January 11, 2022

[專業涵養]音響迷的聽力檢查

坊間對音響器材的討論,很仰賴評測者早先對於其他參考器材的感受描述,讓其他人藉由這些經驗來勾勒出評測者的聽覺功能特性;這種模式成本高昂,其他人需要具備這些參考器材的聆聽經驗,而且不可能準確,畢竟評測者的聽力必然隨著年齡及其他環境因素不停變化。

從聽力學的角度來說,任何人如果想要認真、嚴肅地跟別人交流討論對音響器材(包括喇叭、耳機)表現的感受,卻不知道彼此聽力差異,這種討論的參考價值相當可疑、有效交流資訊的效率低下,難怪常有人以「玄學」來形容。

先前我在星箭廣播節目中鼓勵過每個人都應該定期接受聽力檢查,不過在節目中沒有深入介紹:音響迷應該接受怎樣的聽力檢查?各種檢查的施測方式、施測內容等,都跟檢查目的息息相關,醫療院所提供的聽力檢查主要是以診斷疾病、治療聽力為目的,無法符合音響迷的需求。音響迷如果在醫療院所沒辦法獲得「充分」的聽力檢查,還可以怎麼辦?

本文首先列出可以由醫療院所或縣市輔具中心接受的音響迷聽力檢查項目,接著試圖提供一些對於一般人也算容易取得的軟、硬體工具,說明音響迷自己可以怎麼測量其他聽覺功能面向,希望對於想要以科學方法評測音響器材聆聽感受的朋友有些幫助。

註:音響器材包括耳機、喇叭等,都屬於 CNS 15390 國家標準/ISO 9999 國際標準內的「輔具」,但有些縣市輔具中心因服務能量有限,目前僅對法定身心障礙者提供相關服務,還有部分縣市輔具中心因缺少人員或設備,無法提供聽力相關服務,請注意。縣市輔具中心的服務免費,醫療院所服務則可能屬於健保不給付的自費項目,也請注意。

內容目錄

  1. 聽力閾值
  2. 不舒適音量
  3. 實耳未增益反應
  4. 實耳對耦合器差異
  5. 等響度曲線
  6. 自己測

利益關係聲明:我跟本文中提到的任何軟體、硬體、產品、服務、品牌都沒有任何商務往來或參與關係,也不存在任何形式或程度的擔保。

聽力閾值

對音響迷的重要性
意義
單獨耳朵對於各頻率聲音可察覺的最小音量
音響用途
可用於調整音響器材的等化器(EQ)設定
建議測量途徑
聽力所、醫院耳鼻喉科、縣市輔具中心

聽力閾值檢查是最基本的聽力檢查。在定義上,聽力閾值(hearing threshold)檢查是一種單盲測驗,意思是接受檢查的人不可以知道哪個時間點有聲音、聲音來自哪一邊,否則會失去準確性,因為當人腦預期「現在應該有聲音」的時候,即使周邊器官(耳朵)還沒有引起聽覺反應,大腦也可能「腦內補完」產生聲音感受。受到這個限制,幾乎所有「自己測聽力」的方式都不夠準確,頂多用於聽力篩檢,無法滿足音響迷的需求。

國內醫療院所的常規施測頻率為:250 Hz、500 Hz、1,000 Hz、2,000 Hz、4,000 Hz、8,000 Hz 共六個頻率,先跟聽力師打好關係,可能可以請對方多花時間加測 125 Hz、750 Hz、1,500 Hz、3,000 Hz、6,000 Hz 等頻率;如果運氣非常、非常好,遇到具備高頻聽檢耳機的院所(通常是有在做耳毒性藥物或老年性聽損研究的研究型機構),才能多測到 9,000 Hz、10,000 Hz、11,200 Hz、12,500 Hz、14,000 Hz、16,000 Hz、18,000 Hz、20,000 Hz 等頻率的聽力閾值。

國內用於醫療診斷及聽力治療的聽力閾值檢查通常採用 5 dB 步幅,意思是施測音量的最小差異為 5 分貝;先跟聽力師打好關係,可能可以請對方最後改用 3 dB 或 1 dB 步幅測量精細數值。

