II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

1

Zrozumiało mowy i jej pomiary w systemach DSO

Piotr Kozłowski

Zakład Akustyki Instytutu Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Wrocławskiej

Wybrze e Wyspia skiego 27, 50-370 Wrocław

e-mail: [e-mail]

Jednym z najwa niejszych kryteriów oceny D wi kowych Systemów Ostrzegawczych DSO jest zro-
zumiało emitowanych komunikatów. Celem niniejszego tekstu jest przedstawienie definicji,
interpretacji oraz sposobu pomiaru zrozumiało ci mowy.

1 Wska niki zrozumiało ci mowy

1.1 Wska nik utraty wyrazisto ci spółgłoskowej Al

cons

W zastosowaniu jest kilka miar zrozumiało ci mowy. Jedn z nich jest wska nik utraty wyrazisto ci
spółgłoskowej Al

cons

[5]. Wielko ta jest stosunkiem liczby nieprawidłowo odebranych spółgłosek do

liczby wszystkich nadanych spółgłosek wyra onym w procentach. Dla poszczególnych przedziałów
warto ci Al

cons

okre lono skal ocen zrozumiało ci [5], któr przedstawiono w Tab. 1.

Al

cons

[%]

Zrozumiało

Al

cons

≤ 2

doskonała

2 < Al

cons

≤ 7

dobra

7 < Al

cons

≤ 15

zadowalaj ca

Al

cons

> 15

niedopuszczalna

Tab. 1. Skala zrozumiało ci wg. Peutza

Wad tej metody okre lania zrozumiało ci jest konieczno wykorzystywania grupy odsłucho-

wej. Z uwagi na metod pomiarow nie ma formalnych ogranicze dotycz cych parametrów systemu
d wi kowego lub dotycz cych otoczenia jednak struktura testu wyrazowego prowadzi do bł dnych
wyników w pomieszczeniach pogłosowych lub przy obcinaniu szczytów sygnałów [7]. W normie do-
tycz cej DSO wymaga si , aby zrozumiało okre lona przy pomocy wspólnej skali zrozumiało ci CIS
Common Intelligibility Scale wynosiła min. 0,7 dla systemów DSO [7]. Ten sam dokument zawiera
nomogram umo liwiaj cy przeliczenie zrozumiało ci wyra onej w istniej cych wska nikach na war-
to CIS przytoczony na Rys. 1.

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

2

Rys. 1. Przej cie z istniej cych skal zrozumiało ci na wspóln skal zrozumiało ci CIS [7]

1.2 Wska niki transmisji mowy STI, RASTI, STIPA

Najpowszechniej obecnie wykorzystywan miar zrozumiało ci mowy s wska niki STI Speech
Transmission Index których ci le monotoniczna i statystycznie wiarygodna zale no ze zrozumiało-

ci sylabow została wykazana ju 21 lat temu [1]. Ocena zrozumiało ci mowy jest dokonywana na

podstawie warto ci wska nika STI w sposób przedstawiony w Tab. 2.

Warto

Ocena

0,75 ÷ 1,00 Znakomita

0,60 ÷ 0,75 Dobra

0,45 ÷ 0,60 Zadowalaj ca

0,30 ÷ 0,45 Słaba

0 ÷ 0,30 Zła

Tab. 2. Ocena zrozumiało ci na podstawie warto ci STI

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

3

Wska niki STI otrzymujemy poprzez bezpo redni pomiar funkcji przeniesienia modulacji MTF

Modulation Transfer Function. Moduł nadawczy systemu pomiarowego wysyła do systemu szum pa-
smowy zmodulowany amplitudowo mał cz stotliwo ci . Współczynnik modulacji sygnału
nadawanego wynosi m

i

=100 %. Zadaniem modułu odbiorczego jest pomiar gł boko ci modulacji m

o

sygnału odebranego. Funkcj MTF wyznacza si jako stosunek współczynników gł boko ci modulacji
dla poszczególnych cz stotliwo ci moduluj cych F

mod

.

