Impulse Measurements of Headphones on Ear Simulators and on Head and Torso Simulators

In this study, a method for measuring the impulse responses of headphones on an ear simulator and on several head and torso simulators (HATS) is described. The method is based on maximum-length sequences with a period of 16383 and on the Hadamard transformation. The latter procedure is used for the correlation of the measured sequence with the maximum-length sequence to calculate the impulse response, which takes only 7 s on IBM-AT-compatible personal computers. The s/n ratio is increased by 42 dB compared with a measurement with a single pulse. Four different types of headphones were measured on three types of HATS. The impulse responses were transformed into the frequency domain using a fast Fourier transformation. Free-field sensitivities and coupler sensitivities were determined. The results agree very well with the results obtained with other measurement techniques using other signals (e.g. one-third octave filtered random noise). In particular, the differences from results of very precise measurements with pure-tones are less than a few hundredth parts of a decibel. The measured impulse responses can be used in digital filter systems.

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird eine Methode zur Messung von Impulsantworten von Kopfhörern an künstlichen Ohren und an Kopf- und Rumpfsimulatoren (Kunstköpfen) beschrieben. Die Meßmethode beruht auf Maximalfolgen mit einer Länge von 16383 und auf der schnellen Hadamard- Transformation. Letztere wird zur Berechnung der Kreuzkorrelation der gemessenen Sequenz mit der Maximalfolge benutzt, um die Impulsantwort zu berechnen. Dies dauert nur etwa 7 s auf IBM-AT kompatiblen Personal-Computern. Der Signal-Rauschabstand wird bei dieser Methode gegenüber dem einer Einzelimpuls- Messung um 42 dB erhöht. Vier verschiedene Kopfhörer wurden an drei Kunstköpfen gemessen. Die Impulsantworten wurden mittels FFT in den Frequenzbereich transformiert. Es wurden Freifeld-Übertragungsmaße und “Kuppler”-Übertragungsmaße bestimmt. Die Ergebnisse stimmen sehr gut mit denen anderer Meßtechniken überein (z. B. mit terzgefiltertem Rauschen). Insbesondere die Abweichungen zu Ergebnissen aus Präzisionsmessungen mit Sinustönen liegen bei einigen hunderstel Dezibel. Die so gemessenen Impulsantworten können in Systemen zur digitalen Filterung verwendet werden.

Sommaire

Dans cette étude, on décrit une méthode de mesure des réponses impulsionnelles d'écouteurs sur oreille artificielle, et sur des ensembles imitant la tête et le torse humains (HATS). La méthode est basée sur l'utilisation de suites maximales d'une longueur de 16383, et sur la transformation rapide d'Hadamard. Cette transformation sert au calcul des réponses impulsionnelles à partir de la corrélation entre les séquences mesurées et les suites maximales. Cela ne prend que 7 s sur un mini-ordinateur de type IBM-AT compatible. Par rapport à une mesure faite sur une impulsion unique, le rapport signal/bruit est augmenté de 42 dB. On a examiné quatre types d'ecouteurs différents, sur trois types de mannequins HATS. Une transformation de Fourier rapide des réponses impulsionnelles dans le domaine des fréquences permet de déterminer les fonctions de transfert en champ libre et sur coupleur. Les rèsultats sont en trés bon accord avec ceux obtenus par d'autres techniques; celle utilisant des bruits filtrés par tiers d'octave par exemple. En particulier, les différences d'avec les mesures de précision en sons purs sont de l'ordre de quelques centièmes de dB. Il est possible d'utiliser les réponses impulsionnelles ainsi mesurées dans des systèmes de filtrage numérique.