聽力閾值檢查的結果通常以「dB HL」為單位,這跟音響器材常用的「dB SPL」單位不同,兩種單位間可以換算,切勿混淆。

不舒適音量

對音響迷的重要性
意義
單獨耳朵對於各頻率聲音可承受的最大音量,與聽力閾值之間的幅度常稱為動態範圍
音響用途
可用於調整音響器材的動態範圍及非線性壓縮設定
建議測量途徑
聽力所、醫院耳鼻喉科、縣市輔具中心

不舒適音量(uncomfortable level,UCL)檢查帶有風險,施測不當可能導致聽力損失、誘發或加重耳鳴、引起眩暈,絕對不建議由自己或任何非專業人員施測。原則上,可以用來施測聽力閾值檢查的設備,應該就可以施測不舒適音量檢查;不舒適音量檢查分為「純音」及「語音」兩種,採用「純音」的不舒適音量檢查結果才對音響迷有用,接受檢查前請先跟聽力師確認。

實耳未增益反應

對音響迷的重要性
意義
單獨耳朵耳廓及外耳道的自然共振頻率響應
音響用途
可用於比較揚聲器/音響喇叭、頭戴覆耳式耳機的聆聽感受
建議測量途徑
聽力所、縣市輔具中心

實耳未增益反應(Real-Ear Unaided Responses,REUR)是實耳測量的一個測試項目,測試方式是把一根探管麥克風(經參考麥克風校準)放到耳道內、距離耳膜約 5mm 的位置,在耳朵旁邊(可能在耳垂旁或者耳廓頂端)貼緊頭顱的位置放置參考麥克風,然後從儀器的揚聲器發出測試音(先以參考麥克風校準測試音再開始施測),記錄探管麥克風量測的結果。

量測 REUR 的模型示意圖
模型示意圖:探管麥克風放置於耳道內靠近鼓膜的位置,參考麥克風放置於耳垂處。本圖片修改自 Audiologieboek

為了聽力治療的目的,通常測量 REUR 時的揚聲器位於正前方;如果要用來比較頭戴覆耳式耳機的聆聽感受,可能考慮把施測揚聲器擺放於側面較合理。狂熱音響迷可以考慮測量正前方、側前方、側面、側後方、正後方等不同聲源方位角的情況,願意協助的聽力師絕對是個好人。由於音響迷不是為了調整助聽輔具而進行這項測量,測試音建議使用掃頻音(sweep tone)或粉紅色噪音(pink noise)。

狂熱音響迷很可能手上也有用來錄音或測量音響器材的假耳朵(例如 miniDSP EARS),也可以把假耳朵帶去測量 REUR,跟自己真實耳朵的 REUR 比較,能對自己聆聽感受的細節有更多理解。

註:這裡絕對沒有建議音響迷應該準備一組 miniDSP EARS 的意思。如果有類似的想法,請務必先閱讀〈An Introduction to miniDSP EARS – All Eyes on the EARS!〉討論這套設備的優點(真的很便宜)跟缺點(真的很多)再做決定;如果經濟上不是問題,建議直上 KEMAR

實耳對耦合器差異

對音響迷的重要性
意義
單獨耳朵外耳道的自然共振頻率反應
音響用途
可用於比較入耳式耳機的聆聽感受
建議測量途徑
聽力所、縣市輔具中心

實耳對耦合器差異(Real-Ear to Copuler Differences,RECD)跟實耳未增益反應很像,主要的差別在於:

  • 刺激音不由揚聲器發出,改以入耳式聲音刺激器發出,所以沒有聲源方位角的差異,也不受到頭、頸、肩、耳廓等身體部位影響,單純只測量外耳道的自然共振反應。
  • 探管麥克風測量結果再與耦合器(連接耦合器麥克風)比較,最後的結果代表真實耳朵與固定規格耦合器的差異。

同樣地,如果自備假耳朵器材,而且假耳道夠深,也可以拿去測量 RECD。音響迷測量 RECD 的耦合器建議選擇 HA-1,比較符合佩戴入耳式耳機聆聽的情境。
HA-1 耦合器