(

)

i

o

m

m

F

MTF

=

mod

Rys. 2. Sygnały pomiarowe: sygnał nadawany zmodulowany w 100 % oraz sygnał odebrany ze zmniejszonym

współczynnikiem modulacji [6]

Mo liwe jest równie wyznaczenie MTF z odpowiedzi impulsowej układu akustycznego [8],

jakim w omawianej sytuacji jest system DSO wraz z akustyk pomieszczenia, w którym emitowane s
komunikaty. Stosuje si wtedy nast puj c zale no :

(

)

( ) (

)

( )

=

=

−

⋅

=

kg

kd

i

kg

kd

i

F

i

H

i

L

H

i

H

F

MTF

2

mod

gdzie: L

F

– numer pr ka odpowiadaj cy cz stotliwo ci moduluj cej F

mod

Funkcj MTF w przypadku metody STI wyznacza si w ka dej z 7 oktaw o cz stotliwo ciach

rodkowych 125 Hz – 8 kHz dla wszystkich 14 cz stotliwo ci moduluj cych F

mod

(0,63; 0,8; 1,0; 1,25;

1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5 [Hz]). Kolejnym krokiem jest wyznaczenie pozornego
stosunku sygnał szum SNR Signal to Noise Ratio:

(

)

(

)

(

)

mod

mod

mod

1

log

10

F

MTF

F

MTF

F

SNR

−

=

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

4

Warto ci SNR s ograniczone do zakresu

±15 dB. Warto ci poni ej -15 dB przyjmuj warto -15 dB,

natomiast te przekraczaj ce 15 dB przyjmuj ostatecznie warto +15 dB. Nast pnie wyznaczany jest
wska nik transmisji TI Transmission Index poprzez unormowanie warto ci SNR do zakresu 0–1.
Wykonywane jest to przy wykorzystaniu poni szej zale no ci.

30

15

+

= SNR

TI

Przekształcenie to przedstawione jest w formie graficznej na Rys. 3.

Rys. 3. Graficzna interpretacja realacji pomi dzy SNR a TI [6]

W ka dej oktawie dokonywane jest nast pnie u rednianie współczynników transmisji TI dla

wszystkich 14 cz stotliwo ci moduluj cych F

mod

, co prowadzi do uzyskania współczynnika transmisji

modulacji MTI Modulation Transfer Index:

=

=

14

1

14

1

f

TI

MTI

Wska nik MTI jest niejako warto ci STI dla poszczególnych oktaw. Globalny współczynnik STI uzy-
skuje si w procesie dodawania z wa eniem wska ników MTI z poszczególnych oktaw przy
wykorzystaniu współczynników wagowych podanych w tabeli A.1 zamieszczonej w [6].

W przypadku szybszej wersji wyznaczania zrozumiało ci mowy nazwanej RASTI Rapid Spe-

ech Transmission Index skrócenie czasu pomiaru uzyskano przez ograniczenie analizy do dwóch pasm
oktawowych. W oktawie 500 Hz wykorzystywane s 4 cz stotliwo ci moduluj ce F

mod

: 1,0; 2,0; 4,0;

8,0 [Hz], natomiast w oktawie 2 kHz 5 cz stotliwo ci F

mod

: 0,7; 1,4; 2,8; 5,6; 11,2 [Hz]. Pozostałe ope-

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

5

racje pozostaj bez zmian oczywi cie poza u rednianiem w oktawach, które dotyczy mniejszej ilo ci
cz stotliwo ci moduluj cych F

mod

.

Metoda STIPA jest przeznaczona szczególnie do wyznaczania zrozumiało ci mowy w syste-

mach public adress. W wersji tej pomiar wykonywany jest przy u yciu 12 cz stotliwo ci moduluj cych
F

mod

w ka dej z 7 oktaw. Procedura STIPA zajmuje mniej czasu ni pełny pomiar STI.

