波结果

实验样本：回放器件原始响应曲线与均衡后残差曲线（残差通常控制在数 dB 以内）

数据呈现：均衡前后响应对比曲线图

5128 型人工头数字孪生建模与 HRTF 有限元仿真-实测验证实验

方法说明：以 Brüel & Kjær 5128 型高频人工头为实物原型，通过高精度三维扫描重建其头部、躯干、耳廓与仿真耳道几何，并对内置的 4620 型耳模拟器及其鼓膜等效阻抗终端建模，在有限元声学求解器中计算远场头相关传输函数（HRTF）；同时在消声环境中用 5128 实测同方向的 HRTF，通过仿真与实测的逐频点对比确定数字孪生的有效频带与误差水平。在此基础上进一步用高速全息干涉术测量人工耳廓在声激励下的振动模式，并分别按刚性边界与线弹性（接近耳廓软骨的材料参数）两种假设仿真 HRTF，量化耳廓弹性振动对 HRTF 幅度的影响。

实验仪器：高频头和躯干模拟器（人工头） 5128；耳模拟器 4620；高速全息干涉测量系统；三维几何扫描设备；消声室 HRTF 测量用扬声器与数据采集系统

实验步骤

  1. 人工头几何扫描与数字重建

    说明：对 5128 型人工头（含台式构型）做高精度三维扫描，重建头部、躯干、耳廓及完整的平均人耳耳道几何，生成可用于有限元计算的封闭曲面模型。

    关键点：耳廓沟回与耳道细节直接决定 10 kHz 以上的 HRTF 精度，扫描分辨率与表面修补质量是数字孪生保真度的前提。

  2. 耳模拟器与鼓膜阻抗建模

    说明：在数字孪生中加入 4620 型耳模拟器的腔体结构，并以等效终端耦合腔复现平均鼓膜阻抗的频率响应，使仿真的参考点与实测的鼓膜参考点一致。

    关键点：用终端阻抗边界代替实体传声器结构，既保留声学负载特性又显著降低网格规模；阻抗曲线的准确度决定耳道共振区仿真误差。

  3. 有限元声学网格划分与求解

    说明：在 COMSOL 等有限元平台中对模型划分网格并施加平面波或点源入射，逐方向、逐频率求解耳道内参考点的声压，得到仿真 HRTF。

    关键点：网格尺寸需满足每波长足够单元数以支持到 20 kHz 的计算；需设置完美匹配层等无反射边界模拟自由场。

  4. 消声条件下的 HRTF 实测

    说明：把实物 5128 人工头置于消声环境中，在水平面若干方向上用扬声器播放激励信号，采集左右耳模拟器输出并扣除参考响应，得到实测 HRTF。

    关键点：声源指向性与距离、人工头定位精度、反射抑制程度是实测不确定度的主要来源，需与仿真的边界条件严格对应。

  5. 仿真与实测对比验证

    说明：将同方向的仿真与实测 HRTF 幅度谱叠加比较，计算频带内的偏差，确认数字孪生在目标频带内的有效性。

    关键点：重点检查耳廓反射引起的高频谷（notch）位置与深度是否吻合，这是判断几何重建质量的敏感指标。

  6. 耳廓振动测量与刚性/弹性对比仿真

    说明：用高速全息干涉系统测量人工耳廓在声激励下的面外振动模式，然后分别以刚性边界和接近耳廓软骨材料参数的线弹性体建模，重复 HRTF 仿真并比较两者差异。

    关键点：结果表明 5 kHz 以下耳廓振动对 HRTF 幅度影响可忽略，更高频段结论相同但置信度下降；弹性域材料参数的取值对结论影响显著。

实验数据

仿真与实测 HRTF 幅度谱

数据来源：有限元仿真结果与 5128 人工头消声环境实测结果

实验样本：水平面三个入射方向上的左右耳传输函数幅度曲线，覆盖至 20 kHz

数据呈现：对数频率轴-幅度（dB）曲线叠加图，仿真与实测用不同线型区分

耳廓表面振动场

数据来源：高速全息干涉测量系统对人工耳廓的面外位移测量

实验样本：不同激励频率下耳廓表面的振型图与纳米～微米量级位移幅值

数据呈现：耳廓表面位移幅值云图（振型图）随频率变化的序列

刚性与弹性耳廓 HRTF 差异

数据来源：分别按刚性边界与线弹性材料设置的有限元仿真结果

实验样本：两种假设下的 HRTF 幅度差值曲线，5 kHz 以下差异可忽略

数据呈现：差值（dB）随频率变化的曲线图，按方向分面板绘制

耳模拟器等效鼓膜阻抗

数据来源：4620 型耳模拟器终端耦合腔的阻抗建模与标定数据

实验样本：声阻抗幅值与相位随频率变化的曲线

数据呈现：阻抗幅值-相位双轴曲线图

方法关联论文：声致耳廓振动对头相关传输函数的影响：实验与数值研究

5128 人工头佩戴智能眼镜阵列的房间/双耳脉冲响应测量与盲辨识验证实验