等響度曲線

對音響迷的重要性
意義
對不同頻率聲音的音量敏感程度
建議測量途徑
自己測

響度(loudness)是一種心理量:人類主觀覺得聲音多大聲的量化數值。響度常用的單位包括 phon 跟 sone 兩種,對於音響迷來說,phon 單位用起來比較方便,可以直接對應 1,000 Hz 聲音在不同 dB SPL 音壓分貝音量的聆聽感受。

等響度曲線(equal-loudness contours)是測量耳朵對不同頻率純音的音量感受,把「覺得相同響度」的聲音音量標記連線,所得到的曲線圖型。國內所有醫療院所、縣市輔具中心大概都沒辦法提供測量等響度曲線的服務,音響迷剩下「自己測」這條路,詳細提供測法之前,還是得先說明一些相關知識及運用方式。

過去曾經有一些研究試圖找出人耳等響度曲線的平均結果,例如 1933 年的弗萊徹—蒙森曲線(Fletcher—Munson curves)、 1956 年的羅賓遜—達森曲線(Robinson—Dadson curves)等,音響迷可能聽過這些曲線的名字,目前最新的標準等響度曲線是 2003 年由國際標準組織發佈的 ISO 226:2003,不但在測量設備的準確度上大幅提昇,也涵蓋更高比例的亞洲人種測量資料。

ISO 226:2003 等響度曲線
圖:ISO 226:2003 制定的標準等響度曲線,只有可靠的資料(從 20 phon 到 90 phon)以實線繪製。

音響迷不要急著拿 ISO 226:2003 等響度曲線來調整音響器材的音色,因為各種媒體內容在製作的時候可能已經處理過一次,如果在音響器材這個階段又重複調整,可能導致過度補償。對於音響迷(的耳朵),值得注意的是曲線間的距離變化,例如 40 phon 跟 60 phon 這兩條曲線間,ISO 226:2003 在 250 Hz、500 Hz、2,000 Hz、4,000 Hz 分別相差 17.1 dB、19.0 dB、20.8 dB、21.0 dB,如果自己的耳朵測量出來結果分別相差 15.0 dB、19.0 dB、21.0 dB、21.0 dB,表示自己耳朵在 250 Hz 頻率的音量感受比人耳平均值還要敏感,如果其他人感受某個音響器材的動態表現「低頻靈活帶勁」,自己的耳朵即使調整過 EQ 設定,聽起來仍然很可能「過於花俏、喧賓奪主」。

自己測量等響度曲線時,受到空間及設備限制,我建議先測 40 phon 曲線,接著可以測 30 phon 曲線,然後再測 50 phon、60 phon、70 phon;這個過程很耗時,稍感疲勞就應該中斷去休息,確保自己是在神智清明的時候進行。

註:上述說明中,其實我們真正比較的是「響度成長函數」(loudness growth functions)的斜率。

自己測

正式聽力閾值檢查的執行成本不低(考慮時間安排等),比較可行的做法是每年到醫療院所或縣市輔具中心接受一次正式聽力閾值檢查,然後每個月自己使用篩檢等級的工具注意自己的聽力閾值是否有大幅變化。雖然坊間有許多網頁跟行動應用程式宣稱可以檢測聽力,但是這些工具的結果絕對非常可疑,一來是設備缺乏校正,二來是多數工具沒有設計成單盲測試。

目前我唯一推薦使用蘋果的行動設備(iPhoneiPadiPod touch)搭配蘋果原廠 EarPods 耳機(3.5mm 版Lightning 版皆可),使用 Mimi Hearing Test 應用程式,這是個免費的應用程式,支援蘋果的「健康」資料,採用類似 Békésy 自記聽力計的方式量測聽力:「聽到聲音的時候按住按鈕,沒有聽到聲音的時候放開按鈕」。即使如此,每次測量的結果還是呈現相當的變動,所以一開始請每個星期測一次,注意自己施測結果的正常起伏程度,往後如果沒有超出這個變化幅度,大概就沒什麼明顯的聽力變動。