1.2.1 Ograniczenia metody STI i pochodnych

Procedura wyznaczania STI powoduje, e maksymalna zbie no uzyskiwana w kolejnych po-

miarach w niezmienionych warunkach (tło, umiejscowienie nadajnika i odbiornika itd.) wynosi 0,02
dla pomiaru STI przez okres 10 s. Wida zatem, e istnieje konieczno powtarzania pomiarów dla
ka dej sytuacji pomiarowej i podawania wyniku u rednionego wraz z odchyleniem standardowym.
Pomiary STI doj dobre rezultaty jedynie w odniesieniu do układów liniowych niezawieraj cych urz -
dze takich jak wokodery, procesory efektowe, układy przesuwaj ce cz stotliwo lub powielaj ce
cz stotliwo . W przypadku systemów DSO nie nale y stosowa tego typu komponentów, poniewa
powoduj one ewidentne pogorszenie zrozumiało ci komunikatów, st d te mo na uzna , e pomiar
STI jest metod odpowiedni dla okre lenia zrozumiało ci systemów DSO. W przypadku RASTI do-
chodz dodatkowe zastrze enia takie jak:

⋅

liniowa charakterystyka cz stotliwo ciowa systemu w zakresie 125 Hz – 8 kHz; maksymalna
nieliniowo pomi dzy s siaduj cymi oktawami wynosi 5 dB,

⋅

szum w pomieszczeniu nie ma charakteru pasmowego i jest jednostajny we wszystkich okta-
wach,

⋅

brak układów kompresji sygnałów,

⋅

czas pogłosu pomieszczenia nie jest silnie zale ny od cz stotliwo ci oraz relacja pomi dzy wcze-
snym czasem pogłosu EDT Early Decay Time a stosunkiem sygnał/szum SNR mie ci si w polu
zaznaczonym na Rys. 4.

Rys. 4. Dopuszczalne relacje pomi dzy wczesnym czasem pogłosu EDT a stosunkiem sygnał szum SNR w metodzie

RASTI [6]

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

6

2 Metodyka pomiarów

Istniej dwa sposoby wprowadzenia sygnału pomiarowego do systemu. Pierwszy symuluj cy natural-
nego mówc polega na ustawieniu sztucznych ust b d cych na wyposa eniu nadajnika tu przed
mikrofonem nale cym do systemu DSO w normalnej odległo ci. Druga metoda wymaga podania sy-
gnału liniowego z odpowiedniego wyj cia analogowego nadajnika na wej cie liniowe systemu DSO.
Ta metoda umo liwia pomiar zrozumiało ci w sytuacji, w której ródłem komunikatów jest pami
cyfrowa.

System DSO powinien by w pełni uruchomiony podczas wszystkich pomiarów. Poni ej zacy-

towano za norm dotycz c DSO [7] wymagania dotycz ce pomiarów zrozumiało ci. Odniesienia
dotycz rozdziałów, rysunków i tabel zamieszczonych w tej normie.

„B.1 Wybór metody pomiaru

Zrozumiało nale y mierzy jedn metod lub wieloma metodami opisanymi w zał czniku
A. dla których s spełnione wymagania maj ce na celu uzyskanie wiarygodnych wyników.
Wyniki powinny by przetworzone na CIS zgodnie z odpowiedni (imi) krzyw (ymi) poda-
n (ymi)na rysunku Bl (przyp. aut.: Rys. 1 zamieszczony w tym tek cie).

B.2 Stan systemu d wi kowego

Zwykle zaleca si aby cały system d wi kowy był czynny podczas wszystkich pomiarów.
Je li pomiary s przeprowadzane z u yciem systemu d wi kowego w pewnym szczególnym
stanie, wtedy nale y to poda wraz z wynikami bada .

B.3 Liczba pomiarów i obliczenie wyników

Pomiary powinny by przeprowadzone w dostatecznej reprezentatywnej liczbie (n) punktów,
które powinny by szczegółowo opisane w specyfikacji systemu odnosz cej si do ka dego
obszaru pokrycia. Powinna by obliczona rednia arytmetyczna I

av

warto ci zrozumiało ci

według CIS oraz odchylenie standardowe

σ

wyników Wielko I

av

–

σ

powinna przekracza

warto graniczn okre lon w 5.1. (przyp. aut: czyli odpowiadaj c CIS = 0,7).