方法说明：把 Brüel & Kjær 5128-C 型高频人工头作为可穿戴声学设备的标准佩戴载体：让人工头佩戴带 8 路麦克风阵列的智能眼镜，在多个真实房间内用全指向声源测量多通道房间脉冲响应（RIR），同时用人工头自身的耳模拟器采集同位置的双耳房间脉冲响应（BRIR）作为参考真值；此外还利用人工头的嘴模拟器作为近场声源做补充测量。所得数据集用于训练与评估仅凭几秒语音即可盲估计 BRIR 的算法，并通过混响时间、直达-混响能量比等房间声学参数以及双耳听音实验验证估计精度。

实验仪器：高频头和躯干模拟器（人工头） 5128-C；全指向（无指向性）测量扬声器 4295；智能眼镜多通道麦克风阵列；有源监听扬声器 8320A；嘴模拟器 5128-C

实验步骤

  1. 人工头与可穿戴阵列的装配

    说明：把带 8 路麦克风的智能眼镜按真实佩戴方式戴在 5128-C 型人工头上，记录各麦克风相对于双耳参考点的空间位置。

    关键点：人工头提供符合平均成人头部与躯干尺寸的散射体，使阵列信号包含真实佩戴条件下的头部遮挡与耳廓效应；佩戴位置需固定并可复现。

  2. 多房间脉冲响应测量

    说明：在覆盖不同体积与混响条件的多个房间内，用全指向声源播放扫频激励，同步采集眼镜阵列各通道与人工头双耳的脉冲响应。

    关键点：测量覆盖 23 个房间、体积 70～1215 立方米、混响时间 0.4～1.4 秒、声源-接收距离 0.9～8.0 米，采样率统一为 48 kHz，以保证数据集的声学多样性。

  3. 参考 BRIR 采集

    说明：利用 5128-C 内置耳模拟器在同一声源-接收位置采集双耳房间脉冲响应，作为盲估计算法的参考真值。

    关键点：5128 的高频耳模拟器把可用带宽扩展至 20 kHz，使参考 BRIR 在高频段仍具备可信的双耳线索。

  4. 近场与嘴模拟器补充测量

    说明：使用人工头的嘴模拟器作为近场语音声源，测量自体发声路径与近距离声源条件下的响应。

    关键点：嘴模拟器提供标准化的近场语音指向性与声级，便于复现佩戴者自身说话场景。

  5. BRIR 盲辨识算法处理

    说明：对阵列采集的数秒语音先做去混响与波束形成生成伪参考信号，再用多通道维纳滤波估计房间脉冲响应，并转换为双耳房间脉冲响应。

    关键点：伪参考信号的质量决定维纳滤波的辨识精度；多通道结构利用了眼镜阵列的空间自由度。

  6. 客观参数评估与听音实验

    说明：由估计得到的脉冲响应计算混响时间与直达-混响能量比等参数，与实测参考值比较；并通过耳机回放做双耳听音实验，让被试比较估计 BRIR 与其他房间实测 BRIR 的真实感。

    关键点：听音实验用有源监听扬声器布置的真实房间作对照场景，验证客观指标改善能否转化为可感知的听觉真实感提升。

实验数据

多通道房间脉冲响应

数据来源：智能眼镜 8 路麦克风阵列在 23 个房间内的扫频测量

实验样本：48 kHz 采样、8 通道时域脉冲响应，房间体积 70～1215 立方米，混响时间 0.4～1.4 秒

数据呈现：时域波形与能量衰减曲线、时频谱图

双耳房间脉冲响应（BRIR）

数据来源：5128-C 人工头双耳耳模拟器输出

实验样本：左右耳时域脉冲响应及对应的双耳频响与双耳时间/强度差

数据呈现：左右耳波形叠加图与双耳频响曲线图

房间声学参数估计值

数据来源：由实测与盲估计脉冲响应计算得到的声学参数

实验样本：混响时间（T30）与直达-混响能量比（DRR）的估计值及其与真值的误差

数据呈现：估计值-真值散点图与误差箱线图，按频带分组

听音实验评分

数据来源：基于耳机回放的双耳听音对比实验

实验样本：被试对估计 BRIR 与其他房间实测 BRIR 在房间真实感上的评分与优选比例

数据呈现：带置信区间的均值柱状图

方法关联论文：基于智能眼镜的双耳房间脉冲响应盲辨识

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头和躯干模拟器的数字孪生：远场头相关传递函数的实测验证

原文题名：Digital Twin of a Head and Torso Simulator: Validation of Far-Field Head-Related Transfer Functions with Measurements