在 Windows 作業系統上(Mac 使用者抱歉了),有個叫 Earful 的軟體,可以用來測量自己的等響度曲線。以下用非常濃縮的篇幅,大略說明應該如何設定跟施測;有些步驟詳述要花很多篇幅,而且可能早就有其他人寫過介紹文章或拍過說明影片,請容我快速帶過,只著重於一般音響迷較不熟悉的部分。

首先要決定用揚聲器或耳機來測試。ISO 226:2003 標準等響度曲線是以前方正中央的揚聲器施測,雙耳一起聽,如果想要跟國際標準對比,應該選擇使用單一揚聲器的方式;這個選擇有幾個前提:房間夠安靜、空間夠大、雜物夠少,而且需要對揚聲器先進行校正,調整出可以讓它輸出平坦頻率響應的 EQ 設定。校正揚聲器的方法是利用 Room EQ Wizard (REW) 軟體,搭配校正過的麥克風(例如 miniDSP UMIK-1),可以參考《Correct your speakers with REW, UMIK-1 and Equalizer APO (Room Correction Tutorial)》影片教學,但是有幾點跟影片內容不同,請務必注意:

  • 只使用一顆揚聲器,可以隨意挑原本系統中的任何一個聲道,找音域最廣的那顆,放置在正中央正前方與耳朵相同高度,周圍盡量清空,避開可能反彈聲音的物體;如果會被原本的其他東西擋道,可以調整出一個測試專用的位置與坐姿角度,之後測量等響度曲線時就要這樣坐。
  • 校正目標為平直線(flat),不要用 House Curve。
  • 計算出 REW 的 EQ 設定檔案就可以了,不需要用到 Equalizer APO 或其他軟體(不過也是可以先用 Equalizer APO 確認調整後的揚聲器是否可以達到平直響應);我們稍後會直接讓 Earful 使用 REW 輸出的 EQ 設定檔案。

另一個選擇是用耳機測試,這樣對空間環境的要求較低,稍微比較可以承受輕微的背景環境噪音,也可以分別測試左耳跟右耳的等響度曲線。採用這個選擇需要先對耳機校正,利用 Room EQ Wizard (REW) 軟體,搭配校正過的耳機耦合器麥克風(例如 miniDSP EARS),可以參考《How to Measure Your Headphones with the miniDSP EARS》或《如何做耳機的測量與校正,使用 MiniDSP EARS 配合 REW》等文章說明。同樣請注意:

  • 校正目標為平直線(flat),不要使用 Harman target 之類的曲線。
  • 計算出 REW 的 EQ 設定檔案就可以了,我們稍後會直接讓 Earful 使用 REW 輸出的 EQ 設定檔案。

繼續下去之前,請確認早就把系統上所有的聲音效果選項全部關閉,包括作業系統或音效卡驅動程式層級的聲場效果、音量壓縮、環繞效果、空間音效……全部關掉。如果剛剛校正揚聲器或耳機之前還沒關掉,恭喜,可以重新開始了。

Earful 主畫面及 Phone EQ 按鈕
現在啟動 Earful 軟體……開始測量之前,有些準備工作,首先按一下畫面上的 Phone EQ 按鈕,讀取先前我們用 REW 校正揚聲器或耳機的 EQ 檔案(如果要用耳機測量,請注意左、右耳不同,一次只能套用一個 EQ 檔案)。

Earful 套用 EQ 設定後的畫面變化
載入 EQ 檔案後,可以注意到畫面上發生一些變化,包括 Apply Phone EQ 變成已核取的狀態,下方頻率響應窗格裡面可能多出一條曲線,並且標示我們剛剛載入的 EQ 檔案檔名。

Earful 頻率響應視窗中呈現 Bowers & Wilkins P5 耳機的 EQ 校正曲線
在下方頻率響應窗格還可以按著滑鼠右鍵(次要鍵)上下拖曳,檢視圖表的不同座標位置,確認載入的 EQ 曲線如何。