Je li wynik zawiera si w przedziale ±

σ

warto ci granicznej, zaleca si powtórzenie pomia-

rów dla wi kszej liczby punktów.

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

7

Powinna by obliczona rednia warto zrozumiało ci i jej 95 % przedział ufno ci w całym
obszarze pokrycia bior c pod uwag kształt rozkładu statystycznego wyników pomiarów.

B.4 Poziom ci nienia d wi ku

Podczas pomiaru poziom ci nienia d wi ku z wa eniem C powinien by równy warto ci L

Ceq

mierzony (nie krócej ni 16s) w punkcie pomiarowym, gdy system działa jako d wi kowy sys-
tem stanu zagro enia.

UWAGA 1 — Je li stosuje si metod RASTI, zamiast wa enia C podczas obu pomiarów
mo e by stosowane wa enie A.

UWAGA 2 - Zamiast wa enia C mo e by stosowany przebieg liniowy tylko wtedy, kiedy wy-
niki s wiarygodne.

B.5 Poziom szumu otoczenia

Poziom szumu otoczenia zwa eniem A (pozostały poziom szumu), w przypadku nieobecno-

ci sygnału testowego (pozostały szum), powinien by mierzony w decybelach w odniesieniu

do 20

µ

Pa, w czasie dostatecznie długim, aby móc w sposób racjonalny przedstawi pozo-

stały szum w czasie testu zrozumiało ci, Pomiary zast pczego wa onego według krzywej A,
poziomu ci nienia d wi ku powinny by przeprowadzone w reprezentatywnej ilo ci punktów,
w całym obszarze pokrycia. Poło enia, czas trwania i czas przeprowadzania pomiarów po-
winny by podane w sprawozdaniu razem z uwag o jakichkolwiek nadzwyczajnych
okoliczno ciach, które mogły wpływa na wa no wykonania pomiarów.”

Definicje poj znajduj cych si w powy szym cytacie mo na znale w pracy [4] zaprezento-

wanej podczas I Konferencji SAP.

II

K

ONFERENCJA

SAP

P

IOTR

KOZŁOWSKI:

Z

ROZUMIAŁO MOWY I JEJ POMIARY W SYSTEMACH

DSO

8

3 Literatura

1.

Houtgast T., Steeneken H. J. M.: The Modulation Transfer Function in Room Acoustics as
a Predictor of Speech Intelligibility, Acustica 28, 66–73, 1973.

2.

Houtgast T., Steenken H. J. M., Plomp R.: Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the
Modulation Transfer Function. Acustica 16, 1980.

3.

Houtgast T., Steeneken H. J. M.: A Multi-Language Evaluation of the RASTI-Method for Es-
timating Speech Intelligibility in Auditoria. Acustica 54, 185–199 1984.

4.

Kozłowski P.: Wytyczne projektowania i wymagania stawiane dla systemów DSO – podstawy
akustyki. I Konferencja SAP, Józefów 2003.

5.

Peutz, V. M. A.: Articulation loss of consonants as a criterion for speech transmission in
a room. J. Audio Eng. Soc., 19, 915–919, New York 1971.

6.

Polski Komitet Normalizacyjny: PN-EN 60268-16:2002. Urz dzenia systemów elektroaku-
stycznych – Cz

16: Obiektywna ocena zrozumiało ci mowy z wykorzystaniem współczynnika

jako ci transmisji

. PKN, Warszawa 2002.

7.

Polski Komitet Normalizacyjny: PN-EN 60849:2001. D wi kowe systemy ostrzegawcze. PKN,
Warszawa 2001.

8.

Pruchnicki P.: Metody pomiaru parametrów akustycznych pomieszcze . IV Sympozjum Nowo-

ci w Technice Audio str. 73–84, Wrocław 1997.

9.

yszkowski Z.: Miernictwo akustyczne. WNT, Warszawa 1987.