发表年份：2022

作者：塞塔雷·哈贾罗拉斯瓦迪；布里塔尼·埃辛克；巴勃罗·F·霍夫曼；艾伦·吴；乌尔里克·斯科夫；塞巴斯蒂安·普雷佩利察

刊源：AES International Conference on Audio for Virtual and Augmented Reality

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摘要 · 中文整理：为头和躯干模拟器（HATS）开发高保真数字孪生，可以提供可靠的仿真结果，从而替代繁琐的测量，并促进 AR/VR 产品的快速高效设计。本文为 Brüel & Kjær 高频头和躯干模拟器 Type 5128 开发并验证了一个数字孪生。该数字孪生使用了 HATS 的高精度扫描模型，并刻画了耳模拟器（Type 4620）的行为，包括完整的平均人耳耳道几何以及一个模拟平均鼓膜阻抗响应的终端耦合腔。研究在 COMSOL 中建立了有限元声学仿真，在水平面三个空间方向上以实测数据验证远场头相关传递函数（HRTF）。为提高验证结论的置信度，对仿真开展了粗略的收敛性研究，并将实测结果与厂商的参考测量数据进行了比对。

原文摘要：Developing high-fidelity digital twins of head and torso simulators (HATS) provides us with reliable simulations that could replace tedious measurements and facilitate the rapid and efficient design of AR/VR products. In this work, we develop and validate a digital twin of the Brüel and Kjær high-frequency HATS Type 5128. The digital twin uses an accurate scan of the HATS and captures the behavior of the ear simulator (Type 4620), including the full average human ear canal geometry and a termination coupler emulating an average eardrum impedance response. Finite-element acoustic simulations in COMSOL are set up to validate the far-field head-related transfer function (HRTF) with measurements for three spatial directions in the horizontal plane. To increase the confidence in the validation results, a rough convergence study is conducted for the simulations, and measurements are compared against the manufacturer's reference measurements.

关键词：数字孪生、头和躯干模拟器、头相关传递函数、有限元声学仿真、耳模拟器、增强现实与虚拟现实音频

研究目标：解决 AR/VR 声学产品设计中依赖人工头实测、周期长且成本高的问题，建立可替代实测的 5128 型人工头高保真数字孪生模型。

主要结论：基于高精度扫描与 4620 型耳模拟器建模的数字孪生，在水平面三个方向上的远场 HRTF 仿真结果与 5128 实测结果吻合良好，证明该数字孪生可用于替代部分实测并支撑 AR/VR 器件的快速设计迭代。

创新点：把完整的平均人耳耳道几何与等效鼓膜阻抗终端一并纳入数字孪生，实现了从自由场到鼓膜参考点的全链路仿真，而不仅是外部头部散射的建模。

后续建议：扩展到全空间方向与仰角，构建完整的仿真 HRTF 数据库并逐方向验证；把验证频带扩展到 20 kHz 并量化各频段的不确定度；引入耳廓材料弹性与接触条件，评估其对高频仿真的影响；增加佩戴耳机、眼镜等器件的耦合场景验证数字孪生的工程适用性；公布网格与边界设置参数，便于第三方复现与对比基准测试

APA 引文：Hajarolasvadi, S., Essink, B., Hoffmann, P. F., Ng, A., Skov, U., & Prepeliţă, S. (2022). Digital Twin of a Head and Torso Simulator: Validation of Far-Field Head-Related Transfer Functions with Measurements. AES International Conference on Audio for Virtual and Augmented Reality, Paper 25.

仪器引用：Developing high-fidelity digital twins of head and torso simulators (HATS) provides us with reliable simulations that could replace tedious measurements and facilitate the rapid and efficient design of AR/VR products. The study validates a digital twin of the Brüel and Kjær HATS Type 5128 through finite-element acoustic simulations, comparing far-field head-related transfer function measurements across three horizontal plane directions.

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