Earful 施測音效卡介面選單
把下方頻率響應窗格拉回剛剛原本的檢視位置,接著選擇要用來施測的音效卡介面。Earful 支援 ASIO、WASAPI、Direct Sound 等多種介面,建議根據自己的系統配置,選一個最穩定且最「乾淨」的來使用施測(當然別忘了要把揚聲器或耳機連接在這個設備上)。

Earful 施測聲道選單
再來要把施測聲道(原本預設是左、右一起)改成只有單一聲道,避免音量加成。如果要以揚聲器施測,就是選擇前面完成校正、調好位置的那一個;如果要以耳機施測,就對應剛剛選擇的 EQ 檔案,一次測量一耳。

Earful 輸出音量校正按鈕
然後按一下 Show dBSPL 前方的工具圖示按鈕(有點像「🔧」),準備校正系統的輸出音量。

Earful 輸出音量校正視窗
SPL Calibration 視窗中,最頂端會顯示剛剛設定要用來施測的音效卡介面,請再次確認無誤,接下來是準備輸出的音量,預設是 -60dBFS,意思是比系統的最大輸出再降低 60 分貝;如果這裡不是這個數值,請用下面的拉桿把它調到 -60dBFS;底下的 Measured SPL 先改成 50 dBSPL,然後按一下 Start 按鈕,此時揚聲器或耳機會開始播放調頻音,請利用早先用來校正揚聲器或耳機的麥克風量測這個聲音,並且用系統上的混音器/擴大器音量控制介面調整實際播放的聲音音量,目標是要讓它剛好是 50 dB SPL。如果受到系統限制,無論如何沒辦法調整到 50 dB SPL 的輸出音量,也可以把實際量測到的音量填回 Measured SPL 欄位,建立系統輸出音量等級跟實際聲壓等級分貝的對應換算。完成後按下 OK 按鈕。

Earful 核選 Show dBSPL 後的畫面變化
回到 Earful 主畫面,手動核選 Show dBSPL 選項,畫面上會發生兩個變化:下方頻率響應使用的音量單位會從 dBFS 變成 dBSPL,以及在 VOL 音量顯示區域除了 dBFS 數值還會多顯示 dBSPL 數值;這裡有個瑕疵,一開始這個 dBSPL 數值是錯的,但是稍後實際施測時,只要變動過施測音量,它就會更新成正確的對應數值。

Earful 施測項目選單
再來把 Test Type 選擇 Equal Loudness,表示要施測等響度曲線。

Earful 施測參數選項
Freq StartEnd 參數是要施測的頻率範圍,單位是 Hz;人耳可以聆聽的頻率範圍是從 20 Hz 到 20,000 Hz,就算音響器材可以播放超過這個頻率範圍的聲音,正常人類也無法產生聽覺,如果精力非常充沛且時間充足,可以使用預設值(2020000),實際上改成 12511314 已經足夠。Steps 參數決定要如何把上述設定的頻率範圍,依對數尺度切成若干施測頻率點,數值設定多少就表示要施測幾個不同的頻率,預設是 32 個,如果搭配 125 Hz~11,314 Hz 施測範圍然後改成 14 個,剛好可以對應到主要的聽力閾值檢查頻率(125 Hz、250 Hz、500 Hz、1,000 Hz、2,000 Hz、4,000 Hz、8,000 Hz)。

Start Vol 參數在等響度曲線的測試中,用來指定參考音(1,000 Hz 聲音)的音量,由於我們早先校正音量的時候把 -60 dB FS 對應到 50 dB SPL,所以要施測 40 phon 等響度曲線的時候,這裡就要輸入 -70 dBFS;如果校正音量的時候不是用這樣的單位對應,這裡也要跟著修改。Max Vol 是為了安全而設定的輸出音量上限,預設是 -20 dBFS,表示比系統最大輸出再減少 20 分貝的音量。Vol Step 是施測時每次可以調整的音量變化幅度,預設是 -0.5 dBFS

右方還有一個選項,用來設定刺激音類型。為了對應 ISO 226:2003 標準等響度曲線,這裡建議選擇 Single Tone,使用類似純音的施測音(真正純音的時間長度更長)。準備工作告一段落,終於可以開始施測了!

Earful 施測等響度曲線
就檢查位置(坐在揚聲器正前方,或者把耳機戴好),利用 Earful 主畫面右半邊的左右按鈕(),把 FREQ 調整到 1000,然後按播放按鈕(),Earful 開始交替播放兩組聲音,一組是參考音(頻率固定為 1,000 Hz,音量依 Start Vol 設定,依照本文流程應該等於 40 dB SPL),播放的時候畫面上標示「REFERENCE」字樣,另一組則是測試音(頻率是 FREQ 標示的那個,目前我們設定成 1,000 Hz),測試音的音量可以用畫面上的上下按鈕()增減,並且同步以 dB FS 及 dB SPL 兩種單位標示在 VOL 那邊。

測量的步驟是注意聆聽參考音(REFERENCE)的音量感受,然後增減測試音的音量,讓測試音聽起來感覺跟參考音一樣大聲;增減測試音音量的時候,底下頻率響應圖型中的座標也會同步更新。如果依照本文流程,先從 1,000 Hz 聲音的聆聽感受開始,應該會得到一模一樣的結果:測試音調整到 40 dB SPL 的時候,響度感受跟 40 dB SPL 的參考音相同(因為同樣都是 1,000 Hz 的純音)。現在按畫面上的暫停播放()按鈕,結束這個頻率的測量。

Earful 施測等響度曲線完成
繼續用左右按鈕()把 FREQ 調整到其他頻率,同樣跟 1,000 Hz 40 dB SPL 參考音比較響度感受,用上下按鈕()增減測試音音量,直到聽起來跟參考音一樣大聲為止。完成所有頻率,得到自己的 40 phon 等響度曲線。

Earful 儲存施測結果按鈕
畫面上的 Save 按鈕可以把這個等響度曲線的測量結果儲存成純文字格式的檔案,但是要注意檔案內只會記錄 dB FS 單位的數值,而且不會記錄音量校正的資訊,建議額外把音量校正的紀錄(例如 -60 dB FS 等於 50 dB SPL)也留下來,直接寫在檔案名稱上可能是個不錯的主意。

Earful 複製頻率響應圖型按鈕
畫面上有個相機圖示按鈕(📷),可以把目前頻率響應圖型的畫面擷取放到系統剪貼簿,有需要的話可以把畫面貼到繪圖軟體或文件軟體裡留存。別忘了可以按住滑鼠右鍵拖曳、使用滑鼠滾輪來平移及縮放頻率響應視窗的內容,也可以變更視窗尺寸來調整顯示範圍。

完成 40 phon 等響度曲線的測量後,再來可以把 Start Vol 設定成 -80 dB FS,重複上述步驟測量 30 phon 等響度曲線,然後再分別設定成 -60 dB FS、-50 dB FS、-40 dB FS,測量 50 phon、60 phon、70 phon 等響度曲線。如果想要拿自己的等響度曲線跟 ISO 226:2003 比較,可以下載我整理好的 ISO226-2003_30.to.70_phon.rar 壓縮檔,解壓縮得到 5 個純文字檔,分別是 30 phon~70 phon 的標準等響度曲線數值,用 Earful 的 Phone EQ 按鈕載入對應的檔案,就可以一起呈現於頻率響應圖型中;請特別注意:這些資料只應該在測試完成後用來呈現比較使用,絕對不要把它們當成音響設備的 EQ 設定檔來使用,否則會得到非常錯誤的結果。

恭喜!對自己聽力的理解又更進一層了!未來評比音響設備的聆聽感受時,一併提供上述這些測量結果(聽力閾值不舒適音量實耳未增益反應實耳對耦合器差異等響度曲線),可以讓評比結果更具參考價值也更科學。最後溫馨小提醒:每個人的聽力都會隨著年齡改變,建議音響迷至少每年把上述這些聽力檢查都做一輪,充分了解自己的身體情況,盡情享受音響的樂趣。

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